模具多轴数控加工技术研究

高振超，黄 伟

（四川材料与工艺研究所，四川 江油 621700）

模具制造业中多轴数控加工技术自从萌发到现在以来已经取得了一定的成就，我们通常所说的多轴数控加工系统就是指四轴以上的数控加工，其中最具有代表性的就是5轴数控加工，一般来说，多轴数控加工系统基本上都可以同时控制4个坐标轴，然后高效的将数控机床的功能有机的结合在一起，这样不仅仅可以提高加工的精度，还可以大大的缩短生产的周期，缩短施工的时间。并且随着模具中应用更多和更加先进的技术，模具制造业对数控加工的效率和工作能力提出了更为严格的要求，所以在这种情况下多轴数控加工技术不仅仅面临着很大的机遇也面临着十分严峻的挑战，所以制造行业的相关企业必须对多轴数控加工技术进行深入的研究和分析来应对这些挑战和把握这些机遇。

1 多轴数控加工技术的特点

1.1 减少基准转换，提高加工的精度

多轴数控加工技术在模具制造行业中是一种相对来说比较先进的技术，在模具行业中多轴数控加工技术的应用不仅仅可以简化加工的步骤，还可以逐渐实现在加工过程中的一次性装夹工作，做到最大限度上提高加工的精度，提高加工的效率和保证加工产品的质量效果，正是基于这种特点下，多轴数控加工技术得到了十分广泛的应用。

1.2 减少工具的装夹量和占地面积

由上文可知在模具的制造过程中应用多轴数控加工技术可以实现加工过程中的一次性装夹工作，所以就可以给其他工作节省出来大量的时间，减少经济成本的支出。除此之外还可以大大减少车间占地面积。设备在运行期间可能会出现故障，出现故障就需要支出很大部分的经济费用，在应用这种技术之后将会很大程度上减少故障维修费用的支出。

1.3 缩短新产品的研发难度和研发周期

正如上文所说在模具制造过程中应用多轴数控加工技术可以简化很多的加工步骤，减少经济成本的支出，正是基于其相较于其他技术的这种优势使得新产品的研发周期和成功率可以得到很大的保证。整体来说虽然多轴数控加工系统使用比较昂贵，但是其在减少占地面积和降低生产成本方面有着很大的优势，给企业带来了更大的经济效益和社会效益，由此我们也可以看出市场上很多产品的价格比较好，也是有一定的道理的。

2 多轴数控加工技术面临的挑战

2.1 缺少有力的资金支持

由于模具制造业相对来说是比较新兴的一种发展行业，所以这个行业面临的挑战和困难相较于其他的一些老行业更有过之而不及，并且这些新兴发展行业目前面临最大的困难和挑战就是缺少足够的资金支持，目前多轴数控行业的现状就是发展十分不平衡，发展较好的多轴数控技术也仅仅局限在少数资金比较雄厚的部门当中，并且在模具的制造过程中需要很大的一笔资金来进行机械和设备的引入，如果没有足够的资金支持，这对于模具制造的工作效率和产品效果都会降低很多，不利于多轴数控技术的高效应用。

2.2 编程比较复杂

除了上述面临的巨大挑战以外，多轴数控技术相较于其他的技术来说还具有一个编程比较复杂的特点，造成这种现象的主要原因就是其具有一个比较抽象的空间运动轨迹，所以这种情况下工作人员对其方向感将不会有一个准确的把握，如果方向感长期间的缺失将会造成灵敏度下降，另外再加上模具制造行业中相较于其他行业来说工作人员必须投入更多的时间和精力来完成这些工作，所以这也是阻碍模具多轴数控加工技术很好的应用的一个很不利的因素。

2.3 起步比较晚，面临很大的挑战

虽然我国的多轴数控技术起步的比较晚，但是其发展十分迅速，并且从其最初的发展到现在就已经吸引了社会上各界的目光和关注度，即便到现在这些好奇的眼光和期待的眼光也始终存在着，这也给这个行业带来了很大的压力，需要去不断突破不断创新和发展完善去使得多轴数控加工技术取得更大的成就。但是我国目前模具制造行业的发展现状还是十分可观的，虽然起步比较晚但是也已经取得了许多的成就，并且正在不断努力地避免进口而全靠自己进行自力更生，只有这样才能保证我国模具制造行业的利润和社会效益。并且我们也可以从多轴数控加工技术的发展现状看出其具有十分光明的发展趋势和发展的前景，所以我国必须也要制定相关的政策和制度来鼓励模具制造行业的发展，给予它们更多的福利和扶持，给予更多资金上的支持来对技术进行不断地改进和创新，这样才能避免由于其起步比较晚而导致技术比较落后的现状。但是我国模具制造行业中很多核心技术仍然必须依赖进口，假如说国外对于这些先进的技术进行限制出口那么带来的后果将是不可设想的，所以必须鼓励我国的技术人员发展自主创新的精神和能力走自力更生的研发道路，只有这样才能让我国的模具制造行业走上世界的顶端取得更大的成就。

3 数控加工切削参数优化

多轴数控加工技术在切削过程中首要的操作步骤就是找到可以切削的点位，然后对该点切削后的最低位置进行设计，进行这个操作步骤的前提就是对数控加工过程中的切削参数进行优化，其中涉及到的流程有参数设计、优化目标函数、约束目标函数、优化问题求解和优化反复等多个方面。但是在模具多轴数控加工过程中模具的切削环境处于随时的变化之中，所以这就给工作人员提出了更为严格的要求，需要工作人员对数控机床进行更好的操作，并且控制操作机床要根据刀具点位的不同对参数进行随时的选择和优化，但是在模具多轴数控的实际加工过程中却不能很好地实现对加工参数地随时调整，针对这种情况工作人员往往采取地解决办法就是找出相邻点位的切削情况的替代品，经常选择的就是用工件的某一点位的切削情况来替代，然后用离线切削条件来对原本连续的切削条件进行替代，用离散的问题来替代连续的问题。这样的解决办法将会是十分高效的。

在实际多轴数控加工过程中存在着很多的路段，并且每一个路段的刀具吃入量都会有一个专门的字母进行表示，工作人员要对进给量和切削线速度进行及时的选择和优化，对进给量、切削线速度和路段长度进行参数的设定。整个工件的加工过程中实质上就是将多少个路段连接在一起。除此之外还需要对目标函数进行不断地优化，如今在模具多轴数控加工过程中对目标函数的优化的方法又具有很多种，如今选用的一般都是目标函数主要从生产率的方面进行，换句话说就是单个零件的最少生产周期。多轴数控机床的功率、进给量和进给速度等参数是目标函数的约束过程中主要涉及到的。在多轴数控加工的实际过程中刚才提到的参数都会受到一定程度上的约束，具体受到的约束就是对应材料去除量大小和单位时间内的机床进给量大小、切削件的宽度和切削速度等等。除此之外刀具的使用时间和刀具材料、零件材料有着很大的关系，也是一个时刻处于变化的数值。其次工作人员还应该根据相关公式然后来对机床的效率系数和机床的最大输出功率等各种参数进行择优选择。

总而言之，多轴数控加工技术在我国虽然起步比较晚但是到如今也已经得到了很大的成就，取得了很大的进步，多轴数控加工技术相较于其他技术来说具有很大的优点和优势，在模具制造行业种应用多轴数控加工技术不仅仅可以提高工件加工的精度，还可以很大程度上节约厂房的占地面积和提高加工的效率。但是由于我国的技术起步比较晚所以相较于发达国家来说还存在着很大的差距，在这种情况下很多的技术必须要依赖进口才可以实现，这就给我国的模具制造行业提出了更加严格的要求，需要技术人员发扬自主创新的精神去不断努力做到自力更生，对新技术进行不断地研究和开发，只有这样才能提高我国企业在市场上的竞争力。