数控技术在模具加工中的应用探讨

【摘要】

数控加工技术作为一种先进的制造技术，在模具、汽车、航空航天、机械电子等制造领域发挥着越来越重要的作用。数控加工技术的应用从根本上改变了传统制造业的面貌，极大地促进了生产力的发展。数控加工技术，其技术含量很高，涉及到多方面的内容。主要是从CAD/CAM这一方面入手，结合安彩高科数控加工的实际，探讨了一些提高数控加工速度和加工质量的措施。

【关键词】

模具；数控加工；CAD；CAM

一、引言

随着市场形势的渐趋向好，安彩高科数控加工制造技术的向外推介，以及外协工作量的不断加大，尤其是模具加工数量、精度的不断提高，为安彩数控加工技术提出了新的要求。安彩高科拥有比较先进的数控加工设备，如何充分挖掘现有设备的潜能，提高加工速度和加工质量，就成了一件非常迫切的且具有现实意义的事情。

二、CAD对数控加工的影响

从理论上来讲，CAD对加工速度的影响并不是很直接，但是，在很多情况下，CAD给出的零件外形并没有真正定义好零件的形状，这就使得在具体加工时，尤其是精度要求比较高的模具，加工速度和质量会受到影响。

（一）CAD精度的影响

高速加工的优势就是加工速度快、加工精度高、热分布合理、加工表面质量高等，但是，我们也注意到了一个奇怪的现象，那就是用于建立零件CAD模型的公差有时会比零件最终要求的公差还要大，这显然是不行的。CAD模型的公差主要产生在零件设计时数据交换的过程中。加工零件通常是由一个CAD系统设计，然后再转换至其他的CAD系统进行补充修改和加工准备。在每次的数据传输和转换过程中，都需要将几何形状由一种数据格式转换成另一种格式。在这个转换过程中就要涉及到公差的近似处理，最后的公差就是近似和累积的结果。

复杂零件的CAD形状是由多个裁剪曲面“拼凑”而成，就象一件衣服是由多块不同形状的布料缝合而成一样。这些曲面的边界精度直接影响到加工时刀具路径的质量。从而影响到零件的加工质量。

因此在建立CAD模型时，公差的设定必须考虑到产品最终的公差，综合各方面的因素，而定在一个合适的范围，一般设定在最终公差的1/10左右。

（二）模型不准确的影响

我们在进行CAD设计时，有时为了缩短零件的造型时间，常常走捷径。经常使用的技巧就是忽略零件内部拐角处的圆倒角，甚至认为通过选择合适半径的刀具就可进行直接加工。实际上，如果采用这种方法，刀具必须刚好切进尖锐的拐角，这就使得刀具的负荷会猛然增加，是直接进行直线切削时的好多倍，容易损伤刀具，例如：数控加工件内腔轮廓加工时。

虽然有些CAM系统可以解决这类问题，但为了保险起见，最好避免出现类似的现象，确保CAD模型准确地表示出需要加工零件的形状。在加工这类圆倒角时，可以先编制一套清角程序，依次使用半径R由大到小的刀具加工，在通常的情况下，最终刀具的半径最好是圆倒角半径的1/3或更小，这样在加工时刀具的路径会比较平顺，刀具的负荷会比直接切入倒角时降低很多，从而，避免了损伤刀具，也保证了加工质量。

（三）特殊特征的影响

虽然高速加工扩大了可直接铣削特征的范围，但对于很多复杂零件的细微之处，却无法直接铣削加工，必须使用其它的方式来加工。此外，很多的零件上都有大小不等的孔，可以直接将它们钻出。如果CAD模型中包含这些特征而又不加处理的话，大多CAM系统将会尝试加工。

最典型的结果，就是刀具路径包含不应该铣削加工的区域，如果不加以处理，实际加工时刀具必定切入孔或尖角。这就要求CAM人员必须花费一定的时间来修正这些错误，以避免出现此类现象。

如果有可能的话，应该尽量把不希望进行铣削加工的特征，从用于产生刀具路径的CAD模型中除去，具体的方法视所用的CAD系统而定，有些系统采用删除特征的方法，有些则通过增加额外曲面来覆盖。

目前，安彩高科使用的设计软件主要为Autocad、UG等，Autocad主要用于平面设计，UG是用于数控加工件三维实体造型。设计人员已经有了相当的经验，已经充分认识到以上的问题可能对加工带来的影响，而力争避免这些错误。

三、CAM对数控加工的影响

CAM对数控加工的速度和质量的影响是决定性的。精密的数控设备为机械加工提供了基本的条件，但要达到满意的加工速度和质量，就必须编制出高质量的加工程序，因为数控加工程序不仅包括零件加工的工艺过程，而且还包括刀具的选择、切削用量、走刀路径等众多的工艺信息。

（一）刀具路径制定的原则

数控加工程序质量的高低，最终体现在加工时刀具的路径上。刀具路径的限制因素很多，按其重要性可排列如下：刀具不能和零件碰撞；刀具负荷不能超出其额定范围；残留材料不能大于指定的极限；零件的切除率不能突然变化；切削速度和加速度不能超出机床的额定能力；切削方向（顺铣/逆铣）应保持相对稳定；尽量减少空程移动；切削时间最短。

在实际的编程过程中，很难完全满足以上的要求，但应该按其重要性尽量满足。要编制出满意的数控加工程序，就必须科学的设置各种工艺参数。

（二）走刀方式和切削方式的确定

走刀方式是指加工时刀具轨迹的分布形式，切削方式是指加工时刀具相对于工件的运动方式。这两种方式的选择，直接影响到零件的加工质量和加工的效率。走刀方式的选择原则就是根据所加工零件表面的形状特征，在保证加工精度的前提下，所用的时间尽可能的短，切削过程中刀具受力和运动平稳。

现在，在长时间实践经验的基础上，安彩高科已经优化了各种数控加工零件的走刀方式，形成了鲜明的特色，单向走刀的方式已很少采用，绝大部分的加工都为往复走刀和环切走刀，在保证加工质量的同时，大大提高了加工效率。

铣削方式的选择，也直接影响到加工表面的质量、加工的效率、加工过程的平稳性及刀具的磨损程度等，铣削方式有顺铣和逆铣两种方式。安彩高科目前较多的是采用顺铣的方式。

四、结束语

数控加工技术，是一种先进的制造技术。如何提高数控加工的效率，是一个牵涉到很多因素的系统工程。安彩高科数控加工技术人员，认真钻研相关的技术，总结、优化出了一套比较科学的数控加工方法，挖掘了现有设备的潜能，大大提升了数控加工的效率，收到了非常好的效果。

参考文献：

[1]李良.模具技术.ACBC技术理论培训教材，4267

[2]李树军.模具CAD/CAM实训教程.国防工业出版社，2006.915

[3]王卫兵.UG NX数控编程实用教程.清华大学出版社，2004.5560

[4]王树逵.数控加工技术.清华大学出版社，2009

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