论数字技术的模具制造半自动化

论数字技术的模具制造半自动化

陈健勇

功力机器有限公司山东淄博255129

摘要：20世纪70年代,现代意义的计算机与信息技术融合的高级自动化系统，,极大地提高了产品大批量生产模式下制造质量与制造效率。文章首先阐述了模具自动化制造的意义，之后针对数字化设计环节以及数字化制造环节两个方面提出了关键问题与措施。

关键词：数字技术；模具制造；半自动化；数字权威

1模具自动化制造的意义

产品的个性化需求是人类对于产品的终极性需求，应对这一需求模式的是全社会基于网络连接的智能制造资源的订购模式的运行。但是在相当长的历史时期内，满足人们需求的产品生产方式将依然是大批量生产的大众化需求产品(总量上渐渐呈现递减状态)、中小批量快速变化的小众化需求产品(总量呈现加速状态)与单件性个人定制的个性化产品(呈现出苗头状态)并存。而适应大批量与中小批量产品生产方式的模具设计与制造将长期需要，不可能消失。

尽管大型模具企业的年产值呈现增长的趋势，但是与西方发达国家相比虽然在总量上高于他们，但是从人均生产效率来看依然与西方发达国家低。另外，因为生产方式存在一定的单一性问题，生产周期也造成了产品的难以预测性返工的情况也时有发生。因为这种生产方式过度依赖于经验丰富的老员工，显然经验丰富的老员工数量肯定是不足的，也就造成了返工的现象更多。返工现象会带来很多的问题，首先会造成成本的增强，其次工作人员也会因为返工带来极大的体力劳动和工作厌烦。以上问题也是模具制造人员的招收困难与人员流失严重是行业的一致的困境。这一切都迫切需要模具制造的自动化来解决。

2数字化设计环节拟解决的关键问题与措施

随着计算机辅助设计制造软件在90年代开始大量引入，设计环节告别了原始的手工制图，实现了计算机辅助的2D设计到3D与2D结合设计，再到CAE的分析设计，目前正向着CAD/CAE/CAM一体化目标前进。由于模具的单件生产模式，模具结构的复杂性，制造的难度系数高，同时珠三角模具企业起步较晚，起步时大都从小规模作坊式生产开始，从管理者到员工有着根深蒂固的思想观念-认为模具是“做”出来的，模具制造比模具设计更重要。

此外，就目前来看，设计人员队伍的质量普遍偏低。从事于数字化设计的人员基本构成可以大体分为两部分。一部分是从事制造的“老员工”转来的，工作年限很长，但是从事软件设计的工作者时间虽然很久，但是他们的理论知识不高，工作的效果一般，主要是因为他们在自身意识里认为，设计无非就是在软件帮助下作图即可。第二部分是模具专业毕业的学生，因为本身不行从事于流水线，想在设计的岗位工作，这也造成了没有“实战经验”，遇到问题不能很好的解决。制造图纸一旦出现问题，就会有接连不断的问题出现，往往解决了一个问题，下一个问题就会接踵而至，导致恶性循环。怎样解决数字化设计环节关键问题成为了当下热门的话题，笔者认为：

(1)彻底改变思想观念，从上到下树立设计引领制造的权威性。

(2)提高设计队伍的整体设计能力，制造工人成长的设计人员要培训技术理论知识，如成型材料、工程力学、模具设计、模具材料热处理等，对问题能从一定的理论分析去寻找原因；学校出来的设计人员要有尽量多的时间在生产一线锻炼，最好在机加工、装配、试模等各制造环节都有一段较长的亲身实践时间，锻炼机加工工艺能力、装配能力，学习模具优秀结构设计经验、以及试模时参数选择方面的经验。

(3)侧重培养设计队伍的CAE分析能力，在设计队伍内组织CAE专门分析小组，选择那些制造经验与设计经验丰富并有一定理论水平的人员进行CAE分析，在整体设计队伍中，树立由CAE分析决定模具设计的权威性，以塑料模具为例，具体由CAE全面指导模具的浇注系统、冷却系统、排引气等系统的设计、成型机床工艺参数的选择，实现真正的CAD/CAE/CAM的一体化，确保模具制造机加工环节少返工、杜绝修改图纸现象，实现模具试模环节少试模甚至一次试模完全成功。

(4)模具装配图设计时应充分考虑影响主要装配精度的尺寸链增减环的问题，对于增减环数多的尺寸链特别注明，在工程零件图上根据机床加工精度及加工零件形状尺寸等正确分配好每一环的尺寸精度，确保装配模具时尽量少或者完全不修配的积木式装配的实现。

3数字化制造环节拟解决的关键问题与措施

20世纪80年代中后期，规模上从小作坊开始，一部分企业发展成中大型模具企业，少数进入中国模具协会认定的骨干企业。生产工具经历过短暂的手动控制普通机床加工时期，90年代始逐步引入数控机床，到现在完全进入由数字控制的机床时期。数字化程序控制取代了人手直接参与正在进行的机床加工零件的过程，极大解放了人的体力，从理论上说可以实现了机床生产的半自动化；且产品质量基本是由程序与机床质量决定；同时机床的柔性化水平有了极大提高，只要在加工范围之内，不同形状尺寸的模具零件只要改变程序都能得到加工，解决了模具单件生产方式下机床最少化问题，提高了高精度高成本机床的利用率。

目前，我国在数字化控制的半自动实行中有很多问题需要解决，因此半自动实质上还是需要投入不少的人工，不能真正做到少人化、无人化。其实，造成问题的主要原因还是因为编程人员对机床的操作不熟悉，可能只是在书本中学习的理论知识没有实际接触过机床的操作。通用程序在机床具体加工前需要对每台机床很熟练的操作者去修改程序、修改切削参数、作刀具补偿等一系列加工前程序处理工作，再加上装夹工件、对刀等，每台机床都需要机床操作人员做大量辅助工作；编程人员对于刀具的使用随意性很强，使用的刀具种类、数量多，使得刀具管理难，而且有些加工中心的刀库数量满足不了要求，必须从以下几个方面的措施入手，才能真正解决问题。

(1)企业上下牢固树立程序与编程人员决定制造的权威。

(2)提高编程人员的能力水平，根据优秀编程人员的经验，优化典型零件、典型加工曲面的编程和刀路设计方案。

(3)根据企业多年生产经验，优化常用刀具的种类、刀具规格尺寸，开展刀具标准化工作，大大减少刀具的数量要求；针对少数模具工件个别机床自带刀具库数量上满足不了要求的，建立机床体外辅助刀具库，利用机械手等实现机床体外辅助刀具库自动换刀。

(4)建立编程专用数据库，解决多机床种类等造成的程序差异性，实现对机床有针对性的编程问题，选择各机床优化的切削参数。(5)实施工件(电极)的机床体外装夹校正，减少加工人员数量，提高生产效率。

参考文献

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