实现模具高效数控加工的途径与措施

HEATS · 发表于 2010-9-12 08:46:08

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    本文从现阶段企业在数控加工技术应用方面的实际出发，结合作者丰富的实际经验，从数控加工的工艺技术信息的管理与工艺信息化建设、CAD/CAM/CAPP软件的应用、数控程序的编制与技术应用开发、车间生产管理等多个方面探讨了实现高效数控加工的途径，希望能为广大读者有所借鉴。
    数控加工技术作为先进生产力的代表，在汽车、模具、航空航天、机械电子等制造领域发挥着重要的作用，在科研和生产上极大地促进了生产力的发展。数控加工技术的应用从整体上改善了传统制造业的发展面貌。制造企业如何实现其高效数控加工的目的，一直是企业领导管理者、研究人员比较关注的核心之一。
    数控技术作为引进多年的先进制造技术，其技术含量很高，涉及到多方面的内容，包括数控加工编程的快速高效化、空间自由曲面多轴联动加工、难加工材料的切削、高速切削的应用、数控工艺程序编制的规范化与标准化等方面。数控加工的效率发挥在很大程度上和企业本身的技术管理模式相关，尤其是在早期阶段，如何在短时间内攻克一门新颖有难度的技术应用难关，使其更好地发挥效率，是企业必须重视的主要问题。
    一、工艺技术的信息化建设
    现有国内企业工艺技术的管理都存在一些缺陷，企业没有根据自身的实力和发展战略采取有效的管理模式。工艺技术的信息化管理落后主要表现在产品设计制造工艺信息资源共享不充分、数控工艺程序编制及管理混乱、数控工艺与普通工艺的结合性差、CAD/CAM软件的应用水平参差不齐、数控加工工艺与程序的规范化与标准化程度低以及产品设计、数控工艺、数控编程并行模式实现程度小等方面。针对制造工艺的信息化建设与管理要求，可从以下几个方面开展工艺的信息化建设。
    1. 产品设计、工艺信息资源的共享
    制造工艺的信息化建设最重要的是充分利用产品设计图形和文档资源，充分利用企业产品成功的制造加工工艺经验，如利用产品的三维图形可减少数控编程人员的三维造型时间，而三维造型几乎耗费了数控编程50%的时间。建立刀具信息库、难加工材料切削参数库、装夹定位信息、典型材料与零件的加工工艺与程序模板和专家数据库等有助于提高编程的质量和效率，要充分利用PDM及网络资源建立开发企业内部的工艺信息管理系统，共享一切可能利用的制造信息资源。
    2. 数控加工与传统加工的结合
    数控工艺与普通工艺合理衔接，最重要的是针对产品的设计状态、批量要求、生产周期、加工精度、生产成本的不同特点分别采取不同的措施。在工艺方案设计过程中，应对产品的设计状态、加工方式、工装夹具的设计制造、刀具的选择、粗精加工方式的结合、工序的集中划分、企业的设备现状与能力等方面来综合考虑。实际应用时还需要结合企业设备能力、技术工人和技术人员的水平等因素。针对研制产品和批生产产品的加工特点，采取适合各自要求的研制工艺与批产工艺对策，实现数控加工与传统加工的完美结合。
    3. 数控工艺与编程的并行编制
    在工艺的早期阶段，数控程序编制介入变被动为主动，可很大程度上减少此类型的错误或风险。数控加工只有在进行产品的三维造型和数控程序的编制过程中，才能完全发现工艺和程序中存在的问题，这是由于数控工艺和编制的程序必须保证能够把合格的产品完全加工出来止，而不像普通工艺那样，只要总体上没有问题，尺寸没有遗漏，零件是否能够完全加工合格取决于技术工人的经验和水平。数控工艺程序并行模式的实现可从设计产品三维CAD模型的共享、数控工艺程序的单人负责制、数控技术工人参与数控程序的编制、数控加工工艺与程序的专项负责制等方面来实现。
    4. 数控工艺程序编制的规范化
    数控工艺程序编制的规范化在一定程度上体现了企业自身数控加工技术应用的水平，通过规范化来约束数控程序的多样化，进而提高刀具轨迹的质量，如在工艺中注明定位基准、对刀基准、坐标系、刀具参数与切削参数等。可从二维轮廓的加工、三维曲面的加工、固定循环与子程序的使用、刀具补偿、刀具轨迹粗精加工策略等多个方面进行规范化编程。在典型零件的加工工艺经验基础上，建立规范化的加工工艺模板与数控程序模板，可以大幅度提高工艺程序的质量和产品的加工效率。
    5. 数控工艺程序的数据库管理
    对不同型号产品零件、工装夹具、模具的数控程序按工序工步的内容、数控设备、刀具、程序清单等进行基于数据库系统的集中管理，避免传统文件夹形式的管理的缺陷，既方便程序的二次使用、查询、编辑修改等使用，又可节省数控人员的程序管理与查找时间，避免程序错误使用，防止程序的丢失或同种产品数控程序的重复编制。
    6. Vericut机床加工仿真软件的应用
    对于五坐标加工和加工量变化较大的场合，利用Vericut软件可以实现避免碰撞干涉等优化刀具轨迹的目的。
    二、提高CAD/CAM软件的应用水平
    CAD/CAM软件的应用水平是数控加工技术应用水平的因素之一。数控编程时应根据产品的特点采取合理的造型编程模式。
    1. 手工与CAM编程的结合
    充分利用相关数控机床系统本身提供的编程模块，如数控铣削加工矩形槽、U形槽、钻孔循环，数控车削加工的端面、外圆循环加工，电火花机床的电极摇动加工功能，线切割加工的放电工艺参数的专家选择等，可大幅度提高数控编程的效率和正确性。
    2. 选择合理的CAM编程策略
    在进行产品加工模型的建立时，应该针对产品加工对象的具体特点采取有效而简捷的措施。按产品加工的部位编程，多用于工序的内容比较单一，且干涉较少的情形，如孔、凹槽、凸台等特征多出现于对结构零件的编程与加工中。对产品加工模型进行整体造型，多用于加工工序的内容比较多、干涉区域多、复杂曲面等特征的加工。
    3. 数控编程模板的使用
    利用CAM系统创建用户自己的模板，并加以重复利用可大大提高编程效率。例如，制造模具时将加工凸模和凹模时的最佳工艺过程定义为加工模板，在加工新的相似产品对象时只需调用模板文件选择所需的几何体并启动这个流程即可，用户通过加工向导可非常容易地从模板中获得专家级的制造过程指导，并通过简单的交互，快速生成数控加工刀具轨迹。
    4. CAD/CAM专家系统的应用
    利用CAD/CAM软件的功能模块，如钣金设计、模具设计、关联设计、零件族设计、用户自定义设计等专家设计知识，有助于减少产品的三维造型时间，从而提高数控编程的效率和正确性。
    5. 专用后置处理程序的开发
    企业一般都存在数控系统的多样性，如FANUC、SIMENSE、HEIDENHANE等，各数控系统各有优点但互不兼容，很难做到统一。开发企业现有数控机床系统的后处理程序，可在通用数控程序处理的基础上，从机床配置、程序输出格式、坐标变换等方面，由具有软件开发和数控加工经验的技术工程师对其进行专门的开发，确保在同一类型的机床进行加工时，在共享同一刀位轨迹的情况下，能输出相应数控机床加工的程序代码。
    6. 设计合理的刀具轨迹
    数控加工最终体现在刀具轨迹的快速、高质量设计上，尤其是在模具毛坯除去量很大的情况下更为突出。传统的方法一般是采用立铣刀进行粗加工，采用球头刀进行半精加工与精加工。在粗加工时应力求高效快速排量，充分利用普通设备与数控设备结合进行。在进行精加工时应考虑企业模具钳工的水平，选用合理刀具和步距，刀具和步距过大或过小都不利于产品的加工效率和制造成本。数控程序编制应结合材料及加工余量来科学综合考虑加工的切削参数，以等体积变速切削和高速切削为目标，建立开发常用材料刀具的切削工艺参数库。
    三、数控设备选型与功能开发
    数控设备的购买和使用在很大程度上决定了该设备潜能的发挥。很多企业在设备选型和购买后在使用方面存在一些问题，如设备的行程、精度、功能、可开发的潜力等方面。尤其是数控设备朝高速、精密方向发展，在购买高速机床时一定要考虑综合成本、CAM软件、经验的积累与应用水平。对于传统难加工材料的变速或重力切削、一定要考虑主轴刀柄钢性，尽量选用大型号，如BT50的铣削刀柄，同时要考虑机床功能的扩展。另一方面，在设备本身功能与潜能的开发、机床附件，如角度铣头的应用来扩大机床的应用范围。针对数控设备的选型和机床功能的开发使用，可从以下几个方面开展一些必要的工作。
    1. 高中低档数控设备的搭配
    由于数控设备的价格相对昂贵，企业可根据自己的实际情况，在早期进行数控加工技术的应用时，选用改造数控设备进行技术应用投资，取得一定的应用经验后。再根据产品的加工特点，如材料状态、类型、精度、批量、周期要求等，配置合适的中高档数控设备。
    2. 设备的验收
    很多数控机床其补偿精度在高速加工的情况下出现较大的误差，或者是主轴运转的速度难以长时间运行，导致主轴因高温烧毁的现象发生。在进行设备验收时，除国家的验收标准外，可以附加企业自身产品加工要求的验收条件。
    3. 设备功能开发
    设备功能的开发涉及数控系统的掌握程度，刀具及工件材料与切削参数的合理匹配。例如，立式数控铣床安装角度铣头进行卧式加工，数控铣床进行镗孔、攻螺纹加工，数控车削加工的固定循环，数控线切割机床和电火花机床的电加工参数的合理选择等。

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