探究機械模具數控加工制造技術

張斌

摘要： 在數控生產制造中，模具屬于常見、典型工件產品，相關人員應該對零件結構進行充分了解，對零件圖進行分析，對總裝圖進行充分了解，以此分析機械模具工藝，進而科學應用加工技術。本文闡述了模具數控加工技術概述，介紹了數控技術應用優勢，提出幾點機械模具生產中數控加工技術應用要點。

Abstract： In CNC production and manufacturing， molds are common and typical workpiece products. Related personnel should fully understand the structure of the parts， analyze the part drawings， and fully understand the assembly drawings， so as to analyze the mechanical mold technology， and then scientifically apply processing Technology. This article describes an overview of mold numerical control processing technology， introduces the advantages of numerical control technology application， and proposes several key points of numerical control processing technology application in the production of mechanical molds.

關鍵詞： 機械模具;數控加工;制造技術

Key words： mechanical mold;CNC machining;manufacturing technology

中圖分類號：TG659 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0073-03

0 ?引言

在機械加工中，機械模具屬于基礎工具，其主要特點就是樣式復雜、種類多樣。對于制造業來講，開展大規模生產活動時，經常應用到機械模具。對于機械模具質量具有較高要求，涵蓋硬度、強度、精準度以及其他參數。因此，相關人員應該積極研究機械模具，充分了解市場變化，保證多樣化生產需求得到充分滿足。數控制造技術促使機械模具設計與加工充分實現智能化發展，通過機械完成勞動強度大、復雜的工作，充分提高產品質量，減少生產成本[1]。

1 ?模具數控加工技術概述

在機械制造行業中，產品制造與模具品質具有緊密聯系，但是相關模具規劃設計以及操作等較為復雜。模具加工活動中，一般經常發生加工工藝復雜、加工精度高以及加工工期短等問題。若是加工制造中的技術優化與服務支援不足，則無法實現預期目標。開展常規生產加工活動時，應該讓專業技能突出的人員操作設備。相關人員能力對于模具外殼表面實際加工品質產生影響。在工業自動化水平不斷提高過程中，常規模具加工行業也不斷進行技術升級工作[2]。

主要原因在于，國民經濟建設過程中，對于高精度與高品質加工模具的需求日益增多。另外，由于手工操作缺乏良好確定性，制造企業采用手工方式開展產品加工活動已經無法滿足經濟建設需求，對相關企業發展產生一定阻礙，而數控技術能夠對相關問題進行有效處理。在數控加工領域中數控技術與數控編程屬于主要類型，兩者聯系較為緊密。兩種技術能夠做到取長補短，同時可以提高自身技術優勢，可以代替人類工作，同時可以接著預先設定程序模式提高成品加工精度。

2 ?機械模具的數控加工基本要求

2.1 對產品特征進行初步明確

因為生產機械模具時，主要選擇單件生產方法，所以各種模具的特征存在一定差異。基于此種問題，若是工作人員不予以足夠重視，則會導致開模過程中發生失誤問題。所以，工作人員若是選擇數控技術開展模具加工活動，則需要對自身技術能力理解進行持續優化，尤其對于復雜磨具的生產活動來講，需要合理利用輔助軟件，可以為模具加工準確性提供良好保障，對產品加工特征進行有效明確。

2.2 強化加工誤差控制能力

模具生產精度是判斷模具質量的關鍵指標，開展生產活動時該精度非常重要。為了保證在模具加工中有效控制已經發生的誤差問題，工作人員應該對自身操作方式進行有效規范，防止出現操作失誤問題。同時，相關公司需要在生產環節中，積極提高數控監督力度。關鍵原因在于模具內部結構較為復雜，所以極有可能由于工作人員出現疏忽問題對加工質量產生影響，因此企業需要借助有效監督手段，進而確保模具加工環節中的相應誤差問題可以得到進一步控制。

2.3 有效把控加工環節中相關不確定因素

總體而言，選擇數控技術開展模具加工活動時，工作人員主要工作目的并非是為了制造最終零部件，主要是基于原有零部件，進一步開發與優化零部件，進而充分強化模具性能。所以，開展加工活動時，工作人員一般需要面對一些不確定性，所以每次加工模具在相關參數方面具有較大差異，對此要求工作人員可以按照模具實際情況進行合理調整。對此，企業需要積極招聘實踐經驗豐富的模具人員，進而才可以有效控制加工環節中相關不確定因素。

3 ?數控技術應用優勢

3.1 充分減少生產周期，強化生產效率

通過數控設備能夠充分改變機械模具生產模式，數控設備可以充分替代人工模式，有效節約人工成本，但是對于數控技術相關指標較為嚴格。如果采用數控制造，則應該保證模具加工行業中相關數據能夠匯總同時穩定運行。數控加工無需借助計算機系統參與，能夠充分實現數控技術應用。對數控技術與人工方式進行有機結合，能夠充分強化模具精準度。在模具生產中應用數控技術，可以充分減小模具加工周期，充分提高加工效率以及提高生產水平。現階段，數控技術以及獲得較大進步，并形成機械裝置對手工操作遠距離控制加工方案進行替代，充分節省加工成本。但是，基于特殊情況下，還是會由于數控技術方法缺乏健全性等，難以保證模具加工要求得到充分滿足，導致穩定性受到影響以及生產效率降低。當先，數控技術已經形成指揮加工系統，即能夠實現智能化加工，充分提高加工效率與精度，可以充分提高模具加工效率[3]。

3.2 柔性化、集成化以及網絡化發展趨勢

在科技不斷進步過程中，機械加工中的數控技術開始呈現出集成化與網絡化發展趨勢。其主要具有以下特點以及優勢：逐步建立以數控加工單體設備、復合型材料生產設備、數控加工制造中心為基礎的，向以FTL、FML、FMC、FMS為基礎的生產線體系，發展成為分散網絡系統與單體生產模塊集成的制造模式。同時相關人員應該對該發展趨勢的科學性與實用性多加注意。機械模具加工不斷朝著柔性化方向發展，具有較高靈活性特點，在加工過程中，涵蓋以下要點：①使用數控技術的基礎就是可以對相關模具進行快速校對。②技術能力能夠滿足模具加工中相關要求，同時能夠對加工制造行業間進行持續擴充。數控技術柔性制造可以充分連接CAPP、MTS、CAM、CAD以及其他系統，實現數據共享，對生產線數據與信息實施進行充分互聯互通，進而逐步形成機械模具加工行業柔性化、集成化與網絡化發展。

4 ?機械模具生產中數控加工技術應用分析

4.1 借助數控技術開展模具分類

可以借助數控技術對模具分類工作進行優化，因為機械模具加工結構比較復雜，所以開展生產實踐工作時，需要有效篩選生產原料，保證材料物理性能符合模具加工精度要求。機械模具加工操作的數控機床種類較為豐富，各種數控機床主要針對某種原料展開加工制作，需要相關人員在加工實踐過程中科學分類原材料，同時結合各種分類情況合理打磨加工機械模具，以充分提高生產質量。然而若是僅僅借助人工方式開展模具分類工作，則肯定會發生人為失誤問題，進而導致模具加工質量發生問題，所以將數控技術應用于加工實踐中，能夠促使數控機床分類傳送模具、車削原材料、電火花切割以及其他制作流程。另外，還能夠在加工程序以及加工工具相同條件下，針對同類型模具開展同時加工處理，能夠充分減少模具加工時間，通過此種加工方式，能夠充分防止模具加工中經常需要更換機床的現象，充分保證模具加工效率[4]。

4.2 借助數控技術開展接觸式信息采集工作

在對模具產品進行信息采集和檢測等工作環節中，應用接觸式信息采集方法時，一般是借助力的激發原理將連續式掃描與觸發式信息采集裝置觸發，基于此過程中，應該借助超聲波與磁場感應方式準確掃描實體結構，并記錄結構數據。相關人員在實踐中一般會在三坐標坐測量儀器中放置物體，之后借助坐標測量儀器并通過計算機公布模具不同方面測量點分布情況與數據。開展測量工作時，相關人員還能夠借助觸頭測量技術，借助觸發式信息采集結合觸頭探針，在觸頭探針與模具表面接觸過程中，探針即受到外界壓力，導致變形問題。此過程中能夠將探針內部開關激活，但是采集系統會對基于外界壓力下的探針坐標值及時進行記錄。借助此種方式，能夠準確得到模具測量的輪廓信息坐標。

一般有3種形式的接觸式探針儀器應用于數控技術中。即應變式、壓電陶瓷、機械式三種觸發探頭。此種探測頭一般在模具表面測量中的應用較為廣泛，另外，因為觸發式探頭的通用性與可利用性較為突出，所以在尺寸測量中也具有良好適用性。同時，開展測量活動時，因為測量設備始終保持低速、直線、勻速狀態，所以測量設備記錄的坐標并不會影響模具輪廓。然而開展測量工作時，借助此種探測頭無法對模具的局部細節進行測量，進而無法將模具實際形狀充分反映出來[5]。

4.3 借助數控技術開展非接觸式采集工作

對于不可直接觸碰檢測和檢測部位受到限制的模具產品，可利用非接觸式信息采集技術，主要是借助光學原理開展數據收集工作，當前常用非接觸式信息采集技術主要涵蓋結構光探測、激光三角探測以及激光測距技術等。

應用數控加工技術時，相關人員選擇非接觸式信息采集技術，能夠充分強化模具信息采集速度以及精準度，另外，借助該技術能夠充分降低信息采集活動中出現的摩擦力與接觸壓力，進而能夠充分防止在測量工作發生一定測量誤差問題。另外，非接觸式信息采集技術和接觸式采集技術之間差異在于，借助非接觸式信息采集技術測量機械模具過程中，能夠防止接觸式側頭和待測模具表面因為曲率影響形成偽劣點，另外，非接觸式采集技術開展采集活動時，能夠獲得巨大密集云信息，同時能夠測量接觸式探頭無法測量的位置，能夠將被測模具充分反映出來。結合相關數據資料表明，因為非接觸式信息采集技術主要選擇非接觸式探頭，開展模具信息采集活動時，無需接觸模具表面，所以每次采集數據一般保持在50次/s-20000次/s范圍內，一般根據模具形狀復雜情況確定采集速度[6]。

4.4 借助大數據技術處理數據

對于模具行業中，借助數控技術開展數據處理活動時，相關人員一般是借助CAD模型重構數據模型。主要是對模型被測量數據進行海量數據點與一般數據點劃分處理，之后對各種測量系統中獲得的數據轉換為統一格式，之后向CAD軟件的重構模型單元輸入，能夠多重轉化數據格式。

因為，在數控技術中心，各個坐標測量工作的測量范圍均較為固定，開展模具測量活動時，生產人員無法基于相同坐標系以此完成模具幾何數據測試工作。所以要求相關人員能夠基于不同坐標系測量模具結構，之后統一處理測量數據結果，輸入到統一坐標系中，但是此過程中需要通過多視覺數據展開定位對其處理，即通過數控技術進行多式點云拼合處理。針對數據展開多次對其處理時，相關人員應該借助專用測量軟件直接對其測量數據，或是先構建模型，之后再對齊數據。對其數據時，相關人員可以借助四元數法、ICP算法以及其他對齊方法，可以直接對接數據，對齊相應模型。在大數據技術中，數據分割也屬于常用技術，具有良好實用性，數據分割能夠區分曲面類數據，進而保證模具具有良好精度。

5 ?數控加工技術在機械模具中的具體應用

5.1 數控車削技術

對于數控車削技術，主要是以傳統車削工藝為基礎，與數字化編程技術進行有機結合，強化模具工藝效率與精度，在具體應用數控車削技術過程中，主要工藝流程如下：

第一，對加工工序進行合理確定。在機械模具中應用數控技術，在采用數控車削工藝過程中，需要結合模具實際設計要求以及生產狀況對工藝流程進行確定，與傳統車削工藝相比，并無較大差異。比如，對基準面進行確定、開展粗車與精車操作等工藝工法，完成整體加工之后開展局部加工作業。

第二，對影響因素進行確定。結合模具毛坯的設計要求與材質情況，選用的車削刀具同樣各具特點，在工藝因素中，刀具在工件質量方面具有較大影響，科學選擇刀具的主要目的就是對走刀距離進行科學控制，進而保證模具精確性符合設計要求。

第三，科學選擇工具。對于數控車削技術，不僅需要關注刀具，對于夾具、量具等工具對于工件質量也會產生較大影響，開展編程處理時，借助規范參數設計以及規范操作促使模具有效性得到充分強化。

工藝人員應該全面分析加工工藝，同時應該對零件裝配圖進行充分分析，對現場設備狀況進行充分了解，結合具體狀況明確加工定位，積極根據設計規格要求保證模具的實用性與工藝性。

5.2 數控銑削技術

在模具設計中存在螺紋、齒輪、花鍵、溝槽等成形面時，需要選擇數控銑削技術。模具銑削技術已經非常成熟，相比于傳統銑削工藝，兩者差異性主要體現在銑削編程以及數字化處理等自動化技術，數控銑削的自動化生產、精度以及效率等方面優勢更加顯著，同時編程基礎和數字化測量，在凹凸結構中也可以開展加工互動，其重點工藝流程如下：第一，對切削量進行科學計算。借助機械模具實際設計要求，借助應用軟件對留量進行合理計算，重點內容就是根據進給量開展數據計算工作。第二，技術指標與設計參數。對技術參數進行合理選擇，涵蓋確定毛坯工件、刀具選型、切削余量以及其他指標，會直接影響銑削技術的模具精度、質量與應用效率等。第三，精檢工序與工藝流程。數控銑削技術主要以傳統銑削工藝為基礎，借助軟件編程深度加工凹凸面與曲面，為加工效率提供保障，所以完成編程工作后，應該精確檢驗工藝流程，為加工精度提供良好保障。

同時，工藝人員需要注意，一些需求方在設計方面存在特殊要求，應該嚴謹分析零件圖紙，同時根據生產操作對加工作業進行規范操作。

5.3 電火花技術

在模具加工處理過程中，主要是借助該技術切割模具，電火花技術為特種加工技術，在導電材料精密切割中具有良好適用性。基于控制系統作用，電火花技術效率高、方法簡單，在數控加工中具有廣泛應用。

第一，確定電火花工藝。在銑削工藝與車削工藝無法滿足設計要求時，可以選擇電火花工藝，比如一些精密溝槽、復雜表面、設計中存在異度角與不規則腔縫、毛坯件的長徑比存在異常問題等情況，即應該選擇電火花方式開展加工活動。

第二，毛坯的預加工。在電火花技術的原材料中，電極極易發生損耗問題，所以，要想充分降低電火花工作量，應用該技術過程中應該盡量將毛坯件材料余量充分去除掉，進而減少加工表面。

第三，模具裝夾的方案。電火花工藝對于刀具以及其他較強外力并不需要進行考慮，所以，通常選擇正弦磁臺、導磁塊、永磁吸盤等方式校正裝夾，之前需要借助計算機軟件設計編程電極，自動拆裝電極，之后對毛坯工件和電極開展校正與裝夾工作。

第四，電參數設置。完成校正處理后，結合設計標準對毛坯加工參數、工作液處理手段以及電機數量進行確定，以充分減少工件表面缺陷的發生概率，為自動化生產提供基礎設計保障。

現階段，電火花技術持續發展，充分提高模具制造效率與精密性，數控電火花技術應用也更加廣泛，相關加工企業均將電火花技術應用于數控機床中，促使模具行業加工需求得到充分滿足，可以處理各種復雜工件，同時加工作業時主要借助電能實現。

6 ?結語

在現代制造行業中，由于數控技術具有高效加工效果，所以其具有較高地位。借助數控技術開展模具加工活動，能夠為模具加工質量與精度提供保障，還能夠保證模具實際加工效率，進而充分提高模具加工效率。要想充分強化模具數控加工效率與精度，相關人員應該充分分析數控技術具體應用情況，以數控技術關鍵點作為切入點，有效控制數控加工活動。

參考文獻：

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[3]董選普，左春林，凌宏江.V法鑄造模具的FDM增材制造工藝研究[A].中國鑄造協會（China Foundry Association）.第十六屆中國鑄造協會年會暨第五屆全國鑄造行業創新發展論壇論文集[C].中國鑄造協會（China Foundry Association）：中國鑄造協會，2020：8.

[4]黎成輝.數控加工技術在機械模具制造中的應用——評《機械及數控加工知識與技能訓練》[J].現代雷達，2021，43（04）：106.

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[6]丁飛，李衍忠，王帥.基于hyperMILL軟件的輪胎模具五軸聯動數控編程與加工技術[J].金屬加工（冷加工），2021（05）：55-58.