简析机械模具制造中数控加工技术的应用

陈 静

（江苏省靖江中等专业学校，江苏 靖江 214500）

随着我国制造业的快速发展，机械模具制造的需求不断增长，传统的机械模具制造方法已经难以满足高效、高精度的加工要求。因此，数控加工技术在机械模具制造中的应用越来越广泛。本文对机械模具制造及数控加工技术进行简要介绍，通过分析数控加工技术在机械模具制造中的应用，展望未来的发展趋势。

1 机械模具制造及数控加工技术的概述

1.1 机械模具制造

模具是一种用于批量生产特定产品或零件的工具，机械模具是指在机械制造过程中使用的模具[1]。在机械模具制造中，需要根据设计图纸或模型，选择合适的材料，经过一系列的加工工艺，如车削、铣削、磨削、钻孔、镗孔等[2]，制造出符合要求的模具。此类模具可以用于生产各种机械产品，如汽车、电器零部件等。

在传统的机械模具制造中，制造者通常需要依靠经验和技能，采用手动或半自动的方式进行加工，存在精度低、效率低、质量不稳定等问题，难以满足现代制造业的需求。随着科技的进步，计算机在机械模具制造中的应用越来越广泛，并成为了机械模具工业制造改革的关键技术，提高了工业生产质量和效率。现阶段，我国机械模具制造行业正处于快速发展阶段，但也面临着技术创新、人才缺乏、生产成本等挑战[3]。

1.2 数控加工技术

数控加工技术是指利用数字化信息对机械模具进行自动化控制的加工技术[4]，将计算机技术、自动化技术、现代控制技术等融为一体，通过编程、处理和控制模具加工过程的相关数据，实现对模具的自动化加工。数控加工技术具有精度高、效率高、自动化程度高、加工柔性好等特点，可以更好地满足现代制造业的需求。

数控加工技术具备多种功能：第一，多轴联动功能，能同时控制多个轴的运动，实现复杂形状的加工[5]。第二，刀具路径规划功能，可以根据模具的形状和加工要求，自动生成最优的刀具路径，提高加工效率和精度。第三，加工工艺优化功能，可以根据模具的材料和加工要求，自动选择合适的加工工艺和参数，以提高加工质量和效率。第四，在线监测和控制功能，可以实时监测模具的加工状态，并在线控制加工过程，保证加工质量和精度。第五，智能加工功能，可以根据模具的形状和加工要求，自动选择合适的加工策略，提高加工效率和质量。第六，加工数据管理功能，可以有效管理模具的加工数据，分析和优化加工过程[6]。

2 机械模具制造中数控加工技术的应用

2.1 模具制造中数控线切割加工技术的应用

数控线切割加工技术是基于电火花原理，利用细金属丝作为工具电极，在金属丝与工件之间施加脉冲电流，产生电火花放电，切割加工工件。此技术是特种加工技术的一种，属于非接触切割技术，相较传统技术，具有较快的切割速度，且不会产生刀具损耗，在切割金属坯料等硬度高、尺寸大的原料时具有显著优势。

在实际操作应用中，首先，应根据加工要求选择电极丝；其次，组合安装工件及电极丝；再次，设置脉冲宽度、脉冲间隔、电流大小等加工参数后；最后，开始加工。由于电极丝的张力和走丝速度会影响加工精度和表面质量，因此，需要合理控制，应注意根据加工材料的硬度、厚度和形状等因素选择电极丝和加工参数。在加工中，时刻保持工作液的清洁和充足，以避免电弧和短路等问题。同时，加工过程中产生的废屑需要及时清理，以避免影响加工精度和表面质量。

2.2 模具加工中数控电火花技术的应用

数控电火花技术是基于电火花原理，利用电极之间的放电现象加工工件[7]。此项技术能直接利用热能或电能去除金属材料，对加工材料的硬度、强度等要求较低。电火花加工技术制造高精度、高硬度、形状复杂的模具，如塑料模具、压铸模具、挤压模具等，具有优异的工作效率。

应用数控电火花技术加工模具时，首先，应根据加工需求合理选择电极；其次，保证电极及工件的安全，电极的定位和装夹需要准确和稳定，避免加工过程中出现误差。可使用夹具或磁力吸盘等工具来固定电极；再次，应合理设置相关加工参数，如电流、电压、脉宽、脉间、加工速度、电极损耗等[8]；最后，启动机床开始加工作业。在加工过程中，需要控制电极的进给速度和深度，以保证加工质量和效率。同时，注意控制加工过程中的温度和压力，避免出现过热和变形等问题。加工表面质量是影响模具使用寿命和精度的重要因素，需要注意保证加工表面的光洁度和精度。

2.3 模具制造中数控车削加工技术的应用

数控车削加工技术是基于车削原理，利用刀具和工件的相对运动加工工件。此项技术主要应用在加工轴类零件模具中，如定位稍、导向杆等[9]，通过程序的设定，完成进刀、出刀操作，结合图纸要求生产误差范围内的轴类零件。

应用数控车削加工技术时，首先，根据加工材料和加工要求选择合适的刀具，以提高加工效率和质量；其次，在安装刀具和工件的过程中，应确保工件固定牢固，避免加工过程中的振动和位移；再次，合理设置加工参数，如切削速度、进给量和切削深度等，确保加工品质；最后，开始正常加工作业。在加工过程中，关注程序编写的正确性及合理性，确保加工路径和加工参数的准确性。同时，应定期监测刀具磨损情况，及时更换刀具，保证加工质量。此外，应通过合理的加工工艺和检测手段，控制加工精度，确保模具的精度和质量。

2.4 模具制造中数控铣削加工技术的应用

数控铣削加工技术是基于铣削原理，通过编程控制刀具的运动轨迹，对模具零件进行铣削加工，获得所需的形状和尺寸。此项技术主要完成铣削模具零件的凹槽、表面及孔洞，具有较高的精度，是应用较为广泛的工艺之一。

应用数控铣削加工技术时，首先，根据模具材料和加工要求选择合适的铣削刀具，以确保加工的精准性及可靠性；其次，把需要加工的模具放置于机械夹具内，确保模具被牢靠固定；再次，在完成参数设置、程序编写完成后；最后，启动设备，在预先编制的程序控制下，按照既定路线完成走刀作业，并控制铣刀转速以及铣削速度，确保加工模具平面的精度。在实际加工的过程中，应时刻关注铣削过程，及时发现并处理加工过程中的异常情况，以保证加工质量和操作安全。同时，应根据模具的形状和尺寸，规划合理的铣削路径，以避免加工过程中的干涉和碰撞。此外，需严格遵守数控铣床的安全操作规程，确保操作人员的安全。

3 数控加工技术的应用优势及发展前景

3.1 应用优势

3.1.1 提高机械模具制造的精度

第一，数控加工技术采用数字控制系统，能实现高精度的运动控制和位置控制，通过精确控制刀具的运动轨迹和加工参数，实现非常高的加工精度，满足模具制造对精度的严格要求。第二，数控加工技术可通过刀具补偿功能来补偿刀具的磨损和热变形等因素对加工精度的影响。根据刀具的实际尺寸和形状自动调整，保证加工精度的稳定性和一致性。第三，数控加工技术能自动化加工，减少人工操作对加工精度的影响，避免人为因素引起的误差，提高加工精度的稳定性和可靠性。第四，多轴联动加工技术可实现复杂曲面的加工，提高加工精度和效率，通过控制多个坐标轴的运动，可实现刀具在不同方向上的精确运动，加工出更加复杂的模具形状。第五，数控加工技术可配备在线检测功能，实时检测加工过程中的误差和异常情况，在线检测可及时发现加工中的问题并修正，保证加工精度的准确性和一致性。

3.1.2 提升机械模具制造的效率

第一，数控加工技术可实现自动化加工，通过预设的加工程序和自动化控制系统，数控机床可以自动完成加工任务，提高生产效率和加工精度。第二，数控加工技术采用高速主轴和快速进给系统，可实现高速加工，缩短加工时间，提高生产效率。同时，高速加工还可以减少刀具磨损，提高刀具寿命。第三，数控加工技术支持多任务并行加工，可同时进行多个加工任务。通过合理的任务分配和调度，提高生产效率。第四，数控加工技术可根据加工过程中的实时反馈信息自适应调整。通过监测加工参数和刀具状态，数控系统可自动调整加工参数，提高加工效率和质量。第五，数控加工技术可实现刀具的自动化管理和更换。通过刀具库和自动换刀装置，快速更换刀具，提高生产效率。

3.1.3 降低机械模具制造的成本

第一，数控加工技术可实现自动化加工，减少对人工的需求，提高生产效率，降低人力成本。第二，数控加工技术可通过精确的编程和控制，实现对材料的精确加工，减少材料的浪费，同时实现多任务并行加工，提高材料的利用率，降低材料成本。第三，数控加工技术可通过编程和控制，实现对工装夹具的精确控制，减少工装夹具的数量和成本[10-12]。第四，数控加工技术可实现高精度的加工，减少废品率，减少材料和人力的浪费，降低生产成本。第五，数控加工技术可实现快速编程和加工，缩短生产周期，减少库存成本和资金占用成本。同时，数控加工技术可以实现多任务并行加工和远程监控，提高设备利用率，降低设备的单位成本。

3.2 发展前景

随着科技的不断进步，模具制造对精度的要求越来越高。为了满足市场需求，数控加工技术可通过采用更加先进的控制系统、高精度的机床和刀具，以及优化的加工工艺，不断提高加工精度。为了提高生产效率，数控加工技术将不断优化加工工艺和流程。例如，采用高速加工技术、多轴加工技术、自动化生产线等，可提高加工速度和效率。此外，通过合理的刀具选择和夹具设计，可减少加工时间并提高生产效率。

随着人工智能技术的不断发展，数控加工技术也将向智能化的方向发展。通过采用更加智能的控制系统和算法，数控机床可以实现自动化加工和智能化监控。例如，基于机器学习的刀具寿命预测、加工过程中的自适应调整等，可提高加工质量和效率。多轴加工技术可以实现更加复杂的加工形状和工艺，提高加工精度和效率。例如，五轴加工技术可以实现复杂曲面的加工，而多轴联动加工技术可以实现复杂零件的一次性加工[13]。

随着环保意识的提高，数控加工技术将向绿色制造方向发展，包括采用更加环保的加工工艺和材料，减少对环境的污染。例如，采用干式加工技术、水溶性冷却液等，可以减少废液和废气的排放。总之，数控加工技术在未来模具制造中的发展趋势和前景非常广阔。通过不断提高加工精度和效率，实现智能化和自动化加工，以及采用更加环保的加工工艺和材料，数控加工技术将为模具制造行业的发展做出更大的贡献[14-16]。

4 结语

数控加工技术在机械模具制造中的应用已经成为了提高生产效率、降低成本、提高产品精度的重要手段，随着科技的不断进步和市场需求的不断增加，数控加工技术也在不断发展和创新，在未来，数控加工技术将会更加智能化、高效化和精密化，为机械模具制造行业带来更加广阔的发展前景。