PC機與數控機床CNC系統通信

黃學輝 鄭麗 劉仲彪

摘 要： 在現代模具的成形制造中， 不僅要求保證高的制造精度和表面質量， 而且要追求加工效率及表面的美觀。在PC機技術不斷發展和應用的推動下， 高速加工技術已越來越多地應用于模具的制造加工。PC機正逐漸取代普通數控機床的加工， 成為數控技術發展的主流， 模具高速加工逐漸成為我國模具工業技術改造最主要的內容之一。

1 引言

高速加工（ HSM） 通常是指高的主軸轉速（ 10， 000- 100， 000r min） 、高的進給速度（ 40m - 180m min） 下的銑削加工。高速加工一般采用銑削速度和快速多次走刀提升效率， 小直徑刀具， 一定的進給量， 較細的徑向和軸向切削深度， 即切削出來的體積。高速加工在實際應用中能解決新材料的表面處理問題， 適應表面質量、精度、形狀都要要求的三維曲面加工， 減少和避免效率低的傳統技術加工， 解決薄壁零件的處理問題， PC機加工還可以減少運輸與裝夾次數， 破除重復定位帶來的加工誤差難題， 既提高了加工質量， 又提高了加工效率。

2 CNC系統通信

目前塑料模具越來越精巧、結構越來越復雜，要求的合模次數接近和超過 80 萬次， 采用的模具鋼材的硬度越來越高， 有的甚至超過 HRC 58 以上， 而模具的交貨期卻要求越來越短。這些市場特點給模具制造商帶來了生產加工能力的更高要求。CNC系統通信的出現為模具制造帶來了新的發展機會， 尤其在中小型精密塑料模具加工中發揮了一定的價值。

用高速銑削加工模具， 不僅可用高轉速、大進給， 且粗、精加工一次完成， 大大提高了生產效率。采用高速切削加工淬硬鋼模具， 硬度 60HRC 以上， 表面粗糙度 Ra0. 6 m， 達到了磨削加工的水平， 效率比電加工高數倍， 不僅節省了大量的修光時間， 還可代替絕大部分的電加工工序。大多數模具材料都是高硬度、耐磨性能好， 其加工難度大。傳統工藝廣泛采用電火花（ EDM） 微切削加工成形， 生產效率極低。CNC系統通信對模具加工工藝產生了巨大影響， 它改變了傳統模具加工所采用的電火花、拋光等耗費人力的工藝流程， 甚至可用高速切削加工取代原來的工序。在模具的高淬硬鋼件（ HRC45～ 65）加工過程中， 采用高速切削可以替代電加工和磨削拋光的工序， 避免了電極的制造和費時的電加工。

3 對 CNC 數控系統的PC要求

先進的數控系統是保證模具全維度高速加工質量和效率的關鍵因素， 其特點表現在加減預差補、全端控制、最佳拐角減速、安全防護與實時監控等方面。模具高速切削加工對數控系統的基本要求為：

高速的數字控制回路， 如采用 64 位并行處理器、極短的直線電機采樣時間。

速度和加速度的全端控制、數字驅動系統的爬行控制。

先進的基于NURBS 的樣條插補計算方法， 以獲得良好的表面質量、精確的尺寸和高的幾何精度。

預處理功能。要求 CNC 具有大容量緩沖寄存器， 可預先預覽和檢查多個程序段（ 如 1000～ 2000 個程序段） ， 以便在被加工表面形狀（ 曲率） 發生變化時可及時使用改變進給速度等措施以避免過切等。

誤差補償功能。包括因直線電機、主軸等發熱導致的熱誤差補償、象限誤差補償、測量系統誤差補償等功能。

4 結語

模具作為新產品生產的關鍵工裝， 其設計與生產日益成為新產品開發周期的決定因素。隨著PC機與數控機床CNC系統通信的日益成熟， 高速加工技術應用到模具制造中， 能極大地提高模具加工速度， 減少加工工序， 縮短甚至消除了鉗工修復工作， 從而大大地縮短了模具的生產周期。模具高速加工技術目前已在發達國家的模具制造業中普遍應用， 而在我國的應用范圍及應用水平仍有待提高。隨著我國模具工業的發展，采用高速切削生產模具已經成為模具制造的大趨勢。高速切削逐漸取代電火花精加工模具在國外的模具制造企業已經普遍采用， 高速切削生產模具已經成為模具制造的大趨勢， 大大提高了模具生產效率和質量。在德國用HSC 技術生產模具以來， 實現了生產成本和加工時間的大幅下降， 相對以前用的電火花方法， 生產鍛模的成本下降了 50% - 60%， 而加工時間下降了約 70%， 已經顯示了其為模具制造企業帶來的巨大利益。尤其在廣東大力發展和推廣應用模具高速加工技術， 這對促進東莞市模具制造業整體技術水平和經濟效益的提高具有重要意義。