數控加工在汽車模具制造中的應用分析

周叢

摘要：社會經濟的快速發(fā)展讓人們對技術水平的要求不斷提升，尤其是在現代很多產品的零部件的生產環(huán)節(jié)當中，對于模具制造的要求相對較高。以汽車生產行業(yè)為例，模具制造與產品質量之間本身存在密切聯系。數控加工技術作為現代制造業(yè)的重要組成部分，能夠在一定程度上對傳統(tǒng)技術的缺陷進行改進和優(yōu)化，一方面提升產品質量，另一方面進行系統(tǒng)研究。

關鍵詞：數控加工;汽車模具制造;應用分析

0? 引言

數控加工的先進性使得該技術在當前的制造業(yè)范圍內得到了非常普遍的應用，尤其是在模具加工環(huán)節(jié)數控機床已經成為了核心加工設備。我國汽車市場發(fā)展迅速，且近年來也會繼續(xù)地保持良好而穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢。一來我國經濟將保持穩(wěn)定增長趨勢，二來我國財政政策的大力支持對汽車市場也會產生明確的積極作用，數控加工對汽車模具制造起到的促進效果也具有重要的現實研究意義。

1? 數控加工技術的基礎性概念

數控加工技術的優(yōu)勢在于充分保障了產品質量和生產過程的效率，強調產品本身的使用性能。與此同時，針對企業(yè)的生產過程來說，整個生產環(huán)節(jié)對環(huán)境產生的影響顯著，也涉及到資源的利用工作。數控加工技術的智能化和自動化優(yōu)勢也可以有效地提升模具制造的生產效率，相關技術的應用讓部分企業(yè)在產品生產進程中提升了原有的工作效率，且在一定程度上降低了生產環(huán)節(jié)對環(huán)境產生的不利影響，符合國家節(jié)能減排的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃要求。

在傳統(tǒng)的模具制造過程當中，由于缺乏統(tǒng)一的生產鏈條，使得生產效率并不高，例如汽車制造過程會產生大量的垃圾和廢棄物，不僅造成了資源浪費，同時還導致環(huán)境受到嚴重污染。數控加工技術的應用讓整個生產環(huán)節(jié)形成了一個閉環(huán)式的生產鏈路，既能夠保障有限資源的循環(huán)應用，也能降低生產進程中的資源耗費和環(huán)境影響，科學有效地保障了生產效率，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標。而數控加工技術的適應性和優(yōu)點也非常顯著。

1.1 自動化程度高

數控加工技術的智能化和自動化程度非常高，因此可以有效地降低相關工作人員的勞動強度。各項工作本身是按照程序的輸入進行自動化處理，一般來說操作者只需要在機床旁邊進行觀察和監(jiān)控就能及時地了解到機床的運行情況，完成刀具更換、零件拆裝、零件尺寸抽檢等工作。當然對于數控機床的操作人員而言，其腦力要求會有一定的提升，但各種信息問題和自動控制技術應用問題等都可以得到妥善解決。所以數控加工能夠在一次操作內進行很多待加工的其它工作，節(jié)省了通用機床在加工時的中間工序。例如在檢驗環(huán)節(jié)只需要進行首件檢驗和中間抽檢，且經過數控加工得到的零件在后續(xù)裝配工序當中也比較簡便。

1.2 零件質量穩(wěn)定

數控加工技術本身的精度和重復精度都非常高，零件的一致性得到保證，大幅度地降低了通用機床加工環(huán)節(jié)人為產生的失誤情況。從這一角度分析，數控加工不僅在零件精度上滿足了日常工作要求，且質量比較穩(wěn)定，加工過程的質量控制工作能夠有序展開。一般情況下只要工藝設計和程序保持合理，在按照操作規(guī)程進行設置的前提下就可以維持長期的穩(wěn)定生產。

1.3 便于進行技術研發(fā)和制造

數控加工本身不需要很多復雜的工藝和設備，直接可以通過程序編制的方法將一些精度較高的零件展開加工，即便在進行設計更改時也可以利用相應的方法做出調整，不需要額外地對工裝進行設計制造。從這一角度來看，數控加工給技術研發(fā)和產品制造提供了充足的空間，也成為了航空航天和各類型機械化生產的有效途徑之一，充分發(fā)揮了計算機輔助制造系統(tǒng)的優(yōu)勢。

2? 數控加工在汽車模具制造中的應用

對于數控加工技術來說，在模具制造環(huán)節(jié)扮演著非常重要的角色，對于生產效益的提高也具有明確的作用。例如應用技術可以包括數控車削加工技術、數控加工電火花技術和數控銑削加工技術等。這些技術都可以采用平面加工形式縮短模具成型的加工時間，且對于一些復雜程度非常高的模具也可以進行穩(wěn)定加工。

2.1 車削加工技術

車削加工技術當中我們可以利用虛擬加工的開放式加工過程優(yōu)化系統(tǒng)展開相應的輔助工作。虛擬加工平臺本身是系統(tǒng)的運營基礎，通過對加工過程進行仿真和數控程序的評價尋找到最佳的切削參數，并根據加工平臺預測的條件利用優(yōu)化算法實現參數的優(yōu)化，也能讓數控程序進行自動的編輯和修改。

在整個數控程序當中，切削參數中的主軸轉速、進給速度由相應的數控指令控制，且背吃刀量隱含在數控程序當中，此時可以通過數控程序優(yōu)化來實現加工過程的參數關系，在確定主軸的轉速之后優(yōu)化其它變量。這里我們也應該考慮到機床功率、轉速和進給量的允許范圍，并且為了簡化優(yōu)化變量過程，在粗加工階段就應考慮到切削功率和切削力，精加工時考慮到表面的粗糙度。根據從程序當中獲取的主軸轉速和進給速度等關鍵信息，獲取虛擬加工得到的切削深度之后就可以利用數控程序來自動地修正相應的模塊，得到優(yōu)化后的切削參數數控程序。由于在主軸轉速等參數的控制環(huán)節(jié)進行了分割和離散的處理，因此在程序修正當中也可以考慮加入新的程序段制定優(yōu)化參數的具體信息。例如虛擬數控車床仿真系統(tǒng)就可以利用OpenGL以及VC++作為仿真系統(tǒng)開發(fā)平臺，通過NC代碼進行直接驅動，能夠實現以建模模擬數控為基礎的生產過程，可保證實際環(huán)境中的數控車床加工安全穩(wěn)定。

2.2 數控加工電火花技術

使用ATC（自動電極交換裝置）后，機床開機回到機械原點，將要加工的電極裝入電極庫之內，然后將基準電極插入主軸夾頭，以手動控制的方式完成基準電極中心對工件零點的定位，準確地記憶基準電極的中心偏移量。當使用自動編程軟件制作程序之后可以先將使用的電極號輸入，確定加工深度和執(zhí)行檢索相關的加工條件，將所有制作好的程序全部保存，再調出執(zhí)行程序后即可開始加工過程。數控電火花機床的加工環(huán)節(jié)當中，可自動測量加工電極中心偏移量進行自動定位，保障整個自動加工過程的正確執(zhí)行。不具備ATC電極庫的數控電火花操作過程與這一操作過程基本類似，但涉及到中心偏移量測量的有關工作需要手動操作，但仍然可以打破傳統(tǒng)的繁瑣加工模式。

2.3 高速銑削加工技術

利用高速切削技術進行模具的制造和加工時可以有效地降低機動加工時間和加工精度，保持表面質量。大量生產實踐工作也表明，通過高速銑削加工技術和計算機輔助設計CAD可以有效地推動汽車模具制造的發(fā)展。這里以五軸聯動銑削加工為例，在該技術的支持下可以獲得良好的曲線型近似表面并保障刀具可以切到工件上的任意坐標點。與傳統(tǒng)的三軸聯動銑削加工進行對比，五軸聯動的主要優(yōu)勢在于可以隨時調整刀具軸線的方向，讓刀具軸線和工件表面的夾角與實際切削速度保持平衡。換言之我們可以通過有目的地改變和確定刀具方位的方式來改變原有的切削過程和幾何運動參數，然后從刀具磨損、加工過程的穩(wěn)定性要求方面展開相應的優(yōu)化工作。但需要注意的是銑削加工本身的數控編程方法比較復雜，對于計算機數控系統(tǒng)的計算能力提出了更高的要求。以機床主軸的工作過程來說，高速切削機床的轉速范圍為10000-100000m/min，主軸功率在15kW以上，高速主軸通常采取液體靜壓軸承式結構方法，配合熱油氣潤滑或噴射潤滑等技術，主軸冷卻采用主軸內部水冷/氣冷。為了滿足模具高速加工的需要，還可使用機床驅動系統(tǒng)，保持良好的進給速度和加速度。高速數字控制回路能夠實現參數的前饋控制，發(fā)揮預處理功能和誤差補償功能。

3? 加工工藝優(yōu)化案例

這里以汽車覆蓋件模具數控加工為例，通過對汽車覆蓋件模具數控加工過程的分析和研究，可以了解汽車覆蓋件模具數控加工質量的改進方法，從而進行完善的總結和優(yōu)化。

通常情況下典型的拉延模進行數控加工時需要考慮到凸模、凹模和壓邊圈的數控加工，因為其余技術應用都可以直接地在銑床上完成，或是數控加工工人自己編程完成。

在凸模數控加工的過程當中考慮到機械加工性能的要求，首先可以進行凸模輪廓加工，加工參數主軸400r/min，進給量100mm/min，之后進行清根加工工作，清根加工工作的目的主要體現在兩個方面：一是避免在型面加工環(huán)節(jié)中的曲面交界余量突然增加，讓刀具本身的受力狀況惡化并導致刀具受損或折斷;二是可以將較大刀具無法去除的曲面交界處余量用較小的刀具進行處理以滿足精度要求，但不同點在于一個是針對曲面，另一個則是針對刃口和輪廓，兩者之間本身也存在三維加工和二維加工的區(qū)別。

凹模數控角色加工過程中要對所使用的刀具、轉速和進給量進行控制，在模量加工檢查無明顯問題后就可以進行正式加工。此時可以先使用球刀進行粗清根加工，然后在轉速和進給量方面保持與凸模加工相同的水平。凹模面加工時多選擇邊界驅動方式，不僅效率較高，且走刀方向也和凸模有所區(qū)別。例如凸模是四周低、中間高，所以走刀會隨著形由內向外;凹模四周高、中間低，走刀方向隨形由外向內，總原則為先高后低。

壓邊圈加工環(huán)節(jié)型面一般來說比較平緩，且壓邊圈符型區(qū)都屬于廢料區(qū)域，因此壓邊圈一般情況下并不需要進行模量加工也不需要展開半精加工，粗加工完畢之后直接進行精加工，但開粗加工步距會因此縮小，留量也比較小，其余參數和凹模凸模加工保持相同。

通過對現有汽車覆蓋件模具的數控加工分析和優(yōu)化實施后不難看出，汽車覆蓋件模具加工需要先分析現有的模具圖，然后充分理解并吃透設計意圖后就可以圍繞技術加工要求選擇合理的數控加工方案，大幅地提升效率和加工質量，且無需進行大規(guī)模的返修，也可以減少人員的工作量與工作難度。

4? 結語

我國經濟的高速發(fā)展帶動了我國制造業(yè)的迅猛發(fā)展，且消費者本身對于產品性能和外觀方面的要求越來越高，使得汽車的更新換代速度發(fā)生了明顯改變。如何提升汽車模具數控加工的效率和質量也將成為今后工作的主要方向。從編程到加工的一系列生產流程都應該按照相應的規(guī)范和操作評價進行，且穩(wěn)定性和可靠性良好，是未來生產效率提升的重要途徑和必然趨勢。

參考文獻：

[1]袁耀鋒.汽車覆蓋件模具數控加工工藝模板開發(fā)及應用[J]. 探索科學，2016（004）：206.

[2]康飛.光學檢測技術在汽車沖壓模具制造過程中的應用[J]. 黑龍江科技信息，2015（029）：85.

[3]王子良，王院生，趙文龍.數控加工在汽車模具制造中的應用研究[J].城市建設理論研究：電子版，2015（17）.