簡析機械模具制造中數(shù)控加工技術的應用

陳 靜

（江蘇省靖江中等專業(yè)學校，江蘇 靖江 214500）

隨著我國制造業(yè)的快速發(fā)展，機械模具制造的需求不斷增長，傳統(tǒng)的機械模具制造方法已經(jīng)難以滿足高效、高精度的加工要求。因此，數(shù)控加工技術在機械模具制造中的應用越來越廣泛。本文對機械模具制造及數(shù)控加工技術進行簡要介紹，通過分析數(shù)控加工技術在機械模具制造中的應用，展望未來的發(fā)展趨勢。

1 機械模具制造及數(shù)控加工技術的概述

1.1 機械模具制造

模具是一種用于批量生產(chǎn)特定產(chǎn)品或零件的工具，機械模具是指在機械制造過程中使用的模具[1]。在機械模具制造中，需要根據(jù)設計圖紙或模型，選擇合適的材料，經(jīng)過一系列的加工工藝，如車削、銑削、磨削、鉆孔、鏜孔等[2]，制造出符合要求的模具。此類模具可以用于生產(chǎn)各種機械產(chǎn)品，如汽車、電器零部件等。

在傳統(tǒng)的機械模具制造中，制造者通常需要依靠經(jīng)驗和技能，采用手動或半自動的方式進行加工，存在精度低、效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，難以滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求。隨著科技的進步，計算機在機械模具制造中的應用越來越廣泛，并成為了機械模具工業(yè)制造改革的關鍵技術，提高了工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和效率。現(xiàn)階段，我國機械模具制造行業(yè)正處于快速發(fā)展階段，但也面臨著技術創(chuàng)新、人才缺乏、生產(chǎn)成本等挑戰(zhàn)[3]。

1.2 數(shù)控加工技術

數(shù)控加工技術是指利用數(shù)字化信息對機械模具進行自動化控制的加工技術[4]，將計算機技術、自動化技術、現(xiàn)代控制技術等融為一體，通過編程、處理和控制模具加工過程的相關數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對模具的自動化加工。數(shù)控加工技術具有精度高、效率高、自動化程度高、加工柔性好等特點，可以更好地滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求。

數(shù)控加工技術具備多種功能：第一，多軸聯(lián)動功能，能同時控制多個軸的運動，實現(xiàn)復雜形狀的加工[5]。第二，刀具路徑規(guī)劃功能，可以根據(jù)模具的形狀和加工要求，自動生成最優(yōu)的刀具路徑，提高加工效率和精度。第三，加工工藝優(yōu)化功能，可以根據(jù)模具的材料和加工要求，自動選擇合適的加工工藝和參數(shù)，以提高加工質(zhì)量和效率。第四，在線監(jiān)測和控制功能，可以實時監(jiān)測模具的加工狀態(tài)，并在線控制加工過程，保證加工質(zhì)量和精度。第五，智能加工功能，可以根據(jù)模具的形狀和加工要求，自動選擇合適的加工策略，提高加工效率和質(zhì)量。第六，加工數(shù)據(jù)管理功能，可以有效管理模具的加工數(shù)據(jù)，分析和優(yōu)化加工過程[6]。

2 機械模具制造中數(shù)控加工技術的應用

2.1 模具制造中數(shù)控線切割加工技術的應用

數(shù)控線切割加工技術是基于電火花原理，利用細金屬絲作為工具電極，在金屬絲與工件之間施加脈沖電流，產(chǎn)生電火花放電，切割加工工件。此技術是特種加工技術的一種，屬于非接觸切割技術，相較傳統(tǒng)技術，具有較快的切割速度，且不會產(chǎn)生刀具損耗，在切割金屬坯料等硬度高、尺寸大的原料時具有顯著優(yōu)勢。

在實際操作應用中，首先，應根據(jù)加工要求選擇電極絲；其次，組合安裝工件及電極絲；再次，設置脈沖寬度、脈沖間隔、電流大小等加工參數(shù)后；最后，開始加工。由于電極絲的張力和走絲速度會影響加工精度和表面質(zhì)量，因此，需要合理控制，應注意根據(jù)加工材料的硬度、厚度和形狀等因素選擇電極絲和加工參數(shù)。在加工中，時刻保持工作液的清潔和充足，以避免電弧和短路等問題。同時，加工過程中產(chǎn)生的廢屑需要及時清理，以避免影響加工精度和表面質(zhì)量。

2.2 模具加工中數(shù)控電火花技術的應用

數(shù)控電火花技術是基于電火花原理，利用電極之間的放電現(xiàn)象加工工件[7]。此項技術能直接利用熱能或電能去除金屬材料，對加工材料的硬度、強度等要求較低。電火花加工技術制造高精度、高硬度、形狀復雜的模具，如塑料模具、壓鑄模具、擠壓模具等，具有優(yōu)異的工作效率。

應用數(shù)控電火花技術加工模具時，首先，應根據(jù)加工需求合理選擇電極；其次，保證電極及工件的安全，電極的定位和裝夾需要準確和穩(wěn)定，避免加工過程中出現(xiàn)誤差。可使用夾具或磁力吸盤等工具來固定電極；再次，應合理設置相關加工參數(shù)，如電流、電壓、脈寬、脈間、加工速度、電極損耗等[8]；最后，啟動機床開始加工作業(yè)。在加工過程中，需要控制電極的進給速度和深度，以保證加工質(zhì)量和效率。同時，注意控制加工過程中的溫度和壓力，避免出現(xiàn)過熱和變形等問題。加工表面質(zhì)量是影響模具使用壽命和精度的重要因素，需要注意保證加工表面的光潔度和精度。

2.3 模具制造中數(shù)控車削加工技術的應用

數(shù)控車削加工技術是基于車削原理，利用刀具和工件的相對運動加工工件。此項技術主要應用在加工軸類零件模具中，如定位稍、導向桿等[9]，通過程序的設定，完成進刀、出刀操作，結合圖紙要求生產(chǎn)誤差范圍內(nèi)的軸類零件。

應用數(shù)控車削加工技術時，首先，根據(jù)加工材料和加工要求選擇合適的刀具，以提高加工效率和質(zhì)量；其次，在安裝刀具和工件的過程中，應確保工件固定牢固，避免加工過程中的振動和位移；再次，合理設置加工參數(shù)，如切削速度、進給量和切削深度等，確保加工品質(zhì)；最后，開始正常加工作業(yè)。在加工過程中，關注程序編寫的正確性及合理性，確保加工路徑和加工參數(shù)的準確性。同時，應定期監(jiān)測刀具磨損情況，及時更換刀具，保證加工質(zhì)量。此外，應通過合理的加工工藝和檢測手段，控制加工精度，確保模具的精度和質(zhì)量。

2.4 模具制造中數(shù)控銑削加工技術的應用

數(shù)控銑削加工技術是基于銑削原理，通過編程控制刀具的運動軌跡，對模具零件進行銑削加工，獲得所需的形狀和尺寸。此項技術主要完成銑削模具零件的凹槽、表面及孔洞，具有較高的精度，是應用較為廣泛的工藝之一。

應用數(shù)控銑削加工技術時，首先，根據(jù)模具材料和加工要求選擇合適的銑削刀具，以確保加工的精準性及可靠性；其次，把需要加工的模具放置于機械夾具內(nèi)，確保模具被牢靠固定；再次，在完成參數(shù)設置、程序編寫完成后；最后，啟動設備，在預先編制的程序控制下，按照既定路線完成走刀作業(yè)，并控制銑刀轉速以及銑削速度，確保加工模具平面的精度。在實際加工的過程中，應時刻關注銑削過程，及時發(fā)現(xiàn)并處理加工過程中的異常情況，以保證加工質(zhì)量和操作安全。同時，應根據(jù)模具的形狀和尺寸，規(guī)劃合理的銑削路徑，以避免加工過程中的干涉和碰撞。此外，需嚴格遵守數(shù)控銑床的安全操作規(guī)程，確保操作人員的安全。

3 數(shù)控加工技術的應用優(yōu)勢及發(fā)展前景

3.1 應用優(yōu)勢

3.1.1 提高機械模具制造的精度

第一，數(shù)控加工技術采用數(shù)字控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)高精度的運動控制和位置控制，通過精確控制刀具的運動軌跡和加工參數(shù)，實現(xiàn)非常高的加工精度，滿足模具制造對精度的嚴格要求。第二，數(shù)控加工技術可通過刀具補償功能來補償?shù)毒叩哪p和熱變形等因素對加工精度的影響。根據(jù)刀具的實際尺寸和形狀自動調(diào)整，保證加工精度的穩(wěn)定性和一致性。第三，數(shù)控加工技術能自動化加工，減少人工操作對加工精度的影響，避免人為因素引起的誤差，提高加工精度的穩(wěn)定性和可靠性。第四，多軸聯(lián)動加工技術可實現(xiàn)復雜曲面的加工，提高加工精度和效率，通過控制多個坐標軸的運動，可實現(xiàn)刀具在不同方向上的精確運動，加工出更加復雜的模具形狀。第五，數(shù)控加工技術可配備在線檢測功能，實時檢測加工過程中的誤差和異常情況，在線檢測可及時發(fā)現(xiàn)加工中的問題并修正，保證加工精度的準確性和一致性。

3.1.2 提升機械模具制造的效率

第一，數(shù)控加工技術可實現(xiàn)自動化加工，通過預設的加工程序和自動化控制系統(tǒng)，數(shù)控機床可以自動完成加工任務，提高生產(chǎn)效率和加工精度。第二，數(shù)控加工技術采用高速主軸和快速進給系統(tǒng)，可實現(xiàn)高速加工，縮短加工時間，提高生產(chǎn)效率。同時，高速加工還可以減少刀具磨損，提高刀具壽命。第三，數(shù)控加工技術支持多任務并行加工，可同時進行多個加工任務。通過合理的任務分配和調(diào)度，提高生產(chǎn)效率。第四，數(shù)控加工技術可根據(jù)加工過程中的實時反饋信息自適應調(diào)整。通過監(jiān)測加工參數(shù)和刀具狀態(tài)，數(shù)控系統(tǒng)可自動調(diào)整加工參數(shù)，提高加工效率和質(zhì)量。第五，數(shù)控加工技術可實現(xiàn)刀具的自動化管理和更換。通過刀具庫和自動換刀裝置，快速更換刀具，提高生產(chǎn)效率。

3.1.3 降低機械模具制造的成本

第一，數(shù)控加工技術可實現(xiàn)自動化加工，減少對人工的需求，提高生產(chǎn)效率，降低人力成本。第二，數(shù)控加工技術可通過精確的編程和控制，實現(xiàn)對材料的精確加工，減少材料的浪費，同時實現(xiàn)多任務并行加工，提高材料的利用率，降低材料成本。第三，數(shù)控加工技術可通過編程和控制，實現(xiàn)對工裝夾具的精確控制，減少工裝夾具的數(shù)量和成本[10-12]。第四，數(shù)控加工技術可實現(xiàn)高精度的加工，減少廢品率，減少材料和人力的浪費，降低生產(chǎn)成本。第五，數(shù)控加工技術可實現(xiàn)快速編程和加工，縮短生產(chǎn)周期，減少庫存成本和資金占用成本。同時，數(shù)控加工技術可以實現(xiàn)多任務并行加工和遠程監(jiān)控，提高設備利用率，降低設備的單位成本。

3.2 發(fā)展前景

隨著科技的不斷進步，模具制造對精度的要求越來越高。為了滿足市場需求，數(shù)控加工技術可通過采用更加先進的控制系統(tǒng)、高精度的機床和刀具，以及優(yōu)化的加工工藝，不斷提高加工精度。為了提高生產(chǎn)效率，數(shù)控加工技術將不斷優(yōu)化加工工藝和流程。例如，采用高速加工技術、多軸加工技術、自動化生產(chǎn)線等，可提高加工速度和效率。此外，通過合理的刀具選擇和夾具設計，可減少加工時間并提高生產(chǎn)效率。

隨著人工智能技術的不斷發(fā)展，數(shù)控加工技術也將向智能化的方向發(fā)展。通過采用更加智能的控制系統(tǒng)和算法，數(shù)控機床可以實現(xiàn)自動化加工和智能化監(jiān)控。例如，基于機器學習的刀具壽命預測、加工過程中的自適應調(diào)整等，可提高加工質(zhì)量和效率。多軸加工技術可以實現(xiàn)更加復雜的加工形狀和工藝，提高加工精度和效率。例如，五軸加工技術可以實現(xiàn)復雜曲面的加工，而多軸聯(lián)動加工技術可以實現(xiàn)復雜零件的一次性加工[13]。

隨著環(huán)保意識的提高，數(shù)控加工技術將向綠色制造方向發(fā)展，包括采用更加環(huán)保的加工工藝和材料，減少對環(huán)境的污染。例如，采用干式加工技術、水溶性冷卻液等，可以減少廢液和廢氣的排放。總之，數(shù)控加工技術在未來模具制造中的發(fā)展趨勢和前景非常廣闊。通過不斷提高加工精度和效率，實現(xiàn)智能化和自動化加工，以及采用更加環(huán)保的加工工藝和材料，數(shù)控加工技術將為模具制造行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻[14-16]。

4 結語

數(shù)控加工技術在機械模具制造中的應用已經(jīng)成為了提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品精度的重要手段，隨著科技的不斷進步和市場需求的不斷增加，數(shù)控加工技術也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，在未來，數(shù)控加工技術將會更加智能化、高效化和精密化，為機械模具制造行業(yè)帶來更加廣闊的發(fā)展前景。