尹耀康

摘 要：面向模具型腔的數(shù)控加工是模具數(shù)字化生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系到模具生產(chǎn)制造的質(zhì)量和進(jìn)度。本文旨在提高模具加工制造的質(zhì)量和效率，提出了面向模具型腔的高效數(shù)控加工這個(gè)課題，針對(duì)模具型腔數(shù)控加工的數(shù)控機(jī)床、 刀具系統(tǒng)、 走刀方式、加工工藝與參數(shù)以及數(shù)控編程的智能化等五個(gè)方面展開(kāi)探究，希望對(duì)我國(guó)數(shù)控加工的不斷優(yōu)化和改進(jìn)有所幫助。

關(guān)鍵詞：模具型腔；數(shù)控加工； 機(jī)床性能；走刀方式；數(shù)控編程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.025

0 引言

數(shù)控加工是目前生產(chǎn)加工領(lǐng)域程序相對(duì)比較復(fù)雜，操作比較嚴(yán)格，工藝比較講究的一門(mén)生產(chǎn)技術(shù)，在高轉(zhuǎn)速以及高進(jìn)給速度下，能夠完成各種粗加工以及精加工的要求。數(shù)控加工在機(jī)床性能、刀具選擇、走刀方式、加工工藝、參數(shù)設(shè)計(jì)以及智能化編程等方面要求非常嚴(yán)格，并且，面向模具型腔的數(shù)控加工難度大、耗時(shí)長(zhǎng)，需要注意的事項(xiàng)比較多。對(duì)于面向模具型腔的數(shù)控加工，怎樣才能提高加工的質(zhì)量和效率，筆者將從以下五個(gè)方面進(jìn)行分析。

1 數(shù)控機(jī)床性能

機(jī)床是數(shù)控加工最基礎(chǔ)的運(yùn)行部件，是支撐一系列數(shù)控加工工序的工作平臺(tái)，機(jī)床性能的好壞直接關(guān)系到數(shù)控加工的質(zhì)量。高效的數(shù)控加工往往都需要依靠性能良好的數(shù)控機(jī)床來(lái)實(shí)施。要確保數(shù)控機(jī)床的性能能夠滿(mǎn)足高效數(shù)控加工的需要，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：一是觀察機(jī)床的物理結(jié)構(gòu)即精準(zhǔn)度和剛性是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。由于加工原材料本身都是具有高硬度，需要采用一定伸長(zhǎng)量的銑刀加工模具型腔，要求機(jī)床的抗震能力以及加工精度比較達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，所以，高剛性和高精度是對(duì)高效數(shù)控加工機(jī)床的最基本要求；二是機(jī)床的轉(zhuǎn)速和功率必須高，這樣才能使得刀具關(guān)聯(lián)的主軸轉(zhuǎn)速足夠快，同時(shí)需要完成型腔以及其他部件的協(xié)調(diào)運(yùn)作，確保加工的一致性和嚴(yán)密性；三是機(jī)床應(yīng)具備多軸聯(lián)動(dòng)和深孔腔綜合切削的能力，多軸聯(lián)動(dòng)能夠支持機(jī)床工作臺(tái)持續(xù)的回轉(zhuǎn)進(jìn)給，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的深孔腔需要多軸聯(lián)動(dòng)前提下加工出各種曲面的模具零件；四是機(jī)床的控制系統(tǒng)必須先進(jìn)。我國(guó)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)一直在不斷的升級(jí)和完善，目前已經(jīng)具備自行調(diào)整切削進(jìn)給速度、機(jī)床的熱變形補(bǔ)償以及高速度傳遞數(shù)控加工數(shù)據(jù)等功能。

2 刀具系統(tǒng)

面向模具型腔的高效數(shù)控加工在刀具系統(tǒng)方面也需要不斷改進(jìn)。在具體選擇加工刀具上需要考慮以下因素：首先，應(yīng)選擇高剛性和耐磨性的刀具材料，確保加工中不易變形或者損壞，這樣才能有效避免在高速切削加工中出現(xiàn)刀口損壞或者其它刀具失效現(xiàn)象發(fā)生，以免降低加工效率和出現(xiàn)加工產(chǎn)品表面質(zhì)量問(wèn)題。同時(shí)在刀具系統(tǒng)管理中，需要針對(duì)刀具系統(tǒng)的有關(guān)切削參數(shù)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)置，以確保加工的高精準(zhǔn)度；其次，在不同的切削刀刃的連接處最好采用倒角刀尖，避免熱摩擦過(guò)大而損壞刀具，同時(shí)在實(shí)際操作中，還要結(jié)合具體情況選擇不同類(lèi)型和形狀的加工刀具，這樣才能針對(duì)不同的加工要求來(lái)提高加工精度和加工效率。同時(shí)在實(shí)際加工中還要注意所采用的刀具必須與編程所選擇的刀具參數(shù)一致，防止因?yàn)檎`差影響到模具的加工精度；再次，應(yīng)選擇高精度刀片以及密齒刀。這樣才能發(fā)揮出刀具高速加工的性能，提高材料切除的效率；最后，應(yīng)采用自動(dòng)換刀系統(tǒng)。這樣做是為了自動(dòng)換刀來(lái)壓縮時(shí)間和提高定位的精準(zhǔn)度。

3 走刀方式

如何走刀是考驗(yàn)數(shù)控加工水平的重要指標(biāo)，也是考驗(yàn)數(shù)控編程人員專(zhuān)業(yè)能力的重要體現(xiàn)。由于走刀直接關(guān)系到數(shù)控加工的效率和質(zhì)量，數(shù)控編程人員必須根據(jù)數(shù)控加工的實(shí)際情況選擇合理的走到方式。如果走刀方式選擇不當(dāng)，往往會(huì)耽誤數(shù)控加工的時(shí)間和進(jìn)度，還可能影響到加工質(zhì)量。所以，數(shù)控編程人員往往需要經(jīng)過(guò)精密的思考和計(jì)算，確定最佳的走刀方式，盡可能的節(jié)約時(shí)間、保證質(zhì)量、提高效率。當(dāng)前我國(guó)多數(shù)的數(shù)控編程走刀方式都是采用CAM軟件，對(duì)于模具型腔的粗加工在加工復(fù)雜零件時(shí)大部分時(shí)間都耗費(fèi)在粗加工上，由于存在多種刀位軌跡的生成方法，我們?cè)谶x擇的走刀方式不同所耗費(fèi)的加工時(shí)間即刀位軌跡長(zhǎng)度差別就會(huì)很大。對(duì)于加工質(zhì)量不高的問(wèn)題常常就是因?yàn)樵谧叩斗绞降倪x擇有誤，所以，走刀方式也是衡量數(shù)控加工水平的一個(gè)重要參數(shù)，這就對(duì)有關(guān)數(shù)控編程以及技術(shù)人員提出了非常高的要求，需要選擇出最合理的走刀方式并且還要不斷改進(jìn)技術(shù)，從而促進(jìn)數(shù)控加工水平的不斷提升。

4 加工工藝與參數(shù)

直觀判斷數(shù)控加工能力的強(qiáng)弱很大程度上體現(xiàn)在切削效率上，也就是需要從轉(zhuǎn)速、吃刀量以及進(jìn)給速度等方面來(lái)做文章，通過(guò)提高切削效率來(lái)促進(jìn)數(shù)控加工能力的提升。所以，在數(shù)控加工過(guò)程中，要保證有效的切削用量，發(fā)揮出刀具應(yīng)有的切削性能。除此以外，對(duì)于加工參數(shù)的優(yōu)化，還必須從建立有效的瞬時(shí)切削力模型入手，這就需要技術(shù)人員加大切削實(shí)驗(yàn)，盡量保證工藝參數(shù)的實(shí)用性。同時(shí)模具型腔粗加工要去除大量材料，就需要充分考慮曲面形狀、余量、材料硬度以及刀具磨損變化等因素，所以在實(shí)際加工中基本采用的還是保守的切削進(jìn)給速度。

5 數(shù)控編程的智能化

模具型腔粗加工通常需要采用多種數(shù)控編程策略。我們上面提到的CAM 系統(tǒng)相對(duì)比較傳統(tǒng)且具有很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性，在具體的加工進(jìn)給速度方面缺乏針對(duì)性，在生成的刀具路徑方面缺乏可靠性，同時(shí)刀具壽命的維護(hù)不到位，所以，許多學(xué)者和專(zhuān)家都致力于改進(jìn)和優(yōu)化數(shù)控編制，將模具型腔復(fù)雜曲面數(shù)控加工的重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)編程的智能化上，這也是目前數(shù)控編程的發(fā)展趨勢(shì)。CAM系統(tǒng)數(shù)據(jù)編程智能化能夠?qū)崿F(xiàn)信息的自動(dòng)化處理，能夠根據(jù)CAD傳遞的幾何信息以及相應(yīng)的工藝系統(tǒng)識(shí)別加工特征，從而根據(jù)特征選擇最佳的加工方式，并且能利用有關(guān)技術(shù)和工具計(jì)算出刀具的大小、加工余量、走刀方式以、切削用量以及優(yōu)化刀具軌跡。

數(shù)控編程的智能化是實(shí)現(xiàn)模具型腔高效數(shù)控粗加工的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)面向車(chē)間編程的重要前提，更是下一代CAM 系統(tǒng)的突破口。數(shù)據(jù)編程的智能化需要使用者建立自己的用戶(hù)模版，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立利用和全面操作，從而大大提升了數(shù)控編程的效率。因此，現(xiàn)階段我們要加大科研和實(shí)踐力度，開(kāi)發(fā)出模具型腔粗加工的智能工藝系統(tǒng)，結(jié)合材料以及加工余量科學(xué)考慮加工的切削參數(shù)，達(dá)到變速切削和高速切削的目標(biāo)，建立起包括模具型腔加工幾何模型的切削工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，促進(jìn)無(wú)干涉刀具路徑的生成，最終實(shí)現(xiàn)面向模具型腔的高效數(shù)控加工。

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