面向模具型腔的高效數控加工探究

尹耀康

摘 要：面向模具型腔的數控加工是模具數字化生產的關鍵環節，關系到模具生產制造的質量和進度。本文旨在提高模具加工制造的質量和效率，提出了面向模具型腔的高效數控加工這個課題，針對模具型腔數控加工的數控機床、 刀具系統、 走刀方式、加工工藝與參數以及數控編程的智能化等五個方面展開探究，希望對我國數控加工的不斷優化和改進有所幫助。

關鍵詞：模具型腔；數控加工； 機床性能；走刀方式；數控編程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.025

0 引言

數控加工是目前生產加工領域程序相對比較復雜，操作比較嚴格，工藝比較講究的一門生產技術，在高轉速以及高進給速度下，能夠完成各種粗加工以及精加工的要求。數控加工在機床性能、刀具選擇、走刀方式、加工工藝、參數設計以及智能化編程等方面要求非常嚴格，并且，面向模具型腔的數控加工難度大、耗時長，需要注意的事項比較多。對于面向模具型腔的數控加工，怎樣才能提高加工的質量和效率，筆者將從以下五個方面進行分析。

1 數控機床性能

機床是數控加工最基礎的運行部件，是支撐一系列數控加工工序的工作平臺，機床性能的好壞直接關系到數控加工的質量。高效的數控加工往往都需要依靠性能良好的數控機床來實施。要確保數控機床的性能能夠滿足高效數控加工的需要，應做到以下幾點：一是觀察機床的物理結構即精準度和剛性是否達到標準。由于加工原材料本身都是具有高硬度，需要采用一定伸長量的銑刀加工模具型腔，要求機床的抗震能力以及加工精度比較達到標準要求，所以，高剛性和高精度是對高效數控加工機床的最基本要求；二是機床的轉速和功率必須高，這樣才能使得刀具關聯的主軸轉速足夠快，同時需要完成型腔以及其他部件的協調運作，確保加工的一致性和嚴密性；三是機床應具備多軸聯動和深孔腔綜合切削的能力，多軸聯動能夠支持機床工作臺持續的回轉進給，結構復雜的深孔腔需要多軸聯動前提下加工出各種曲面的模具零件；四是機床的控制系統必須先進。我國數控機床控制系統一直在不斷的升級和完善，目前已經具備自行調整切削進給速度、機床的熱變形補償以及高速度傳遞數控加工數據等功能。

2 刀具系統

面向模具型腔的高效數控加工在刀具系統方面也需要不斷改進。在具體選擇加工刀具上需要考慮以下因素：首先，應選擇高剛性和耐磨性的刀具材料，確保加工中不易變形或者損壞，這樣才能有效避免在高速切削加工中出現刀口損壞或者其它刀具失效現象發生，以免降低加工效率和出現加工產品表面質量問題。同時在刀具系統管理中，需要針對刀具系統的有關切削參數進行針對性設置，以確保加工的高精準度；其次，在不同的切削刀刃的連接處最好采用倒角刀尖，避免熱摩擦過大而損壞刀具，同時在實際操作中，還要結合具體情況選擇不同類型和形狀的加工刀具，這樣才能針對不同的加工要求來提高加工精度和加工效率。同時在實際加工中還要注意所采用的刀具必須與編程所選擇的刀具參數一致，防止因為誤差影響到模具的加工精度；再次，應選擇高精度刀片以及密齒刀。這樣才能發揮出刀具高速加工的性能，提高材料切除的效率；最后，應采用自動換刀系統。這樣做是為了自動換刀來壓縮時間和提高定位的精準度。

3 走刀方式

如何走刀是考驗數控加工水平的重要指標，也是考驗數控編程人員專業能力的重要體現。由于走刀直接關系到數控加工的效率和質量，數控編程人員必須根據數控加工的實際情況選擇合理的走到方式。如果走刀方式選擇不當，往往會耽誤數控加工的時間和進度，還可能影響到加工質量。所以，數控編程人員往往需要經過精密的思考和計算，確定最佳的走刀方式，盡可能的節約時間、保證質量、提高效率。當前我國多數的數控編程走刀方式都是采用CAM軟件，對于模具型腔的粗加工在加工復雜零件時大部分時間都耗費在粗加工上，由于存在多種刀位軌跡的生成方法，我們在選擇的走刀方式不同所耗費的加工時間即刀位軌跡長度差別就會很大。對于加工質量不高的問題常常就是因為在走刀方式的選擇有誤，所以，走刀方式也是衡量數控加工水平的一個重要參數，這就對有關數控編程以及技術人員提出了非常高的要求，需要選擇出最合理的走刀方式并且還要不斷改進技術，從而促進數控加工水平的不斷提升。

4 加工工藝與參數

直觀判斷數控加工能力的強弱很大程度上體現在切削效率上，也就是需要從轉速、吃刀量以及進給速度等方面來做文章，通過提高切削效率來促進數控加工能力的提升。所以，在數控加工過程中，要保證有效的切削用量，發揮出刀具應有的切削性能。除此以外，對于加工參數的優化，還必須從建立有效的瞬時切削力模型入手，這就需要技術人員加大切削實驗，盡量保證工藝參數的實用性。同時模具型腔粗加工要去除大量材料，就需要充分考慮曲面形狀、余量、材料硬度以及刀具磨損變化等因素，所以在實際加工中基本采用的還是保守的切削進給速度。

5 數控編程的智能化

模具型腔粗加工通常需要采用多種數控編程策略。我們上面提到的CAM 系統相對比較傳統且具有很強的經驗性，在具體的加工進給速度方面缺乏針對性，在生成的刀具路徑方面缺乏可靠性，同時刀具壽命的維護不到位，所以，許多學者和專家都致力于改進和優化數控編制，將模具型腔復雜曲面數控加工的重點放在數據編程的智能化上，這也是目前數控編程的發展趨勢。CAM系統數據編程智能化能夠實現信息的自動化處理，能夠根據CAD傳遞的幾何信息以及相應的工藝系統識別加工特征，從而根據特征選擇最佳的加工方式，并且能利用有關技術和工具計算出刀具的大小、加工余量、走刀方式以、切削用量以及優化刀具軌跡。

數控編程的智能化是實現模具型腔高效數控粗加工的關鍵，也是實現面向車間編程的重要前提，更是下一代CAM 系統的突破口。數據編程的智能化需要使用者建立自己的用戶模版，能夠實現獨立利用和全面操作，從而大大提升了數控編程的效率。因此，現階段我們要加大科研和實踐力度，開發出模具型腔粗加工的智能工藝系統，結合材料以及加工余量科學考慮加工的切削參數，達到變速切削和高速切削的目標，建立起包括模具型腔加工幾何模型的切削工藝參數數據庫，促進無干涉刀具路徑的生成，最終實現面向模具型腔的高效數控加工。

參考文獻：

[1]張曉陸.模具高效加工方法與工藝規程制定[J].模具工業， 2007（09）.

[2]鄧麗萍.簡述數控加工的技術應用[J].中國新技術新產品， 2015（23）.