模具多軸數(shù)控加工技術(shù)研究

高振超，黃 偉

（四川材料與工藝研究所，四川 江油 621700）

模具制造業(yè)中多軸數(shù)控加工技術(shù)自從萌發(fā)到現(xiàn)在以來(lái)已經(jīng)取得了一定的成就，我們通常所說(shuō)的多軸數(shù)控加工系統(tǒng)就是指四軸以上的數(shù)控加工，其中最具有代表性的就是5軸數(shù)控加工，一般來(lái)說(shuō)，多軸數(shù)控加工系統(tǒng)基本上都可以同時(shí)控制4個(gè)坐標(biāo)軸，然后高效的將數(shù)控機(jī)床的功能有機(jī)的結(jié)合在一起，這樣不僅僅可以提高加工的精度，還可以大大的縮短生產(chǎn)的周期，縮短施工的時(shí)間。并且隨著模具中應(yīng)用更多和更加先進(jìn)的技術(shù)，模具制造業(yè)對(duì)數(shù)控加工的效率和工作能力提出了更為嚴(yán)格的要求，所以在這種情況下多軸數(shù)控加工技術(shù)不僅僅面臨著很大的機(jī)遇也面臨著十分嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，所以制造行業(yè)的相關(guān)企業(yè)必須對(duì)多軸數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行深入的研究和分析來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)和把握這些機(jī)遇。

1 多軸數(shù)控加工技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，提高加工的精度

多軸數(shù)控加工技術(shù)在模具制造行業(yè)中是一種相對(duì)來(lái)說(shuō)比較先進(jìn)的技術(shù)，在模具行業(yè)中多軸數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用不僅僅可以簡(jiǎn)化加工的步驟，還可以逐漸實(shí)現(xiàn)在加工過(guò)程中的一次性裝夾工作，做到最大限度上提高加工的精度，提高加工的效率和保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量效果，正是基于這種特點(diǎn)下，多軸數(shù)控加工技術(shù)得到了十分廣泛的應(yīng)用。

1.2 減少工具的裝夾量和占地面積

由上文可知在模具的制造過(guò)程中應(yīng)用多軸數(shù)控加工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中的一次性裝夾工作，所以就可以給其他工作節(jié)省出來(lái)大量的時(shí)間，減少經(jīng)濟(jì)成本的支出。除此之外還可以大大減少車間占地面積。設(shè)備在運(yùn)行期間可能會(huì)出現(xiàn)故障，出現(xiàn)故障就需要支出很大部分的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，在應(yīng)用這種技術(shù)之后將會(huì)很大程度上減少故障維修費(fèi)用的支出。

1.3 縮短新產(chǎn)品的研發(fā)難度和研發(fā)周期

正如上文所說(shuō)在模具制造過(guò)程中應(yīng)用多軸數(shù)控加工技術(shù)可以簡(jiǎn)化很多的加工步驟，減少經(jīng)濟(jì)成本的支出，正是基于其相較于其他技術(shù)的這種優(yōu)勢(shì)使得新產(chǎn)品的研發(fā)周期和成功率可以得到很大的保證。整體來(lái)說(shuō)雖然多軸數(shù)控加工系統(tǒng)使用比較昂貴，但是其在減少占地面積和降低生產(chǎn)成本方面有著很大的優(yōu)勢(shì)，給企業(yè)帶來(lái)了更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，由此我們也可以看出市場(chǎng)上很多產(chǎn)品的價(jià)格比較好，也是有一定的道理的。

2 多軸數(shù)控加工技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

2.1 缺少有力的資金支持

由于模具制造業(yè)相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較新興的一種發(fā)展行業(yè)，所以這個(gè)行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和困難相較于其他的一些老行業(yè)更有過(guò)之而不及，并且這些新興發(fā)展行業(yè)目前面臨最大的困難和挑戰(zhàn)就是缺少足夠的資金支持，目前多軸數(shù)控行業(yè)的現(xiàn)狀就是發(fā)展十分不平衡，發(fā)展較好的多軸數(shù)控技術(shù)也僅僅局限在少數(shù)資金比較雄厚的部門當(dāng)中，并且在模具的制造過(guò)程中需要很大的一筆資金來(lái)進(jìn)行機(jī)械和設(shè)備的引入，如果沒(méi)有足夠的資金支持，這對(duì)于模具制造的工作效率和產(chǎn)品效果都會(huì)降低很多，不利于多軸數(shù)控技術(shù)的高效應(yīng)用。

2.2 編程比較復(fù)雜

除了上述面臨的巨大挑戰(zhàn)以外，多軸數(shù)控技術(shù)相較于其他的技術(shù)來(lái)說(shuō)還具有一個(gè)編程比較復(fù)雜的特點(diǎn)，造成這種現(xiàn)象的主要原因就是其具有一個(gè)比較抽象的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，所以這種情況下工作人員對(duì)其方向感將不會(huì)有一個(gè)準(zhǔn)確的把握，如果方向感長(zhǎng)期間的缺失將會(huì)造成靈敏度下降，另外再加上模具制造行業(yè)中相較于其他行業(yè)來(lái)說(shuō)工作人員必須投入更多的時(shí)間和精力來(lái)完成這些工作，所以這也是阻礙模具多軸數(shù)控加工技術(shù)很好的應(yīng)用的一個(gè)很不利的因素。

2.3 起步比較晚，面臨很大的挑戰(zhàn)

雖然我國(guó)的多軸數(shù)控技術(shù)起步的比較晚，但是其發(fā)展十分迅速，并且從其最初的發(fā)展到現(xiàn)在就已經(jīng)吸引了社會(huì)上各界的目光和關(guān)注度，即便到現(xiàn)在這些好奇的眼光和期待的眼光也始終存在著，這也給這個(gè)行業(yè)帶來(lái)了很大的壓力，需要去不斷突破不斷創(chuàng)新和發(fā)展完善去使得多軸數(shù)控加工技術(shù)取得更大的成就。但是我國(guó)目前模具制造行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀還是十分可觀的，雖然起步比較晚但是也已經(jīng)取得了許多的成就，并且正在不斷努力地避免進(jìn)口而全靠自己進(jìn)行自力更生，只有這樣才能保證我國(guó)模具制造行業(yè)的利潤(rùn)和社會(huì)效益。并且我們也可以從多軸數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀看出其具有十分光明的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展的前景，所以我國(guó)必須也要制定相關(guān)的政策和制度來(lái)鼓勵(lì)模具制造行業(yè)的發(fā)展，給予它們更多的福利和扶持，給予更多資金上的支持來(lái)對(duì)技術(shù)進(jìn)行不斷地改進(jìn)和創(chuàng)新，這樣才能避免由于其起步比較晚而導(dǎo)致技術(shù)比較落后的現(xiàn)狀。但是我國(guó)模具制造行業(yè)中很多核心技術(shù)仍然必須依賴進(jìn)口，假如說(shuō)國(guó)外對(duì)于這些先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行限制出口那么帶來(lái)的后果將是不可設(shè)想的，所以必須鼓勵(lì)我國(guó)的技術(shù)人員發(fā)展自主創(chuàng)新的精神和能力走自力更生的研發(fā)道路，只有這樣才能讓我國(guó)的模具制造行業(yè)走上世界的頂端取得更大的成就。

3 數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化

多軸數(shù)控加工技術(shù)在切削過(guò)程中首要的操作步驟就是找到可以切削的點(diǎn)位，然后對(duì)該點(diǎn)切削后的最低位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)行這個(gè)操作步驟的前提就是對(duì)數(shù)控加工過(guò)程中的切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，其中涉及到的流程有參數(shù)設(shè)計(jì)、優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)、約束目標(biāo)函數(shù)、優(yōu)化問(wèn)題求解和優(yōu)化反復(fù)等多個(gè)方面。但是在模具多軸數(shù)控加工過(guò)程中模具的切削環(huán)境處于隨時(shí)的變化之中，所以這就給工作人員提出了更為嚴(yán)格的要求，需要工作人員對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行更好的操作，并且控制操作機(jī)床要根據(jù)刀具點(diǎn)位的不同對(duì)參數(shù)進(jìn)行隨時(shí)的選擇和優(yōu)化，但是在模具多軸數(shù)控的實(shí)際加工過(guò)程中卻不能很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)加工參數(shù)地隨時(shí)調(diào)整，針對(duì)這種情況工作人員往往采取地解決辦法就是找出相鄰點(diǎn)位的切削情況的替代品，經(jīng)常選擇的就是用工件的某一點(diǎn)位的切削情況來(lái)替代，然后用離線切削條件來(lái)對(duì)原本連續(xù)的切削條件進(jìn)行替代，用離散的問(wèn)題來(lái)替代連續(xù)的問(wèn)題。這樣的解決辦法將會(huì)是十分高效的。

在實(shí)際多軸數(shù)控加工過(guò)程中存在著很多的路段，并且每一個(gè)路段的刀具吃入量都會(huì)有一個(gè)專門的字母進(jìn)行表示，工作人員要對(duì)進(jìn)給量和切削線速度進(jìn)行及時(shí)的選擇和優(yōu)化，對(duì)進(jìn)給量、切削線速度和路段長(zhǎng)度進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定。整個(gè)工件的加工過(guò)程中實(shí)質(zhì)上就是將多少個(gè)路段連接在一起。除此之外還需要對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行不斷地優(yōu)化，如今在模具多軸數(shù)控加工過(guò)程中對(duì)目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化的方法又具有很多種，如今選用的一般都是目標(biāo)函數(shù)主要從生產(chǎn)率的方面進(jìn)行，換句話說(shuō)就是單個(gè)零件的最少生產(chǎn)周期。多軸數(shù)控機(jī)床的功率、進(jìn)給量和進(jìn)給速度等參數(shù)是目標(biāo)函數(shù)的約束過(guò)程中主要涉及到的。在多軸數(shù)控加工的實(shí)際過(guò)程中剛才提到的參數(shù)都會(huì)受到一定程度上的約束，具體受到的約束就是對(duì)應(yīng)材料去除量大小和單位時(shí)間內(nèi)的機(jī)床進(jìn)給量大小、切削件的寬度和切削速度等等。除此之外刀具的使用時(shí)間和刀具材料、零件材料有著很大的關(guān)系，也是一個(gè)時(shí)刻處于變化的數(shù)值。其次工作人員還應(yīng)該根據(jù)相關(guān)公式然后來(lái)對(duì)機(jī)床的效率系數(shù)和機(jī)床的最大輸出功率等各種參數(shù)進(jìn)行擇優(yōu)選擇。

總而言之，多軸數(shù)控加工技術(shù)在我國(guó)雖然起步比較晚但是到如今也已經(jīng)得到了很大的成就，取得了很大的進(jìn)步，多軸數(shù)控加工技術(shù)相較于其他技術(shù)來(lái)說(shuō)具有很大的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在模具制造行業(yè)種應(yīng)用多軸數(shù)控加工技術(shù)不僅僅可以提高工件加工的精度，還可以很大程度上節(jié)約廠房的占地面積和提高加工的效率。但是由于我國(guó)的技術(shù)起步比較晚所以相較于發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)還存在著很大的差距，在這種情況下很多的技術(shù)必須要依賴進(jìn)口才可以實(shí)現(xiàn)，這就給我國(guó)的模具制造行業(yè)提出了更加嚴(yán)格的要求，需要技術(shù)人員發(fā)揚(yáng)自主創(chuàng)新的精神去不斷努力做到自力更生，對(duì)新技術(shù)進(jìn)行不斷地研究和開(kāi)發(fā)，只有這樣才能提高我國(guó)企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。