機械模具數控加工制造技術分析

王暉

摘要：當前，機械模具的加工型面和結構越趨復雜，同時，在加工過程中對材料精度的要求逐漸提高，因此對加工企業的機械模具加工技術就提出了較高要求。而隨著科學技術的發展，也在一定程度上促進了機械制造企業模具數控加工制造技術的創新。本文通過分析機械模具數控加工制造技術，以及模具制造中數控加工技術的具體應用，進一步提出提高機械模具加工精度的關鍵措施。除此之外，在現代制造業中，UG軟件發揮著重要作用，在數控環境中，利用UG軟件能夠實現數控加工及模具設計。

關鍵詞：機械模具數控加工制造技術

機械模具加工是各種制造企業工業設備加工和制造的基礎。當前，機械模具加工型面以及結構越趨復雜，對加工周期和精度的要求逐漸提高，因此也對機械企業的模具加工制造技術提出較高要求，若仍采用傳統單軸數控加工技術，則無法滿足現代化的加工需求。除此之外，UG軟件作為一種計算機輔助機械加工制造系統具有廣泛應用，在機械制造、模具制作或航空科技中，均能夠發揮重要價值，對于大型、復雜的加工制造來說，采用UG技術能夠顯著提升加工精度，幫助制造企業縮短加工時間。

1 機械模具的數控加工制造技術分析

當前，對于制造企業，在開展機械模具加工過程中主要涉及車削、銑洗、磨削、數控加工、火花加工以及火花線切割等不同環節，各環節都有明確的任務和加工作用，且無法代替。根據機械模具的生產方式以及其結構可以發現，不同模具差異明顯[1]。因此，要求機械模具制造技術呈現多元化，注重機械制造技術的創新性，由于模具產品及其結構越趨復雜，對產品加工精度要求逐漸提高，因此相應的數控加工編程復雜程度也不斷提高。根據機械模具加工的數量和時間來看，其加工時間以及模具生產規模具有隨機性，機械模具加工時間是由機械制造企業的加工能力來決定的。

2 機械模具數控加工

在機械模具加工過程中應結合模具類型，按照產品裝配圖設計要求開展，除自動加工及數字編程外，數控加工流程與傳統機械加工流程基本一致[2]。第一，機械模具零件圖。在開展機械模具數控加工前，要求工作人員認真分析模具圖紙，以確定所標注零件參數的完整性和設計合理性，比如注明特殊工序，結合實際設計要求實現流轉工序處理[3]。第二，選擇合適的毛坯構件。根據機械模具、設計材料選擇合適的毛坯構件。應以工藝控制以及生產成本為原則進行毛坯構件選擇，以提高構件加工經濟性及加工效率，需要注意在模具評選時不能出現不符合技術規范的情況。第三，確定加工技術路線。加工技術路線是指工作人員能夠對機械模具加工方法、工藝參數、刀具、裝夾等方案進行合理設計，以保障加工技術路線的合理性，由專業工藝人員對機械模具加工任務進行數字化編程。第四，加工工藝。工作人員對機械模具不同加工環節進行合理設計，包括粗加工成形、外圓倒角、加工鍵槽、斜面等，之后依次進行端面表面粗糙度測量，去除余量，加工螺紋，最終使機械模具達到相應生產標準。第五，移交模具工藝備檔[4]。完成機械模具數控加工作業后，一旦確定工件合格，需進行檔案移交，在將工件交至甲方前要求工作人員認真清洗各原部件并開具產品合格證明，根據實際生產要求通過工藝工序草圖以及工藝規程等文本，匯總設計思路和全工藝路線，將文本與工件成品共同移交至甲方進行文件備檔。

3 多軸數控編程技術在機械模具制造中的應用

在開展機械模具制造時需完善現有加工技術，尤其對于數控加工技術來說，其可提升機械制造企業模具生產效率，幫助企業降低生產成本。在機械模具制造中廣泛運用數控科學加工技術可實現零部件加工以及模具鑄件加工，對于線下技術來說可用于凹、凸面等外部結構模具加工，尤其是復雜外形結構的模具加工。在本研究中以多軸數控編程技術作為研究對象，分析其技術在機械模具加工制造中的應用。

在數控加工技術中多軸數控編程加工技術操作難度較高，同時，該技術具有較廣的適用范圍。其結合多項技術，包括精密加工技術、高性能伺服驅動技術以及計算機控制技術，可用于曲面機械模具的加工[5]。此外，該加工技術具有較高的自動化水平，以及精確度高、效率高等特點。目前，在三軸數控技術應用中多借助多軸數控編程加工設備，該設備其能夠隨意調整參數并控制模具刀具位置、刀具軸線等，以實現對模具多角度加工，且不會影響加工表面和軸線夾角、切削速度等。隨著科學技術發展，當前對于一些機械制造企業運用五軸聯動數控加工設備以實現機械模具加工。對于多種數控編程加工，其涉及多軸數控編程、多軸數控機床結構技術以及刀具技術。具體來看，在開展多軸數控加工過程中，關鍵是實現刀具軸矢量控制，目前數控自動編程系統可完成三軸數控編程，一般采用ATP語言編程以及圖像自動編程這兩種方式。如圖1所示為多軸數控編程的具體流程圖。

從結構技術來看，根據ISO標準規定，在采用五軸聯動數控機床進行加工時采用右手坐標系，主軸坐標為Z，旋轉坐標X軸、Y軸、Z軸可分別定義為A、B、C軸。在正常情況下，可將機床作為絕對坐標，其原點為機床絕對原點，位于機床中心位置，主要對機床以及控制系統實現同步操作，便于測量機床初始運動位置。工件坐標系是由編程人員自定義工件數控編程坐標系。為提升機械模具加工效率，使其滿足相應質量要求，在運用刀具開展多軸數控加工時工作人員一般使用環形銑刀、球頭銑刀等。針對曲面率低于球頭刀的情況，可將銑刀曲面接觸面作為有效面積，采用球頭銑刀完成機械模具加工[6]，如圖2所示為球頭銑刀以及模具曲面兩者之間的關系。

4 提升數控加工精度的方法

第一，幾何誤差控制。在機械模具加工過程中刀具、機床、主軸等均會影響最終產品加工精度。從主軸旋轉情況來看，主軸在整個機床中發揮重要傳動作用，主軸旋轉可決定工件對應位置，進一步影響加工工件表面平整度。在具體加工時，主軸回轉軸線與標準中心軸線偏離會使最終加工件形成誤差，主要由于軸承匹配度不高，主軸出現磨損，主軸同軸度較低等導致。為減少主軸回轉產生的誤差，首先要求在安裝時進行主軸裝配，做好主軸維護保養，減少主軸回轉對加工件精度產生的影響。其次，刀具精度能夠從一定程度上影響工件加工精度，尤其是刀具采用特殊方式加工，在進行工件切削加工時刀面，工件以及切削刃彼此間會形成一定摩擦，進而導致刀具產生磨損，當刀具磨損達到一定程度之后，會提升加工面粗糙度，使切削形狀發生顯著變化，進而機床發生振動并產生加工件加工誤差。根據研究發現，刀具磨損會從一定程度上影響工件的加工質量、成本以及切削效率。為降低工件切削加工精確度低的問題，要求除使用顯微鏡進行刀具安裝，采用刀樣板外，還可以引入耐磨材料刀具，加入適量冷卻潤滑液，盡可能減少刀具產生的磨損，延長使用壽命。622F521B-F5D9-411B-9446-06BFD1B6AB4D

第二，受熱及受力對加工精度的控制。在工件加工過程中，其模具材料、質量也會從一定程度上影響加工精度。材料加工會受到作用力以及溫度因素影響，進而使加工件出現扭曲、斷裂以及變形。在具體加工時，刀具彼此間摩擦會形成熱量，使刀溫提高，刀具出現熱變形，增加刀具切削尺寸，進而降低加工件的精度。對此，在工件加工時應合理選擇刀具，做好切削深度參數調整，可采用冷卻法防止刀具出現熱變形，以提升機械模具的加工精度。除此之外，為防止受熱不均導致加工件加工精度降低，在刨床加工長方體垂頭外表面時，由于受刨刀擠壓導致工件外表面溫度快速提升，要求對工件表面進行快速降溫，但需注意的是采用該方法會導致加工件表面受熱不均，使工件中、后部彎曲以及上表面突出等現象發生。在工件加工過程中切削量大會影響加工件的整體精確度，為避免由于工件受熱不均導致加工精度影響，通?？刹扇∫韵麓胧菏紫?，在加工過程中加入適量冷卻潤滑劑，以防止工件溫度快速提高。其次，針對加工件非加工面應好預冷措施，進而減少加工面、非加工面兩者溫度差。為提高機械模具加工精度，要求嚴格按照工藝流程和產品性能，選擇合適加工材料。

第三，加工操作精度控制。在機械模具加工過程中需要做好工件調整及裝夾，在完成加工時可采取手工方式進行模具加工，如果多次調整和裝夾工具仍無法保證刀具和工件實現理想配合，這種情況下會使加工精度存在偏差，盡管偏差較小，但在模具加工時會擴大誤差。因此，作為操作人員應嚴格按照有關規范進行工件參數調整及裝夾，盡可能減少裝夾頻率，對于機械批量加工過程中可利用固定裝夾或其他輔助工具，完成工具參數調整及裝夾，盡可能減少由于多次調整裝夾導致的誤差。除此之外，在工件加工過程中測量作為重要環節，能夠確保工件尺寸的合理性及測量的準確性，但如果未采取合適測量工具或選擇方式不正確，均會導致工件誤差擴大，因此需嚴格按照規范準確進行工件加工測量。

5 UG軟件及數控環境分析

UG軟件是集合CAD/ CAM以及CAE等技術為一體的計算機輔助機械制造系統，在具體應用中UG軟件具有廣泛的應用范圍。在實際生產加工中利用UG系統能夠幫助企業節約成本，提升整體生產效益以及加工質量。UG系統是一種半自動半參數化建模系統，具有較強的集合能力，能夠將Pto/e標準化特性進行整合利用，經多進程計算機配合有效處理刀具軌跡以及交互式數控編程。相對傳統流程編碼來說，其能夠顯著提升處理效率。在具體應用UG系統時，可壓縮傳統仿真建模時間，使原本要幾周時間完成的建模工作壓縮至十幾分鐘?，F有研究發現，UG系統具有較高的建模效率。在實際機械模具加工中，UG系統能夠將虛擬與現實進行融合，工作人員可通過UG系統實現基于理論基礎的虛擬加工，處于虛擬環境下，選擇相應的刀具、機床型號，加工制作流程，按照1∶1模式，結合不同加工環境、數據完成加工。由于該方法制作過程為可視化操作，因此，工作人員能夠及時對加工參數進行優化、調整。在數控機械加工中UG系統能夠融合現實與虛擬技術，能夠避免在實際生產中不適用性。比如在模具設計中如果采取傳統方式實現模具加工，則無法滿足市場較大需求量，在具體工作中利用UG系統能夠顯著縮減人力、經濟、物力資源，同時顯著提升工作效率。通過UG系統能夠針對設計工作實現1∶1模擬，在模擬中通過系統構建零件庫，使其與國家標準零件庫互通，在保障數據互通的前提下可大大減少工作人員重復性工作，提升生產效率?？傊?，利用UG 系統實現機械模具加工是科學合理的，能夠基于虛擬環境下將模擬生產用于實際生產。

6結語

總之，相比傳統機械模具加工來說，采用數控加工技術具有顯著優勢，可借助數控編程技術提升機械模具加工精度以及加工效率。在開展數控加工時，影響機械模具加工進度的因素包括加工、裝夾調整、加工設備、刀具材料及冷卻方法等。為進一步提升工件加工精確度，本研究提出可運用UG系統實現機械模具數控加工及設計，通過融合虛擬現實技術，可幫助企業縮短機械模具縮短加工時間，提升加工精度。

參考文獻

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