數(shù)控對模具高效加工的實現(xiàn)途徑與措施

    本文從現(xiàn)階段企業(yè)在數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用方面的實際出發(fā)，結(jié)合作者豐富的實際經(jīng)驗，從數(shù)控加工的工藝技術(shù)信息的管理與工藝信息化建設(shè)、CAD/CAM/CAPP軟件的應(yīng)用、數(shù)控程序的編制與技術(shù)應(yīng)用開發(fā)、車間生產(chǎn)管理等多個方面探討了實現(xiàn)高效數(shù)控加工的途徑，希望能為廣大讀者有所借鑒。

    數(shù)控加工技術(shù)作為先進生產(chǎn)力的代表，在汽車、模具、航空航天、機械電子等制造領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，在科研和生產(chǎn)上極大地促進了生產(chǎn)力的發(fā)展。數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用從整體上改善了傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展面貌。制造企業(yè)如何實現(xiàn)其高效數(shù)控加工的目的，一直是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)管理者、研究人員比較關(guān)注的核心之一。

    數(shù)控技術(shù)作為引進多年的先進制造技術(shù)，其技術(shù)含量很高，涉及到多方面的內(nèi)容，包括數(shù)控加工編程的快速高效化、空間自由曲面多軸聯(lián)動加工、難加工材料的切削、高速切削的應(yīng)用、數(shù)控工藝程序編制的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化等方面。數(shù)控加工的效率發(fā)揮在很大程度上和企業(yè)本身的技術(shù)管理模式相關(guān)，尤其是在早期階段，如何在短時間內(nèi)攻克一門新穎有難度的技術(shù)應(yīng)用難關(guān)，使其更好地發(fā)揮效率，是企業(yè)必須重視的主要問題。

一、工藝技術(shù)的信息化建設(shè)

    現(xiàn)有國內(nèi)企業(yè)工藝技術(shù)的管理都存在一些缺陷，企業(yè)沒有根據(jù)自身的實力和發(fā)展戰(zhàn)略采取有效的管理模式。工藝技術(shù)的信息化管理落后主要表現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計制造工藝信息資源共享不充分、數(shù)控工藝程序編制及管理混亂、數(shù)控工藝與普通工藝的結(jié)合性差、CAD/CAM軟件的應(yīng)用水平參差不齊、數(shù)控加工工藝與程序的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化程度低以及產(chǎn)品設(shè)計、數(shù)控工藝、數(shù)控編程并行模式實現(xiàn)程度小等方面。針對制造工藝的信息化建設(shè)與管理要求，可從以下幾個方面開展工藝的信息化建設(shè)。

1. 產(chǎn)品設(shè)計、工藝信息資源的共享

    制造工藝的信息化建設(shè)最重要的是充分利用產(chǎn)品設(shè)計圖形和文檔資源，充分利用企業(yè)產(chǎn)品成功的制造加工工藝經(jīng)驗，如利用產(chǎn)品的三維圖形可減少數(shù)控編程人員的三維造型時間，而三維造型幾乎耗費了數(shù)控編程50%的時間。建立刀具信息庫、難加工材料切削參數(shù)庫、裝夾定位信息、典型材料與零件的加工工藝與程序模板和專家數(shù)據(jù)庫等有助于提高編程的質(zhì)量和效率，要充分利用PDM及網(wǎng)絡(luò)資源建立開發(fā)企業(yè)內(nèi)部的工藝信息管理系統(tǒng)，共享一切可能利用的制造信息資源。

2. 數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的結(jié)合 

     數(shù)控工藝與普通工藝合理銜接，最重要的是針對產(chǎn)品的設(shè)計狀態(tài)、批量要求、生產(chǎn)周期、加工精度、生產(chǎn)成本的不同特點分別采取不同的措施。在工藝方案設(shè)計過程中，應(yīng)對產(chǎn)品的設(shè)計狀態(tài)、加工方式、工裝夾具的設(shè)計制造、刀具的選擇、粗精加工方式的結(jié)合、工序的集中劃分、企業(yè)的設(shè)備現(xiàn)狀與能力等方面來綜合考慮。實際應(yīng)用時還需要結(jié)合企業(yè)設(shè)備能力、技術(shù)工人和技術(shù)人員的水平等因素。針對研制產(chǎn)品和批生產(chǎn)產(chǎn)品的加工特點，采取適合各自要求的研制工藝與批產(chǎn)工藝對策，實現(xiàn)數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的完美結(jié)合。

3. 數(shù)控工藝與編程的并行編制

    在工藝的早期階段，數(shù)控程序編制介入變被動為主動，可很大程度上減少此類型的錯誤或風(fēng)險。數(shù)控加工只有在進行產(chǎn)品的三維造型和數(shù)控程序的編制過程中，才能完全發(fā)現(xiàn)工藝和程序中存在的問題，這是由于數(shù)控工藝和編制的程序必須保證能夠把合格的產(chǎn)品完全加工出來止，而不像普通工藝那樣，只要總體上沒有問題，尺寸沒有遺漏，零件是否能夠完全加工合格取決于技術(shù)工人的經(jīng)驗和水平。數(shù)控工藝程序并行模式的實現(xiàn)可從設(shè)計產(chǎn)品三維CAD模型的共享、數(shù)控工藝程序的單人負(fù)責(zé)制、數(shù)控技術(shù)工人參與數(shù)控程序的編制、數(shù)控加工工藝與程序的專項負(fù)責(zé)制等方面來實現(xiàn)。

4. 數(shù)控工藝程序編制的規(guī)范化

    數(shù)控工藝程序編制的規(guī)范化在一定程度上體現(xiàn)了企業(yè)自身數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用的水平，通過規(guī)范化來約束數(shù)控程序的多樣化，進而提高刀具軌跡的質(zhì)量，如在工藝中注明定位基準(zhǔn)、對刀基準(zhǔn)、坐標(biāo)系、刀具參數(shù)與切削參數(shù)等。可從二維輪廓的加工、三維曲面的加工、固定循環(huán)與子程序的使用、刀具補償、刀具軌跡粗精加工策略等多個方面進行規(guī)范化編程。在典型零件的加工工藝經(jīng)驗基礎(chǔ)上，建立規(guī)范化的加工工藝模板與數(shù)控程序模板，可以大幅度提高工藝程序的質(zhì)量和產(chǎn)品的加工效率。

5. 數(shù)控工藝程序的數(shù)據(jù)庫管理

    對不同型號產(chǎn)品零件、工裝夾具、模具的數(shù)控程序按工序工步的內(nèi)容、數(shù)控設(shè)備、刀具、程序清單等進行基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的集中管理，避免傳統(tǒng)文件夾形式的管理的缺陷，既方便程序的二次使用、查詢、編輯修改等使用，又可節(jié)省數(shù)控人員的程序管理與查找時間，避免程序錯誤使用，防止程序的丟失或同種產(chǎn)品數(shù)控程序的重復(fù)編制。

6. Vericut機床加工仿真軟件的應(yīng)用

    對于五坐標(biāo)加工和加工量變化較大的場合，利用Vericut軟件可以實現(xiàn)避免碰撞干涉等優(yōu)化刀具軌跡的目的。

二、提高CAD/CAM軟件的應(yīng)用水平

    CAD/CAM軟件的應(yīng)用水平是數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用水平的因素之一。數(shù)控編程時應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的特點采取合理的造型編程模式。

1. 手工與CAM編程的結(jié)合

    充分利用相關(guān)數(shù)控機床系統(tǒng)本身提供的編程模塊，如數(shù)控銑削加工矩形槽、U形槽、鉆孔循環(huán)，數(shù)控車削加工的端面、外圓循環(huán)加工，電火花機床的電極搖動加工功能，線切割加工的放電工藝參數(shù)的專家選擇等，可大幅度提高數(shù)控編程的效率和正確性。

2. 選擇合理的CAM編程策略

    在進行產(chǎn)品加工模型的建立時，應(yīng)該針對產(chǎn)品加工對象的具體特點采取有效而簡捷的措施。按產(chǎn)品加工的部位編程，多用于工序的內(nèi)容比較單一，且干涉較少的情形，如孔、凹槽、凸臺等特征多出現(xiàn)于對結(jié)構(gòu)零件的編程與加工中。對產(chǎn)品加工模型進行整體造型，多用于加工工序的內(nèi)容比較多、干涉區(qū)域多、復(fù)雜曲面等特征的加工。

3. 數(shù)控編程模板的使用

    利用CAM系統(tǒng)創(chuàng)建用戶自己的模板，并加以重復(fù)利用可大大提高編程效率。例如，制造模具時將加工凸模和凹模時的最佳工藝過程定義為加工模板，在加工新的相似產(chǎn)品對象時只需調(diào)用模板文件選擇所需的幾何體并啟動這個流程即可，用戶通過加工向?qū)Э煞浅Ｈ菀椎貜哪０逯蝎@得專家級的制造過程指導(dǎo)，并通過簡單的交互，快速生成數(shù)控加工刀具軌跡。

4. CAD/CAM專家系統(tǒng)的應(yīng)用

    利用CAD/CAM軟件的功能模塊，如鈑金設(shè)計、模具設(shè)計、關(guān)聯(lián)設(shè)計、零件族設(shè)計、用戶自定義設(shè)計等專家設(shè)計知識，有助于減少產(chǎn)品的三維造型時間，從而提高數(shù)控編程的效率和正確性。

5. 專用后置處理程序的開發(fā)

    企業(yè)一般都存在數(shù)控系統(tǒng)的多樣性，如FANUC、SIMENSE、HEIDENHANE等，各數(shù)控系統(tǒng)各有優(yōu)點但互不兼容，很難做到統(tǒng)一。開發(fā)企業(yè)現(xiàn)有數(shù)控機床系統(tǒng)的后處理程序，可在通用數(shù)控程序處理的基礎(chǔ)上，從機床配置、程序輸出格式、坐標(biāo)變換等方面，由具有軟件開發(fā)和數(shù)控加工經(jīng)驗的技術(shù)工程師對其進行專門的開發(fā)，確保在同一類型的機床進行加工時，在共享同一刀位軌跡的情況下，能輸出相應(yīng)數(shù)控機床加工的程序代碼。

6. 設(shè)計合理的刀具軌跡

    數(shù)控加工最終體現(xiàn)在刀具軌跡的快速、高質(zhì)量設(shè)計上，尤其是在模具毛坯除去量很大的情況下更為突出。傳統(tǒng)的方法一般是采用立銑刀進行粗加工，采用球頭刀進行半精加工與精加工。在粗加工時應(yīng)力求高效快速排量，充分利用普通設(shè)備與數(shù)控設(shè)備結(jié)合進行。在進行精加工時應(yīng)考慮企業(yè)模具鉗工的水平，選用合理刀具和步距，刀具和步距過大或過小都不利于產(chǎn)品的加工效率和制造成本。數(shù)控程序編制應(yīng)結(jié)合材料及加工余量來科學(xué)綜合考慮加工的切削參數(shù)，以等體積變速切削和高速切削為目標(biāo)，建立開發(fā)常用材料刀具的切削工藝參數(shù)庫。