丘宏岳

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，機械工程學(xué)院，廣東 廣州 510800）

機械模具是我國制造行業(yè)的生產(chǎn)代表性產(chǎn)品之一，機械模具的制造綜合了我國多種制造工藝技術(shù)，能夠較為完整地展現(xiàn)我國的制造業(yè)整體的技術(shù)發(fā)展水平[1]。當(dāng)今時代，機械制造逐漸取代的人工制造，制造業(yè)通過采用相關(guān)的機械設(shè)備來提升機械制造的生產(chǎn)率，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，簡單的機械制造已經(jīng)無法滿足市場對產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量的需求，因此為提升機械模具制造的水平，制造工作人員運用數(shù)控加工技術(shù)采用電腦程序控制機械完成生產(chǎn)工作，不僅提高了機械模具制造的效率[2]，更提升了模具的制造品質(zhì)，基于此，本文淺析了數(shù)控技術(shù)在機械模具制造中的具體應(yīng)用及改進建議，從數(shù)控技術(shù)在機械模具制造中的應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，總結(jié)數(shù)控技術(shù)在機械模具制造中的具體應(yīng)用，并從對個角度提出了幾點數(shù)控技術(shù)在機械模具制造中的改進建議，能夠促進數(shù)控技術(shù)的進一步發(fā)展和應(yīng)用，從而推動機械制造行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

1 數(shù)控技術(shù)在機械模具制造中的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)在機械模具制造中重點應(yīng)用于生產(chǎn)機床，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵在于改造機床的功能，首先在外觀上可以進行簡單的改進，對機械內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進行修理和加工能夠提高機床的技工精度和自動化程度，通過改造機床融合數(shù)據(jù)控技術(shù)能夠大幅度提升機械模具制造的精度和穩(wěn)定性[3]，數(shù)控機床的改造方案如下圖1所示。

圖1 數(shù)控機床的改造方案

經(jīng)過融合數(shù)控技術(shù)改造后的機床性能更加全面，相較于傳統(tǒng)的機械模具制作機床，其性能主要突出在加工性能、機械性能、電氣性能以及使用性能等四個方面，傳統(tǒng)機床與數(shù)控機床的性能對比分析結(jié)果如下表1所示：

機床的縱向和橫向進給系統(tǒng)由刀架、大拖板、滾珠絲杠等部分組成，縱向和橫向進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖2所示。在對機床進行改造時，首先采用步進電機帶動后面的絲杠，帶動中拖板和刀架來回移動，并由數(shù)控程序控制刀削機進行工作，提供不同的切削速度，其主軸也能實現(xiàn)無級變速，節(jié)約了人工控制機械的時間，提升了機床的生產(chǎn)穩(wěn)定性[4]。其次改造刀架的位置，使刀架既可以進行縱向運動也可以進行橫向運動，且刀架能夠自動完成換刀操作，降低了人工換刀的風(fēng)險。最后深化機床對機械模具螺紋的加工功能，采用單頭螺紋和雙頭螺紋同時加工的程序，并設(shè)置循環(huán)操作系統(tǒng)，提升機床對機械模具螺紋的加工效率。

圖2 縱向和橫向進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

機床的切削功率的計算公式如下公式（1）：

其中，0F表示切削力；0V表示切削速度；

機床的主軸轉(zhuǎn)速的計算公式如下公式（2）：

其中，d為機械模具的毛坯外徑。

主傳動電機功率的計算公式如下公式（3）：

表1 傳統(tǒng)機床與數(shù)控機床的性能對比分析

在生產(chǎn)同一機械模具時，對比傳統(tǒng)機床和應(yīng)用數(shù)據(jù)控技術(shù)的機床的工作參數(shù)發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)機床在工作時，由于切削速度不穩(wěn)定，且機床受到的切削力較大，機床的受損程度嚴(yán)重，其切削功率較高，機床的主軸速度不穩(wěn)定，導(dǎo)致整體的工作狀態(tài)穩(wěn)定性較差，易出現(xiàn)設(shè)備故障和產(chǎn)品誤差。而應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的機床整體切削速度穩(wěn)定，機床受到的切削力較小，在維護制造過程穩(wěn)定的同時還能延長機床的使用壽命，其主要的優(yōu)勢再用加工速度更快捷，能夠大大提升機械模具生產(chǎn)的效率，更提升了制造車間的安全水平，具有較高的應(yīng)用價值。

采用數(shù)控技術(shù)提升機械模具制造機床生產(chǎn)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率外，對生產(chǎn)模具的精度也有顯著提升，其中數(shù)控機床所用的滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化[5]，其各方面的參數(shù)計算公式如下：

對Z向滾珠絲杠軸向力Q的計算：

式中，f為當(dāng)量摩擦系數(shù)，取值在0.15-0.18，摩擦系數(shù)越小，對精度的影響越小。

滾動螺旋的基本額定載荷C的計算方式如下公式（5）：

式中，Ka為載荷系數(shù)，Kh為硬度系數(shù)，Kl為短行程系數(shù)。

數(shù)控機床的滾珠絲杠安裝時采用兩端支撐，具有較好的力學(xué)強度，其結(jié)構(gòu)如下圖3所示。

圖3 兩端支撐結(jié)構(gòu)

滾珠絲杠的強度、柔度及剛度是保證其精確度的三大要素。

滾珠絲杠的強度根據(jù)第三強度理論有：

滾珠絲杠的柔度計算如下：

滾珠絲杠剛度計算如下：

2 數(shù)控技術(shù)在機械模具制造中的改進建議

2.1 對機械模具進行合理分類

對機械模具進行合理分類是維護制造廠秩序的主要手段，機械模具的種類眾多，所需零部件復(fù)雜，因此任何環(huán)節(jié)的失誤都有可能影響后期的工作效果，甚至降低整體的制造效率和質(zhì)量[6]。首先在機械生產(chǎn)前期，加工人員應(yīng)根據(jù)實際加工情況，根據(jù)機器模具的種類，選擇合適的數(shù)控機床，并確保機床能夠正常運行。其次，為使模具制造工程更加順利，需對制造廠的物料進行仔細(xì)分類，并根據(jù)不同模具的制造需求準(zhǔn)備好所需用的零件，并將零件放置在取用便捷的位置，從而加快模具制造的生產(chǎn)速度。最后，工作人員對模具做出合理的判斷，根據(jù)模具的生產(chǎn)用途和主要特點，采用合適的加工技術(shù)，例如電火花切割技術(shù)或車削技術(shù)等，確保模具具有較好的力學(xué)性能，其品質(zhì)達(dá)到市場需求標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 優(yōu)化數(shù)控加工技術(shù)

隨著社會發(fā)展腳步的加快，數(shù)控技術(shù)應(yīng)跟隨時代的腳步進行不斷地革新和創(chuàng)造，才能在時代發(fā)展中滿足市場經(jīng)濟的需求而不被淘汰，數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)化主要包括以下幾點：

（1）多種理論支持。數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用需要大量的理論知識作為基礎(chǔ)，只有全面掌握數(shù)控加工技術(shù)的理論知識，才能避免危險事故的發(fā)生，發(fā)揮數(shù)控技術(shù)的優(yōu)勢，從而保障機器模具的制作質(zhì)量，并且掌握其核心精髓，促進數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。

（2）融合計算機技術(shù)。數(shù)控加工技術(shù)的本質(zhì)是通過應(yīng)用程序?qū)C械設(shè)備進行控制，從而完成相應(yīng)的制作工作。因此，要優(yōu)化數(shù)控加工技術(shù)，還需融合計算機技術(shù)，使數(shù)控加工技術(shù)的步驟更加規(guī)范化、精確化，從而降低殘次品的生產(chǎn)概率[7]。

（3）加強對機械的管理：在進行數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用過程中，工作人員需要對數(shù)控機床以及控制設(shè)備進行定期檢查和維修，及時發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致風(fēng)險事故的設(shè)備故障，確保機械設(shè)備始終處于良好的工作狀態(tài)。

2.3 制定嚴(yán)格的數(shù)控加工技術(shù)流程

由于機器模具的制造工作流程較為復(fù)雜，因此，制定嚴(yán)格的數(shù)控加工技術(shù)流程能夠有效提升機械模具的生產(chǎn)效率。制定嚴(yán)格的數(shù)控加工技術(shù)流程，首先要明確模具的制作方向，根據(jù)實際情況制定相應(yīng)的生產(chǎn)目標(biāo)，整合已有設(shè)備和物資信息，并合理分配資源，明確各崗位員工的工作任務(wù)和責(zé)任，確保工作流程的順暢。其次要明確機械模具的制造流程。根據(jù)其制作流程在關(guān)鍵步驟融入數(shù)控加工技術(shù)，并合理縮減模具的制作工序，促進生產(chǎn)速度的進一步提升的同時降低模具制造失誤率，節(jié)約生產(chǎn)成本，將更多的資金投入到技術(shù)研發(fā)中[8]。最后，要根據(jù)數(shù)控加工技術(shù)流程嚴(yán)格實施，保證每一個環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量，加強各制作車間的聯(lián)系，確保各環(huán)節(jié)銜接的順利無障礙，節(jié)約機械模具制造時間，使機械模具的制造流程更有秩序。

3 結(jié)語

綜上所述，數(shù)控技術(shù)不僅適用于機械制造行業(yè)，更適用于廠房的生產(chǎn)和加工，通過在機械模具制造中應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，能夠改善傳統(tǒng)模具制造生產(chǎn)效率低、質(zhì)量差的缺陷，降低機械模具制造成本減少殘次品的生產(chǎn)概率，使機械模具的制造流程和工序簡單化，提升機械模具的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，也為機械制造業(yè)打造良好的技術(shù)基礎(chǔ)，促進制造行業(yè)向著自動化、精確化、高效化以及品質(zhì)化發(fā)展。但隨著市場需求的不斷變化，機械模具制造還需融入更多的科學(xué)技術(shù)，不斷提升各方面的性能，才能滿足市場對機械模具制造效率和品質(zhì)的要求，促進我國制造行業(yè)的全面發(fā)展。