数控加工技术在机械模具制造的作用

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摘要：数控加工技术是指利用程序控制的自动化机床进行构件加工的工艺。随着相关技术不断发展，数控加工自动化、集中化、柔性化的优势使其在制造领域得到广泛应用。数控加工技术的优势有机械模具结构相对复杂、生产总量较少、对精度要求高的特点。以机械模具的结构特征为基础，分析数控加工技术工艺规划、数控编程、仿真验证等具体应用方法与要点。

关键词：数控加工；机械模具；工艺规划；数控编程

数控加工技术是信息化发展在制造业的具体体现。随着全球工业化水平不断提升，利用信息技术改善工业制造效率、提升产品精度质量成为制造业不断探索的方向。数控加工的出现和发展，为机械模具制造提供了新的技术支持。目前，车削、铣削、电火花等技术在机械模具制造中均较为常见。机械模具是诸多制造业生产的基础，其用途、结构等特征对加工技术有更高的要求。探究数控加工技术在机械模具制造中的应用，在制造业发展中具有重要价值。

1数控加工技术的原理

数控加工技术是指利用程序控制的自动化机床进行构件加工的工艺。数控加工技术的应用可分为软件与硬件两部分。软件是指数控技术所需的计算机系统、程序编码等。在系统结构下，根据所加工构件的设计尺寸、材质等要素，以预先编写的程序进行机械自动化生产加工。同时，在程序的控制线计算机系统可处理加工制造中收集的数据，从而出现了柔性制造系统。硬件主要指数控机床及其配套设施。数控机床是实现数控加工技术的基础，与传统机床需要人工控制生产流程的特征不同，数控机床多类型的传感器可以作为参数的输入和输出部分，有助于柔性自动化的形成。2数控加工技术的应用特征随着数控加工的不断发展，该项技术在制造业中的应用范围日趋广泛。数控加工技术的应用特征主要体现在自动化、集中化、柔性化等方面[1]。第一，高度自动化的特征使其具备更高的效能。数控加工所需的人力较少，在改善人工成本的同时也有效提升了品控效果。第二，数控加工技术的集中化生产方式可改善对环境的要求并缩短制造时间。数控机床将生产工序集中后各工序之间的间隔时间减少，对空间的要求也显著降低。可在相对较小的厂房中集中进行大规模生产。第三，数控加工的智能化在一定程度上解决了规模与柔性的矛盾。传统加工方式工人熟练度和机床适用范围导致生产线柔性不足，往往需要大规模生产单一产品以摊销成本。而数控加工技术的柔性优势，更适合于当前市场环境下个性化的产品需求。

3数控加工技术在机械模具制造中的应用价值

机械模具是生产制造工业零件的常用工具。不同行业所需的模具形状迥异，且相对于成品零件模具的生产总量较少，对精度要求高。制造企业在提交模具订单后往往急于开工生产。此时模具加工企业需要在较短时间内对陌生产品进行高质量生产，多数情况下不允许出现报废。数控加工技术的应用，可以通过编程实现对新产品的精准质量控制。在校验编码无误后即可快速进行生产。不同批次的机械模具生产仅需要调整程序编码。实践中很少出现产品报废的问题，适合于加工难度较大的机械模具[2]。可见，数控加工技术在机械模具制造中具有广泛的应用价值。

4数控加工技术在机械模具制造中的应用方法

4.1机械模具的加工特征。传统模具加工技术在面对简单的几何参数时按照既有的规范化步骤生产。但是，随着生产技术与市场需求的同步发展，机械模具日趋复杂化，数控加工技术的应用需要考虑模具的加工特征。为进一步优化数控加工技术的应用效果，工艺设计人员应当将特征为基础，发挥纽带作用使自动化和人工识别的优势结合[3]。实践中，可根据制造领域及合作企业的相似性寻找模具种类和形状的共同点。利用典型特征建立模型，提高工艺自动化水平和数控代码生成效率。一般将孔、凸台、角等作为基本特征加以关注。也可利用总结的特征结合CAD模型不断优化流程布局。以代码编写为基础，将设计人员的人工识别融入数控加工技术中。按照所加工模具的尺寸、数量、自由度等参数合理选择机床设备，并按照模具的基本几何特征选择刀具。4.2机械模具的工艺规划。机械模具对产品质量、效率的要求较高。模具加工企业应用数控加工技术的前期成本较高，对效益的控制也较为严格。因此，在制造过程中需要合理进行工艺规划，在提升生产效能的基础上也为代码生产建立稳固的基础。工艺的规划设计应当遵循集中化的原则，按照由粗到细的方式进行。工艺应当确保模具一次装夹内的工序完成度，追求一次性加工完成的目标。这样可以降低设备的采购与使用成本。机械模具作为制造产品的工具，对定位误差要求较高，采取此设计可有效降低不同机床间误差对模具的影响。同轴孔宜采取一次定位加工的规划，并减少换刀和模具移动，进一步提升精度。在刀具行驶、更换等路径的设计中，应当尽量采取较短的方案。粗加工在前，精加工在后。在同等级别下，需参照上一步工序结束后刀具的位置，优先安排此时距离刀具最近的工序。平面加工工序安排完成后再规划孔、内表面工序，最后进行外表面加工。由于铣刀加工时对模具表面施加的力较大，遇有高精度模具加工时，细微的材料变形也可能影响加工质量。因此铣平面与钻孔应当在时间上交替进行。4.3机械模具的数控编程。数控加工技术的实现离不开科学的编程。机械模具制造的柔性特征使数据加工技术中的编程工作量增加，程序的合理性对数控加工技术的应用效果有重要影响。传统的G代码无法适应部分机械模具制造中复杂的刀具运动轨迹。因此，目前以CAM为代表的数控编程软件在相关工作中不断得到应用和发展。CAM软件可实现复杂的人机交互，有助于改善人工提取模具几何特征对制造效率的不利影响。此类软件将所需制造的模具几何特征作为关键参数，利用信息化计算更加快速、精准的生成编码。将模具几何参数、材料特征等输入软件，系统可自动生成列表。根据列表中出现的特征，编程人员可参照工艺设计逐一确定机床、刀具等设备。随后，利用简化后的特征生成制造工序，设计刀具路径、切削参数。经过工艺设计规划人员复核后，可在软件中直接生成与工艺对应的程序代码并导入数控设备[4]，降低人工编码发生错误的可能性。4.4机械模具的仿真验证。虽然数控加工技术的自动化使错误发生的概率极大降低，但受到环境等因素影响，实践中难以完全避免碰撞、过切等问题的出现。因此，机械模具制造工艺流程和数控编码生成后需要进行仿真验证。基于对当前制造环境的模拟，预先判断制造过程中的各类因素对加工动态的影响，从而确保实际制造时的工作效率。利用运动学建立三维运动场景并输入完整的控制程序。解析NC文件中的加工指令，扫描后进行模拟预算，生成显示结果。此时，计算过程与布尔减预算处于相互独立的状态，可确保验证过程的准确性。NC文件解析过程中需要注意对扫描体的构造，将刀轴矢量输入软件中以增强验证结果的准确性。同时，应当一并启动插补运算功能，等候验证结果生成。目前常见的验证软件均以动态图形的形式显示仿真验证过程。当模具实际模型与仿真验证生成的模型存在差异时，可通过动态图像的变化分析数控程序中存在的问题并加以改善。

5数控加工技术在机械模具制造中的应用要点

5.1特征处理要点。机械模具制造中的特征处理主要包括圆角、倒角和孔三类，处理过程包括识别和简化两步。圆角的处理应当遵循条件匹配原则，从二边流形体的维度提取特征。实践中，圆柱又分为类柱圆角和普通圆柱，对其区分可从边界角度出发。对不同圆角的特征界定可以将模具的曲率、曲面半径等作为指标。任何圆角中都必然存在一条以上的光滑边，可根据此定理将光滑边与其相邻面的过渡特征作为圆角的识别要素。倒角特征处理时可以将边替换为锥面或平面。实践中生成的倒角特征往往呈现为带状几何结构，可提取其长度、广度等作为特征指标。孔的特征处理应注意对方向性的判断。一般将孔的内环作为特征进行提取，此时需要注意其向支持面的延伸特征以便进一步区分、识别。内环特征主要指入口处的直径等参数。各类特征的简化既可以采取整体化方案，也可选用分步进行的方式。分步法方式中的整体删除、顺序删除等策略分别适用于简单和复杂的场景，需要根据模具制造的实际情况合理利用。5.2实体建模要点。实体建模是仿真验证的关键技术。实践中可采取边界、构造或空间分割等不同方法进行。边界法的优势在于数据小、速度快，但缺少必要的整体性描述。构造法对边界的描述不足，在光栅处理速度的提升方面具有优势。空间分割法中最为常见的八叉树表示法对复杂的机械模具建模更加有效。由于实体建模所需数据量较大，当内存资源不足时验证速度会显著降低，从而影响生产进度。反之，采取简化数据的方式将导致验证结果准度降低，也会影响验证的有效性。因此，实践中应当以合理的方法运用，实现精度与效度的平衡。

6结束语

综上所述，数控加工技术所具备的优势可以满足机械模具制造的特殊要求。以相关技术生产的机械模具可以实现短时间、高质量交付。在实际应用中，可以将模具的加工特征作为核心，以效率与质量为指标，不断优化加工工序和数控程序。并利用仿真验证预先进行校验，以实现低成本下高质量模具的加工制造。

参考文献

[1]岳彩虹.机械模具数控加工制造技术及其应用研究[J].河北农机,2019(12):64.

[2]董旭彬.燃气轮机轮盘数控加工技术分析[J].内燃机与配件,2019(21):63-64.

[3]孙桂爱,刘春雷.机械数控加工技术水平的提高策略[J].内燃机与配件,2019(21):76-77.

[4]叶继军.复杂曲面数控加工刀具轨迹的生成技术[J].南方农机,201950(21):233+240.

作者:徐留明 毛雪 单位:钟山职业技术学院