浅论现代数控加工技术对模具制造的促进作用

摘 要：数控加工技术的发展对模具制造业的发展产生了深刻的影响。文章通过分析现代模具制造的要求及特点、数控机床的加工特点、数控加工技术在我国制造业的地位及作用和模具与数控加工技术的关系等内容。从而得出数控加工技术对模具制造具有很大的促进作用。在现代模具制造企业中，数控机床得到了广泛的使用，也为模具制造提高了效率、精度和复杂性等。数控加工技术为模具制造向高精密、寿命长、复杂和大型等方向发展提供了有力的推动和促进作用，得到了模具制造企业的广泛使用。

关键词：数控加工；模具制造；加工精度；加工效率

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）11-0017-02

模具是现代制造业中的一种成型多种材料的一种成型加工工具。其在现代制造业中使用率是非常高的。据不完全统计塑料产品的成型95%以上要使用塑料模具；汽车上的零件部件有90%依靠模具来成形。可见模具的制造对于工业生是多么的重要。数控加工是利用数控机床来替代工人的操作进行零件加工的一种加工工艺。它适合品种多变、批量小、形状复杂、精度高等零件的加工。因其比传统加工技术具有不可替代的优势为模具制造提高了生产的效率、精度和复杂性。因此数控加工在现代精密模具企业中已得到了广泛的使用。

1 模具制造的要求及特点

模具是用来使各种材料成型为我们所需形状的产品的一种工具。模具的种类很多，例如成型塑料的模具有注塑模具、吹塑模具、压塑模具等等；成型钣金的有冲压五金模具；成型实体零件的有锻造模具和铸造模具等。因其制造要求高，所以它集中了机械加工的精髓，除了传统加工方法，还应用了最先进的加工技术，例如数控加工、电加工、化学加工和激光加工等等。主要的目的都是为了满足模具制造的要求和特点。

1.1 加工精度要求高

模具成型后要容易脱模，产品的表面要光洁度高，所以模具零件的表面光洁度要求高一般要小于0.8 um，核心部分要小于0.4 um。尺寸精度和形位精度要比产品精度高两个等级以上，一般公差的要求在±0.01 mm内。装配要求也高，例如塑料允许模具飞边的间隙值很小，PE或PA的允许值为0.02 mm，所以装配的间隙必须小于这个值。

1.2 模具材料性能要求高

因模具都是反复在冲击力的作用下使用的，又要求具有长寿命，所以材料的硬度、强度等综合性能必须高，机械切削就会比较困难。因此模具用钢都是最先进的，加工设备和刀具也是。

1.3 模具零件专用性强，单件生产概率高

一套模具可生产产品的数量大，模具使用寿命长，产品更新换代快，所以一个产品的模具往往只生产一套或几套，制造模具的核心零件也就都是单件或小批量的生产了。

1.4 模具制造的系统性强

复杂产品的精确成型往往都是由多个步骤来完成，每一步骤要设计一副模具，几副模具组成一套。例如汽车覆盖件的五金冲压模具，都需要由七、八道工序才能成型，基本就是一条复杂的生产线。对于小型件就可以采用级进模具来完成。因此在设计一个产品的模具时必须通盘考虑各副模具之间的互相牵连和制约。

1.5 模具制造周期长与客户要求时间短之间有矛盾

由于模具设计复杂、零件高精加工、精确装配困难，以致制造周期长，又因现代产品更新换代快，客户为了抢占市场的先机，有缩短模具制造时间的要求。这与模具制造的要求是相反的，所以必须提高加工的效率和提高模具设计、制造、标准化水平来解决或缓解这个矛盾。

1.6 成本高

模具制造本身属于高成本的开发工作，单套模具价格高，但使用的次数多和寿命长可以降低模具生产产品的单件成本。

1.7 模仁零件复杂

尤其是型腔类模具，产品的复杂程度都体现在模仁上。

2 数控加工的发展、现状与特点

2.1 数控机床的发展

需求是促进发展的源动力，创新是企业发展壮大的动能。数控机床就是因美国发展先进飞机的需求而委托柏森斯公司研制形状复杂多样、精度高的螺旋叶片而发明的创新设备。从1948开始研究年到1952年诞生第一台数控铣床应用与军事开发，再到1957年正式大规模投产应用于民用，数控铣床用了十年。到现在，经过近七十年的发展，已经得到了普及性的应用，在模具行业中的使用最广泛。早期数控机床的编程靠手工和利用打孔纸带输送到机床进行识别，到今天已是直接用计算机绘图并自动生成程序，采用U盘或网络进行数据传输，可以说是实现了质的飞跃。数控机床和可应用的编程软件也是可以完成越来越多复杂的零件编程及加工。未来，计算机集成制造（CIMS）系统将使我们的数控加工更加的集成化、智能化、可视化、虚拟化。

2.2 数控机床应用现状

在发达国家，所有制造企业的数控化率已达到70%以上，领先于我国的5%（是2013年的大约数据）。所以总的来说我国制造业的数控化率还远远落后于发达国家，还有很大的发展空间。进入新世纪以来，我国培养的数控技术人才得到了跨越式的提高，数控机床进口和国产的数量在不断的攀升。据国新办统计到2015年上半年的数据，我国在关键工艺流程数控化率达到了65%。

2.3 使用数控机床的特点

数控加工技术与传统的切削加工相比较具有以下的一些特点。

①加工效率高、速度高、精度高和可靠性高。

切削速度比传统方法高。主要体现在数控机床的转速高和可以进行不间断的完成粗加工和精加工等工序。减少了传统机床的换刀、工件反复装夹等的时间，所以也提高了效率。现在的数控机床加工精度基本都可以达到0.001 mm，而且加工过程主要由程序控制减去了人工操作的误差，如果不考虑刀具的磨损产生的误差，基本上每个零件之间的互换性是非常吻合的。也就是精度的可靠性也非常之高。

②劳动强度低，技术要求高，需要高素质的人才。

程序编制在计算机上进行，操作机床自动完成工作，要求技术人员要掌握编程技能、加工工序分析、机床的操作、刀具的选择等知识。体力劳动强度虽然降低了但是要求技术人员的综合素质提高了。这个无疑会提高用工成本，但可以通过提高效率和加工精度、难度来化解。

③可加工复杂的曲线、曲面和异形面。

使用普通机床进行零件加工很难实现几个进给运动的一齐精确进给，也就是难于实现多轴精确的联动使刀具的运动轨迹变得任意性。数控机床则不同，它可以实现多轴精确联动。现在最先进的投入生产的加工中心可以同时实现五轴联动，将来还会出现六轴、七轴等更多轴的联动加工。正是有了这些多轴联动才使我们的刀具轨迹实现“任意性”，能够加工出来任意的曲线、曲面和异形面。

④劳动环境优于传统加工方法。

数控机床属于高科技产品，为了达到机床的最佳运行状态和提高使用寿命，所以必须保证它在合适的环境中工作。例如，温度要控制好不能太热，不能潮湿，周围要干净卫生不能有灰尘等。

⑤便于实现现代化的生产管理。

需求在变化加工的零件亦会变化和反复，所以有时要根据不同时间来生产不同的产品，我们可以将加工程序编号存储起来随时可以根据需要来调用，不用反复的编程方便管理和提高效率。

⑥数控机床操作或编程技术人员需求旺盛，薪资高。

⑦使用数控机床存在的主要缺点是机床设备软硬件价格昂贵，一次性投入多；要求操作使用人员和维修人员具有更高的水平。

3 数控加工技术的地位和作用

近年来我国的制造业受到国内外形势的影响，必须转型升级才能维持全球制造中心的地位。作为我国现阶段经济发展基石之一的机械制造业转型升级应走在前沿，是提升国家综合竞争力的基础。先进制造技术的提高能够通过整个国家的产品制造技术和能力，有利于提高国家的核心竞争力。例如火箭发动机的制造，航母的制造等等。

我国已基本掌握了全球的很多领先技术，在机械制造技术方面也发生了根本性的改变。尤其是以华中数控为代表的数控机床和软件的发展也得到了很大的提高。生产出来的产品在结构、性能、精度及生产效率等方面得到了根本性的提高。

目前，虽然我国的GDP已经赶超德日上升为世界第二仅次于美国，但是我国的制造业工业增加值仍位居世界第四，约为美国的四分之一、日本的二分之一，落后于德国。而且，在机械产品中，我国单件或小批量产品所占的比例达到了80%左右，由于其加工难度高，生产效率难提高，产品质量难保证。为了解决这些难题，在现如今的技术环境下采用数控加工是关键。

随着对产品的精度和复杂程度要求越来越高，模具的核心部分也越来越复杂而且精度要求极高。往往模具零件都是小批量或单套生产，改动频繁。为了满足要求，传统机床加工已无法满足，唯有采用更先进的数控技术来解决这类问题。数控加工的特点之一就是适合加工复杂而且精度高的零件。随着模具标准化程度的不断提高，一套模具所需加工的零件变少了，但是核心部分的加工还是少不了。为了提高核心零件的生产效率缩短工期和精度以适应市场的要求，如果采用传统的钳工、车工、铣工等加工方法，工序多流程长人为因素的影响等难以保证提高效率和保证精度。而采用数控机床加工，生产过程完全由程序自动控制执行，避免了繁琐的工序变换、反复的零件装夹从而产生的误差和人为失误。虽然一次性数控机床的投入有所增加，但是人工的减少、场地占用的减少等都可以省回来。尤其是数控加工中心，它综合了多种加工于一身和多刀具的自动更换，适合加工多工位、工序集中和难测量的工件等。

4 模具与数控加工技术的关系

数控机床加工可以用于加工模具的各种零件，尤其是精度要求高、外形复杂的模具核心零件。模具制造的要求不断提高也加速了数控技术的发展。

在完成一整套模具的整个过程中，模具零件的加工是最主要工作之一。由模具生产出来的制品精度取决于模具制造的精度，所以模具制造的精度非常重要。采用传统的加工工艺其效率和精度都比不上采用数控设备来进行加工。而且，现代数控机床除了数字化控制程度不断的提高，还向更加集约化和智能化的方向发展。例如，为了减少工件的反复装夹带来的误差和人为的误差，现在先进的加工中心已是五轴的，将来甚至还会出现更多轴的加工。当然就目前的情况而言，要充分发挥数控机床高性能、高精度等的特点还是需要编程和操作人员加工前进行周密的工艺分析和设计来确定最优的加工步骤和过程，最终才能加工出完美的模具零件。

数控加工技术的发展是基于计算机技术、微电子技术、PLC技术等技术的发展而取得了巨大的进步。现今的数控机床的自动控制采用的是PLC技术；而加工程序的编制和信息化处理是由计算机来完成，当然简单的也可以采用手工输入编程；而加工精度的保证主要靠自动检测、反馈等微电子技术；所以说现代数控技术是集多种新技术于一身的高科技。

对于模具制造来说，主要掌握的是机床的操作技能、计算机操作技能和编程软件的使用技能，当然各种加工工艺技能也是非常重要的。

操作方面，现代的数控机床智能化和简单化越来越明显，操作者主要掌握的操作技能的难点有两个方面：一是工件的正确装夹及对刀，也就是告诉机床工件的位置以及其与刀具的相对位置关系。

二是刀具的设置和各种刀具的选择使用。尤其是随着加工难度越来越高各种用途的刀具不断出现，使刀具的选择和刃磨变得越来越要求高，对操作者的要求也就高。而且这个对于加工效率、精度甚至于成败都是有非常关键的影响。

在软件使用方面，对于CAD/CAM/CAE软件广泛使用的有Auto CAD、Pro/E、UG、Solidworks、Master CAM等等。在模具制造编程中我们应用最多的是Master CAM中的mill模块。它已经在模具核心零件编程加工中发挥了其独有的优势，是一个非常好用、功能齐全、操作方便的加工编程软件。

随着我国数控技术的不断发展，也出现了一批很好的数控操作系统和编程软件，操作系统的代表有华中数控系统、广数系统，编程软件有CAXA、cccam等。

5 结 语

通过以上的分析比较现代数控加工技术能够很好的适应现代模具制造的要求，所以得到了广泛的应用。现代模具正向着大型、精密、复杂的方向发展，客户的要求是价廉、交货快等。数控机床的高速、高精度加工提高了模具制造的效率，满足了客户对模具开发缩短周期的期盼。随着模具生产制造的标准化程度越来越高，模具生产企业主要使用数控加工设备来加工模具的核心部件。

总之，数控加工技术的发展极大的促进了模具制造效率、复杂性和加工精度的提升，在模具企业中得到了越来越广泛的使用。

参考文献：

[1] 龚仲华.现代数控机床设计典例[M].北京：机械工业出版社，2014.

[2] 许发樾.模具制造工艺与装备（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2015.