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機械工程論文發(fā)表正確認識當下模具數(shù)控機械管理的新應(yīng)用措施論文
摘要：模塑公司通過在模具行業(yè)中的比較，購買了國際一流的數(shù)控加工軟件： UG NX4.0 和 POWERMILL6.0 ，通過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用的加工策略各不相同，互相補充使數(shù)控加工的質(zhì)量和效率得到了很大的提高。 POWERMILL 在偏置區(qū)域清除粗加工時可以加入螺旋功能，進行實際切削時更加平穩(wěn)，消除了相鄰刀路之間連接的進刀方向突變，減少切削進給的加速和減速，保持更穩(wěn)定的切削負荷，延長了刀具壽命，對機床也起到了保護作用。
關(guān)鍵詞：模具,數(shù)控,機械管理
交叉等高精加工使用戶可定義一個分界角，淺灘區(qū)域內(nèi)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(qū)域之間加入重疊距離，兩者相輔相成。
參數(shù)偏置精加工既可以保證曲面上刀路間的行距不超過設(shè)定的數(shù)值，又可以顯著減少三維偏置策略中在刀具路徑中可能出現(xiàn)的尖角，可以有效改善三維偏置加參考線的方法在工件表面的相交刀路產(chǎn)生的切削紋理，工件的外觀質(zhì)量更好。
切削參數(shù)的選擇對加工質(zhì)量、加工效率以及刀具耐用度有著直接的影響。在 CAM 軟件中與切削相關(guān)的參數(shù)主要有主軸轉(zhuǎn)速 (Spindlespeed) 、進給速率 (Cut feed) 、刀具切入時的進給速率 (Lead in feed rate) 、步距寬度( Step-over )和切削深度( Step depth )等。
主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度來計算，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)，過低或過高的切削速度都會使刀具耐用度急劇下降。模具精加工時，應(yīng)盡量避免中途換刀，以得到較高的加工質(zhì)量，因此應(yīng)結(jié)合刀具耐用度認真選擇切削速度。
進給速度的選擇直接影響著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(zhuǎn)速( r/min )， z 為銑刀齒數(shù)， f 為每齒進給量 (mm/ 齒 ) 。每齒進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(jié)構(gòu)。工件的硬度和強度越高，每齒進給量越小;當加工精度和表面粗糙度要求較高時，應(yīng)選擇較低的進給量;刀具切入進給速度應(yīng)小于切削進給速度。
吃刀量的大小主要受機床、工件和刀具剛度的限制，其選擇原則是在滿足工藝要求和工藝系統(tǒng)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(yīng)留 0.1~0.3mm 的精加工余量。
在精加工時，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(shù)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，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，步距寬度會依據(jù)工件形狀自動調(diào)整。
好的軟件確實可以提高模具的加工質(zhì)量和效率，但它也只是一個工具，我們需要的是有豐富的現(xiàn)場機械加工經(jīng)驗和理論知識，同時熟練掌握軟件功能的數(shù)控程序設(shè)計者，因為人才是模具數(shù)控加工中的決定因素，對數(shù)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(shè)計員培養(yǎng)體系。所有的設(shè)計員都要先在數(shù)控操作的崗位上實習(xí)一段時間，經(jīng)過嚴格操作考核合格后方能進行數(shù)控程序的設(shè)計培訓(xùn)。程序設(shè)計員必須會用公司所購買的所有正版數(shù)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(shù)控加工質(zhì)量，就必須有好的數(shù)控程序，為了便于管理和控制加工質(zhì)量，我們根據(jù)多年的經(jīng)驗總結(jié)編寫了多種的程序編制規(guī)范，為公司的模具質(zhì)量的穩(wěn)定和不斷提高打下了堅實的基礎(chǔ)。
機床操作者是數(shù)控加工的執(zhí)行人，他們對數(shù)控加工質(zhì)量的控制也是很明顯的。他們在執(zhí)行加工任務(wù)的過程中對機床、刀柄、刀具、加工工藝、軟件和切削參數(shù)的實時狀態(tài)最了解，他們的各項操作對數(shù)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(shù)控加工質(zhì)量關(guān)鍵因素!
經(jīng)過多年的模具加工分析，雖然機床等硬件設(shè)備是很關(guān)鍵的，但人才是影響數(shù)控加工質(zhì)量的決定性因素，因為程序設(shè)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設(shè)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(yǎng)和引進，為模具質(zhì)量的持續(xù)提高打下堅實的基礎(chǔ)!
現(xiàn)代模具制造業(yè)中，型腔型面設(shè)計日趨復(fù)雜，尤其是汽車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(tǒng)的精度、數(shù)控系統(tǒng)的精度和模具制造的 CAM 技術(shù)都會對曲面加工質(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 軟件進行自動編程，利用數(shù)控機床加工完成的。
模塑公司大部分數(shù)控加工中心已經(jīng)有了較長的使用時間，雖然有嚴格的數(shù)控機床操作規(guī)范，良好的機床維護保養(yǎng)，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(shù)控設(shè)備進行檢測維修，明確每臺設(shè)備的加工精度，明確每臺設(shè)備的加工任務(wù)。嚴格區(qū)分粗、精加工的設(shè)備使用，因為粗加工時追求的是高速度、高的去除率、低的加工精度，而粗加工時對設(shè)備的精度損害是最嚴重的，因此我們將使用年限較長精度最差的設(shè)備定為專用的粗加工設(shè)備，新設(shè)備和精度好的設(shè)備定為精加工設(shè)備，做到了對現(xiàn)有設(shè)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，同時又保護了昂貴的數(shù)控設(shè)備，延長了設(shè)備的壽命。當我們的機床不可改變時，與機床相關(guān)的刀柄、刀具對數(shù)控加工質(zhì)量的影響又變得突出了。在任何旋轉(zhuǎn)刀具加工系統(tǒng)中，主軸與夾頭 ( 或其組合體 ) 的聯(lián)結(jié)才是刀具加工性能實現(xiàn)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(tǒng)的低速加工，因為 BT 刀柄與主軸只是錐面配合，當轉(zhuǎn)速太高時，由于離心力的作用會使錐面配合間隙增大，從而影響數(shù)控加工質(zhì)量。當機床最高轉(zhuǎn)速達到 15000 轉(zhuǎn) / 分時，通常需要采用 HSK 型刀柄，HSK 刀桿為過定位結(jié)構(gòu)，提供與機床標準聯(lián)結(jié)，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(cè)固式、彈性夾緊式、液壓夾緊式和熱膨脹式等。側(cè)固式精度較低并且難以保證刀具動平衡，在高速銑削式不宜采用，下圖為彈性夾緊式、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盈配合，須采用專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。
模塑公司通過多年的應(yīng)用、比較、總結(jié)，現(xiàn)在采取的刀柄使用方案為：粗加工或大進給加工時采用 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，重復(fù)精度較差，加工吸振性能不好，所以用于粗加工或大進給加工 ;而精加工時采用的液壓夾頭刀柄具有極高的夾持回轉(zhuǎn)精度，非常方便的刀具裝夾方式深受操作者喜愛，并且為全密封結(jié)構(gòu)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，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(jié)構(gòu)簡單，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、外徑可以做得很小而廣泛應(yīng)用與模具的深型腔加工中，但是通過高速銑的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)熱脹刀柄為全剛性的結(jié)構(gòu)使阻尼減振性能很差而難以抑制加工中產(chǎn)生的振動，從而在程序編制不好時對模具的加工質(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錢可以購買幾十個其它類型的刀柄了。
刀具的正確選擇和使用是 影響數(shù)控加工質(zhì)量 的重要因素。硬質(zhì)合金刀具應(yīng)用范圍在公司越來越廣，硬質(zhì)合金將代替大部分高速鋼刀具，包括鉆頭、立銑刀、絲錐等簡單通用刀具，使這一類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(dǎo)地位，覆蓋大部分常規(guī)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(zhuǎn)速高進給 R0.8 的鑲片立銑刀，做到半精加工走刀“快”;精加工時盡量選用硬質(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)量的同時節(jié)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(yīng)小于或等于被加工零件上的內(nèi)輪廓圓角半徑，尤其是在拐角加工時，應(yīng)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行加工，這樣可以避免采用直線插補而出現(xiàn)過切現(xiàn)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的鉗工修復(fù)工作，從而極大地提高了模具數(shù)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(nèi)容之一，高速加工取代傳統(tǒng)低速加工已成為必然，誰將高速加工上得快、用得好就必將贏得市場!
.技術(shù)方案階段：數(shù)控編程前的首要工作是制定技術(shù)方案。公司把數(shù)控工藝和刀路程序設(shè)計合并由程序設(shè)計員一人負責。技術(shù)方案階段主要任務(wù)是根據(jù)車間的制造資源，編制數(shù)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(yù)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(shù)控工藝方案的設(shè)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(fù)雜，這主要靠程序設(shè)計員的工作經(jīng)驗來進行。因此，工藝方案的設(shè)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(yīng)用的今天，數(shù)控工藝方案的設(shè)計重要性被提到了更高的地位。高速銑要求對加工的全過程進行控制，任何疏忽都會引起嚴重的后果，因此，高速銑的工藝方案的編制好壞，將會對高速銑成敗起到?jīng)Q定性的作用。
數(shù)控編程階段：在編程準備期間，主要的依據(jù)是三維數(shù)據(jù)和工藝文件。程序設(shè)計員要分析零件的幾何特征，構(gòu)思加工過程，結(jié)合機床具體情況，考慮工件的定位，選用夾具。數(shù)控編程的第一步要正確定義加工坐標系，選擇好對刀點。選擇的編程原點應(yīng)方便編程、便于測量檢查、便于操作，同時考慮引起的加工誤差較小。第二步是按照數(shù)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^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(dǎo)審核數(shù)控編程刀路，合格后填寫數(shù)控加工程序單，繪制加工簡圖。到現(xiàn)場了解程序執(zhí)行情況，總結(jié)程序編制經(jīng)驗。
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