李林

摘要：在數(shù)控機(jī)床零件制造中，模具是最典型也是常見(jiàn)的加工零件，需要在了解零件結(jié)構(gòu)、分析零件圖、了解總裝圖的基礎(chǔ)上對(duì)所要生產(chǎn)的機(jī)械模具進(jìn)行工藝分析、制定工藝規(guī)程，在細(xì)部技術(shù)方面還需要通過(guò)確定加工余量、工藝尺寸計(jì)算、定位誤差分析等技術(shù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)來(lái)體現(xiàn)工藝人員的職業(yè)素養(yǎng)，提高機(jī)械模具的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，并保證零件與實(shí)際應(yīng)用設(shè)備相適應(yīng)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械模具;數(shù)控加工制造技術(shù)

0 ?引言

數(shù)控加工制造技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)相比，其最大特點(diǎn)是使用可編程的數(shù)控機(jī)床對(duì)加工零件實(shí)施數(shù)字化工藝處理[1]。數(shù)控加工技術(shù)可以說(shuō)是在傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝的基礎(chǔ)上通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)以機(jī)械替代人工的技術(shù)形式，強(qiáng)化了傳統(tǒng)工藝性的計(jì)算精度，將機(jī)械模具的生產(chǎn)制造效率大大提高。數(shù)控加工技術(shù)通過(guò)數(shù)控編程技術(shù)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)機(jī)床工藝技術(shù)的運(yùn)用形式，使得全工藝綜合分析設(shè)計(jì)成為機(jī)械零件加工中最重要的技術(shù)研究環(huán)節(jié)，為多方案、多手段加工提供技術(shù)支持。

1 ?機(jī)械模具的數(shù)控加工基本工序

機(jī)械模具數(shù)控加工的基本工序應(yīng)按照產(chǎn)品裝配圖的設(shè)計(jì)要求及機(jī)械模具類型進(jìn)行確定，除數(shù)字編程和自動(dòng)化加工以外，與傳統(tǒng)機(jī)械加工工序的差異點(diǎn)并不多見(jiàn)，以下為最基本的機(jī)械模具加工作業(yè)工序：

1.1 機(jī)械模具零件圖分析

工藝人員對(duì)機(jī)械模具圖紙進(jìn)行工藝性分析，確認(rèn)圖紙標(biāo)所標(biāo)注的零件設(shè)計(jì)參數(shù)完整，設(shè)計(jì)要求基本合理，如注明有一些額外、特殊工序，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)方實(shí)際要求進(jìn)行轉(zhuǎn)工序處理[2]。

1.2 機(jī)械模具毛坯工件的選擇

工藝人員需要根據(jù)機(jī)械模具設(shè)計(jì)材料，初步擬定選擇毛坯工件，選擇原則以合理控制工藝和生產(chǎn)成本，提高加工效率和經(jīng)濟(jì)性為主，對(duì)于毛坯工件不能符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或出現(xiàn)無(wú)法采購(gòu)的情況時(shí)，可選擇成品鍛件作為加工原料。

1.3 確定數(shù)控加工技術(shù)路線

數(shù)控加工技術(shù)路線是指工藝人員對(duì)機(jī)械模具生產(chǎn)應(yīng)用的加工方法、工藝參數(shù)、刀具選擇、裝夾等方案的具體設(shè)計(jì)，為保障技術(shù)路線的科學(xué)性及完整性，工藝人員需要對(duì)具體加工任務(wù)進(jìn)行的科學(xué)合理的數(shù)字化編程。

1.4 數(shù)控加工工藝分析

工藝分析是工藝人員對(duì)設(shè)計(jì)該機(jī)械模具的各個(gè)加工階段的流程設(shè)計(jì)，例如粗加工基本成形、各個(gè)外圓倒角、加工高精度的端面、鍵槽、斜面等，再完成端面的表面粗糙度，最后去除測(cè)量余量、加工螺紋等按照一定工序的操作規(guī)程，使機(jī)械模具達(dá)到設(shè)計(jì)要求并具備生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)終檢的條件。

1.5 移交機(jī)械模具工藝備檔

在機(jī)械模具生產(chǎn)作業(yè)完成后并確定合格后，移交甲方使用之前，工藝人員需要清洗零件并開(kāi)具合格證明，根據(jù)生產(chǎn)要求將全工藝路線及綜合設(shè)計(jì)思路通過(guò)編制工藝規(guī)程、工藝工序草圖等文本，與生產(chǎn)成品一同移交甲方備檔[3]。

2 ?影響機(jī)械模具數(shù)控加工質(zhì)量的因素

2.1 機(jī)械模具的毛坯工件質(zhì)量

毛坯件的源頭質(zhì)量是決定機(jī)械模具質(zhì)量的根本因素之一，機(jī)械模具加工制造中所選用的毛坯件一般都是高速粗工生產(chǎn)，可能存在模鍛欠壓、錯(cuò)模量、鑄模誤差、金液流體未充滿模腔等工藝缺陷，在車削、銑削過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的次品率，往往有一些規(guī)格、型號(hào)、尺寸是與成品技術(shù)要求差異不大或不明顯的，檢查驗(yàn)收時(shí)不易發(fā)現(xiàn)。除此之外，機(jī)械模具選取毛坯的參考指標(biāo)一般按照用件強(qiáng)度、剛度、耐磨性、變形缺陷等經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行選取，對(duì)于一些未經(jīng)金屬探傷、金相組織檢查的毛坯件，內(nèi)部可能存在的孔眼類缺陷或積屑瘤對(duì)成品軸會(huì)造成質(zhì)量影響，尤其是細(xì)長(zhǎng)軸加工時(shí)往往導(dǎo)致工件破裂，或影響機(jī)械設(shè)備的工作性能。

2.2 加工機(jī)械模具的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)狀態(tài)

機(jī)械模具的加工生產(chǎn)依賴于車、鉆、鏜、磨、銑、刨等生產(chǎn)性數(shù)控機(jī)床，這些數(shù)控機(jī)床在毛坯件加工過(guò)程中需要按照零件圖規(guī)定的尺寸和要求進(jìn)行設(shè)定，機(jī)床如果長(zhǎng)時(shí)間未經(jīng)維護(hù)，主軸回轉(zhuǎn)、刀具導(dǎo)軌等工作機(jī)能受機(jī)床組件變形影響，降低其加工切削能力，導(dǎo)致機(jī)械模具加工精度下降;或數(shù)控機(jī)床開(kāi)動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間處于振動(dòng)和發(fā)熱狀態(tài)，影響其運(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)給量失準(zhǔn)、主軸轉(zhuǎn)速降低等基本設(shè)置的變動(dòng)必然導(dǎo)致加工精度降低。

2.3 機(jī)械模具加工中產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力

機(jī)械模具經(jīng)過(guò)數(shù)控機(jī)床加工后，毛坯工件的原有內(nèi)應(yīng)力在車削、銑削、電火花作用下會(huì)重新分布，對(duì)機(jī)械模具的加工精度、裝配精度產(chǎn)生一定影響。例如在加工時(shí)采用了不影響使用的次品毛坯件，其內(nèi)部應(yīng)力恢復(fù)平衡的能力不及成品毛坯件所加工的機(jī)械模具，導(dǎo)致零件加工后標(biāo)準(zhǔn)合格，但在靜置一段時(shí)間后產(chǎn)生變形誤差，尤其是外形細(xì)長(zhǎng)的機(jī)械模具，更易發(fā)生應(yīng)力變形誤差。

2.4 機(jī)械模具工藝系統(tǒng)受熱

機(jī)械模具加工時(shí)毛坯工件受到的切削熱、摩擦熱構(gòu)成零件結(jié)構(gòu)性內(nèi)熱源，生產(chǎn)環(huán)境溫度過(guò)高、機(jī)床溫度輻射熱等外部熱源等影響，這些工藝系統(tǒng)主要熱源對(duì)機(jī)械模具毛坯工件的金相組織產(chǎn)生一定的結(jié)構(gòu)性影響[4]。此外機(jī)床刀具、夾具也是切削熱、摩擦熱的影響物體，常發(fā)生變形現(xiàn)象，導(dǎo)致模具加工作業(yè)時(shí)產(chǎn)生誤差。

3 ?機(jī)械模具數(shù)控加工制造技術(shù)的應(yīng)用

3.1 機(jī)械模具制造中應(yīng)用數(shù)控車削加工技術(shù)

數(shù)控加工車削技術(shù)是基于傳統(tǒng)車削技術(shù)的工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字化軟件的編程技術(shù)，提升模具加工工藝的精度和效率，在數(shù)控車削加工技術(shù)使用過(guò)程中比較重要的工藝環(huán)節(jié)如下：

①合理確定加工工序。機(jī)械模具數(shù)控加工技術(shù)使用機(jī)械模具中，當(dāng)運(yùn)用到數(shù)控車削技術(shù)時(shí)，應(yīng)該針對(duì)機(jī)械模具的設(shè)計(jì)要求和生產(chǎn)情況確定工藝流程，流程與一般傳統(tǒng)車削技術(shù)相似，例如先確定基準(zhǔn)面、粗車、精車、磨削等參數(shù)設(shè)計(jì)與具體分步處理工藝工法，在整體加工后進(jìn)行局部加工;

②確定工藝影響因素。根據(jù)機(jī)械模具毛坯件材質(zhì)和設(shè)計(jì)要求的不同，所應(yīng)用車削刀具選擇也各有特點(diǎn)，根據(jù)上文敘述，在數(shù)控車削技術(shù)加工中刀具是對(duì)工件質(zhì)量影響較大的一個(gè)工藝影響因素，選擇刀具核心目的是合理控制走刀距離，使機(jī)械模具在精確性方面滿足設(shè)計(jì)要求;

③合理選擇加工工具。在數(shù)控加工車削技術(shù)中除了刀具以外，量具、夾具、裝夾方案等依賴加工工具的工藝流程也是影響工件質(zhì)量的重要因素，在編程中通過(guò)規(guī)范操作與參數(shù)設(shè)計(jì)能夠提升機(jī)械模具作業(yè)有效性。

工藝人員不僅需要對(duì)零件加工工藝進(jìn)行全面的分析，還要分析零件裝配圖、了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)施設(shè)備情況，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)模具加工定位進(jìn)行明確，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)格對(duì)模具零件進(jìn)行工藝性和實(shí)用性方面的加工，并以產(chǎn)品合格率作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 機(jī)械模具數(shù)控銑削加工技術(shù)的運(yùn)用

當(dāng)機(jī)械模具設(shè)計(jì)要求加工平面、溝槽、花鍵、齒輪、螺紋等各種成形面或者遇到特殊形面時(shí)，就要求應(yīng)用數(shù)控銑削加工技術(shù)[5]。機(jī)械模具數(shù)控銑削加工技術(shù)比較成熟，與傳統(tǒng)銑削加工技術(shù)相比主要的差異體現(xiàn)在數(shù)字化處理、銑削作業(yè)過(guò)程的編程、非圓曲線變量編程等自動(dòng)化處理技術(shù)，加工效率、精度、自動(dòng)化生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)明顯，而且數(shù)字化測(cè)量與編程技術(shù)，能夠在凹凸面結(jié)構(gòu)上進(jìn)行加工作業(yè)，應(yīng)用中的幾個(gè)重點(diǎn)工序流程是：

①合理計(jì)算切削量。通過(guò)機(jī)械模具的具體設(shè)計(jì)要求，利用應(yīng)用軟件計(jì)算留量控制，其中重點(diǎn)圍繞進(jìn)給量進(jìn)行參數(shù)和數(shù)據(jù)的計(jì)算;

②設(shè)計(jì)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)。合理選擇技術(shù)參數(shù)具體有刀具選型、毛坯工件確定、切削余量等指標(biāo)，對(duì)銑削加工技術(shù)的應(yīng)用效率、模具質(zhì)量、模具精度、表面粗糙度和切削效率有直接影響;

③精檢工藝流程及工序。數(shù)控銑削加工技術(shù)在傳統(tǒng)機(jī)械銑削加工技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件編程對(duì)曲面和凹凸面進(jìn)行深度加工，提高加工效率，因此在編程結(jié)束后需要對(duì)工藝流程進(jìn)行精確性的檢驗(yàn)，以保證對(duì)加工精度的控制力。

此外，工藝人員也應(yīng)注意需求方的設(shè)計(jì)特殊要求，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡M(jìn)行零件圖紙分析并按照生產(chǎn)操作規(guī)范作業(yè)。

3.3 機(jī)械模具電火花加工技術(shù)的運(yùn)用

電火花加工技術(shù)在機(jī)械模具數(shù)控加工制造技術(shù)中的運(yùn)用一般為模具切割處理，電火花加工技術(shù)屬特種加工領(lǐng)域技術(shù)，適用于導(dǎo)電材料的精密切割。在控制系統(tǒng)的作用下，電火花加工技術(shù)具有操作方法簡(jiǎn)單、高效率等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在機(jī)械模具數(shù)控加工制造中運(yùn)用層面也較為廣泛：

①電火花加工工藝確定。當(dāng)車削加工、銑削加工不能滿足工件設(shè)計(jì)要求時(shí)候才考慮使用電火花加工工藝，例如碰上切削、銑削刀具無(wú)法作業(yè)的復(fù)雜表面、精密溝槽需要深度切削、模具毛坯件長(zhǎng)徑比異常、設(shè)計(jì)要求存在不規(guī)則腔縫及異度角、毛坯件裝夾存在缺失困難等情況，就要考慮使用電火花工藝方法進(jìn)行加工作業(yè);

②毛坯件預(yù)加工。電極是比較容易出現(xiàn)損耗的原材料，因此為了減少電火花作業(yè)量，應(yīng)用電火花加工技術(shù)更需要注意最大限度去除毛坯件的材料余量，以減少電火花加工表面;

③模具裝夾方案。電火花加工工藝中不需考慮刀具等較強(qiáng)外力，因此一般使用永磁吸盤、導(dǎo)磁塊、正弦磁臺(tái)進(jìn)行裝夾校正，之前需要使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)電極設(shè)計(jì)編程，使電極拆裝工作自動(dòng)化，然后將電極與毛坯工件進(jìn)行裝夾、校正;

④設(shè)置電參數(shù)。在校正操作以后根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選擇包括電極數(shù)量與損耗量、工作液處理辦法、毛坯件加工參數(shù)等，進(jìn)一步降低工件產(chǎn)生表面缺陷的概率，為生產(chǎn)條件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化完善基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

當(dāng)前我國(guó)機(jī)械模具電火花數(shù)控加工技術(shù)不斷發(fā)展，機(jī)械模具制造更加精密、高效，數(shù)控電火花機(jī)床的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，例如夏米爾、三菱等先進(jìn)數(shù)控機(jī)床在電火花加工技術(shù)應(yīng)用中滿足了機(jī)械模具行業(yè)發(fā)展需求，能夠加工普通切削、削工藝難以切削的導(dǎo)電材料以及形狀不規(guī)則的復(fù)雜工件，而且加工過(guò)程依賴電能而不依賴切削力的特點(diǎn)。

4 ?總結(jié)

機(jī)械模具是數(shù)控加工技術(shù)中常見(jiàn)的零件類型，其表面往往多復(fù)雜設(shè)計(jì)要求，因此需要在編制工藝文本時(shí)，綜合掌握車削、銑削、電火花等加工工藝的定位路線，精確計(jì)算預(yù)留余量，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)各種工藝進(jìn)行科學(xué)的數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用。

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