機(jī)械模具制造中數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用

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摘要：數(shù)控加工技術(shù)是指利用程序控制的自動化機(jī)床進(jìn)行構(gòu)件加工的工藝。隨著相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控加工自動化、集中化、柔性化的優(yōu)勢使其在制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)勢有機(jī)械模具結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、生產(chǎn)總量較少、對精度要求高的特點(diǎn)。以機(jī)械模具的結(jié)構(gòu)特征為基礎(chǔ)，分析數(shù)控加工技術(shù)工藝規(guī)劃、數(shù)控編程、仿真驗證等具體應(yīng)用方法與要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；機(jī)械模具；工藝規(guī)劃；數(shù)控編程

1數(shù)控加工技術(shù)的原理

數(shù)控加工是通過信息技術(shù)以信息程序來控制機(jī)械，進(jìn)而使機(jī)床自動控制程序，對機(jī)床進(jìn)行加工。數(shù)控加工技術(shù)可以分為軟件和硬件兩部分，軟件主要是通過編制計算機(jī)程序，使計算機(jī)程序自動控制機(jī)床。硬件系統(tǒng)主要是機(jī)床設(shè)備以及計算機(jī)硬件設(shè)備。軟硬件設(shè)備結(jié)合，計算機(jī)程序根據(jù)機(jī)床的尺寸和材質(zhì)預(yù)先設(shè)置好數(shù)據(jù)之后再根據(jù)數(shù)控加工的要求編制計算機(jī)程序，自動控制機(jī)械進(jìn)行生產(chǎn)。初步加工技術(shù)還能整理機(jī)械加工中的數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)中興制造。而數(shù)控機(jī)床配置的傳感器也能輸入和輸出數(shù)據(jù)，進(jìn)而促進(jìn)柔性化生產(chǎn)。

2數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用特征

伴隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，它越來越體現(xiàn)出自動化，集中化，柔性化的特征。自動化特征使得數(shù)控加工機(jī)床具備較高的生產(chǎn)效率，只需要花費(fèi)很少的人力就可以高速生產(chǎn)出精準(zhǔn)的機(jī)械模具。而集中化特征使得數(shù)控加工技術(shù)縮短了生產(chǎn)時間，各個工序之間通過計算機(jī)程序有序鏈接工序之間的時間間隔比較小，因此生產(chǎn)機(jī)械工具的時時間比較短。同時由于各個工具相對集中，因此對空間的要求也降低了。很小的生產(chǎn)空間就可以完成大規(guī)模的生產(chǎn)。柔性化設(shè)置可以根據(jù)采購方的訂單自主擴(kuò)大或者縮小生產(chǎn)量。傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)往往需要大規(guī)模生產(chǎn)才能使得每件產(chǎn)品的成本比較低，而數(shù)控加工技術(shù)更具柔性化，可以滿足采購方個性化的訂單需求。機(jī)械制造生產(chǎn)過程中需要應(yīng)用大量的機(jī)械模具，并且不同的產(chǎn)品需要形狀各異的模具。而有一些產(chǎn)品對精度的要求比較高，需求量也比較少。這給機(jī)械生產(chǎn)制造帶來很大的困擾。因為，制造企業(yè)在接到訂單后基于生產(chǎn)而新的訂單又需要新的模具，這樣進(jìn)行成本攤銷，量小的訂單成本就很高。而出國加工技術(shù)能夠解決這一問題。數(shù)控加工技術(shù)通過程序來控制模具，并且精準(zhǔn)控制產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)據(jù)提高產(chǎn)品的精度。對于不同批次的簡單數(shù)控加工技術(shù)只需要調(diào)整程序編碼就可以快速生產(chǎn)，因此模具報廢問題得到了有效解決，并且可以生產(chǎn)精度高，難度大的產(chǎn)品。因此，數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械模具制造中具有廣泛的應(yīng)用價值。

3數(shù)控設(shè)備加工中存在的問題

3.1缺乏數(shù)控加工理念

不少人對現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)自動化、集成化、柔性化特性缺乏認(rèn)知，一方面無法熟練應(yīng)用數(shù)控機(jī)床設(shè)備，對CAD、CAM等方法比較生疏，無法科學(xué)地應(yīng)用數(shù)控機(jī)床設(shè)備。數(shù)控切削加工的專業(yè)操作技術(shù)人員，文化素質(zhì)參差不齊，在選擇切割刀具、設(shè)計操作程序等方面能力不足。數(shù)控加工設(shè)備程序的品質(zhì)、效率相比于傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)無明顯差別的問題，嚴(yán)重制約了我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。

3.2編程技術(shù)不高

數(shù)控加工技術(shù)以程序為基礎(chǔ)，因此對于工作人員的編程能力要求高，工作人員不僅僅需要熟練掌握使用各類型的CAD、CAM編程軟件，要需要熟練掌握機(jī)械工藝管理知識，掌握扎實(shí)的和機(jī)械加工操作經(jīng)驗。編程軟件質(zhì)量對機(jī)械加工的準(zhǔn)確度和效率具有重要影響，因為加工程序中包含每個零件的基本幾何模型信息，還包含每個零件的制造工藝設(shè)計信息。這就對編程人員提出了較高的要求，而編程人員具備的相關(guān)知識還存在著很大的局限性。

3.3管理模式落后

應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)，企業(yè)需要配置專業(yè)技術(shù)人員，也需要配置管理理念先進(jìn)的管理人員。在企業(yè)中，生產(chǎn)設(shè)備先進(jìn)，而管理跟不上，基層企業(yè)與上層同級技術(shù)主管的缺乏溝通與銜接，而無法及時獲得上級技術(shù)主管部門的支持。這都直接影響了我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。機(jī)床設(shè)計操作人員對機(jī)床工藝設(shè)計認(rèn)知不足，機(jī)床加工操作經(jīng)驗也不豐富，車間的高級專業(yè)技術(shù)人員及高級機(jī)床設(shè)計操作工程師不了解機(jī)床設(shè)計操作人員的實(shí)際困難，而導(dǎo)致生產(chǎn)問題頻頻發(fā)生。

4數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械模具制造中的應(yīng)用方法

4.1機(jī)械模具的加工特征

在傳統(tǒng)模具加工制造技術(shù)中，簡單的參數(shù)也需要按照規(guī)范的步驟來操作，工作量比較大，成本也比較高。并且隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械模具越來越復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)模具加工制造效率低，無法滿足市場多樣化的需求。因此技術(shù)人員可以應(yīng)用數(shù)據(jù)加工技術(shù)，結(jié)合模具的加工特征，進(jìn)一步整理模具的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，尋找不同模具之間的共同特征建立典型模型。例如，工作人員可以以典型模型為基礎(chǔ)，使用自動識別直接說將制造領(lǐng)域中具有相似特征的模具整合起來建立一個數(shù)據(jù)庫。之后在生產(chǎn)相似的模具時，將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)調(diào)取出來進(jìn)行簡單的調(diào)整，即可，這樣可以顯著降低生產(chǎn)成本并且提高生產(chǎn)效率。一般，模具中的孔、凸臺、角等數(shù)據(jù)就可以添加進(jìn)數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)有相似的模型時，將數(shù)據(jù)調(diào)取出來。工作人員也可以利用數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化流程布局，比如，分析模具的數(shù)據(jù)，進(jìn)而選擇尺寸更合適的機(jī)場，或者選擇特征更相符的刀具。

4.2機(jī)械模具的工藝規(guī)劃

由于機(jī)械模具通常對質(zhì)量、精度的要求比較高，所以，在數(shù)控技術(shù)進(jìn)行加工時，前期花費(fèi)的成本比較高，對效益的控制也比較嚴(yán)格。因此，設(shè)計人員需要在加工過程中合理規(guī)劃工藝，在保證生產(chǎn)效能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。在規(guī)劃生產(chǎn)工藝的過程中，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)按照集中化的原則，由粗到細(xì)逐步設(shè)計。規(guī)劃后的工藝盡量保證模具的一次性加工完成度，這樣有助于提高生產(chǎn)效益，降低生產(chǎn)成本。使用機(jī)械模具的過程中，工作人員需要關(guān)注定位誤差，否則產(chǎn)品的精度會受到影響。不同機(jī)床之間也存在一定誤差，工作人員要設(shè)置好誤差。例如，同軸孔應(yīng)用使用一次定位加工法，以減少換刀和模具移動，進(jìn)而保障模具的精度。在刀具移動、更換的過程中，盡量規(guī)劃較短的路程，以提高精度。同時，粗加工工序在前，精加工在后。安排時，對于道具位置最相近的工序應(yīng)該連在一起，以減少道具反復(fù)移動。同時，平面加工在前，打孔、內(nèi)部加工、表面加工災(zāi)后。由于銑刀加工時會對模具施加一定的壓力，因此可能導(dǎo)致模具變形，進(jìn)而使得一些高精度工序無法精確完成。所以，設(shè)計人員可以將銑刀加工和穿孔兩個工序在時間上交替進(jìn)行。

4.3機(jī)械模具的數(shù)控編程

數(shù)控加工依賴于編程，程序越簡單、越靈活，數(shù)控機(jī)場的柔性化越好。因此，工作人員還應(yīng)為機(jī)床選擇合理的程序。傳統(tǒng)的G代碼靈活性較差，無法滿足部分復(fù)雜的加工工序。而隨著CAM等數(shù)控編程軟件的出現(xiàn)，程序的靈活性越來越高，能滿足復(fù)雜的加工工序。這類數(shù)控軟件提取機(jī)械模具的幾何特征，并將關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，進(jìn)而使得程序的計算更快，使得編碼更精準(zhǔn)。生產(chǎn)時，工作人員只需要輸入生產(chǎn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以自動階段，選擇機(jī)場河道具，并設(shè)置加工程序。刀具路徑、切削參數(shù)也能被自動計算出來。工作人員也可以對工藝程序進(jìn)行再次規(guī)劃和確認(rèn)，優(yōu)化程序，同時降低人工編碼發(fā)生錯誤的可能性。這也就是CAM軟件的人機(jī)交互功能，完善人工提取的模具數(shù)據(jù)。

4.4機(jī)械模具的仿真驗證

數(shù)控技術(shù)通過計算機(jī)程序控制機(jī)床，盡管其出錯率很低，但是由于生產(chǎn)條件復(fù)雜多變，很多環(huán)境因素也會對機(jī)床產(chǎn)生干擾，因此，碰撞、過切等問題也無法避免。而對數(shù)控機(jī)床的編碼進(jìn)行方針驗證則能夠減少問題的發(fā)生率。仿真驗證是通過模擬機(jī)床當(dāng)前的生產(chǎn)環(huán)境，進(jìn)而預(yù)判生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的各種問題，進(jìn)而對機(jī)床進(jìn)行調(diào)整，保障機(jī)床正常、準(zhǔn)確工作。通常，工作人員需要通過計算機(jī)模擬運(yùn)動場景，進(jìn)而控制機(jī)械生產(chǎn)程序。例如，對NC文件中的加工指令進(jìn)行解析，并且在掃描后對數(shù)據(jù)做模擬預(yù)算，根據(jù)結(jié)果判斷機(jī)械生產(chǎn)時可能出現(xiàn)的問題。例如，將計算過程和布爾減預(yù)算分離，使兩者相互獨(dú)立，進(jìn)而保證驗證過程的準(zhǔn)確性。在解析NC文件時，工作人員還應(yīng)當(dāng)數(shù)據(jù)刀具矢量，并且模擬好掃描體的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)驗證結(jié)果的準(zhǔn)確性。插補(bǔ)運(yùn)算功能可以同時啟動，等待驗證結(jié)果。當(dāng)前，驗證軟件幾乎都是通過動態(tài)圖形進(jìn)行仿真。當(dāng)模具與仿真結(jié)果出現(xiàn)偏差時，系統(tǒng)自動分析產(chǎn)生偏差的原因并自動改善問題。

5數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械模具制造中的應(yīng)用要點(diǎn)

5.1特征處理要點(diǎn)

模具加工制造中，特征處理主要有打圓角、倒角和穿孔三種，都是通過識別、簡化進(jìn)行處理。打圓角時，工作人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)模具條件去匹配技術(shù)，從二邊流形體的維度提取特征。通常，加工時圓角又有類柱圓角和普通圓柱之分，對這兩種圓角，加工時可以根據(jù)模具的圓率、曲面半徑進(jìn)行界定。每個圓角都存在一條光滑便，這條光滑便和其相鄰面的過度特征可以作為識別要素。處理倒角時，工作人員可以根據(jù)錐面或者平面處理，因為倒角往往呈現(xiàn)為幾何結(jié)構(gòu)，因此，工作人員可以將各個面的廣度、邊的寬度作為主要特征。在處理孔時，工作人員需要關(guān)注孔的方向。通常提取孔的內(nèi)環(huán)數(shù)據(jù)，還要關(guān)注孔的支撐面的延伸情況。在簡化各種操作時，工作人員可以整體優(yōu)化，也可以分步優(yōu)化。分步法中按順序刪除的策略更適合于復(fù)雜情境，整體刪除策略適用于簡單場景。這都需要根據(jù)模具的實(shí)際情況選取。

5.2實(shí)體建模要點(diǎn)

仿真驗證可以采用實(shí)體建模技術(shù)，通常以邊界、構(gòu)造以及空間分割三種技術(shù)進(jìn)行建模。邊界處理技術(shù)的優(yōu)勢在于建模數(shù)據(jù)小，處理速度快，但是無法對模具做整體性描述。構(gòu)造法的光柵處理速度較快，但是缺乏邊界性描述。而空間分割法一般適用于復(fù)雜的機(jī)械模具。建模過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而系統(tǒng)的存儲量有限，特別是在處理復(fù)雜模型時，如果無法簡化數(shù)據(jù)，通常會降低驗證的精準(zhǔn)度，進(jìn)而影響驗證的準(zhǔn)確性。因此，在實(shí)踐中，采用合理的方法建模非常重要。

6結(jié)語

隨著現(xiàn)代計算機(jī)信息技術(shù)的高速進(jìn)步發(fā)展，傳統(tǒng)的智能制造管理技術(shù)已不再能適應(yīng)采用現(xiàn)代先進(jìn)的人工智能設(shè)備制造管理技術(shù)。數(shù)控機(jī)械加工傳動設(shè)備同時同樣具有高速度運(yùn)動和低精度、高效率、柔性化和工業(yè)自動化等三大主要特點(diǎn)，加工數(shù)控設(shè)備加工制造設(shè)備數(shù)控技術(shù)投入應(yīng)用后的開發(fā)創(chuàng)新能力、加工設(shè)備生產(chǎn)經(jīng)營效率的整體水平及其高低直接就會關(guān)系到它體現(xiàn)了一個設(shè)備企業(yè)的加工設(shè)備數(shù)控加工水平和一個企業(yè)設(shè)備生產(chǎn)經(jīng)營管理綜合實(shí)力。對工程機(jī)械設(shè)備制造業(yè)快速發(fā)展實(shí)現(xiàn)高度精和柔性化的工業(yè)自動化、集成化、智能化產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程起著舉足輕重的推動促進(jìn)作用。本文對數(shù)控機(jī)床在機(jī)械模具制造中的應(yīng)用展開探究，為機(jī)械模具制造發(fā)展貢獻(xiàn)了一些有益思路。

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[3]陳小偉.數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械模具制造中的應(yīng)用探討[J].科學(xué)與信息化，2019（25）：77-78.

作者:郭亞東 單位:南陽技師學(xué)院