機械模具數控加工制造技術與運用

李林

摘要：在數控機床零件制造中，模具是最典型也是常見的加工零件，需要在了解零件結構、分析零件圖、了解總裝圖的基礎上對所要生產的機械模具進行工藝分析、制定工藝規程，在細部技術方面還需要通過確定加工余量、工藝尺寸計算、定位誤差分析等技術環節的設計來體現工藝人員的職業素養，提高機械模具的生產效率和生產質量，并保證零件與實際應用設備相適應。

關鍵詞：機械模具;數控加工制造技術

0 ?引言

數控加工制造技術與傳統機械加工技術相比，其最大特點是使用可編程的數控機床對加工零件實施數字化工藝處理[1]。數控加工技術可以說是在傳統機械加工工藝的基礎上通過自動化設備實現以機械替代人工的技術形式，強化了傳統工藝性的計算精度，將機械模具的生產制造效率大大提高。數控加工技術通過數控編程技術轉變傳統機床工藝技術的運用形式，使得全工藝綜合分析設計成為機械零件加工中最重要的技術研究環節，為多方案、多手段加工提供技術支持。

1 ?機械模具的數控加工基本工序

機械模具數控加工的基本工序應按照產品裝配圖的設計要求及機械模具類型進行確定，除數字編程和自動化加工以外，與傳統機械加工工序的差異點并不多見，以下為最基本的機械模具加工作業工序：

1.1 機械模具零件圖分析

工藝人員對機械模具圖紙進行工藝性分析，確認圖紙標所標注的零件設計參數完整，設計要求基本合理，如注明有一些額外、特殊工序，應根據設計方實際要求進行轉工序處理[2]。

1.2 機械模具毛坯工件的選擇

工藝人員需要根據機械模具設計材料，初步擬定選擇毛坯工件，選擇原則以合理控制工藝和生產成本，提高加工效率和經濟性為主，對于毛坯工件不能符合技術標準或出現無法采購的情況時，可選擇成品鍛件作為加工原料。

1.3 確定數控加工技術路線

數控加工技術路線是指工藝人員對機械模具生產應用的加工方法、工藝參數、刀具選擇、裝夾等方案的具體設計，為保障技術路線的科學性及完整性，工藝人員需要對具體加工任務進行的科學合理的數字化編程。

1.4 數控加工工藝分析

工藝分析是工藝人員對設計該機械模具的各個加工階段的流程設計，例如粗加工基本成形、各個外圓倒角、加工高精度的端面、鍵槽、斜面等，再完成端面的表面粗糙度，最后去除測量余量、加工螺紋等按照一定工序的操作規程，使機械模具達到設計要求并具備生產標準終檢的條件。

1.5 移交機械模具工藝備檔

在機械模具生產作業完成后并確定合格后，移交甲方使用之前，工藝人員需要清洗零件并開具合格證明，根據生產要求將全工藝路線及綜合設計思路通過編制工藝規程、工藝工序草圖等文本，與生產成品一同移交甲方備檔[3]。

2 ?影響機械模具數控加工質量的因素

2.1 機械模具的毛坯工件質量

毛坯件的源頭質量是決定機械模具質量的根本因素之一，機械模具加工制造中所選用的毛坯件一般都是高速粗工生產，可能存在模鍛欠壓、錯模量、鑄模誤差、金液流體未充滿模腔等工藝缺陷，在車削、銑削過程中會產生一定的次品率，往往有一些規格、型號、尺寸是與成品技術要求差異不大或不明顯的，檢查驗收時不易發現。除此之外，機械模具選取毛坯的參考指標一般按照用件強度、剛度、耐磨性、變形缺陷等經濟因素進行選取，對于一些未經金屬探傷、金相組織檢查的毛坯件，內部可能存在的孔眼類缺陷或積屑瘤對成品軸會造成質量影響，尤其是細長軸加工時往往導致工件破裂，或影響機械設備的工作性能。

2.2 加工機械模具的數控機床生產狀態

機械模具的加工生產依賴于車、鉆、鏜、磨、銑、刨等生產性數控機床，這些數控機床在毛坯件加工過程中需要按照零件圖規定的尺寸和要求進行設定，機床如果長時間未經維護，主軸回轉、刀具導軌等工作機能受機床組件變形影響，降低其加工切削能力，導致機械模具加工精度下降;或數控機床開動時間過長，長時間處于振動和發熱狀態，影響其運行穩定性，進給量失準、主軸轉速降低等基本設置的變動必然導致加工精度降低。

2.3 機械模具加工中產生的內部應力

機械模具經過數控機床加工后，毛坯工件的原有內應力在車削、銑削、電火花作用下會重新分布，對機械模具的加工精度、裝配精度產生一定影響。例如在加工時采用了不影響使用的次品毛坯件，其內部應力恢復平衡的能力不及成品毛坯件所加工的機械模具，導致零件加工后標準合格，但在靜置一段時間后產生變形誤差，尤其是外形細長的機械模具，更易發生應力變形誤差。

2.4 機械模具工藝系統受熱

機械模具加工時毛坯工件受到的切削熱、摩擦熱構成零件結構性內熱源，生產環境溫度過高、機床溫度輻射熱等外部熱源等影響，這些工藝系統主要熱源對機械模具毛坯工件的金相組織產生一定的結構性影響[4]。此外機床刀具、夾具也是切削熱、摩擦熱的影響物體，常發生變形現象，導致模具加工作業時產生誤差。

3 ?機械模具數控加工制造技術的應用

3.1 機械模具制造中應用數控車削加工技術

數控加工車削技術是基于傳統車削技術的工藝基礎上，結合數字化軟件的編程技術，提升模具加工工藝的精度和效率，在數控車削加工技術使用過程中比較重要的工藝環節如下：

①合理確定加工工序。機械模具數控加工技術使用機械模具中，當運用到數控車削技術時，應該針對機械模具的設計要求和生產情況確定工藝流程，流程與一般傳統車削技術相似，例如先確定基準面、粗車、精車、磨削等參數設計與具體分步處理工藝工法，在整體加工后進行局部加工;

②確定工藝影響因素。根據機械模具毛坯件材質和設計要求的不同，所應用車削刀具選擇也各有特點，根據上文敘述，在數控車削技術加工中刀具是對工件質量影響較大的一個工藝影響因素，選擇刀具核心目的是合理控制走刀距離，使機械模具在精確性方面滿足設計要求;

③合理選擇加工工具。在數控加工車削技術中除了刀具以外，量具、夾具、裝夾方案等依賴加工工具的工藝流程也是影響工件質量的重要因素，在編程中通過規范操作與參數設計能夠提升機械模具作業有效性。

工藝人員不僅需要對零件加工工藝進行全面的分析，還要分析零件裝配圖、了解生產現場的設施設備情況，根據實際情況對模具加工定位進行明確，嚴格按照設計規格對模具零件進行工藝性和實用性方面的加工，并以產品合格率作為檢驗標準。

3.2 機械模具數控銑削加工技術的運用

當機械模具設計要求加工平面、溝槽、花鍵、齒輪、螺紋等各種成形面或者遇到特殊形面時，就要求應用數控銑削加工技術[5]。機械模具數控銑削加工技術比較成熟，與傳統銑削加工技術相比主要的差異體現在數字化處理、銑削作業過程的編程、非圓曲線變量編程等自動化處理技術，加工效率、精度、自動化生產優勢明顯，而且數字化測量與編程技術，能夠在凹凸面結構上進行加工作業，應用中的幾個重點工序流程是：

①合理計算切削量。通過機械模具的具體設計要求，利用應用軟件計算留量控制，其中重點圍繞進給量進行參數和數據的計算;

②設計參數及技術指標。合理選擇技術參數具體有刀具選型、毛坯工件確定、切削余量等指標，對銑削加工技術的應用效率、模具質量、模具精度、表面粗糙度和切削效率有直接影響;

③精檢工藝流程及工序。數控銑削加工技術在傳統機械銑削加工技術的基礎上，通過軟件編程對曲面和凹凸面進行深度加工，提高加工效率，因此在編程結束后需要對工藝流程進行精確性的檢驗，以保證對加工精度的控制力。

此外，工藝人員也應注意需求方的設計特殊要求，嚴謹地進行零件圖紙分析并按照生產操作規范作業。

3.3 機械模具電火花加工技術的運用

電火花加工技術在機械模具數控加工制造技術中的運用一般為模具切割處理，電火花加工技術屬特種加工領域技術，適用于導電材料的精密切割。在控制系統的作用下，電火花加工技術具有操作方法簡單、高效率等技術優勢，在機械模具數控加工制造中運用層面也較為廣泛：

①電火花加工工藝確定。當車削加工、銑削加工不能滿足工件設計要求時候才考慮使用電火花加工工藝，例如碰上切削、銑削刀具無法作業的復雜表面、精密溝槽需要深度切削、模具毛坯件長徑比異常、設計要求存在不規則腔縫及異度角、毛坯件裝夾存在缺失困難等情況，就要考慮使用電火花工藝方法進行加工作業;

②毛坯件預加工。電極是比較容易出現損耗的原材料，因此為了減少電火花作業量，應用電火花加工技術更需要注意最大限度去除毛坯件的材料余量，以減少電火花加工表面;

③模具裝夾方案。電火花加工工藝中不需考慮刀具等較強外力，因此一般使用永磁吸盤、導磁塊、正弦磁臺進行裝夾校正，之前需要使用計算機軟件對電極設計編程，使電極拆裝工作自動化，然后將電極與毛坯工件進行裝夾、校正;

④設置電參數。在校正操作以后根據設計標準選擇包括電極數量與損耗量、工作液處理辦法、毛坯件加工參數等，進一步降低工件產生表面缺陷的概率，為生產條件實現自動化完善基礎設計。

當前我國機械模具電火花數控加工技術不斷發展，機械模具制造更加精密、高效，數控電火花機床的應用也越來越廣泛，例如夏米爾、三菱等先進數控機床在電火花加工技術應用中滿足了機械模具行業發展需求，能夠加工普通切削、削工藝難以切削的導電材料以及形狀不規則的復雜工件，而且加工過程依賴電能而不依賴切削力的特點。

4 ?總結

機械模具是數控加工技術中常見的零件類型，其表面往往多復雜設計要求，因此需要在編制工藝文本時，綜合掌握車削、銑削、電火花等加工工藝的定位路線，精確計算預留余量，在生產過程中對各種工藝進行科學的數控機床的應用。

參考文獻：

[1]王愛民.我國機械零件加工工藝的分析與研究[J].電子世界，2014（20）.

[2]何紅偉.機械加工工藝對加工精度影響的研究[J].中國新技術新產品，2013（4）：152.

[3]張航.機械模具數控加工制造技術及應用探討[J].數字通信世界，2019（8）：218.

[4]程鴻宇.淺析機械模具數控加工制造技術的應用[J].時代農機，2018（8）：279.

[5]王曉奇.機械模具數控加工制造技術及應用探討[J].內燃機與配件，2018（23）：92-93.