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机械模具制造中数控加工技术的应用要点

2021-11-15 97 上传者：管理员

摘要：数控加工技术是指利用程序控制的自动化机床进行构件加工的工艺。随着相关技术不断发展，数控加工自动化、集中化、柔性化的优势使其在制造领域得到广泛应用。数控加工技术的优势有机械模具结构相对复杂、生产总量较少、对精度要求高的特点。以机械模具的结构特征为基础，分析数控加工技术工艺规划、数控编程、仿真验证等具体应用方法与要点。

关键词：
工艺规划
数控加工
数控编程
机床设备
机械模具
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1、数控加工技术的原理

数控加工是通过信息技术以信息程序来控制机械，进而使机床自动控制程序，对机床进行加工。数控加工技术可以分为软件和硬件两部分，软件主要是通过编制计算机程序，使计算机程序自动控制机床。硬件系统主要是机床设备以及计算机硬件设备。软硬件设备结合，计算机程序根据机床的尺寸和材质预先设置好数据之后再根据数控加工的要求编制计算机程序，自动控制机械进行生产。初步加工技术还能整理机械加工中的数据，进而实现中兴制造。而数控机床配置的传感器也能输入和输出数据，进而促进柔性化生产。

2、数控加工技术的应用特征

伴随着数控加工技术的发展，它越来越体现出自动化，集中化，柔性化的特征。自动化特征使得数控加工机床具备较高的生产效率，只需要花费很少的人力就可以高速生产出精准的机械模具。而集中化特征使得数控加工技术缩短了生产时间，各个工序之间通过计算机程序有序链接工序之间的时间间隔比较小，因此生产机械工具的时时间比较短。同时由于各个工具相对集中，因此对空间的要求也降低了。很小的生产空间就可以完成大规模的生产。柔性化设置可以根据采购方的订单自主扩大或者缩小生产量。传统的机械生产往往需要大规模生产才能使得每件产品的成本比较低，而数控加工技术更具柔性化，可以满足采购方个性化的订单需求。

机械制造生产过程中需要应用大量的机械模具，并且不同的产品需要形状各异的模具。而有一些产品对精度的要求比较高，需求量也比较少。这给机械生产制造带来很大的困扰。因为，制造企业在接到订单后基于生产而新的订单又需要新的模具，这样进行成本摊销，量小的订单成本就很高。而出国加工技术能够解决这一问题。数控加工技术通过程序来控制模具，并且精准控制产品的生产数据提高产品的精度。对于不同批次的简单数控加工技术只需要调整程序编码就可以快速生产，因此模具报废问题得到了有效解决，并且可以生产精度高，难度大的产品。因此，数控加工技术在机械模具制造中具有广泛的应用价值。

3、数控设备加工中存在的问题

3.1 缺乏数控加工理念

不少人对现代数控机床的生产自动化、集成化、柔性化特性缺乏认知，一方面无法熟练应用数控机床设备，对CAD、CAM等方法比较生疏，无法科学地应用数控机床设备。数控切削加工的专业操作技术人员，文化素质参差不齐，在选择切割刀具、设计操作程序等方面能力不足。数控加工设备程序的品质、效率相比于传统机械生产无明显差别的问题，严重制约了我国数控机床的发展。

3.2 编程技术不高

数控加工技术以程序为基础，因此对于工作人员的编程能力要求高，工作人员不仅仅需要熟练掌握使用各类型的CAD、CAM编程软件，要需要熟练掌握机械工艺管理知识，掌握扎实的和机械加工操作经验。编程软件质量对机械加工的准确度和效率具有重要影响，因为加工程序中包含每个零件的基本几何模型信息，还包含每个零件的制造工艺设计信息。这就对编程人员提出了较高的要求，而编程人员具备的相关知识还存在着很大的局限性。

3.3管理模式落后

应用数控加工技术，企业需要配置专业技术人员，也需要配置管理理念先进的管理人员。在企业中，生产设备先进，而管理跟不上，基层企业与上层同级技术主管的缺乏沟通与衔接，而无法及时获得上级技术主管部门的支持。这都直接影响了我国数控机床的发展。机床设计操作人员对机床工艺设计认知不足，机床加工操作经验也不丰富，车间的高级专业技术人员及高级机床设计操作工程师不了解机床设计操作人员的实际困难，而导致生产问题频频发生。

4、数控加工技术在机械模具制造中的应用方法

4.1 机械模具的加工特征

在传统模具加工制造技术中，简单的参数也需要按照规范的步骤来操作，工作量比较大，成本也比较高。并且随着生产技术的发展，机械模具越来越复杂多样，传统模具加工制造效率低，无法满足市场多样化的需求。因此技术人员可以应用数据加工技术，结合模具的加工特征，进一步整理模具的数据，对数据进行整合，寻找不同模具之间的共同特征建立典型模型。例如，工作人员可以以典型模型为基础，使用自动识别直接说将制造领域中具有相似特征的模具整合起来建立一个数据库。之后在生产相似的模具时，将数据库中的数据调取出来进行简单的调整，即可，这样可以显著降低生产成本并且提高生产效率。一般，模具中的孔、凸台、角等数据就可以添加进数据库中，当有相似的模型时，将数据调取出来。工作人员也可以利用数据不断优化流程布局，比如，分析模具的数据，进而选择尺寸更合适的机场，或者选择特征更相符的刀具。

4.2 机械模具的工艺规划

由于机械模具通常对质量、精度的要求比较高，所以，在数控技术进行加工时，前期花费的成本比较高，对效益的控制也比较严格。因此，设计人员需要在加工过程中合理规划工艺，在保证生产效能的基础上，进一步提高经济效益。在规划生产工艺的过程中，设计人员应当按照集中化的原则，由粗到细逐步设计。

规划后的工艺尽量保证模具的一次性加工完成度，这样有助于提高生产效益，降低生产成本。使用机械模具的过程中，工作人员需要关注定位误差，否则产品的精度会受到影响。不同机床之间也存在一定误差，工作人员要设置好误差。例如，同轴孔应用使用一次定位加工法，以减少换刀和模具移动，进而保障模具的精度。在刀具移动、更换的过程中，尽量规划较短的路程，以提高精度。同时，粗加工工序在前，精加工在后。安排时，对于道具位置最相近的工序应该连在一起，以减少道具反复移动。同时，平面加工在前，打孔、内部加工、表面加工灾后。由于铣刀加工时会对模具施加一定的压力，因此可能导致模具变形，进而使得一些高精度工序无法精确完成。所以，设计人员可以将铣刀加工和穿孔两个工序在时间上交替进行。

4.3 机械模具的数控编程

数控加工依赖于编程，程序越简单、越灵活，数控机场的柔性化越好。因此，工作人员还应为机床选择合理的程序。传统的G代码灵活性较差，无法满足部分复杂的加工工序。而随着CAM等数控编程软件的出现，程序的灵活性越来越高，能满足复杂的加工工序。这类数控软件提取机械模具的几何特征，并将关键数据进行存储，进而使得程序的计算更快，使得编码更精准。生产时，工作人员只需要输入生产数据，系统可以自动阶段，选择机场河道具，并设置加工程序。刀具路径、切削参数也能被自动计算出来。工作人员也可以对工艺程序进行再次规划和确认，优化程序，同时降低人工编码发生错误的可能性。这也就是CAM软件的人机交互功能，完善人工提取的模具数据。

4.4 机械模具的仿真验证

数控技术通过计算机程序控制机床，尽管其出错率很低，但是由于生产条件复杂多变，很多环境因素也会对机床产生干扰，因此，碰撞、过切等问题也无法避免。而对数控机床的编码进行方针验证则能够减少问题的发生率。仿真验证是通过模拟机床当前的生产环境，进而预判生产过程中可能出现的各种问题，进而对机床进行调整，保障机床正常、准确工作。通常，工作人员需要通过计算机模拟运动场景，进而控制机械生产程序。例如，对NC文件中的加工指令进行解析，并且在扫描后对数据做模拟预算，根据结果判断机械生产时可能出现的问题。例如，将计算过程和布尔减预算分离，使两者相互独立，进而保证验证过程的准确性。在解析NC文件时，工作人员还应当数据刀具矢量，并且模拟好扫描体的结构，进而增强验证结果的准确性。插补运算功能可以同时启动，等待验证结果。当前，验证软件几乎都是通过动态图形进行仿真。当模具与仿真结果出现偏差时，系统自动分析产生偏差的原因并自动改善问题。

5、数控加工技术在机械模具制造中的应用要点

5.1 特征处理要点

模具加工制造中，特征处理主要有打圆角、倒角和穿孔三种，都是通过识别、简化进行处理。打圆角时，工作人员应当根据模具条件去匹配技术，从二边流形体的维度提取特征。通常，加工时圆角又有类柱圆角和普通圆柱之分，对这两种圆角，加工时可以根据模具的圆率、曲面半径进行界定。每个圆角都存在一条光滑便，这条光滑便和其相邻面的过度特征可以作为识别要素。处理倒角时，工作人员可以根据锥面或者平面处理，因为倒角往往呈现为几何结构，因此，工作人员可以将各个面的广度、边的宽度作为主要特征。在处理孔时，工作人员需要关注孔的方向。通常提取孔的内环数据，还要关注孔的支撑面的延伸情况。在简化各种操作时，工作人员可以整体优化，也可以分步优化。分步法中按顺序删除的策略更适合于复杂情境，整体删除策略适用于简单场景。这都需要根据模具的实际情况选取。

5.2 实体建模要点

仿真验证可以采用实体建模技术，通常以边界、构造以及空间分割三种技术进行建模。边界处理技术的优势在于建模数据小，处理速度快，但是无法对模具做整体性描述。构造法的光栅处理速度较快，但是缺乏边界性描述。而空间分割法一般适用于复杂的机械模具。建模过程中会产生大量的数据，而系统的存储量有限，特别是在处理复杂模型时，如果无法简化数据，通常会降低验证的精准度，进而影响验证的准确性。因此，在实践中，采用合理的方法建模非常重要。

6、结语

随着现代计算机信息技术的高速进步发展，传统的智能制造管理技术已不再能适应采用现代先进的人工智能设备制造管理技术。数控机械加工传动设备同时同样具有高速度运动和低精度、高效率、柔性化和工业自动化等三大主要特点，加工数控设备加工制造设备数控技术投入应用后的开发创新能力、加工设备生产经营效率的整体水平及其高低直接就会关系到它体现了一个设备企业的加工设备数控加工水平和一个企业设备生产经营管理综合实力。对工程机械设备制造业快速发展实现高度精和柔性化的工业自动化、集成化、智能化产业发展进程起着举足轻重的推动促进作用。本文对数控机床在机械模具制造中的应用展开探究，为机械模具制造发展贡献了一些有益思路。

参考文献:

[1]陈文升.数控加工技术在机械模具制造中的应用[J].内燃机与配件,2021(13):73-74.

[2]赵剑庆.数控技术在机械模具制造中的具体应用及改进分析[J].内燃机与配件,2021(05):72-73.

[3]陈小伟.数控加工技术在机械模具制造中的应用探讨[J].科学与信息化,2019(25):77-78.

文章来源：郭亚东.机械模具制造中数控加工技术的应用探讨[J].内燃机与配件,2021(21):76-77.