周叢

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展讓人們對(duì)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(duì)于模具制造的要求相對(duì)較高。以汽車(chē)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(duì)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(chē)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(guó)汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展迅速，且近年來(lái)也會(huì)繼續(xù)地保持良好而穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢(shì)。一來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)將保持穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，二來(lái)我國(guó)財(cái)政政策的大力支持對(duì)汽車(chē)市場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生明確的積極作用，數(shù)控加工對(duì)汽車(chē)模具制造起到的促進(jìn)效果也具有重要的現(xiàn)實(shí)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(shì)在于充分保障了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程的效率，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品本身的使用性能。與此同時(shí)，針對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)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(dòng)化優(yōu)勢(shì)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(duì)環(huán)境產(chǎn)生的不利影響，符合國(guó)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(guò)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(chē)制造過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的垃圾和廢棄物，不僅造成了資源浪費(fèi)，同時(shí)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(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)形成了一個(gè)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(fèi)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(diǎn)也非常顯著。

1.1 自動(dòng)化程度高

數(shù)控加工技術(shù)的智能化和自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度。各項(xiàng)工作本身是按照程序的輸入進(jìn)行自動(dòng)化處理，一般來(lái)說(shuō)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(shí)地了解到機(jī)床的運(yùn)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(duì)于數(shù)控機(jī)床的操作人員而言，其腦力要求會(huì)有一定的提升，但各種信息問(wèn)題和自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用問(wèn)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(shí)的中間工序。例如在檢驗(yàn)環(huán)節(jié)只需要進(jìn)行首件檢驗(yàn)和中間抽檢，且經(jīng)過(guò)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(jiǎn)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(mǎn)足了日常工作要求，且質(zhì)量比較穩(wěn)定，加工過(guò)程的質(zhì)量控制工作能夠有序展開(kāi)。一般情況下只要工藝設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(guò)程序編制的方法將一些精度較高的零件展開(kāi)加工，即便在進(jìn)行設(shè)計(jì)更改時(shí)也可以利用相應(yīng)的方法做出調(diào)整，不需要額外地對(duì)工裝進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。從這一角度來(lái)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(lèi)型機(jī)械化生產(chǎn)的有效途徑之一，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

2? 數(shù)控加工在汽車(chē)模具制造中的應(yīng)用

對(duì)于數(shù)控加工技術(shù)來(lái)說(shuō)，在模具制造環(huán)節(jié)扮演著非常重要的角色，對(duì)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(chē)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(shí)間，且對(duì)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(chē)削加工技術(shù)

車(chē)削加工技術(shù)當(dāng)中我們可以利用虛擬加工的開(kāi)放式加工過(guò)程優(yōu)化系統(tǒng)展開(kāi)相應(yīng)的輔助工作。虛擬加工平臺(tái)本身是系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行仿真和數(shù)控程序的評(píng)價(jià)尋找到最佳的切削參數(shù)，并根據(jù)加工平臺(tái)預(yù)測(cè)的條件利用優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)參數(shù)的優(yōu)化，也能讓數(shù)控程序進(jìn)行自動(dòng)的編輯和修改。

在整個(gè)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(shí)可以通過(guò)數(shù)控程序優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)加工過(guò)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(jiǎn)化優(yōu)化變量過(guò)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(shí)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(lái)自動(dòng)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(chē)床仿真系統(tǒng)就可以利用OpenGL以及VC++作為仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)NC代碼進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)以建模模擬數(shù)控為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程，可保證實(shí)際環(huán)境中的數(shù)控車(chē)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(dòng)電極交換裝置）后，機(jī)床開(kāi)機(jī)回到機(jī)械原點(diǎn)，將要加工的電極裝入電極庫(kù)之內(nèi)，然后將基準(zhǔn)電極插入主軸夾頭，以手動(dòng)控制的方式完成基準(zhǔn)電極中心對(duì)工件零點(diǎn)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(dòng)編程軟件制作程序之后可以先將使用的電極號(hào)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(kāi)始加工過(guò)程。數(shù)控電火花機(jī)床的加工環(huán)節(jié)當(dāng)中，可自動(dòng)測(cè)量加工電極中心偏移量進(jìn)行自動(dòng)定位，保障整個(gè)自動(dòng)加工過(guò)程的正確執(zhí)行。不具備ATC電極庫(kù)的數(shù)控電火花操作過(guò)程與這一操作過(guò)程基本類(lèi)似，但涉及到中心偏移量測(cè)量的有關(guān)工作需要手動(dòng)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(shí)可以有效地降低機(jī)動(dòng)加工時(shí)間和加工精度，保持表面質(zhì)量。大量生產(chǎn)實(shí)踐工作也表明，通過(guò)高速銑削加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD可以有效地推動(dòng)汽車(chē)模具制造的發(fā)展。這里以五軸聯(lián)動(dòng)銑削加工為例，在該技術(shù)的支持下可以獲得良好的曲線(xiàn)型近似表面并保障刀具可以切到工件上的任意坐標(biāo)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的三軸聯(lián)動(dòng)銑削加工進(jìn)行對(duì)比，五軸聯(lián)動(dòng)的主要優(yōu)勢(shì)在于可以隨時(shí)調(diào)整刀具軸線(xiàn)的方向，讓刀具軸線(xiàn)和工件表面的夾角與實(shí)際切削速度保持平衡。換言之我們可以通過(guò)有目的地改變和確定刀具方位的方式來(lái)改變?cè)械那邢鬟^(guò)程和幾何運(yùn)動(dòng)參數(shù)，然后從刀具磨損、加工過(guò)程的穩(wěn)定性要求方面展開(kāi)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(duì)于計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算能力提出了更高的要求。以機(jī)床主軸的工作過(guò)程來(lái)說(shuō)，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(rùn)滑或噴射潤(rùn)滑等技術(shù)，主軸冷卻采用主軸內(nèi)部水冷/氣冷。為了滿(mǎn)足模具高速加工的需要，還可使用機(jī)床驅(qū)動(dòng)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(chē)覆蓋件模具數(shù)控加工為例，通過(guò)對(duì)汽車(chē)覆蓋件模具數(shù)控加工過(guò)程的分析和研究，可以了解汽車(chē)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(shí)需要考慮到凸模、凹模和壓邊圈的數(shù)控加工，因?yàn)槠溆嗉夹g(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(guò)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(gè)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(wú)法去除的曲面交界處余量用較小的刀具進(jìn)行處理以滿(mǎn)足精度要求，但不同點(diǎn)在于一個(gè)是針對(duì)曲面，另一個(gè)則是針對(duì)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(guò)程中要對(duì)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(wú)明顯問(wèn)題后就可以進(jìn)行正式加工。此時(shí)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(shí)多選擇邊界驅(qū)動(dòng)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(huì)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(lái)說(shuō)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(kāi)半精加工，粗加工完畢之后直接進(jìn)行精加工，但開(kāi)粗加工步距會(huì)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(guò)對(duì)現(xiàn)有汽車(chē)覆蓋件模具的數(shù)控加工分析和優(yōu)化實(shí)施后不難看出，汽車(chē)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(jì)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(wú)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(yǔ)

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶動(dòng)了我國(guó)制造業(yè)的迅猛發(fā)展，且消費(fèi)者本身對(duì)于產(chǎn)品性能和外觀方面的要求越來(lái)越高，使得汽車(chē)的更新?lián)Q代速度發(fā)生了明顯改變。如何提升汽車(chē)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(píng)價(jià)進(jìn)行，且穩(wěn)定性和可靠性良好，是未來(lái)生產(chǎn)效率提升的重要途徑和必然趨勢(shì)。

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