關(guān)于機(jī)械模具數(shù)控加工制造技術(shù)的探討

（杭州蕭山技師學(xué)院，浙江 杭州 311201）

機(jī)械模具生產(chǎn)中所應(yīng)用的數(shù)控加工技術(shù)，主要是借助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的自主設(shè)計和生產(chǎn)工作。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)文化的快速發(fā)展，社會中各行各業(yè)對機(jī)械模具的產(chǎn)品工藝精度和質(zhì)量提出了較高的要求，對于這些特殊工藝如果一味地采用人工生產(chǎn)那么難度較大，如果利用數(shù)控加工技術(shù)便可以很好地滿足采購者對機(jī)械模具的生產(chǎn)工藝要求。同時數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械模具生產(chǎn)中，還可以大幅度縮減機(jī)械模具生產(chǎn)制造時間，提高工業(yè)生產(chǎn)的整體生產(chǎn)效率，促進(jìn)該行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。

1 機(jī)械模具加工制造中的重點內(nèi)容

對機(jī)械模具進(jìn)行設(shè)計完成后，其形狀就已經(jīng)初步?jīng)Q定了機(jī)械模具的使用壽命，同時機(jī)械模具在制造成型的過程中，機(jī)械胚料的流動和成型在一定程度上也會受到機(jī)械模具幾何形狀的影響。此外，由于機(jī)械模具本身之間存在著一定的間隙，這就會影響機(jī)械模具在使用過程中的功能及應(yīng)用壽命，為此，在對機(jī)械模具進(jìn)行加工制造的過程中，需要考慮到機(jī)械模具形狀對模具產(chǎn)生的影響[1]。在機(jī)械模具進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，不同類型的零部件對機(jī)械模具所使用的材質(zhì)需求具有一定的差異性，由于機(jī)械模具所使用的材料，在耐磨性、硬度、耐熱性、抗壓性等物理性質(zhì)都具有一定的區(qū)別，如果加工生產(chǎn)技術(shù)無法滿足企業(yè)的需求，那么很可能會造成機(jī)械模具在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)損壞。因此，在新舊更替的大背景下，通過應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)便可以在縮短機(jī)械模具加工時間的基礎(chǔ)上，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，有力推動機(jī)械模具加工產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展[2]。

2 機(jī)械模具生產(chǎn)中應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)勢

在機(jī)械模具生產(chǎn)中通過應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)，主要具有以下三點優(yōu)勢：

1）可降低人工成本。通過應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)可以改變傳統(tǒng)機(jī)械模具加工生產(chǎn)中耗時費力、工藝繁瑣等特點，在計算機(jī)輔助系統(tǒng)的控制下，便可以通過數(shù)控機(jī)床將機(jī)械模具的生產(chǎn)流程轉(zhuǎn)化為一體化智能生產(chǎn)，無需人工參與手工勞作，進(jìn)而在減少人力資源投入的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)產(chǎn)品效益增值。

2）推動企業(yè)高級人才的培養(yǎng)。通過利用數(shù)控加工技術(shù)便可以將傳統(tǒng)的人工操作轉(zhuǎn)化為智能化生產(chǎn)，這就需要企業(yè)在生產(chǎn)中培養(yǎng)相對應(yīng)的高階人才，確保企業(yè)技術(shù)人才能夠充分掌握數(shù)控機(jī)床的機(jī)械原理和實踐技能，滿足企業(yè)的現(xiàn)代化生產(chǎn)需求。

3）優(yōu)化機(jī)械模具產(chǎn)品質(zhì)量，拓寬原有生產(chǎn)業(yè)務(wù)。通過應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)可以借助智能化程序控制機(jī)械模具的生產(chǎn)加工流程，減少機(jī)械模具在生產(chǎn)中出現(xiàn)殘次品，同時在計算機(jī)程序的控制下，數(shù)控加工機(jī)床還可以研發(fā)出全新的生產(chǎn)工藝流程，承接不同的機(jī)械模具加工，進(jìn)而拓寬公司的生產(chǎn)業(yè)務(wù)。

3 數(shù)控加工制造技術(shù)在機(jī)械模具生產(chǎn)中的實際應(yīng)用

3.1 利用數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行機(jī)械模具分類

在機(jī)械模具分類中可利用數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行分類優(yōu)化，由于機(jī)械模具的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此，在實際生產(chǎn)中需要對生產(chǎn)原料進(jìn)行認(rèn)真篩選，確保原料的物理性能滿足機(jī)械模具的生產(chǎn)進(jìn)度要求。在生產(chǎn)車間中進(jìn)行機(jī)械模具生產(chǎn)操作的數(shù)控機(jī)床具有很多種類，每種數(shù)控機(jī)床只能對相對應(yīng)的原料進(jìn)行加工制作，則需要生產(chǎn)人員將機(jī)械模具生產(chǎn)中所需的原材料進(jìn)行合理分類，并且根據(jù)不同的分類情況對機(jī)械模具進(jìn)行加工打磨，保證機(jī)械模具的生產(chǎn)質(zhì)量。但是如果一味地通過人工進(jìn)行機(jī)械模具分類，那么難免會出現(xiàn)人為失誤，造成機(jī)械模具生產(chǎn)質(zhì)量出現(xiàn)問題，因此，在生產(chǎn)中通過數(shù)控加工技術(shù)，便可以實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床自行進(jìn)行機(jī)械模具分類傳送、原材料車削、磨削、電火花加工切割等相應(yīng)制作流程。同時還可以在機(jī)械模具加工程序和使用工具相同的情況下，對同類型的機(jī)械模具進(jìn)行同時加工生產(chǎn)，進(jìn)而縮短機(jī)械模具的加工時間，采用這種因地制宜的加工生產(chǎn)方式，便可以避免機(jī)械模具在生產(chǎn)中頻繁更換機(jī)床的問題，進(jìn)而提高機(jī)械模具的加工生產(chǎn)效率[3]。

3.2 利用數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行接觸式數(shù)據(jù)采集

數(shù)控加工技術(shù)中接觸式數(shù)據(jù)采集方式在應(yīng)用過程中，主要是通過力的激發(fā)原理來觸發(fā)數(shù)據(jù)采集和連續(xù)式掃描裝置，在這個過程中需要通過磁場感應(yīng)和超聲波這兩種方法對實體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確的掃描和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的記錄。設(shè)計人員通常會將物體放置于三坐標(biāo)測量機(jī)中，然后通過三坐標(biāo)測量機(jī)將機(jī)械模具的具體結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行不同方向的實測，還可以將該機(jī)械模具各個方向上的測量點數(shù)及分布情況在計算機(jī)上進(jìn)行公布。在測量的過程中設(shè)計人員還可以采用觸頭測量法，通過觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集采用觸頭探針，當(dāng)觸頭探針接觸到該機(jī)械模具表面時，探針便會受到外界的壓力，從而產(chǎn)生變形。在變形的過程中便會激活探針內(nèi)部的開關(guān)，而采集系統(tǒng)便會在第一時間記錄下探針受到外界壓力時的坐標(biāo)值。通過這樣的方式，便可以準(zhǔn)確地獲取機(jī)械模具測量過程中的輪廓數(shù)據(jù)坐標(biāo)。

在數(shù)控加工技術(shù)中所應(yīng)用的接觸式探針測量儀主要有三種，分別是機(jī)械式觸發(fā)探頭、壓電陶瓷觸發(fā)彈頭、應(yīng)變式觸發(fā)探頭。觸發(fā)式探測頭的主要用途是對已知機(jī)械模具的表面進(jìn)行測量，同時由于觸發(fā)式探測頭具有較強的可利用性和通用性，該探測頭常常應(yīng)用于尺寸的測量和在線的應(yīng)用過程中。此外，在測量過程中由于測量機(jī)處于勻速直線低速運動狀態(tài)，這樣測量機(jī)所記錄下的坐標(biāo)位置對機(jī)械模具輪廓的精度影響較小。但是在測量過程中，通過觸發(fā)式探測頭難以測量到機(jī)械模具的一些局部細(xì)節(jié)，這樣就導(dǎo)致不能真實反映測量過程中機(jī)械模具的具體形狀。

3.3 利用數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行非接觸式數(shù)據(jù)采集

當(dāng)前在數(shù)控加工技術(shù)中所采用的非接觸式數(shù)據(jù)采集方式，主要是通過光學(xué)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，現(xiàn)階段所采用的非接觸式數(shù)據(jù)采集方式主要有激光三角探測法、激光測距探測法、結(jié)構(gòu)光探測法以及圖像分析法等。

在數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用過程中，設(shè)計人員采用非接觸式數(shù)據(jù)采集方法，可以大幅度的提高對機(jī)械模具數(shù)據(jù)采集過程中的準(zhǔn)確度和數(shù)據(jù)采集速度，同時利用非接觸式數(shù)據(jù)采集方法還可以有效減少數(shù)據(jù)采集過程中所產(chǎn)生的接觸壓力和摩擦力，這樣就可以盡可能的避免測量中出現(xiàn)不必要的測量誤差。同時非接觸式數(shù)據(jù)采集方法與接觸式數(shù)據(jù)采集方法，最明顯的不同在于，通過非接觸式數(shù)據(jù)采集方法對機(jī)械模具進(jìn)行測量的過程中，可以避免接觸式測頭與被測表面由于曲率干涉所產(chǎn)生的偽劣點，同時非接觸式數(shù)據(jù)采集方法在采集過程中所獲得的密集云信息量巨大，還可以將傳統(tǒng)接觸式機(jī)械探頭難以采集到的部位進(jìn)行測量，這樣就可以在最大程度上反映被測機(jī)械模具的真實結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)資料顯示，由于非接觸式數(shù)據(jù)采集方法所采用的是非接觸式的探頭，在對機(jī)械模具進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程中，并不需要接觸到機(jī)械模具的表面，因此，每一次數(shù)據(jù)采集的速度通常維持在50 次/s～20 000 次/s 之間，這主要取決于機(jī)械模具表明形狀的復(fù)雜程度[4]。

3.4 利用數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理加工

在機(jī)械模具行業(yè)中通過數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中，生產(chǎn)人員主要是通過CAD 模型進(jìn)行數(shù)據(jù)模型的重新構(gòu)建。這主要是將模型的被測量點數(shù)據(jù)劃分為一般數(shù)據(jù)點和海量數(shù)據(jù)點，然后再將不同測量系統(tǒng)所得到的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行同一格式的轉(zhuǎn)換，再將這些數(shù)據(jù)全部輸入進(jìn)CAD 軟件模型構(gòu)建系統(tǒng)中，這樣便可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)格式的多重轉(zhuǎn)化。

由于在數(shù)控加工技術(shù)中的每一個坐標(biāo)測量都具有相對應(yīng)的測量范圍，在機(jī)械模具的測量中生產(chǎn)人員很難在同一坐標(biāo)系下對機(jī)械模具的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行一次性測出。這就需要生產(chǎn)人員在不同坐標(biāo)系下對機(jī)械模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)測量，然后將多次所測量的數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)一進(jìn)同一個坐標(biāo)系中，而這一過程便需要經(jīng)歷多視數(shù)據(jù)的定位對齊，也就是數(shù)控加工技術(shù)中的多式點云拼合。在進(jìn)行多次數(shù)據(jù)的對齊過程中，生產(chǎn)人員需要通過專用的測量軟件裝置對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行直接對齊或者是先進(jìn)行模型的構(gòu)建，然后再進(jìn)行事后數(shù)據(jù)的對齊處理。在對數(shù)據(jù)進(jìn)行對齊的過程中，生產(chǎn)人員可以采用ICP 算法、四元數(shù)法、基于三個基準(zhǔn)點的對齊方法等，通過這些方法可以更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)的直接對接和相應(yīng)的圖形對齊。數(shù)據(jù)分割也是數(shù)控加工技術(shù)中所常用的一種實用性技術(shù)，通過數(shù)據(jù)分割可以將相應(yīng)機(jī)械模具外形曲面的子曲面類型進(jìn)行判別，然后將同一曲面的類型數(shù)據(jù)進(jìn)行重組區(qū)分，再通過軟件對不同的數(shù)據(jù)劃分成不同的數(shù)據(jù)域，從而構(gòu)建出精準(zhǔn)度較高的機(jī)械模具。目前，在數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用過程中所采用的分割方法主要有基于參數(shù)二次曲面逼近數(shù)據(jù)分割法和散亂數(shù)據(jù)點自動分割法[5]。

4 結(jié)束語

在機(jī)械模具生產(chǎn)制造中應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)，可以將傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)流程轉(zhuǎn)化為計算機(jī)技術(shù)和程序語言控制的生產(chǎn)模式，使得機(jī)械模具生產(chǎn)制造流程變得更加規(guī)范化、快捷化、程序化，進(jìn)而滿足我國現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展需求，促進(jìn)我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值的大幅度增長。