周道福
深圳市美好创亿医疗科技股份有限公司 广东省深圳市518000
摘要：
模具号称是工业之母，对现代工业制造领域的方方面面都有着重要的影响。在精密模具制造方面，早些年我过和欧美日等发达国家的制造水平有着不小的差距，随着近年来中国在制造领域突飞猛进的发展，精密模具制造水平也有了跨越式的提升，模具水平已经接近或赶超欧美日等发达国家同行业水平。为中国现代制造业的发展提供坚实的基础保障。精密模具制造过程包含设计技术、CAE计算机辅助分析技术、传统车铣磨加工、数控加工、测量技术等多学科多工种的系统工程，每一个环节都对精密加工结果产生影响，尤其是数控加工环节，是提升精度的最重要环节，其影响因素众多，控制好每一个影响因素，才能充分发挥出数控加工的优势，达到预期的加工精度。
关键词：
精密模具、数控加工、影响因素
引言：
精密模具在不同的发展时期有着不同的目标精度水平和精度预期，我国工信部在《装备产业技术进步和技术改造投资方向（2010）》中，定义的精密模具精度水平为0.01mm。伴随着最近十年精密加工技术的发展和工业设计对制造精度的要求进一步提高，0.01mm精度水平已经不能满足于一些特定高流动性材料模具（如液态硅橡胶（LSR）、聚醚醚酮（PEEK）等），以及一些特别精密零件的模具（如微流控芯片结构件模具、微型仪器结构件模具等）。在这些特定场合下，精密模具的加工水平需要达到0.005mm甚至更高才能满足要求。
数控加工环节对模具制造精度有着重要影响，涉及数控加工中心（CNC）、数控电火花成型机（EDM）、数控线切割成型机（EDW）、数控车床、数控磨床等多种数控设备，每一种都有着不同的加工特性和适用范围。在精密模具加工领域内，数控加工中心（CNC）用途最为广泛，以下就以CNC为例，探讨影响加工精度的因素及应对方法。
一、影响数控加工精度的因素及应对方法
机床的选择：工欲善其事必先利其器，要想达到0.005mm甚至以上的精密加工，首先要有一台本身机械素质好，定位精度和重复定位精度超越目标水平的机床作为基础。以目前全球范围内的机床精度水平来看，达到这一精度水平的机床品牌及规格众多，除了传统欧美日大牌机床外，可喜地看到近些年不少国产机床也可以达到这一精度水平，这就为我们采购机床提供了更多的选择。以下是选择机床时需要重点关注的参数：
机床行程和几何精度：行程越大的机床其自身的制造误差和使用中的形变越大，所以在满足加工行程需要的前提下，行程越小其精度越高；机床的几何精度是衡量一台机床精密程度的重要指标，包含各个运动轴之间的相互垂直度、主轴圆跳动、定位精度、重复定位精度等，这些参数都要满足加工精度的需求方可。
主轴规格和刀柄规格：主轴是CNC机床的核心部件之一，对加工效率和加工精度起着决定性的作用。除了考虑主轴圆跳动参数外，还要考虑主轴功率、主轴扭矩、主轴转速、刀柄类型几个参数。一般的，加工效率和加工精度是相悖的参数，刀柄越小主轴转速越高，对主轴功率和扭矩需求越小，加工精度和表面光洁度约好，但效率越低，反之则亦然。所以对精密加工要求较高的场合，需要在一定程度上牺牲一些加工效率，选择合适大小的主轴来满足我们的需求。
其他可提升精度的软硬件配置：现代高精度机床除了优秀的机械素质外，还会使用一些高科技手段来辅助提升加工精度，如：激光（光学）刀具测量仪用以测量刀具实际规格、机床床身运水系统用以恒定机床床身温度、热补偿系统用以抵消热膨胀等带来的精度偏差、在线测量系统用以减小人为因素造成的装夹偏差和工件在线测量、加工区域恒温系统用于保持机床加工区域内的温度稳定等，这些高科技配置可以有效提升加工精度，在选择机床时视情况选配。
有了高精度的机床就能加工出高精度的零件吗？显然是不行的，高精度机床只是一个必要基础，影响精度的因素复杂繁多，任何环节控制不好，都将功亏一篑[1]。
刀柄类型与装刀：常见的CNC加工中，铣刀均是通过与机床主轴卡口配套的刀柄夹持，装在CNC主轴上进行加工的。刀柄看起来结构简单，但其精度直接影响着精密加工的结果。
从夹持方式分类，常见的刀柄类型有：筒夹式刀柄、热缩式刀柄、油压式刀柄等，每一种刀柄都有各自的优缺点，不能说哪一种是最好的。在选择刀柄时需要注意以下几个细节：① 刀柄与主轴卡口定位方式：主轴卡口基本上都是设计成锥面+平面定位方式的，但并不是所有的刀柄都同时使用两个面进行定位，因为其对刀柄精度要求苛刻，一些刀柄为了降低加工难度，放弃了平面定位，仅保留了锥面定位。② 刀柄长度选择：长度越长其通过性越好，通用性也就越好，但刀柄越长刚性越差，加工时径向弹性形变也就越大，所以在满足加工深度的前提下刀柄选择越短越好；③刀柄直径：与长度类似，刀柄直径越细其通过性越好，通用性也就越好，但刀柄越细其刚性越差，加工时径向弹性形变也就越大，所以在满足加工侧向避让的前提下刀柄选择越粗壮越好；④ 铣刀安装：很多模具加工工厂，为了减少频繁装刀，喜欢选择和安装长柄型铣刀，这样可以“通用于”铣削各种深度特征的工件，但铣刀是这个加工环节上刚性最差的一环，方面的同时带来的是刀具过长刚性不足带来的形变和更大的误差，所以在选装铣刀时，满足加工深度前提下越短越好。
二、各种条件控制
环境温度控制：机床运行的环境温度对加工精度的影响是最容易被忽视的重要因素，很多精密模具加工车间都没有对环境温度控制予以足够重视，导致加工精度一直提升不起来。为什么说环境温度对加工结果有着如此大的影响？其原因就是物体的热胀冷缩。日常生活中我们难以觉察的热胀冷缩量在精密加工中是一个“很大的数值”。举例来说：一般的模具钢材热膨胀量大约在0.012mm/m/℃，假如一个200mm大小的模具零件，温度每变化1℃，其尺寸变化为0.0024mm左右，变化2℃时，仅仅其自身的热胀冷缩量已经接近或超过我们所要的精度水平。加上机床本身在这样环境下的变化量，就已经从理论上不可能加工出所要精度水平的工件了。所以给机床建设一个环境温度控制在±1℃或更高水平的车间是非常必要的。
刀具品质检测：在CNC数控程序中设定的铣刀规格均为理论数值，由于铣刀也是使用数控磨刀机加工而成，实际使用的铣刀轮廓数值由于加工过程的精度偏差、刀具应力弯曲等，均会与理论数值存在一定的偏差，这个差值会直接反馈在铣刀对应部位加工的零件精度上。刀具加工厂一般会默认将铣刀实际值加工略小于理论值，这样在实际加工过程中不会导致零件加工过切。很多没有配备刀具参数检测设备的模具工厂也会从经验上默认刀具偏小一定的数值，配备激光刀具参数仪的CNC可以有效的检测刀具的直径和端面长度，但难以准确检测球刀和圆鼻刀的轮廓值。如下图，这是一把球刀经刀具参数仪检测后输出的结果，从结果上可以看出，其正负偏差合计达0.0122mm，远超出精度所需，并且是在不同角度上的偏差并不均匀，实际使用过程中也无法进行补偿，在这种情况下，只有进行加工前全面的刀具品质检测，提前调出这类参数异常的刀具，才能最大限度的减少加工异常的出现[2]。
震动带来的影响：对于精密加工而言，震动带来的负面影响也是不可忽略的因素。在精密模具工厂选址初期，就应该选择远离有震动源的区域作为优先选项。有条件的应该在工厂建设期间，为每一台设备只做独立的设备承台用来隔绝周边的振动波传递给机床。此外在运营期间，也要有目的的去管理振动，减少其对加工精度造成的负面影响。如：将粗加工用的设备远离精密加工设备、将钳工配模区域远离精密加工车间、不在精密加工车间外的厂区道路上安装减速带等等。
微米级精密加工可以称得上是挑战金属机械加工极限的一种技术，各种细微的、不被注意的因素都有可能对精密加工结果造成负面的影响，以上只是从几个典型的影响因素方面阐述如何减小这些因素对精密加工造成的负面影响，其他影响因素还有很多，需要在实际加工过程中不断总结，不断累积，才能使精密加工水平越来越高[3]。
三、总结
改善模具制造过程中的裂纹或变形等不规则现象一定要根据模具制造的实际情况来进行。综上所述，可以看出影响模具制造的原因有很多，在实际工作中，相关经营者和操作者要多加注意，从材料、工艺、机械等方面提升模具制造品质，改进模具制造工艺，延长模具使用寿命。
参考文献：
【1】朱家乐.模具制造技术运用中影响因素分析[J].电脑迷,2016(08).
【2】赵璐.模具制造技术运用中影响因素分析[J].科技创新导报,2013(04).
【3】钟卓军.浅析模具制造中的电火花加工技术[J].现代企业教育,2014(12).