周叢

摘要：社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展讓人們對技術(shù)水平的要求不斷提升，尤其是在現(xiàn)代很多產(chǎn)品的零部件的生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中，對于模具制造的要求相對較高。以汽車生產(chǎn)行業(yè)為例，模具制造與產(chǎn)品質(zhì)量之間本身存在密切聯(lián)系。數(shù)控加工技術(shù)作為現(xiàn)代制造業(yè)的重要組成部分，能夠在一定程度上對傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，一方面提升產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面進(jìn)行系統(tǒng)研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工;汽車模具制造;應(yīng)用分析

0? 引言

數(shù)控加工的先進(jìn)性使得該技術(shù)在當(dāng)前的制造業(yè)范圍內(nèi)得到了非常普遍的應(yīng)用，尤其是在模具加工環(huán)節(jié)數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為了核心加工設(shè)備。我國汽車市場發(fā)展迅速，且近年來也會繼續(xù)地保持良好而穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢。一來我國經(jīng)濟(jì)將保持穩(wěn)定增長趨勢，二來我國財政政策的大力支持對汽車市場也會產(chǎn)生明確的積極作用，數(shù)控加工對汽車模具制造起到的促進(jìn)效果也具有重要的現(xiàn)實研究意義。

1? 數(shù)控加工技術(shù)的基礎(chǔ)性概念

數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)勢在于充分保障了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過程的效率，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品本身的使用性能。與此同時，針對企業(yè)的生產(chǎn)過程來說，整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)對環(huán)境產(chǎn)生的影響顯著，也涉及到資源的利用工作。數(shù)控加工技術(shù)的智能化和自動化優(yōu)勢也可以有效地提升模具制造的生產(chǎn)效率，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用讓部分企業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)程中提升了原有的工作效率，且在一定程度上降低了生產(chǎn)環(huán)節(jié)對環(huán)境產(chǎn)生的不利影響，符合國家節(jié)能減排的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃要求。

在傳統(tǒng)的模具制造過程當(dāng)中，由于缺乏統(tǒng)一的生產(chǎn)鏈條，使得生產(chǎn)效率并不高，例如汽車制造過程會產(chǎn)生大量的垃圾和廢棄物，不僅造成了資源浪費，同時還導(dǎo)致環(huán)境受到嚴(yán)重污染。數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用讓整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)形成了一個閉環(huán)式的生產(chǎn)鏈路，既能夠保障有限資源的循環(huán)應(yīng)用，也能降低生產(chǎn)進(jìn)程中的資源耗費和環(huán)境影響，科學(xué)有效地保障了生產(chǎn)效率，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。而數(shù)控加工技術(shù)的適應(yīng)性和優(yōu)點也非常顯著。

1.1 自動化程度高

數(shù)控加工技術(shù)的智能化和自動化程度非常高，因此可以有效地降低相關(guān)工作人員的勞動強(qiáng)度。各項工作本身是按照程序的輸入進(jìn)行自動化處理，一般來說操作者只需要在機(jī)床旁邊進(jìn)行觀察和監(jiān)控就能及時地了解到機(jī)床的運行情況，完成刀具更換、零件拆裝、零件尺寸抽檢等工作。當(dāng)然對于數(shù)控機(jī)床的操作人員而言，其腦力要求會有一定的提升，但各種信息問題和自動控制技術(shù)應(yīng)用問題等都可以得到妥善解決。所以數(shù)控加工能夠在一次操作內(nèi)進(jìn)行很多待加工的其它工作，節(jié)省了通用機(jī)床在加工時的中間工序。例如在檢驗環(huán)節(jié)只需要進(jìn)行首件檢驗和中間抽檢，且經(jīng)過數(shù)控加工得到的零件在后續(xù)裝配工序當(dāng)中也比較簡便。

1.2 零件質(zhì)量穩(wěn)定

數(shù)控加工技術(shù)本身的精度和重復(fù)精度都非常高，零件的一致性得到保證，大幅度地降低了通用機(jī)床加工環(huán)節(jié)人為產(chǎn)生的失誤情況。從這一角度分析，數(shù)控加工不僅在零件精度上滿足了日常工作要求，且質(zhì)量比較穩(wěn)定，加工過程的質(zhì)量控制工作能夠有序展開。一般情況下只要工藝設(shè)計和程序保持合理，在按照操作規(guī)程進(jìn)行設(shè)置的前提下就可以維持長期的穩(wěn)定生產(chǎn)。

1.3 便于進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和制造

數(shù)控加工本身不需要很多復(fù)雜的工藝和設(shè)備，直接可以通過程序編制的方法將一些精度較高的零件展開加工，即便在進(jìn)行設(shè)計更改時也可以利用相應(yīng)的方法做出調(diào)整，不需要額外地對工裝進(jìn)行設(shè)計制造。從這一角度來看，數(shù)控加工給技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品制造提供了充足的空間，也成為了航空航天和各類型機(jī)械化生產(chǎn)的有效途徑之一，充分發(fā)揮了計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的優(yōu)勢。

2? 數(shù)控加工在汽車模具制造中的應(yīng)用

對于數(shù)控加工技術(shù)來說，在模具制造環(huán)節(jié)扮演著非常重要的角色，對于生產(chǎn)效益的提高也具有明確的作用。例如應(yīng)用技術(shù)可以包括數(shù)控車削加工技術(shù)、數(shù)控加工電火花技術(shù)和數(shù)控銑削加工技術(shù)等。這些技術(shù)都可以采用平面加工形式縮短模具成型的加工時間，且對于一些復(fù)雜程度非常高的模具也可以進(jìn)行穩(wěn)定加工。

2.1 車削加工技術(shù)

車削加工技術(shù)當(dāng)中我們可以利用虛擬加工的開放式加工過程優(yōu)化系統(tǒng)展開相應(yīng)的輔助工作。虛擬加工平臺本身是系統(tǒng)的運營基礎(chǔ)，通過對加工過程進(jìn)行仿真和數(shù)控程序的評價尋找到最佳的切削參數(shù)，并根據(jù)加工平臺預(yù)測的條件利用優(yōu)化算法實現(xiàn)參數(shù)的優(yōu)化，也能讓數(shù)控程序進(jìn)行自動的編輯和修改。

在整個數(shù)控程序當(dāng)中，切削參數(shù)中的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度由相應(yīng)的數(shù)控指令控制，且背吃刀量隱含在數(shù)控程序當(dāng)中，此時可以通過數(shù)控程序優(yōu)化來實現(xiàn)加工過程的參數(shù)關(guān)系，在確定主軸的轉(zhuǎn)速之后優(yōu)化其它變量。這里我們也應(yīng)該考慮到機(jī)床功率、轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的允許范圍，并且為了簡化優(yōu)化變量過程，在粗加工階段就應(yīng)考慮到切削功率和切削力，精加工時考慮到表面的粗糙度。根據(jù)從程序當(dāng)中獲取的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度等關(guān)鍵信息，獲取虛擬加工得到的切削深度之后就可以利用數(shù)控程序來自動地修正相應(yīng)的模塊，得到優(yōu)化后的切削參數(shù)數(shù)控程序。由于在主軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)的控制環(huán)節(jié)進(jìn)行了分割和離散的處理，因此在程序修正當(dāng)中也可以考慮加入新的程序段制定優(yōu)化參數(shù)的具體信息。例如虛擬數(shù)控車床仿真系統(tǒng)就可以利用OpenGL以及VC++作為仿真系統(tǒng)開發(fā)平臺，通過NC代碼進(jìn)行直接驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)以建模模擬數(shù)控為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程，可保證實際環(huán)境中的數(shù)控車床加工安全穩(wěn)定。

2.2 數(shù)控加工電火花技術(shù)

使用ATC（自動電極交換裝置）后，機(jī)床開機(jī)回到機(jī)械原點，將要加工的電極裝入電極庫之內(nèi)，然后將基準(zhǔn)電極插入主軸夾頭，以手動控制的方式完成基準(zhǔn)電極中心對工件零點的定位，準(zhǔn)確地記憶基準(zhǔn)電極的中心偏移量。當(dāng)使用自動編程軟件制作程序之后可以先將使用的電極號輸入，確定加工深度和執(zhí)行檢索相關(guān)的加工條件，將所有制作好的程序全部保存，再調(diào)出執(zhí)行程序后即可開始加工過程。數(shù)控電火花機(jī)床的加工環(huán)節(jié)當(dāng)中，可自動測量加工電極中心偏移量進(jìn)行自動定位，保障整個自動加工過程的正確執(zhí)行。不具備ATC電極庫的數(shù)控電火花操作過程與這一操作過程基本類似，但涉及到中心偏移量測量的有關(guān)工作需要手動操作，但仍然可以打破傳統(tǒng)的繁瑣加工模式。

2.3 高速銑削加工技術(shù)

利用高速切削技術(shù)進(jìn)行模具的制造和加工時可以有效地降低機(jī)動加工時間和加工精度，保持表面質(zhì)量。大量生產(chǎn)實踐工作也表明，通過高速銑削加工技術(shù)和計算機(jī)輔助設(shè)計CAD可以有效地推動汽車模具制造的發(fā)展。這里以五軸聯(lián)動銑削加工為例，在該技術(shù)的支持下可以獲得良好的曲線型近似表面并保障刀具可以切到工件上的任意坐標(biāo)點。與傳統(tǒng)的三軸聯(lián)動銑削加工進(jìn)行對比，五軸聯(lián)動的主要優(yōu)勢在于可以隨時調(diào)整刀具軸線的方向，讓刀具軸線和工件表面的夾角與實際切削速度保持平衡。換言之我們可以通過有目的地改變和確定刀具方位的方式來改變原有的切削過程和幾何運動參數(shù)，然后從刀具磨損、加工過程的穩(wěn)定性要求方面展開相應(yīng)的優(yōu)化工作。但需要注意的是銑削加工本身的數(shù)控編程方法比較復(fù)雜，對于計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的計算能力提出了更高的要求。以機(jī)床主軸的工作過程來說，高速切削機(jī)床的轉(zhuǎn)速范圍為10000-100000m/min，主軸功率在15kW以上，高速主軸通常采取液體靜壓軸承式結(jié)構(gòu)方法，配合熱油氣潤滑或噴射潤滑等技術(shù)，主軸冷卻采用主軸內(nèi)部水冷/氣冷。為了滿足模具高速加工的需要，還可使用機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)，保持良好的進(jìn)給速度和加速度。高速數(shù)字控制回路能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的前饋控制，發(fā)揮預(yù)處理功能和誤差補(bǔ)償功能。

3? 加工工藝優(yōu)化案例

這里以汽車覆蓋件模具數(shù)控加工為例，通過對汽車覆蓋件模具數(shù)控加工過程的分析和研究，可以了解汽車覆蓋件模具數(shù)控加工質(zhì)量的改進(jìn)方法，從而進(jìn)行完善的總結(jié)和優(yōu)化。

通常情況下典型的拉延模進(jìn)行數(shù)控加工時需要考慮到凸模、凹模和壓邊圈的數(shù)控加工，因為其余技術(shù)應(yīng)用都可以直接地在銑床上完成，或是數(shù)控加工工人自己編程完成。

在凸模數(shù)控加工的過程當(dāng)中考慮到機(jī)械加工性能的要求，首先可以進(jìn)行凸模輪廓加工，加工參數(shù)主軸400r/min，進(jìn)給量100mm/min，之后進(jìn)行清根加工工作，清根加工工作的目的主要體現(xiàn)在兩個方面：一是避免在型面加工環(huán)節(jié)中的曲面交界余量突然增加，讓刀具本身的受力狀況惡化并導(dǎo)致刀具受損或折斷;二是可以將較大刀具無法去除的曲面交界處余量用較小的刀具進(jìn)行處理以滿足精度要求，但不同點在于一個是針對曲面，另一個則是針對刃口和輪廓，兩者之間本身也存在三維加工和二維加工的區(qū)別。

凹模數(shù)控角色加工過程中要對所使用的刀具、轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量進(jìn)行控制，在模量加工檢查無明顯問題后就可以進(jìn)行正式加工。此時可以先使用球刀進(jìn)行粗清根加工，然后在轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量方面保持與凸模加工相同的水平。凹模面加工時多選擇邊界驅(qū)動方式，不僅效率較高，且走刀方向也和凸模有所區(qū)別。例如凸模是四周低、中間高，所以走刀會隨著形由內(nèi)向外;凹模四周高、中間低，走刀方向隨形由外向內(nèi)，總原則為先高后低。

壓邊圈加工環(huán)節(jié)型面一般來說比較平緩，且壓邊圈符型區(qū)都屬于廢料區(qū)域，因此壓邊圈一般情況下并不需要進(jìn)行模量加工也不需要展開半精加工，粗加工完畢之后直接進(jìn)行精加工，但開粗加工步距會因此縮小，留量也比較小，其余參數(shù)和凹模凸模加工保持相同。

通過對現(xiàn)有汽車覆蓋件模具的數(shù)控加工分析和優(yōu)化實施后不難看出，汽車覆蓋件模具加工需要先分析現(xiàn)有的模具圖，然后充分理解并吃透設(shè)計意圖后就可以圍繞技術(shù)加工要求選擇合理的數(shù)控加工方案，大幅地提升效率和加工質(zhì)量，且無需進(jìn)行大規(guī)模的返修，也可以減少人員的工作量與工作難度。

4? 結(jié)語

我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶動了我國制造業(yè)的迅猛發(fā)展，且消費者本身對于產(chǎn)品性能和外觀方面的要求越來越高，使得汽車的更新?lián)Q代速度發(fā)生了明顯改變。如何提升汽車模具數(shù)控加工的效率和質(zhì)量也將成為今后工作的主要方向。從編程到加工的一系列生產(chǎn)流程都應(yīng)該按照相應(yīng)的規(guī)范和操作評價進(jìn)行，且穩(wěn)定性和可靠性良好，是未來生產(chǎn)效率提升的重要途徑和必然趨勢。

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