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        機械模具數(shù)控加工制造技術(shù)分析

        2018-10-08 07:19:28朱興偉
        關(guān)鍵詞:裝夾主軸刀具

        朱興偉

        (無錫機電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校,江蘇 無錫214028)

        機械模具加工是各類工藝設(shè)備制造的基礎(chǔ)。不僅各類機械模具的結(jié)構(gòu)和加工型面愈來愈復(fù)雜,而且對加工精度和加工周期的要求越來越高,這對機械模具加工和制造技術(shù)提出了新的要求。傳統(tǒng)的單軸數(shù)控加工技術(shù)逐漸無法滿足機械模具加工的要求。

        1 機械模具數(shù)控加工制造技術(shù)

        目前機械模具加工主要包括火花線切割、火花加工、車削加工、銑洗加工、磨削加工、數(shù)控加工等環(huán)節(jié)[1]。每一個加工環(huán)節(jié)都有明確的加工任務(wù),都有獨特的加工作用,均無法相互替代。從機械模具的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式來看,各種機械模具之間的差異明顯,屬于單件小批量生產(chǎn),這要求機械模具制造技術(shù)多元化,注重創(chuàng)新機械模具制造技術(shù)。從機械模具產(chǎn)品來看,機械模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工精度要求高,數(shù)控加工的數(shù)據(jù)編程復(fù)雜。從機械模具加工數(shù)量和加工時間來看,由客戶決定機械模具加工數(shù)量,企業(yè)的加工能力決定機械模具的加工時間,機械模具的生產(chǎn)規(guī)模和加工時間具有隨機性。

        2 數(shù)控加工技術(shù)在機械模具制造中的應(yīng)用

        在機械模具的制造過程中,要不斷地完善加工技術(shù),尤其是數(shù)控加工技術(shù),才能提高機械模具的生產(chǎn)效率,降低機械模具的生產(chǎn)成本[2]。數(shù)控車削加工技術(shù)廣泛運用于機械模具的制造過程,不僅用于零部件生產(chǎn)加工,而且也用于機械模具鑄件加工。銑削技術(shù)一般用于外部結(jié)構(gòu)是凹凸面的機械模具加工,能夠完成復(fù)雜外形的機械模具加工。下面以多軸數(shù)控編程加工技術(shù)為例,探討數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用于機械模具制造的方法。

        多軸數(shù)控編程加工是數(shù)控加工技術(shù)中難度大、應(yīng)用范圍廣的一項技術(shù),集成了計算機控制、高性能伺服驅(qū)動、精密加工等多項技術(shù),可用于復(fù)雜曲面的機械模具加工,具有效率高、精度高和自動化程度高的加工特點。多軸數(shù)控編程加工設(shè)備是在三軸數(shù)控技術(shù)設(shè)備中增加了旋轉(zhuǎn)軸的一種數(shù)控加工設(shè)備,刀具與模具的位置、刀具軸線可以隨意調(diào)整和控制,以對機械模具進行多角度加工,且軸線與加工對象表面之間的夾角、切削速度均不發(fā)生變化。當(dāng)前機械模具制造企業(yè)都使用五軸聯(lián)動數(shù)控加工設(shè)備[3]。

        多軸數(shù)控編程加工主要包括三項關(guān)鍵技術(shù)。一是多軸數(shù)控編程。多軸數(shù)控加工的關(guān)鍵在于對刀具軸的矢量控制。目前數(shù)控自動變成系統(tǒng)可以完成三軸數(shù)控編程。編程方式包括ATP語言自動編程與圖像自動編程兩種,兩種編程方式的流程基本相同,圖1為多軸數(shù)控編程的流程。二是多軸數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)技術(shù)[4]。根據(jù)ISO的規(guī)定,五軸聯(lián)動數(shù)控機床主要使用右手直角坐標系,其中Z坐標定義為主軸坐標,X軸、Y軸、Z軸的旋轉(zhuǎn)分別定義為A軸、B軸、C軸。在一般情況下,把機床作為絕對坐標,機床固定坐標系原點作為機床的絕對原點,機床的絕對原點是整個機床的物理中心位置,目的在于使機床和控制系統(tǒng)同步,以測量機床運動的起始位置。在工件坐標中,工件數(shù)控變成坐標系由編程人員定義。三是刀具技術(shù)。刀具是保障加工效率和加工質(zhì)量的關(guān)鍵。在多軸數(shù)控加工過程中,普遍使用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、平底銑刀等。在加工曲面曲率小于球頭刀的情況下,將銑刀的曲面接觸面作為有效面積,并使用球頭銑刀進行加工,圖2為球頭銑刀與模具曲面的關(guān)系。

        圖1 編程流程

        圖2 刀具與曲面關(guān)系

        3 提高機械模具數(shù)控加工精度的方法

        3.1 幾何誤差的精度控制方法

        加工工藝系統(tǒng)按照程序?qū)C械模具進行加工,機床主軸、刀具等影響機械模具的加工精度。首先,主軸旋轉(zhuǎn)影響加工精度。機床的主軸主要起傳動作用,主軸旋轉(zhuǎn)狀況決定工件的相對位置,影響工件表面的平整度。在加工過程中,如果主軸回轉(zhuǎn)軸線偏離標準中心軸線,將導(dǎo)致工件產(chǎn)生誤差。主軸回轉(zhuǎn)軸線偏離標準中心軸線的原因包括主軸磨損、軸承匹配度不高、主軸同軸度不高等。為了有效預(yù)防主軸回轉(zhuǎn)誤差,必須按照要求裝配主軸,并做好主軸的潤滑保養(yǎng)工作,減少主軸回轉(zhuǎn)對工件精度的影響。其次,刀具精度影響加工精度。刀具精度直接決定工件的加工精度,特別是使用特殊方式加工。在切削加工過程中,切削刃、刀面和工件等之間必然產(chǎn)生摩擦力,使刀具發(fā)生磨損。當(dāng)磨損到一定程度,必然提高工件表面的粗糙度,導(dǎo)到切削形狀發(fā)生改變,造成振動和工件的加工誤差。刀具磨損影響切削效率、加工質(zhì)量、加工成本。為了有效地降低刀具對工件加工精度的影響,除了使用對刀樣板或?qū)Φ讹@微鏡安裝刀具外,還應(yīng)采用新型耐磨材料加工刀具,正確使用冷卻潤滑劑,減少刀具的磨損程度,延長刀具的使用壽命。

        3.2 受熱與受力對精度的影響及控制方法

        模具材料質(zhì)量影響加工精度。加工材料受到力和溫度的影響,必然發(fā)生變形、扭曲、斷裂等問題。在加工過程中,刀具摩擦必然產(chǎn)生大量的熱量,使刀具處于高溫狀態(tài),刀具發(fā)生熱變形,刀具的切削尺寸增加,導(dǎo)致加工工件精度不足。因此,在加工過程中,要選擇合適的刀具,調(diào)整好切削深度,并采用冷卻方法抑制熱變形,從而提高模具的加工精度。還可以采用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ乐故軣岵痪鶎庸ぞ鹊挠绊?,例如,在用刨床加工長方體錘頭表面時,由于受到刨刀的擠壓,工件表面溫度快速提高,不得不對工件表面進行降溫,工件受熱不均勻,導(dǎo)致工件中部彎曲、上表面凸出等現(xiàn)象發(fā)生。切削量過大,影響工件的整體精度。為了緩解受熱不均勻?qū)ぜ庸ぞ鹊挠绊?,可采取兩種措施。一是合理使用冷卻潤滑劑,抑制工件溫度快速上升。二是對工件的非加工面進行預(yù)冷,縮小加工面和非加工面的溫度差距。為了保證機械模具的加工精度,必須按照機械加工工藝要求和產(chǎn)品性能要求,選擇合適的機械模具加工材料。

        3.3 加工操作精度的控制方法

        首先,注意工件的裝夾與調(diào)整。在機械模具加工過程中,如果使用手工方式加工,對工件進行多次裝夾或調(diào)整,難以保證工件與刀具之間達到理想的配合,從而產(chǎn)生偏差。即使產(chǎn)生細小的偏差,都會導(dǎo)致模具的加工誤差擴大,降低加工精度。因此,操作人員必須按照操作規(guī)范裝夾和調(diào)整工件,盡量減少裝夾與調(diào)整頻率。在批量加工時,可以采用固定夾具或使用適當(dāng)?shù)妮o助工具,進行裝夾與調(diào)整,減少由于頻繁裝夾與調(diào)整產(chǎn)生的誤差。其次,測量誤差。測量是工件加工過程中的基本步驟,測量的目的是為了確保工件的加工尺寸合理。測量的準確性直接影響工件的整體精度。測量方式不合理或沒有正確使用測量工具,都會導(dǎo)致工件產(chǎn)生較大的誤差。因此測量必須規(guī)范、準確。

        4 結(jié)語

        機械模具數(shù)控加工技術(shù)相對于傳統(tǒng)加工技術(shù)而言,具有明顯的優(yōu)勢。借助數(shù)控編程,不僅可以提高機械模具的加工精度,還可以提高加工效率。在機械模具數(shù)控加工過程中,加工設(shè)備和加工刀具、加工材料與冷卻方法、加工裝夾和調(diào)整等對機械模具加工精度都會產(chǎn)生影響,應(yīng)進一步加強這方面的研究,以改善加工方法和提高機械模具加工精度。

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