模具多軸數控加工技術研究

高振超，黃 偉

（四川材料與工藝研究所，四川 江油 621700）

模具制造業中多軸數控加工技術自從萌發到現在以來已經取得了一定的成就，我們通常所說的多軸數控加工系統就是指四軸以上的數控加工，其中最具有代表性的就是5軸數控加工，一般來說，多軸數控加工系統基本上都可以同時控制4個坐標軸，然后高效的將數控機床的功能有機的結合在一起，這樣不僅僅可以提高加工的精度，還可以大大的縮短生產的周期，縮短施工的時間。并且隨著模具中應用更多和更加先進的技術，模具制造業對數控加工的效率和工作能力提出了更為嚴格的要求，所以在這種情況下多軸數控加工技術不僅僅面臨著很大的機遇也面臨著十分嚴峻的挑戰，所以制造行業的相關企業必須對多軸數控加工技術進行深入的研究和分析來應對這些挑戰和把握這些機遇。

1 多軸數控加工技術的特點

1.1 減少基準轉換，提高加工的精度

多軸數控加工技術在模具制造行業中是一種相對來說比較先進的技術，在模具行業中多軸數控加工技術的應用不僅僅可以簡化加工的步驟，還可以逐漸實現在加工過程中的一次性裝夾工作，做到最大限度上提高加工的精度，提高加工的效率和保證加工產品的質量效果，正是基于這種特點下，多軸數控加工技術得到了十分廣泛的應用。

1.2 減少工具的裝夾量和占地面積

由上文可知在模具的制造過程中應用多軸數控加工技術可以實現加工過程中的一次性裝夾工作，所以就可以給其他工作節省出來大量的時間，減少經濟成本的支出。除此之外還可以大大減少車間占地面積。設備在運行期間可能會出現故障，出現故障就需要支出很大部分的經濟費用，在應用這種技術之后將會很大程度上減少故障維修費用的支出。

1.3 縮短新產品的研發難度和研發周期

正如上文所說在模具制造過程中應用多軸數控加工技術可以簡化很多的加工步驟，減少經濟成本的支出，正是基于其相較于其他技術的這種優勢使得新產品的研發周期和成功率可以得到很大的保證。整體來說雖然多軸數控加工系統使用比較昂貴，但是其在減少占地面積和降低生產成本方面有著很大的優勢，給企業帶來了更大的經濟效益和社會效益，由此我們也可以看出市場上很多產品的價格比較好，也是有一定的道理的。

2 多軸數控加工技術面臨的挑戰

2.1 缺少有力的資金支持

由于模具制造業相對來說是比較新興的一種發展行業，所以這個行業面臨的挑戰和困難相較于其他的一些老行業更有過之而不及，并且這些新興發展行業目前面臨最大的困難和挑戰就是缺少足夠的資金支持，目前多軸數控行業的現狀就是發展十分不平衡，發展較好的多軸數控技術也僅僅局限在少數資金比較雄厚的部門當中，并且在模具的制造過程中需要很大的一筆資金來進行機械和設備的引入，如果沒有足夠的資金支持，這對于模具制造的工作效率和產品效果都會降低很多，不利于多軸數控技術的高效應用。

2.2 編程比較復雜

除了上述面臨的巨大挑戰以外，多軸數控技術相較于其他的技術來說還具有一個編程比較復雜的特點，造成這種現象的主要原因就是其具有一個比較抽象的空間運動軌跡，所以這種情況下工作人員對其方向感將不會有一個準確的把握，如果方向感長期間的缺失將會造成靈敏度下降，另外再加上模具制造行業中相較于其他行業來說工作人員必須投入更多的時間和精力來完成這些工作，所以這也是阻礙模具多軸數控加工技術很好的應用的一個很不利的因素。

2.3 起步比較晚，面臨很大的挑戰

雖然我國的多軸數控技術起步的比較晚，但是其發展十分迅速，并且從其最初的發展到現在就已經吸引了社會上各界的目光和關注度，即便到現在這些好奇的眼光和期待的眼光也始終存在著，這也給這個行業帶來了很大的壓力，需要去不斷突破不斷創新和發展完善去使得多軸數控加工技術取得更大的成就。但是我國目前模具制造行業的發展現狀還是十分可觀的，雖然起步比較晚但是也已經取得了許多的成就，并且正在不斷努力地避免進口而全靠自己進行自力更生，只有這樣才能保證我國模具制造行業的利潤和社會效益。并且我們也可以從多軸數控加工技術的發展現狀看出其具有十分光明的發展趨勢和發展的前景，所以我國必須也要制定相關的政策和制度來鼓勵模具制造行業的發展，給予它們更多的福利和扶持，給予更多資金上的支持來對技術進行不斷地改進和創新，這樣才能避免由于其起步比較晚而導致技術比較落后的現狀。但是我國模具制造行業中很多核心技術仍然必須依賴進口，假如說國外對于這些先進的技術進行限制出口那么帶來的后果將是不可設想的，所以必須鼓勵我國的技術人員發展自主創新的精神和能力走自力更生的研發道路，只有這樣才能讓我國的模具制造行業走上世界的頂端取得更大的成就。

3 數控加工切削參數優化

多軸數控加工技術在切削過程中首要的操作步驟就是找到可以切削的點位，然后對該點切削后的最低位置進行設計，進行這個操作步驟的前提就是對數控加工過程中的切削參數進行優化，其中涉及到的流程有參數設計、優化目標函數、約束目標函數、優化問題求解和優化反復等多個方面。但是在模具多軸數控加工過程中模具的切削環境處于隨時的變化之中，所以這就給工作人員提出了更為嚴格的要求，需要工作人員對數控機床進行更好的操作，并且控制操作機床要根據刀具點位的不同對參數進行隨時的選擇和優化，但是在模具多軸數控的實際加工過程中卻不能很好地實現對加工參數地隨時調整，針對這種情況工作人員往往采取地解決辦法就是找出相鄰點位的切削情況的替代品，經常選擇的就是用工件的某一點位的切削情況來替代，然后用離線切削條件來對原本連續的切削條件進行替代，用離散的問題來替代連續的問題。這樣的解決辦法將會是十分高效的。

在實際多軸數控加工過程中存在著很多的路段，并且每一個路段的刀具吃入量都會有一個專門的字母進行表示，工作人員要對進給量和切削線速度進行及時的選擇和優化，對進給量、切削線速度和路段長度進行參數的設定。整個工件的加工過程中實質上就是將多少個路段連接在一起。除此之外還需要對目標函數進行不斷地優化，如今在模具多軸數控加工過程中對目標函數的優化的方法又具有很多種，如今選用的一般都是目標函數主要從生產率的方面進行，換句話說就是單個零件的最少生產周期。多軸數控機床的功率、進給量和進給速度等參數是目標函數的約束過程中主要涉及到的。在多軸數控加工的實際過程中剛才提到的參數都會受到一定程度上的約束，具體受到的約束就是對應材料去除量大小和單位時間內的機床進給量大小、切削件的寬度和切削速度等等。除此之外刀具的使用時間和刀具材料、零件材料有著很大的關系，也是一個時刻處于變化的數值。其次工作人員還應該根據相關公式然后來對機床的效率系數和機床的最大輸出功率等各種參數進行擇優選擇。

總而言之，多軸數控加工技術在我國雖然起步比較晚但是到如今也已經得到了很大的成就，取得了很大的進步，多軸數控加工技術相較于其他技術來說具有很大的優點和優勢，在模具制造行業種應用多軸數控加工技術不僅僅可以提高工件加工的精度，還可以很大程度上節約廠房的占地面積和提高加工的效率。但是由于我國的技術起步比較晚所以相較于發達國家來說還存在著很大的差距，在這種情況下很多的技術必須要依賴進口才可以實現，這就給我國的模具制造行業提出了更加嚴格的要求，需要技術人員發揚自主創新的精神去不斷努力做到自力更生，對新技術進行不斷地研究和開發，只有這樣才能提高我國企業在市場上的競爭力。