機械工程論文發(fā)表正確認識當下模具數控機械管理的新應用措施論文
摘要：模塑公司通過(guò)在模具行業(yè)中的比較，購買(mǎi)了國際一流的數控加工軟件： UG NX4.0 和 POWERMILL6.0 ，通過(guò)多年的使用表明是非常適合模具加工行業(yè)的，尤其是兩種軟件豐富實(shí)用的加工策略各不相同，互相補充使數控加工的質(zhì)量和效率得到了很大的提高。 POWERMILL 在偏置區域清除粗加工時(shí)可以加入螺旋功能，進(jìn)行實(shí)際切削時(shí)更加平穩，消除了相鄰刀路之間連接的進(jìn)刀方向突變，減少切削進(jìn)給的加速和減速，保持更穩定的切削負荷，延長(cháng)了刀具壽命，對機床也起到了保護作用。
關(guān)鍵詞：模具,數控,機械管理
交叉等高精加工使用戶(hù)可定義一個(gè)分界角，淺灘區域內將使用等高策略，其它部分使用三維偏置策略，并且可以在陡峭和平坦區域之間加入重疊距離，兩者相輔相成。
參數偏置精加工既可以保證曲面上刀路間的行距不超過(guò)設定的數值，又可以顯著(zhù)減少三維偏置策略中在刀具路徑中可能出現的尖角，可以有效改善三維偏置加參考線(xiàn)的方法在工件表面的相交刀路產(chǎn)生的切削紋理，工件的外觀(guān)質(zhì)量更好。
切削參數的選擇對加工質(zhì)量、加工效率以及刀具耐用度有著(zhù)直接的影響。在 CAM 軟件中與切削相關(guān)的參數主要有主軸轉速 (Spindlespeed) 、進(jìn)給速率 (Cut feed) 、刀具切入時(shí)的進(jìn)給速率 (Lead in feed rate) 、步距寬度( Step-over )和切削深度( Step depth )等。
主軸轉速一般根據切削速度來(lái)計算，其計算公式為： n = 1000 V c / π d ，式中 d 為刀具直徑( mm )， Vc 為切削速度 (m/min) 。切削速度的選擇與刀具的耐用度密切相關(guān)，過(guò)低或過(guò)高的切削速度都會(huì )使刀具耐用度急劇下降。模具精加工時(shí)，應盡量避免中途換刀，以得到較高的加工質(zhì)量，因此應結合刀具耐用度認真選擇切削速度。
進(jìn)給速度的選擇直接影響著(zhù)模具零件的加工精度和表面粗糙度，其計算公式為 F=nzf ，式中 n 為主軸轉速( r/min )， z 為銑刀齒數， f 為每齒進(jìn)給量 (mm/ 齒 ) 。每齒進(jìn)給量的選取取決于工件材料的力學(xué)性能、刀具材料和銑刀結構。工件的硬度和強度越高，每齒進(jìn)給量越小;當加工精度和表面粗糙度要求較高時(shí)，應選擇較低的進(jìn)給量;刀具切入進(jìn)給速度應小于切削進(jìn)給速度。
吃刀量的大小主要受機床、工件和刀具剛度的限制，其選擇原則是在滿(mǎn)足工藝要求和工藝系統剛度許可的條件下，選用盡可能大的吃刀量，以提高加工效率。為保證加工精度和表面粗糙度，應留 0.1~0.3mm 的精加工余量。
在精加工時(shí)，吃刀量的選擇與表面粗糙度有關(guān)， CAM 軟件中通常提供有兩種參數控制表面粗糙度：步距寬度( Stepover )和殘留高度 (Scallop) 。采用步距寬度控制表面粗糙度時(shí)，步距寬度越小，表面粗糙度越小;采用殘留高度控制表面粗糙度時(shí)，步距寬度會(huì )依據工件形狀自動(dòng)調整。
好的軟件確實(shí)可以提高模具的加工質(zhì)量和效率，但它也只是一個(gè)工具，我們需要的是有豐富的現場(chǎng)機械加工經(jīng)驗和理論知識，同時(shí)熟練掌握軟件功能的數控程序設計者，因為人才是模具數控加工中的決定因素，對數控加工的質(zhì)量和效率起到關(guān)鍵作用。為此， 模塑公司建立了完善的程序設計員培養體系。所有的設計員都要先在數控操作的崗位上實(shí)習一段時(shí)間，經(jīng)過(guò)嚴格操作考核合格后方能進(jìn)行數控程序的設計培訓。程序設計員必須會(huì )用公司所購買(mǎi)的所有正版數控加工軟件，并且熟練掌握至少一種后才能編制程序。為了保證模具的數控加工質(zhì)量，就必須有好的數控程序，為了便于管理和控制加工質(zhì)量，我們根據多年的經(jīng)驗總結編寫(xiě)了多種的程序編制規范，為公司的模具質(zhì)量的穩定和不斷提高打下了堅實(shí)的基礎。
機床操作者是數控加工的執行人，他們對數控加工質(zhì)量的控制也是很明顯的。他們在執行加工任務(wù)的過(guò)程中對機床、刀柄、刀具、加工工藝、軟件和切削參數的實(shí)時(shí)狀態(tài)最了解，他們的各項操作對數控加工影響最直接，所以機床操作者的技能和責任心也是提高數控加工質(zhì)量關(guān)鍵因素!
經(jīng)過(guò)多年的模具加工分析，雖然機床等硬件設備是很關(guān)鍵的，但人才是影響數控加工質(zhì)量的決定性因素，因為程序設計員和機床操作者的職業(yè)道德、技能水平、崗位責任心確定了各種先進(jìn)設備能夠發(fā)揮出多大的效能!所以我們一定要重視人才的培養和引進(jìn)，為模具質(zhì)量的持續提高打下堅實(shí)的基礎!
現代模具制造業(yè)中，型腔型面設計日趨復雜，尤其是汽車(chē)模具中自由曲面所占比例不斷增加及產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高，都對曲面的制造精度提出了更高的要求。因此，模具制造工藝系統的精度、數控系統的精度和模具制造的 CAM 技術(shù)都會(huì )對曲面加工質(zhì)量產(chǎn)生影響。而包含自由曲面模具基本上都是借助各種 CAM 軟件進(jìn)行自動(dòng)編程，利用數控機床加工完成的。
模塑公司大部分數控加工中心已經(jīng)有了較長(cháng)的使用時(shí)間，雖然有嚴格的數控機床操作規范，良好的機床維護保養，但是其本身的精度損失是不可避免的。為了控制產(chǎn)品的加工質(zhì)量，我們定期對數控設備進(jìn)行檢測維修，明確每臺設備的加工精度，明確每臺設備的加工任務(wù)。嚴格區分粗、精加工的設備使用，因為粗加工時(shí)追求的是高速度、高的去除率、低的加工精度，而粗加工時(shí)對設備的精度損害是最嚴重的，因此我們將使用年限較長(cháng)精度最差的設備定為專(zhuān)用的粗加工設備，新設備和精度好的設備定為精加工設備，做到了對現有設備資源的合理搭配、明確分工，將機床對加工質(zhì)量的影響降到了最低，同時(shí)又保護了昂貴的數控設備，延長(cháng)了設備的壽命。當我們的機床不可改變時(shí)，與機床相關(guān)的刀柄、刀具對數控加工質(zhì)量的影響又變得突出了。在任何旋轉刀具加工系統中，主軸與夾頭 ( 或其組合體 ) 的聯(lián)結才是刀具加工性能實(shí)現的真正基石!我們公司常用刀柄與機床的接口有 BT 柄和 HSK 柄。 BT 柄與機床主軸的接口錐柄錐度為 7 ： 24 ，這種方式的刀柄只適合于傳統的低速加工，因為 BT 刀柄與主軸只是錐面配合，當轉速太高時(shí)，由于離心力的作用會(huì )使錐面配合間隙增大，從而影響數控加工質(zhì)量。當機床最高轉速達到 15000 轉 / 分時(shí)，通常需要采用 HSK 型刀柄，HSK 刀桿為過(guò)定位結構，提供與機床標準聯(lián)結，在機床拉力作用下，保證刀桿短錐和端面與機床緊密配合。
刀柄對刀桿、刀具的夾緊方式主要有側固式、彈性?shī)A緊式、液壓夾緊式和熱膨脹式等。側固式精度較低并且難以保證刀具動(dòng)平衡，在高速銑削式不宜采用，下圖為彈性?shī)A緊式、液壓夾緊式和熱膨脹式刀桿示意圖，熱膨脹式刀桿夾頭的刀孔與刀柄為過(guò)盈配合，須采用專(zhuān)用熱膨脹裝置裝卸刀具，一般使用電感加熱或熱空氣加熱刀桿，使刀孔直徑膨脹，然后將刀柄插入刀，冷卻后孔徑收縮將刀柄緊緊夾住。
模塑公司通過(guò)多年的應用、比較、總結，現在采取的刀柄使用方案為：粗加工或大進(jìn)給加工時(shí)采用 BT 彈簧夾頭刀柄，普通機床上的半精和精加工采用的 BT 液壓夾頭刀柄，在高速銑和石墨加工機上采用的是 HSK 型熱脹刀柄或液壓夾頭刀柄。因為彈簧夾頭刀柄在刀具裝夾麻煩費時(shí)，重復精度較差，加工吸振性能不好，所以用于粗加工或大進(jìn)給加工 ;而精加工時(shí)采用的液壓夾頭刀柄具有極高的夾持回轉精度，非常方便的刀具裝夾方式深受操作者喜愛(ài)，并且為全密封結構型式，有效防止冷卻液、鐵屑特別是石墨粉塵對刀柄的損害，而液壓夾頭刀柄又具有優(yōu)良的阻尼減振性能，可以抑制加工中產(chǎn)生的振動(dòng)，從而明顯改善了模具的表面加工質(zhì)量和表面光潔度。在高速銑上做模具加工所采用的 HSK 型熱脹刀柄具有結構簡(jiǎn)單，夾緊可靠、同心度高，傳遞扭矩和徑向力大，特別是在模具的深型腔加工中，熱脹刀柄的刀具夾持端可以很長(cháng)、外徑可以做得很小而廣泛應用與模具的深型腔加工中，但是通過(guò)高速銑的應用發(fā)現熱脹刀柄為全剛性的結構使阻尼減振性能很差而難以抑制加工中產(chǎn)生的振動(dòng)，從而在程序編制不好時(shí)對模具的加工質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，大幅降低刀具的使用壽命，因此建議在小批量的使用高速機床時(shí)不要配置熱脹刀柄，因為雖然熱脹刀柄很便宜，但一般一臺電感加熱裝置的價(jià)錢(qián)可以購買(mǎi)幾十個(gè)其它類(lèi)型的刀柄了。
刀具的正確選擇和使用是 影響數控加工質(zhì)量 的重要因素。硬質(zhì)合金刀具應用范圍在公司越來(lái)越廣，硬質(zhì)合金將代替大部分高速鋼刀具，包括鉆頭、立銑刀、絲錐等簡(jiǎn)單通用刀具，使這一類(lèi)刀具的切削速度有很大的提高，硬質(zhì)合金將在刀具材料中占主導地位，覆蓋大部分常規的加工領(lǐng)域。我公司在 粗加工中 盡可能采用大直徑 的牛鼻刀，使用 R2 、 R6 的 硬質(zhì)合金刀片，做到粗加工排屑“多”;半精加工選用高轉速高進(jìn)給 R0.8 的鑲片立銑刀，做到半精加工走刀“快”;精加工時(shí)盡量選用硬質(zhì)合金刀桿和高精度球頭鏡面刀片，這樣可在保正 加工質(zhì)量的同時(shí)節省選用整體 合金刀具的高昂費用，模具 精加工中所用最小刀具的半徑應小于或等于被加工零件上的內輪廓圓角半徑，尤其是在拐角加工時(shí)，應選用半徑小于拐角處圓角半徑的刀具并以圓弧插補的方式進(jìn)行加工，這樣可以避免采用直線(xiàn)插補而出現過(guò)切現象， 做到精加工質(zhì)量“好”。
高速加工技術(shù)的發(fā)展日益成熟，極大的提高了模具加工速度、減少了加工工序、縮短甚至消除了耗時(shí)的鉗工修復工作，從而極大地提高了模具數控加工質(zhì)量，縮短了模具的生產(chǎn)周期。因此模具的高速加工技術(shù)逐漸成為 模塑公司 技術(shù)改造最主要的內容之一，高速加工取代傳統低速加工已成為必然，誰(shuí)將高速加工上得快、用得好就必將贏(yíng)得市場(chǎng)!
.技術(shù)方案階段：數控編程前的首要工作是制定技術(shù)方案。公司把數控工藝和刀路程序設計合并由程序設計員一人負責。技術(shù)方案階段主要任務(wù)是根據車(chē)間的制造資源，編制數控加工的工藝方案。為了做好技術(shù)方案，必須了解加工環(huán)境和制造資源，包括：機床、刀具、夾具、軟件、工藝資源、毛坯(如毛料、鍛件、鑄件、熱處理、切削性能、預加工)等，還要對零件的技術(shù)要求弄清楚，如公差要求、光潔度、薄壁件的允許變形、裝配關(guān)系等。
數控工藝方案的設計是有難度的，因為要處理的信息量大，各種信息之間的關(guān)系又極為錯綜復雜，這主要靠程序設計員的工作經(jīng)驗來(lái)進(jìn)行。因此，工藝方案的設計質(zhì)量完全取決于技術(shù)人員的水平和經(jīng)驗。
在高速銑技術(shù)廣泛應用的今天，數控工藝方案的設計重要性被提到了更高的地位。高速銑要求對加工的全過(guò)程進(jìn)行控制，任何疏忽都會(huì )引起嚴重的后果，因此，高速銑的工藝方案的編制好壞，將會(huì )對高速銑成敗起到?jīng)Q定性的作用。
數控編程階段：在編程準備期間，主要的依據是三維數據和工藝文件。程序設計員要分析零件的幾何特征，構思加工過(guò)程，結合機床具體情況，考慮工件的定位，選用夾具。數控編程的第一步要正確定義加工坐標系，選擇好對刀點(diǎn)。選擇的編程原點(diǎn)應方便編程、便于測量檢查、便于操作，同時(shí)考慮引起的加工誤差較小。第二步是按照數控工藝方案一步一步地在計算機上編制刀具軌跡。第三步是驗證程序的正確性，可行性�？梢酝ㄟ^(guò)計算機仿真模擬或試切削樣件。第四步是優(yōu)化程序。
程序定型階段：由主管領(lǐng)導審核數控編程刀路，合格后填寫(xiě)數控加工程序單，繪制加工簡(jiǎn)圖。到現場(chǎng)了解程序執行情況，總結程序編制經(jīng)驗。
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