数控加工在汽车模具制造中的应用分析

周丛

摘要：社会经济的快速发展让人们对技术水平的要求不断提升，尤其是在现代很多产品的零部件的生产环节当中，对于模具制造的要求相对较高。以汽车生产行业为例，模具制造与产品质量之间本身存在密切联系。数控加工技术作为现代制造业的重要组成部分，能够在一定程度上对传统技术的缺陷进行改进和优化，一方面提升产品质量，另一方面进行系统研究。

关键词：数控加工;汽车模具制造;应用分析

0  引言

数控加工的先进性使得该技术在当前的制造业范围内得到了非常普遍的应用，尤其是在模具加工环节数控机床已经成为了核心加工设备。我国汽车市场发展迅速，且近年来也会继续地保持良好而稳定的发展态势。一来我国经济将保持稳定增长趋势，二来我国财政政策的大力支持对汽车市场也会产生明确的积极作用，数控加工对汽车模具制造起到的促进效果也具有重要的现实研究意义。

1  数控加工技术的基础性概念

数控加工技术的优势在于充分保障了产品质量和生产过程的效率，强调产品本身的使用性能。与此同时，针对企业的生产过程来说，整个生产环节对环境产生的影响显著，也涉及到资源的利用工作。数控加工技术的智能化和自动化优势也可以有效地提升模具制造的生产效率，相关技术的应用让部分企业在产品生产进程中提升了原有的工作效率，且在一定程度上降低了生产环节对环境产生的不利影响，符合国家节能减排的战略发展规划要求。

在传统的模具制造过程当中，由于缺乏统一的生产链条，使得生产效率并不高，例如汽车制造过程会產生大量的垃圾和废弃物，不仅造成了资源浪费，同时还导致环境受到严重污染。数控加工技术的应用让整个生产环节形成了一个闭环式的生产链路，既能够保障有限资源的循环应用，也能降低生产进程中的资源耗费和环境影响，科学有效地保障了生产效率，符合可持续发展的战略目标。而数控加工技术的适应性和优点也非常显著。

1.1 自动化程度高

数控加工技术的智能化和自动化程度非常高，因此可以有效地降低相关工作人员的劳动强度。各项工作本身是按照程序的输入进行自动化处理，一般来说操作者只需要在机床旁边进行观察和监控就能及时地了解到机床的运行情况，完成刀具更换、零件拆装、零件尺寸抽检等工作。当然对于数控机床的操作人员而言，其脑力要求会有一定的提升，但各种信息问题和自动控制技术应用问题等都可以得到妥善解决。所以数控加工能够在一次操作内进行很多待加工的其它工作，节省了通用机床在加工时的中间工序。例如在检验环节只需要进行首件检验和中间抽检，且经过数控加工得到的零件在后续装配工序当中也比较简便。

1.2 零件质量稳定

数控加工技术本身的精度和重复精度都非常高，零件的一致性得到保证，大幅度地降低了通用机床加工环节人为产生的失误情况。从这一角度分析，数控加工不仅在零件精度上满足了日常工作要求，且质量比较稳定，加工过程的质量控制工作能够有序展开。一般情况下只要工艺设计和程序保持合理，在按照操作规程进行设置的前提下就可以维持长期的稳定生产。

1.3 便于进行技术研发和制造

数控加工本身不需要很多复杂的工艺和设备，直接可以通过程序编制的方法将一些精度较高的零件展开加工，即便在进行设计更改时也可以利用相应的方法做出调整，不需要额外地对工装进行设计制造。从这一角度来看，数控加工给技术研发和产品制造提供了充足的空间，也成为了航空航天和各类型机械化生产的有效途径之一，充分发挥了计算机辅助制造系统的优势。

2  数控加工在汽车模具制造中的应用

对于数控加工技术来说，在模具制造环节扮演着非常重要的角色，对于生产效益的提高也具有明确的作用。例如应用技术可以包括数控车削加工技术、数控加工电火花技术和数控铣削加工技术等。这些技术都可以采用平面加工形式缩短模具成型的加工时间，且对于一些复杂程度非常高的模具也可以进行稳定加工。

2.1 车削加工技术

车削加工技术当中我们可以利用虚拟加工的开放式加工过程优化系统展开相应的辅助工作。虚拟加工平台本身是系统的运营基础，通过对加工过程进行仿真和数控程序的评价寻找到最佳的切削参数，并根据加工平台预测的条件利用优化算法实现参数的优化，也能让数控程序进行自动的编辑和修改。

在整个数控程序当中，切削参数中的主轴转速、进给速度由相应的数控指令控制，且背吃刀量隐含在数控程序当中，此时可以通过数控程序优化来实现加工过程的参数关系，在确定主轴的转速之后优化其它变量。这里我们也应该考虑到机床功率、转速和进给量的允许范围，并且为了简化优化变量过程，在粗加工阶段就应考虑到切削功率和切削力，精加工时考虑到表面的粗糙度。根据从程序当中获取的主轴转速和进给速度等关键信息，获取虚拟加工得到的切削深度之后就可以利用数控程序来自动地修正相应的模块，得到优化后的切削参数数控程序。由于在主轴转速等参数的控制环节进行了分割和离散的处理，因此在程序修正当中也可以考虑加入新的程序段制定优化参数的具体信息。例如虚拟数控车床仿真系统就可以利用OpenGL以及VC++作为仿真系统开发平台，通过NC代码进行直接驱动，能够实现以建模模拟数控为基础的生产过程，可保证实际环境中的数控车床加工安全稳定。

2.2 数控加工电火花技术

使用ATC（自动电极交换装置）后，机床开机回到机械原点，将要加工的电极装入电极库之内，然后将基准电极插入主轴夹头，以手动控制的方式完成基准电极中心对工件零点的定位，准确地记忆基准电极的中心偏移量。当使用自动编程软件制作程序之后可以先将使用的电极号输入，确定加工深度和执行检索相关的加工条件，将所有制作好的程序全部保存，再调出执行程序后即可开始加工过程。数控电火花机床的加工环节当中，可自动测量加工电极中心偏移量进行自动定位，保障整个自动加工过程的正确执行。不具备ATC电极库的数控电火花操作过程与这一操作过程基本类似，但涉及到中心偏移量测量的有关工作需要手动操作，但仍然可以打破传统的繁琐加工模式。

2.3 高速铣削加工技术

利用高速切削技术进行模具的制造和加工时可以有效地降低机动加工时间和加工精度，保持表面质量。大量生产实践工作也表明，通过高速铣削加工技术和计算机辅助设计CAD可以有效地推动汽车模具制造的发展。这里以五轴联动铣削加工为例，在该技术的支持下可以获得良好的曲线型近似表面并保障刀具可以切到工件上的任意坐标点。与传统的三轴联动铣削加工进行对比，五轴联动的主要优势在于可以随时调整刀具轴线的方向，让刀具轴线和工件表面的夹角与实际切削速度保持平衡。换言之我们可以通过有目的地改变和确定刀具方位的方式来改变原有的切削过程和几何运动参数，然后从刀具磨损、加工过程的稳定性要求方面展开相应的优化工作。但需要注意的是铣削加工本身的数控编程方法比较复杂，对于计算机数控系统的计算能力提出了更高的要求。以机床主轴的工作过程来说，高速切削机床的转速范围为10000-100000m/min，主轴功率在15kW以上，高速主轴通常采取液体静压轴承式结构方法，配合热油气润滑或喷射润滑等技术，主轴冷却采用主轴内部水冷/气冷。为了满足模具高速加工的需要，还可使用机床驱动系统，保持良好的进给速度和加速度。高速数字控制回路能够实现参数的前馈控制，发挥预处理功能和误差补偿功能。

3  加工工艺优化案例

这里以汽车覆盖件模具数控加工为例，通过对汽车覆盖件模具数控加工过程的分析和研究，可以了解汽车覆盖件模具数控加工质量的改进方法，从而进行完善的总结和优化。

通常情况下典型的拉延模进行数控加工时需要考虑到凸模、凹模和压边圈的数控加工，因为其余技术应用都可以直接地在铣床上完成，或是数控加工工人自己编程完成。

在凸模数控加工的过程当中考虑到机械加工性能的要求，首先可以进行凸模轮廓加工，加工参数主轴400r/min，进给量100mm/min，之后进行清根加工工作，清根加工工作的目的主要体现在两个方面：一是避免在型面加工环节中的曲面交界余量突然增加，让刀具本身的受力状况恶化并导致刀具受损或折断;二是可以将较大刀具无法去除的曲面交界处余量用较小的刀具进行处理以满足精度要求，但不同点在于一个是针对曲面，另一个则是针对刃口和轮廓，两者之间本身也存在三维加工和二维加工的区别。

凹模数控角色加工过程中要对所使用的刀具、转速和进给量进行控制，在模量加工检查无明显问题后就可以进行正式加工。此时可以先使用球刀进行粗清根加工，然后在转速和进给量方面保持与凸模加工相同的水平。凹模面加工时多选择边界驱动方式，不仅效率较高，且走刀方向也和凸模有所区别。例如凸模是四周低、中间高，所以走刀会随着形由内向外;凹模四周高、中间低，走刀方向随形由外向内，总原则为先高后低。

压边圈加工环节型面一般来说比较平缓，且压边圈符型区都属于废料区域，因此压边圈一般情况下并不需要进行模量加工也不需要展开半精加工，粗加工完毕之后直接进行精加工，但开粗加工步距会因此缩小，留量也比较小，其余参数和凹模凸模加工保持相同。

通过对现有汽车覆盖件模具的数控加工分析和优化实施后不难看出，汽车覆盖件模具加工需要先分析现有的模具图，然后充分理解并吃透设计意图后就可以围绕技术加工要求选择合理的数控加工方案，大幅地提升效率和加工质量，且无需进行大规模的返修，也可以减少人员的工作量与工作难度。

4  结语

我国经济的高速发展带动了我国制造业的迅猛发展，且消费者本身对于产品性能和外观方面的要求越来越高，使得汽车的更新换代速度发生了明显改变。如何提升汽车模具数控加工的效率和质量也将成为今后工作的主要方向。从编程到加工的一系列生产流程都应该按照相应的规范和操作评价进行，且稳定性和可靠性良好，是未来生产效率提升的重要途径和必然趋势。

参考文献：

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