關于機械模具數控加工制造技術的探討

（杭州蕭山技師學院，浙江 杭州 311201）

機械模具生產中所應用的數控加工技術，主要是借助網絡系統和數字化技術實現機械設備的自主設計和生產工作。隨著我國社會經濟文化的快速發(fā)展，社會中各行各業(yè)對機械模具的產品工藝精度和質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那么難度較大，如果利用數控加工技術便可以很好地滿足采購者對機械模具的生產工藝要求。同時數控加工技術在機械模具生產中，還可以大幅度縮減機械模具生產制造時間，提高工業(yè)生產的整體生產效率，促進該行業(yè)的進步與發(fā)展。

1 機械模具加工制造中的重點內容

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

2 機械模具生產中應用數控加工技術的優(yōu)勢

在機械模具生產中通過應用數控加工技術，主要具有以下三點優(yōu)勢：

1）可降低人工成本。通過應用數控加工技術可以改變傳統機械模具加工生產中耗時費力、工藝繁瑣等特點，在計算機輔助系統的控制下，便可以通過數控機床將機械模具的生產流程轉化為一體化智能生產，無需人工參與手工勞作，進而在減少人力資源投入的基礎上，實現產品效益增值。

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

3）優(yōu)化機械模具產品質量，拓寬原有生產業(yè)務。通過應用數控加工技術可以借助智能化程序控制機械模具的生產加工流程，減少機械模具在生產中出現殘次品，同時在計算機程序的控制下，數控加工機床還可以研發(fā)出全新的生產工藝流程，承接不同的機械模具加工，進而拓寬公司的生產業(yè)務。

3 數控加工制造技術在機械模具生產中的實際應用

3.1 利用數控加工技術進行機械模具分類

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

3.2 利用數控加工技術進行接觸式數據采集

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

在數控加工技術中所應用的接觸式探針測量儀主要有三種，分別是機械式觸發(fā)探頭、壓電陶瓷觸發(fā)彈頭、應變式觸發(fā)探頭。觸發(fā)式探測頭的主要用途是對已知機械模具的表面進行測量，同時由于觸發(fā)式探測頭具有較強的可利用性和通用性，該探測頭常常應用于尺寸的測量和在線的應用過程中。此外，在測量過程中由于測量機處于勻速直線低速運動狀態(tài)，這樣測量機所記錄下的坐標位置對機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械模具的一些局部細節(jié)，這樣就導致不能真實反映測量過程中機械模具的具體形狀。

3.3 利用數控加工技術進行非接觸式數據采集

當前在數控加工技術中所采用的非接觸式數據采集方式，主要是通過光學原理進行數據的收集，現階段所采用的非接觸式數據采集方式主要有激光三角探測法、激光測距探測法、結構光探測法以及圖像分析法等。

在數控加工技術的應用過程中，設計人員采用非接觸式數據采集方法，可以大幅度的提高對機械模具數據采集過程中的準確度和數據采集速度，同時利用非接觸式數據采集方法還可以有效減少數據采集過程中所產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不必要的測量誤差。同時非接觸式數據采集方法與接觸式數據采集方法，最明顯的不同在于，通過非接觸式數據采集方法對機械模具進行測量的過程中，可以避免接觸式測頭與被測表面由于曲率干涉所產生的偽劣點，同時非接觸式數據采集方法在采集過程中所獲得的密集云信息量巨大，還可以將傳統接觸式機械探頭難以采集到的部位進行測量，這樣就可以在最大程度上反映被測機械模具的真實結構模型。根據有關數據資料顯示，由于非接觸式數據采集方法所采用的是非接觸式的探頭，在對機械模具進行數據采集的過程中，并不需要接觸到機械模具的表面，因此，每一次數據采集的速度通常維持在50 次/s～20 000 次/s 之間，這主要取決于機械模具表明形狀的復雜程度[4]。

3.4 利用數控加工技術進行數據處理加工

在機械模具行業(yè)中通過數控加工技術進行數據處理的過程中，生產人員主要是通過CAD 模型進行數據模型的重新構建。這主要是將模型的被測量點數據劃分為一般數據點和海量數據點，然后再將不同測量系統所得到的測量數據進行同一格式的轉換，再將這些數據全部輸入進CAD 軟件模型構建系統中，這樣便可以實現對數據格式的多重轉化。

由于在數控加工技術中的每一個坐標測量都具有相對應的測量范圍，在機械模具的測量中生產人員很難在同一坐標系下對機械模具的幾何數據進行一次性測出。這就需要生產人員在不同坐標系下對機械模具進行結構測量，然后將多次所測量的數據結果統一進同一個坐標系中，而這一過程便需要經歷多視數據的定位對齊，也就是數控加工技術中的多式點云拼合。在進行多次數據的對齊過程中，生產人員需要通過專用的測量軟件裝置對測量數據進行直接對齊或者是先進行模型的構建，然后再進行事后數據的對齊處理。在對數據進行對齊的過程中，生產人員可以采用ICP 算法、四元數法、基于三個基準點的對齊方法等，通過這些方法可以更好地進行數據的直接對接和相應的圖形對齊。數據分割也是數控加工技術中所常用的一種實用性技術，通過數據分割可以將相應機械模具外形曲面的子曲面類型進行判別，然后將同一曲面的類型數據進行重組區(qū)分，再通過軟件對不同的數據劃分成不同的數據域，從而構建出精準度較高的機械模具。目前，在數控加工技術的應用過程中所采用的分割方法主要有基于參數二次曲面逼近數據分割法和散亂數據點自動分割法[5]。

4 結束語

在機械模具生產制造中應用數控加工技術，可以將傳統的人工生產流程轉化為計算機技術和程序語言控制的生產模式，使得機械模具生產制造流程變得更加規(guī)范化、快捷化、程序化，進而滿足我國現代工業(yè)的發(fā)展需求，促進我國工業(yè)經濟產值的大幅度增長。