数控加工技术在机械模具制造中的应用分析

数控加工技术在机械模具制造中的应用分析

卢传涛王丽陈志杰

温州泰昌人防设备有限公司  浙江，温州  325000

摘要:本文针对数控加工技术在机械模具制造中的应用进行了分析研究。首先阐述了数控加工技术在模具制造中应用的重要意义,包括提高加工精度、缩短生产周期、降低人工成本等。其次分析了数控加工技术在模具制造应用中存在的问题,如编程能力不足、设备自动化程度低、加工过程监控手段薄弱等。最后,提出了相应的改进对策,如加强人才培养、提高设备自动化水平、建立过程质量监控体系等,为数控加工技术在模具制造领域的应用提供参考。

关键词:数控加工技术;机械模具制造;应用分析

引言:机械模具制造是支撑现代工业发展的重要基础,传统的手工操作和半自动化加工方式已难以满足现代模具制造对产品精度、生产效率、成本控制等方面的要求。近年来,随着计算机技术、伺服电机技术、传感器技术等的不断进步,数控加工技术得到了快速发展,在机械模具制造领域得到了广泛应用。

一、数控加工技术在模具制造中的重要意义

(一)提高加工精度和一致性

模具制造对产品精度和一致性有很高要求,直接影响后续产品的质量。数控加工采用数字化信息控制机床进行加工,避免了手工操作带来的随机性误差,可将加工精度控制在微米级。同时,数控系统可实现对刀具轨迹、进给速度等的精确控制,保证了批量化生产模具的一致性。某汽车模具制造企业引进数控加工中心后,模具加工精度从±0.05mm提高到了±0.01mm,大大提升了产品质量[1]。

(二)缩短生产制造周期

模具制造周期的长短影响着新产品推出的速度。采用数控加工,数控程序编制完成后,加工过程可自动进行,大幅减少了工件装夹次数和机床空闲时间,单件模具的加工时间可缩短50%以上。同时,先进的CAD/CAM软件可实现模具设计与加工的无缝对接,三维数字化模型可直接导入数控系统进行加工,压缩了从设计到加工的准备周期[2]。引入数控加工后,某模具企业的平均生产周期从30天缩短到了12天,有力支撑了客户的新产品开发。

(三)降低人工成本,提高经济效益

传统机械加工需要熟练技工不断地手动操作,人工成本高。数控加工实现了加工过程自动化,减少了对操作人员技能的依赖,一名数控操作员可同时管理多台数控机床,大幅降低了人工成本[3]。此外,借助于数控系统强大的图形仿真、干涉检查等功能,可在加工前发现并避免可能发生的加工问题,减少了废品损失,有效提高了材料利用率。实践表明,采用数控加工可使模具单件成本降低30-50%。

二、数控加工技术在模具制造应用中存在的主要问题

(一)编程人员能力参差不齐

高质量的数控加工离不开高水平的编程,然而受专业人才培养滞后等因素制约,许多模具企业缺乏高素质的数控编程人才。部分编程人员能力不足,数控程序质量不高,在实际加工中经常出现刀路碰撞、余料过多等问题,影响加工进度。据调查,目前模具行业从业人员中,具备数控编程技能的仅占20%左右。数控编程人才短缺已成为制约模具企业应用数控技术的瓶颈。

(二)数控设备自动化程度不高

模具生产批量小、型号多,需要频繁更换夹具,调整工艺参数。传统数控机床自动化水平不高,换型操作繁琐,严重制约了生产效率。另一方面,模具加工余量小,需要在线检测工件尺寸,而多数数控机床缺乏在机测量装置,无法实现闭环加工,一旦出现尺寸偏差,只能返工处理,延长了生产周期。提高数控加工效率,必须着力解决一体化装夹、在线检测等短板,提升数控设备的自动化和智能化水平。

(三)加工过程质量监控手段薄弱

模具加工工艺复杂,质量容易受到刀具磨损、切削参数、热变形等因素影响。受技术条件限制,目前对数控加工过程的实时监测能力不足,质量问题通常在加工完成后才被发现,已造成大量返工和废品。特别是对于型腔表面加工这类薄弱环节,表面缺陷检测主要靠人工目测,漏检率高。客观上要求构建一套行之有效的加工过程质量监控系统,及时发现偏差,防止次品流出。这是保障模具质量,提高企业竞争力的关键举措。

(四)高端数控系统及刀具成本较高

由于我国高档数控系统、功能部件及刀具对外依存度高,采购成本较高,增加了模具企业的资金压力。以五轴联动数控系统为例,国外产品价格通常在百万元以上,国产化率不足30%,使得五轴联动加工中心的推广应用受到限制。数控刀具方面,目前模具加工主要依赖进口,价格是普通刀具的数十倍,大大增加了模具企业的制造成本。高昂的投入成本制约着数控技术在中小模具企业的普及应用。

三、提高数控加工技术在模具制造中应用水平的对策

(一)加强数控编程人才培养

针对业内普遍存在编程人才紧缺的问题,亟需完善数控人才的教育培养体系。一是要将数控技术及应用纳入高等院校和职业学校的教学计划,增设实训课程,强化实操能力培养;二是鼓励校企联合开展订单式培养,为企业量身定制数控人才;三是支持企业内部开展职工培训,建立"师带徒"传帮机制,着力提升一线员工的数控编程技能;四是建立数控人才职业资格认证制度,为行业输送高素质人才。通过多种渠道培养专业化数控人才队伍,方能破解"用工荒"。

(二)推进数控设备自动化改造升级

支持模具企业淘汰落后设备,加大数控化改造力度。鼓励有条件的企业引进多轴、多通道、复合式加工设备,实现多工位、多工序集成加工,提高加工效率。针对模具行业多品种、小批量的特点,研发柔性化生产单元,实现夹具快换、刀具快换,缩短换型时间。在数控机床上集成在机测量、自动对刀等智能化单元,建立加工参数优化和自适应控制系统,实现加工过程的闭环优化控制。通过设备升级改造,全面提升模具加工的自动化、智能化水平。

(三)建立数字化加工过程质量监控系统

运用传感器、视觉检测、大数据等新一代信息技术,构建覆盖模具加工全过程的质量监控系统。利用多传感器实现加工参数、刀具状态的实时监测,通过智能算法分析评估偏差趋势,及时预警加工异常。引入CCD视觉系统对模具表面缺陷进行在线检测,通过机器视觉识别实现表面划伤、麻点等缺陷的自动分选,减少人工检测的失误率。将质量数据与MES系统集成,实现制造过程质量的可视化管控,为产品的质量追溯提供数据支撑。通过构建"事前预警、事中控制、事后追溯"的全过程质控防线,从源头遏制质量问题,实现模具制造的质量与效率双提升。

(四)加大新技术新设备研发投入力度

鉴于高端数控系统及配套功能部件对外依存度高的现状,建议国家加大对数控领域的投入,引导社会资本加大研发投入,支持国内企业加快数控核心技术攻关。在高档数控系统、伺服电机、精密轴承、高速切削刀具等关键领域,突破核心技术,加快国产化进程,提高性价比,为用户提供高可靠、低成本的国产化选择。鼓励模具企业与数控单位联合开展专用数控装备的研制,针对模具加工工艺需求,开发高速、高精、复合式加工装备,增强产业配套能力。通过创新驱动,加快实现数控装备的自主可控,破除制约行业发展的瓶颈。

结语:

数控加工技术是模具制造业实现转型升级的利器,对于提质增效、做精主业具有重要意义。但目前受编程人才不足、设备智能化程度不高、过程监控能力薄弱等因素制约,数控技术在模具制造中的推广应用还存在一定障碍。对此,必须从人才培养、设备改造、过程管控、自主创新等多方发力,系统破解制约瓶颈。随着新一轮科技和产业变革的到来,"智能制造"已成为世界制造业发展的主旋律。

参考文献：

[1]黄蓓.数控加工技术在机械模具制造中的应用分析[J].新型工业化,2021,11(1):52-53+56.

[2]林凯.数控加工技术在机械模具制造中的应用分析[J].造纸装备及材料,2021,50(10):76-77.

[3]冯超.数控加工技术在机械模具制造中的应用分析[J].内燃机与配件,2021(4):81-82.