（机械制造及其自动化专业论文）轮胎模具标准件cad及花纹块cam技术研究.pdf

青岛科技大学研究生学位论文 轮胎模具标准件c a d 及花纹块c a m 技术研究 摘要 c a d ，c a u m 技术伴随着各项科学技术的发展，以及人们工作追求效率的要 求蓬勃发展起来，已经成为轮胎模具行业乃至各个行业必然的发展趋势，以此为 出发点，并且结合公司工程实际需要，对轮胎模具中涉及到的标准件c a d 技术 以及轮胎模具花纹块制造工艺和生成数控程序的c a m 技术进行了研究。 在轮胎模具标准件c a d 方面： 1 ) 运用s q l s e r v e r2 0 0 0 的技术建立了轮胎模具标准件数据库，其中包括标 准件参数表，标准件关系表。此数据库的优点在于使系统数据资源共享，独立， 以及可以集中管理，并且有利于参数化尺寸驱动自动建模的实现。 2 ) 运用u g 建立了轮胎模具三维标准件参数化模型库，并且进行了标准件参 数化造型过程的宏录制。 3 ) 运用v i s u a lb a s i c6 0 作为开发语言，完成了局域网客户端轮胎模具标准 件库系统的建立，并实现了对数据库的访问连接。结合u g 二次开发技术，完成 了对轮胎模具标准件模型的尺寸驱动。 在轮胎模具花纹块制造工艺及花纹块q 址直方面： 着重介绍了笔者所调研的轮胎模具花纹块制造工艺以及基于u g 的花纹块加 工数控程序生成的c a m 过程。 1 ) 分析了传统的花纹块制造工艺，以及它们各自的优缺点和适用场合。 2 ) 分析了目前常用的花纹块模具制造工艺，并且以笔者所调研的花纹块模 具制造工艺为例，系统的分析了花纹块制造工艺的全过程。 3 ) 分析了数控编程的一般流程，为花纹块c a m 部分的工作做系统的流程指 导，然后以本花纹块模具制造工艺过程中数控粗铣为实例，系统的分析了花纹块 模具花纹部分数控编程的全过程。 关键词：轮胎模具标准件花纹块计算机辅助加工 青岛科技大学研究生学位论文 t i r em o l ds 丑帅a r dp a r t sc a d a n dr 蛔_ i e r nb l o c kc 6 蝴 t e c h n o l o g yr e s e a r c h a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ，a sw e l la st h ep u r s u i to f o f f i c ee f f i c i e n c y ，c a d 、c a mt e c h n o l o g yh a sb e c o m ei n t oaf l o u r i s h ，a n dh a sb e c o m e i n t oan e c e s s a r yt r c n do fd e v e l o p m e n ti nt h et i r em o l di n d u s t r y 嬲w e l l 硒a l lt h e i n d u s t r y ，a sas t a r t i n gp o i n t , a n dc o m b i n i n gw i t ht h en e e d so fa c t u a lp r o j e c t si nc o m p a n y ， ih a v es t u d i e di nt h ep a t t e r nb l o c ko ft i r em o u l d ，r e v o l v i n gc a dt e c h n o l o g ya n d m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e s ，a sw e l la st h ec a mt e c h n o l o g yi ng e n e r a t i n gn cp r o g r a m i nt h ea s p e c t so fc a dt e c h n o l o g yi nt i r em o l ds t a n d a r dp a r t s ： 1 ) u s i n gt h et e c h n o l o g yo fs q ls e r v e r2 0 0 0 t oe s t a b l i s had a t a b a s ef o rt i r em o l d s t a n d a r dp a r t s ，i n c l u d i n gt h ep a r a m e t e rt a b l e sa n dr e l a t i o n s h i pt a b l e so fs t a n d a r dp a r t s t h ea d v a n t a g e so ft h i sd a t a b a s es y s t e mi st os h a r ed a t a r e s o u r c e s ，a n dm a k ei t i n d e p e n d e n t ，a sw e l la si nc e n t r a l i z e dm a n a g e m e n t i tw i l lf a c i l i t a t et h er e a l i z a t i o no f a u t o m a t i cm o d e l i n gb yp a r a m e t e rs i z ed r i v i n g 2 ) u s i n gu g t oe s t a b l i s hap a r a m e t e r i z e dt h r e e d i m e n s i o n a lm o d e ll i b r a r yf o rt i r e m o l ds t a n d a r dp a r t s ，a n dc o n d u c tam a c r or e c o r d i n go ft h ep r o c e s so fs t a n d a r dp a r t s p a r a m e t r i cm o d e l i n g 3 ) u s i n gv i s u a lb a s i c6 0 勰d e v e l o p m e n tl a n g u a g e ，t h ec l i e n tc o m p l e t et h e e s t a b l i s h m e n to ft i r em o l ds t a n d a r dp a r t sh b r a r ys y s t e ma n da c h i e v ea c c e s sc o n n e c t i o n t o t h ed a t a b a s e c o m b i n i n gt h et e c h n o l o g yo fu gs e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ，c o m p l e t e da s i z ed r i v i n go fs t a n d a r dm o d e lo ft i r em o l d i nt h ea s p e c t so ft i r em o d e lm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa n dc a m t e c h n o l o g yo ft h e p a t t e r nb l o c k s f o c u s e do nt h et i r em o l dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa n dt h eu g - b a s e dp a t t e r nb l o c k c a m p r o c e s s ： i h 轮胎模具标准件c a d 及花纹块c a m 技术研究 1 ) h a v i n ga n a l y z e dt h et r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r i n gp r o c e s so fp a t t e r nb l o c k s ，弱w e l l 嬲t h e i rr e s p e c t i v ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa n da p p l i c a t i o no c c a s i o n s 2 ) h a v i n ga n a l y z et h ec u r r e n tm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e so fp a t t e r nb l o c km o l d c o m m o n l yu s e d ，a n dw i t ht h ea c t u a le x a m p l eo ft h ep a t t e r nb l o c km o l dm a n u f a c t u r i n g p r o c e s sw h i c hi ss t u d i e db ya u t h o r ，e l a b o r a t et h ee n t i r ep r o c e s so fm a n u f a c t u r i n g p r o c e s s e s 3 ) h a v i n ga n a l y z i n gt h eg e n e r a lp r o c e s so fn cp r o g r a m m i n g ，t og u i d et h ec a m p r o c e s s e so fp a t t e r nb l o c k s ，a n dt h e nw i t ht h en cr o u g hm i l l i n gi nt h ep a t t e r nb l o c k m o l dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa sn l la c t u a le x a m p l e ，c o m p l e t e dt h ee n t i r ep r o c e s so ft h e n c p r o g r a m m i n go ft h ep a t t e r np a r t si nt h ep a t t e r nb l o c km o l d s k e yw o r d s ：t i r em o l ds t a n d a r dp a r t s p a t t e r nb l o c k c a n l i v 轮胎模具标准件c a d 及花纹块c a m 技术研究 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请 的论文或成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了 明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 翮7 伟 日期： 加q o 年6 月侈日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解青岛科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人离校后发表或 使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为青岛科 技大学j ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 本人签名：剥，f 扣 剔磁名确帆i 训，呵li 日期：抽。c 7 年；月媚 日期。 如。7 年6 月以佃 青岛科技大学研究生学位论文 1 绪论 1 1 引言 伴随着科学技术，特别是信息技术的飞速发展，促进了世界经济一体化和全 球制造的向前发展趋势。尤其是2 0 世纪9 0 年代以来，持续、快速、无法预测的 激烈竞争环境变化对企业的组织结构和生产模式的合理性发出了新的挑战。因为 一方面，快速决策响应能力要求企业规模要小，要求结构简单、灵活；而另一方面， 大量的新技术和产品带来转瞬即逝的市场机遇和高投入的和高产出的高风险挑 战，这就要求企业有足够技术储备并且在资金上有抵抗风险的能力。所以面对巨 大挑战，世界各国提出了先进制造技术的发展思路，这就推动了计算机辅助设计 与制造( c a d c a m ) 、并行工程、计算机集成制造、快速原型制造、精益生产、敏 捷制造、智能制造、虚拟制造等各种先进制造技术、理论、方法的不断涌现，而 这就使传统制造业发生了根本性的变革i l 】。这其中，制造业应用的c a d c a m 技 术更是核心与基础的支撑。在另一方面，模具工业是国民经济的基础性产业，模 具工业的发展水平的高低标志着一个国家工业水平的高低和产品开发能力的强 弱。无论是在汽车轮胎工业还是家电的轻工业产品等皆与模具制造技术密切相 关。所以，提高模具工业技术的c a d c 蝴水平，无疑是重中之重。模具工业 c a d c a m 技术是现代模具工业技术的核心和的发展方向。模具的删c a m 技 术成为c a d c a m 技术发展中的最具活力的、创造效益最高的应用领域，于此同 时模具工业也是c a d c a m 技术应用最普及、最成熟的行业之一【2 j 。 1 2 轮胎模具工业在我国的发展状况 在最近十年轮胎模具工业取得了高速发展，上世纪8 0 年代成功研制了第一批 子午线轮胎活络模具，标志着我国轮胎模具制造技术日趋成熟。2 1 世纪，我国汽车 制造业迅速崛起，使轮胎模具制造业面临了前所未有的发展大好机遇。 通过几十年的发展，轮胎模具结构从两瓣模发展到活络模，模具的结构由简单 到复杂，模具的材料由铸铁到铸钢、铸铝以及合金铸钢，模具制造工艺由简单手工 化、机械化加工发展成为五轴五联动数控加工【3 j 。同时模具的设计以及制造水平 进一步提高，轮胎模具呈现产销两旺的大好局面，带动民间投资力度的加大。凭借 技术改造和技术创新以及新的技术、工艺和产品的不断涌现，轮胎模具企业大踏步 地向高新技术企业迈进。目前，生产轮胎模具的企业共有1 0 0 多家，已达到一定组 织规模的企业3 0 多家，这其中，年生产能力2 亿元以上企业有两家，为广东省巨轮模 轮胎模具标准件c a d 及花纹块c a m 技术研究 具股份有限公司以及揭阳市天阳模具有限公司。生产能力1 亿元以上的企业有两 家，为沈阳子午线轮胎模具有限公司以及山东豪迈机械科技有限公司。另外，常州 天阳橡塑模具有限公司、安徽王子精品模具有限公司、河南省环球模具有限公司、 天津天合模具有限公司、绍兴县轮胎模具有限公司等2 0 多家企业的生产能力已 形成较大的规模。 伴随着中国加入w t o ，挑战与机遇并存，我国模具工业所面临机遇大于挑战。 一方面模具进出口业务高速发展，而另一方面外来资本大量流入中国模具行业。由 于外资的大量涌入而产生的两种效应一方面是外资带来的不仅是资金，也带来了 市场与技术；另一方面是外资企业在国内市场中处于相对优势的地位，这就给国内 民族模具工业带来了很大竞争压力。而这两种效应都起到了促进中国模具工业快 速发展的作用，其中包括模具产品的质量、数量、水平等。近些年来，国家的产业 政策一直把模具行业列为支持的行业。而正确的产业政策起到了正确的引导作用， 促进了我国模具工业的飞速发展和模具市场的繁荣。 自8 0 年代以来，我国轮胎模具工业快速发展，与此同时高速发展的国民经济对 模具工业的发展提出了更高的要求，为其进一步发展提供了源动力，在近几年中 轮胎模具工业正进入设备更新、产品升级的发展时期。传统手工刻模模具加工工 艺被予以革新，电火花蚀刻工艺加工模具占据领先地位，同时伴随着科技发展，尤其 计算机控制在模具加工上的日益成熟运用，再配置先进的软件与硬件设备，以及先 进的c a d c a m 技术，实现了曲面造型由计算机完成加工仿真以及刀路校验，三维 实体的模拟加工，多样的加工策略，三轴数控机床实现电极与模具加工。这其中， 全自动数控电火花机床的深度误差o 0 1 r a m ，分度误差2 0 ，用其先进的设 计、加工方法确保模具的高精度。 我国轮胎模具数字制造系统快速发展。轮胎模具c a d c a m 系统应用特征识 别以及图形交互输入方法，来获取特征信息，以迅速设计出相应部件，而基于尺寸驱 动的三维参数化造型技术，就使模具结构设计修改快捷方便，使模具的质量更加可 靠，缩短了生产的周期，从而使企业能够迅速适应市场的变化，极大增强应变的能 力。 我国轮胎模具数字制造系统是由计算机网络、数据库、设计中心、数控机床、 三坐标测量仪、雕刻机、电火花加工机床、加工中心等组成。 ( 1 ) 迅速的原型体系。轮胎的结构通过三坐标测量仪测量直接获得，过程是将需 加工的轮胎放于三坐标测量仪的工作台面上，自动取各离散点，然后由测量头测得 坐标值( x i ，y i ，z i ) 输入数据库。 ( 2 ) 数据库。将由三坐标测量仪读取出的轮胎离散参数，存放于网络数据库内。 ( 3 ) 轮胎模设计中心。该设计中心是根据数据库存放的模具信息，虚拟生成轮胎 2 青岛科技大学研究生学位论文 模具并仿真。 ( 4 ) 电极的加工。经过网络的输送，将数据库中的数据在网络终端进行处理，然 后由软件处理系统在计算机上进行加工仿真和线路校验，在工中心或数控铣床上 行电极加工，而工作人员不需要编程，只需要输入命令，就可以完成整体的电极三 坐标加工。 ( 5 ) 应用电火花滚花。淘汰了手- r _ n 模技术，滚花技术从单板机控制的半自动电 火花机床进一步发展到了全自动电火花技术。它除了装卸工件要由人工完成外， 余下均可由计算机控制完成，从而实现一人多机甚至无人管理的现代化生产体系， 从而大大降低劳动力的成本。 ( 6 ) 应用雕刻机刻字。轮胎模具尺寸标注以及厂名同样地应用雕刻机在滚花后 的工件上直接雕刻完成，这在提高劳动生产率的同时也降低了废品率。 1 3 模具c a d c a m 技术发展状况 1 3 1 国外模具的c a d c a m 技术发展状况 于2 0 世纪6 0 年代国外开始进行模具c a d c a m 技术的研究，到2 0 世纪7 0 年代已经研制出了模具c 触) i n a m 专门的系统，其可应用于各种类型模具设计以 及制造，同时也取得了理想效果，所以受到了世界各国的普遍重视。而到8 0 年 代末，在日本、美国等发达工业国家的模具生产，甚至己有近5 0 采用c a d c a m 技术，范围从产品设计到工程设计。在机械行业中，汽车制造和飞机制造等大型 工业率先应用了c a d c a m 技术。9 0 年代后，国外的c a d c a m 技术向着更高 水平发展。自2 0 世纪8 0 年代基础之上，从软件、产品的数据管理以及面向目标 的开发技术和产品建模、智能设计，质量检测等方面都有所突破，这就为实现并 行工程制造了更加完善的实现环境。 意大利的l o i v e i t i 公司在2 0 世纪6 0 年代末期开始研究以面向冲裁模为主 的c a d c a m 系统，使模具制造的周期缩短了6 0 ，成本降低了5 0 。美国的 d i lc o mp 公司于1 9 7 3 年首先研制成功p d d c 连续模系统。在该系统中，基本 输入有材料代码与特性，数字化零件图，还可以制定合适的模具结构形式来提高 设计质量并且缩短设计所需时间。一般手工设计需8 周才能完成的工作，如果使 用该系统就可在2 周内完成，并且整个生产的准备时间由1 8 周缩短至6 周。捷 克斯洛代克金属工业研究院于1 9 7 7 年研制成功a k t 冲模c a d 系统。它可以进 行简单模、复合模以及连续模的冲裁模设计，剪短模具的生产周期由原来的1 个 月至8 天，减少成本一半左右。日本机械工程实验室于1 9 7 8 年研制成功冲裁级 进模c a d 系统，此系统由绘图、凹模设计、工业分析、产品输入、模具类型选 3 轮胎模具标准件c a d 及花纹块c a m 技术研究 择、多种排样等1 0 个模块组成。日本富士通公司于1 9 8 5 年成功研制级进模集成 c a d 系统，它可用于弯曲零件级进模设计，其中包括凸模和凹模形状设计，产品 图输入等，它采用的是交互式设计与自动设计相结合的方法，设计周期只是手工 设计的4 0 左右。前苏联科学院综合技术研究所，英国s u c f f o r d 大学等都从7 0 年代就对冲模c a d 系统开始进行研究。这其中要提到，由德国s t e p p e r 模具制 造公司自行开发的p r o f i c a m 软件和k i w i 软件，在模具洲c a m 中可谓先 进系统，是集模具设计，制造为一体的高质量，高速度，高寿命的级进模c i m s 系统，其不仅可以完成模具设计的全过程，并且同时能根据设计数据来自动生成 多种加工方式的加工程序，如锁削加工、线切割、磨削加工和铣削加工等加工方 式的程序。 1 3 2 国内的模具c a d c 棚技术发展概况 我国计算机技术碍于硬件技术的影响起步较晚，模具c a d 删技术的开发 与研究从2 0 世纪8 0 年代才开始。上海星火模具研究所与上海交通大学于1 9 7 8 年开始研究简单冲裁模c a d c a m 技术。上海交大模具技术研究所于1 9 8 3 年初 成立，叫c a m 研究中心在此基础上建立，注塑模、冲裁模的c a d c a m 研 究得以开展。研究成功的c f s 系统有两方面功能，一方面为几何信息与后置处理 的自动编程，第二方面为模具结构设计，零件设计同工艺参数计算的辅助编程。 国内一些研究单位和院校于2 0 世纪8 0 年代中、后期陆续成立了模具c a d c a m 研究中心和研究室。浙江大学在智能级进模以及普通冲裁模c a d c a m 方面，华 中理工大学在冲裁模、精冲模、汽车覆盖件c a d c a m 方面，北京机电研究所在 精冲模和普通冲裁模c a d 方面，西安交通大学在弯曲级进模、普通冲裁模以及 拉延模c a d 方面，吉林工业大学在锤锻模和辊锻模a 岫i c a m 方面，清华大学 在锻模c a d 方面都取得了一定的研究成果【”e l 。我国模具c a d c a m 技术从2 0 世纪8 0 年代末到2 0 世纪9 0 年代末位于完整、修改、提高的稳定发展阶段。例 如上海交大的国家模具c a d 工程研究中心，对模具c a d 系统中一致性相关设计 装配模型进行了研究。通过将树状模型结构和环状模型结构进行结合，从而使模 具c a d 系统中零件图与装配图一致性设计难题解决。 我国当前模具c a d c a m 技术水平以及研制出的软件总体来说在稳定性和可靠 性方面与国外发达国家软件相比尚有一些差距，所以使用软件企业需要逐步协调 发展产品的结构、工艺设计以及生产管理等方面。在使用本地化软件过程中，应 该及时反馈信息以此来促使软件业的发展，于此同时也要在消化和吸收国外软件 的基础上注意使我们的产品设计，模具设计与之相适应。 1 3 3 国内模具企业c a d c 棚技术运用概况 ( 1 ) 模具设计技术仍比较落后 4 青岛科技大学研究生学位论文 在模具设计过程中，使用c a d 技术的企业并不多，大多数企业进行模具设 计和开发，仍然处在运用一般二维软件代替绘图板，依赖技术人员经验层面上， 而加工模具，大部分企业也只能利用普通机床，这就使模具的加工精度和使用寿 命要求无法得到确保。有些企业则是由于企业决策人员没有充分认识c a d c a m 软件作用从而不愿意加大投入力度，导致根本没有把购买软件和培训技术人员排 上议事日程，这就使得即便购买了价格昂贵的加工中心，但加工中心却只能做一 些零件的加工，因为它只能依靠简单的手工编程，这就不能充分发挥加工中心的 作用从而造成了经济效益的大量损失1 7 8 1 。 ( 2 ) 各企业都具备一定的生产能力 模具使用较多的企业为了生产方便都有能力与意愿去自行生产一些经常需 要使用到的简单模具，可是模具新品开发的特点是耗费人力大，速度慢、见效迟、 由于此原因故有时为了确保企业的暂时效益，虽然明知新模具的开发是必要的， 但也不得不放弃开发新品。从长远前景来看，这将会降低企业在市场上的竞争力， 最终导致企业难以在市场中立足。此外，各企业关于模具生产大多自成系统，企 业间不能彼此取长补短，使模具设计制造水平整体不高，导致无法满足目前制造 业发展需求。 ( 3 ) 模具市场有较大潜力 通过观察国外经济发展规律，我们发现在一些经济发达国家如美、德、日、 英等国每年的模具总产值都会超过机床的生产总产值，但我国的模具产值却竟然 是机床产值的零头，这说明模具行业会伴随经济的发展而取得长足进步。其次， 国内对模具有大量的需求。能生产高档模具的企业目前国内还不多，技术力量雄 厚的企业从自身利益出发，不愿公开技术以及进行相互交流使得企业之间存在着 技术封锁。汽车行业对模具需求相当大，尤其是汽车的改型。一个汽车车型在日 本一般使用5 年左右，轿车一般为3 年左右，2 0 0 5 年的中国机械工程学会的年会 论文集中，指出一种汽车车型有近2 0 0 0 套模子，大件为3 0 0 多套，我国以前大 都从国外进口这些模具，伴随国家产业结构政策调整，模具的进口被限制，强调 了模具必须由国内研究所或企业来自行开发，这就使得国内汽车模具研究和新品 j 开发有了长足发展的政策保障。伴随国家产业结构政策调整，模具的研究开发是 有很大市场和潜力削引。 1 3 4 模具c a d c a m 的关键技术 ( 1 ) 设计过程中的“规范化 “规范化 应被理解为软件的适用性、查错及排错能力i 埘。在进行人工模具 设计时，虽然也是按照一定的流程进行，但灵活性很大。c a d 则要求必须按照一 定步骤进行，以此来保证内部“数据流 的连续性。在各个步骤的内部要求则更 5 轮胎模具标准件c a d 及花纹块c a m 技术研究 加严格，必须考虑到在编制软件过程中可能遇到的问题，并且提出解决方案，否 则软件运行一旦遇到“意外 问题，就会出错。由此可以看出，设计过程的“规 范化刀是软件水平和成败的关键技术。但是要事先考虑到所有可能遇到的问题是 无法做到的，因此这就造成了c a d 软件适应性和实用性差的问题。如何才能解 决好这一问题是模具c a d c a m 的研究方向之。 亿) 设计方法的算法化 计算机科学中，算法是指利用计算机解题的精确描述【l 。 1 ) 如何把每个设计问题都抽象为数学模型，如何把设计准则和线图、数表都 转化为计算机所能够处理的表达形式都是关键技术，也就是说如何设计出这些算 法是模具a 址删的关键技术之一。 2 ) 计算机完全没有“形象思维能力，所以无法进行图形处理。必须把图形 处理数模化来使其具备这一能力，即对模具零件或工件进行显示、投影、移动、 旋转和绘制，将模具零件或工件用数学方式描述等，同时还需要设计算法。模具 q 址) ( 、a m 中难度最大、工作量最多的一部分就是图形处理。 3 ) 各种结构、方案、参数等逻辑决策问题都会在模具设计过程中碰到，一般 情况下都是由经验决定的。但许多表格中查取的参数以及经验公式中的系数都不 是单值的，还需凭经验选取。而在这些问题中，很多无固定模式，也无固定规律 可借鉴，因此数模化难度很大，有的甚至无法被数模化。这些都影响软件的可靠 性。 ( 3 ) 数据结构 软件基本组成结构是算法和数据结构两大部分【1 2 1 。模具c a d c a m 过程中， 从最初的加工工件到最后的模具零件，所有的对象和问题，全都是用数据来表示 和传递的，整个的c a d c a m 过程其实就是数据的流动以及加工过程。所以，如 何很好地组织数据，以方便、确切、精练的形式描述出各对象和问题是非常重要 的。 1 ：3 5 模具c a d c 州技术发展趋势 ( 1 ) 标准化 a 缸狄：a m 系统可以建立标准件数据库，非标准件数据库以及模具参数数据 库。其中标准件库中的零件可以在c a d 设计过程中随时调用，并采用g t ( 成组 技术) 生产。存放于非标准零件库中的零件，虽然它的结构与设计所需有所不同， 但可以利用系统自身的建模技术方便地对其修改，以此来加速设计的过程，典型 的模具结构数据库实现于参数化设计基础上，只要按照客户要求提出相似模具结 构，然后修改，即可生成所需结构【1 31 4 1 。 ( 2 ) 智能化 6 青岛科技大学研究生学位论文 删渊系统的智能化主要体现在专家系统思想的引入，通过引入虚拟专 家，让他来处理模具设计制造中遇到的问题，专家系统拥有数据模块，知识库模 块以及控制模块，专家系统可以解决的问题有特征统计，知识表示，概念设计， 推理方法等，其具有启发性、灵活性的特点，整个专家系统具有人工智能o 蝎理 想的智能模具系统响应，可以自动产生出设计方案并与此同时对方案进行最优评 价和选择，同时还对模具的设计制造提供全方位过程响应和处理。 ( 3 ) 集成化 模具的c a d c a m 技术与g t , c e ，c a e 和c a p p 技术密切联系，它们组成一 个有机的整体，其关键理念在于建立一个全局模具产品数据模型，以期在产品的 开发和模具的设计中，能够提供全部信息，这就就可以形成信息的共享，交换处 理以及反馈，它综合了系统集成、计算机、并行和管理技术，展现了系统化的思 想直至完全发展为c i m s 。 ( 4 ) 网络化 网络化设计的发展伴随模具工业规模的扩大、资源信息的共享、交换等，已 经成为必然，发展前景为在计算机为中心的智能工作站的基础之上建成分布式系 统，以此完成c a d c a m c a e c a p p 计算机局域网络的构建，功能强大，结构灵 活，与此同时，通过进一步拓展局域网i n t e m e t i n t r a n e t e x t r a n e t ，系统允许异地设 计人员在同一时间对时间的评价和修改，以此来实现异地操作和数据交换。此外， 冲压柔性制造系统，快速成形技术限p ) 、敏捷制造( a m ) 和虚拟制造( v l 旧等技术 也是模具发展的新方向。 1 4 课题的来源及意义 本课题的题目是轮胎模具标准件c a d 及花纹块c a m 技术研究。课题来源于 实习公司。目标是建立轮胎模具标准件库c a d 系统以及分析研究轮胎模具花纹 块加工工艺并完成花纹块铣加工的数控编程的c a m 过程。 模具工业技术水平的高低是衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，因为 它是工业生产中的基础工艺装备，也是一种高附加值的高精密集型产品，随着对 模具制造技术要求越来越高，传统的制模方法已经不能满足需要，这就促使了日 益发展的c a d ，c a m 技术在模具行业的发展成为必然的趋势。 近年来模具标准件库的应用日益增多。为了减少重复劳动，提高工作效率， 许多研究机构和设计生产部门都在各种c a d 平台上利用其提供的二次开发接口 进行二次开发。大多数的c a d 系统不含有标准件库，不能满足设计人员的设计 需求，因此相关的设计部门和科研机构采用不同的方法开发了行业内适用的标准 件系统，很大程度上提高了设计效率。可见开发适合企业自身需要的轮胎模具标 7 轮胎模具标准件c a d 及花纹块c a m 技术研究 准件库c a d 系统是模具行业发展的需求，只有藉此才能提高生产效率，紧跟行 业发展脚步。 花纹块是轮胎模具的重要组成部分，也是轮胎模具加工的主要点，其加工工 艺决定着采用的加工设备，也决定着轮胎的质量和精度。可见加工工艺的适合与 否，绝对着轮胎从生产到应用的一系列环节，是一个企业能否充分利用现有资源， 并且将其整合，使物以至用，充分发挥企业潜力的关键，是一套产品能否以最经 济的方式适合客户需求，保证高质量的关键。同时，在轮胎模具制造工艺过程中 涉及到的铣加工过程，因为应用到了数控加工过程，所以又引入花纹块的铣加工 过程的数控程序生成的c a m 过程，轮胎模具花纹块c a m 过程使花纹块的加工 过程更为系统，快捷，使花纹块可以直接由设计转为加工过程，大大缩短了工作 周期，所以研究轮胎模具花纹块的c a m 过程，具有现实积极意义。 1 5 课题的主要内容 ( 1 ) 建立轮胎模具标准件模型库并开发出参数化数据库。 利用u g 软件为绘图工具，对轮胎模具标准件进行三维参数化建模。同时按 照企业使用习惯来分类拟进行参数化建模的轮胎模具标准件。通过分析轮胎模具 标准件系统所涉及到的各种数据，以此为基础来对这些数据进行大的分类同时确 定各种数据的保存形式，并且通过分析数据表的结构来以最优的形式建表。 ( 2 ) 参数化驱动轮胎模具标准件库并开发用户界面。 以v i s u a lb a s i c6 0 为开发语言，并且结合u g 软件的二次开发功能，开发客 户端标准件库系统。编写应用程序以参数化驱动前面所建的轮胎模具标准件模 型。 ( 3 ) 分析花纹块模具的制造工艺。 分析了传统的花纹块制造工艺，以及它们各自的优缺点和适用场合，分析了 目前常用的花纹块模具制造工艺，并且以笔者所调研的花纹块模具制造工艺为 例，系统的阐述了花纹块制造工艺的全过程。 ( 4 ) 基于u g 建模及加工模块的的花纹块加工数控程序的生成。 分析了数控编程的一般流程，为花纹块加工数控程序韵生成c a m 部分的工 作做系统的流程指导，然后以本花纹块模具制造工艺过程中数控粗铣为实例，系 统的完成了花纹块模具花纹部分数控编程生成的全过程。 1 6 本章小结 本章着重介绍了轮胎模具工业的发展现状，数字设计制造，以及模具 c a d ，c a m 发展现状，将模具c a d ，c a m 技术发展现状与轮胎模具工业发展情况 8 青岛科技大学研究生学位论文 相结合在一起来看，更直观的引出了本论文的意义及主要研究内容。 9 轮胎模具标准件c a d 及花纹块c a m 技术研究 2 轮胎及轮胎模具 2 1 轮胎的分类 轮胎的种类很多，也有很多种分类方法：有按轮胎用途分类的，有按车的类 型分类的，有按轮胎花纹分类的，有按轮胎大小分类的，有按轮胎构造分类的。 ( 1 ) 以轮胎用途为标准进行分类 轮胎按用途分类，包括载重轮胎；客车用轮胎；矿山用轮胎等种类。 ( 2 ) 以汽车种类为标准进行分类 按车种分类，轮胎大概可分为8 种。即：p c - 甥 车轮胎：- 载货汽 车及大客车胎；i ，t _ _ 轻型载重汽车轮胎；o t r 工程轮胎；i k 工业用 车轮胎；a c - 飞机轮胎；m c - 摩托车轮胎；a g 卜一农用车轮胎。 ( 3 ) 以轮胎结构为标准进行分类 按照轮胎结构分类，从目前广泛使用的情况来看，可分为子午线轮胎和斜交 轮胎两大类。 这其中子午胎还可进行更细致的划分。根据带束层部分及胎体部分所用帘线 品种的不同，可将子午线轮胎分为三种：全纤维子午线轮胎、全钢丝子午线轮胎、 以及钢丝带束纤维胎体子午线轮胎( 半纲丝子午胎) 。根据有无内胎又可将子午胎 分为内胎轮胎以及无内胎轮胎( 也称真空胎) i x 5 1 6 1 。 ( 4 ) 以轮胎大小为标准进行分类 按轮胎大小进行分类，分为巨型轮胎，通常是指外胎断面宽度在1 7 i n ( 英寸， l i n = 2 5 4 r a m ) 以上的轮胎；大型轮胎是指外胎断面宽度在1 7 i n 以下、1 0 i n 以上的 轮胎；中小型轮胎是指外胎断面宽度在1 0 i n 以下的轮胎。 ( 5 ) 以轮胎花纹为标准进行分类 按花纹分类轮胎有很多种，但总体可分成五种：直沟花纹轮胎，也称为普 通花纹轮胎；横沟花纹轮胎；纵横沟花纹轮胎；越野花纹轮胎；泥雪地花纹轮胎。 2 2 轮胎的结构 充气轮胎一般是由外胎、内胎和垫带三部分组成，外胎的组成结构主要包括 胎圈( 胎侧、钢丝圈) 、胎冠( 胎面、缓冲层、帘布层) 以及胎踵、胎趾等。制 作轮胎模具时，要考虑的主要结构是外胎的胎面，因为由于胎面花纹的原因，使 外胎胎面成为轮胎模具中结构最复杂、制作难度最大的部分【1 7 1 。( 如图2 - 1 所示) 。 1 0 青岛科技 学研究生学位论文 1 - t y r cc t o w n 2 - t y r es h o u l d e r3 - t y ms i d e4 - t v rc i r c l e5 - t y r es u r f a c e6 - b u f f e r l a y e r7 - c o r d l a y e r 圈2 1 克气轮胎 f i 9 2 - 1i n f l a t a b l e t i r e 22 1 带内胎充气轮胎 它的主要组成部分是外胎、内胎和毕带。外胎的作用是保护内胎不受损伤并 且使轮胎具有一定的弹性内胎内充八压缩空气，挚带处在内胎下面，其作用是防 止内胎与轮辋硬性接触而引起损伤( 如图2 - 2 所示) 。 1 - e x t e n m l 血e 2 - i n t e r a a l t i r e3 - i a db e l t 图2 - 2 有内胎的克气轮胎 f i 9 2 - 2 t u b e d i n f l a t a b l e t h e 222 无内胎充气轮胎 从外观上看来，其与普通轮胎相似，但有若干道同心环形槽纹处在胎圈外侧， 当在轮胎内空气压力的作用下，胎圈能在槽纹的帮助下紧贴在轮辋边缘，这样胎 圈就能与轮辋保持良好的气密性i ”i ( 如图2 - 3 所示) 。 强j 轮胎模具标准件c a d a 耗& 块c a m 披术m 宄 1 - s u b b e rs e a l l a y e r 2 。s e l f i a d h e s i v e l a y e r 3 - s t r i a4 - r i m5 - v a l y e 圉2 - 3 无内胎的充气轮胎 f i 9 23 t u b e l e s s i n f l a t a b l e t i r e 223 子午线轮胎的结构特点 如罔2 4 和表2 - 1 所示即为子午线轮胎的结构组成。它由帘布层、带柬层 胎冠、胎肩和胎圈组成，井目由带求层箍紧胎体。 圈2 4 子午胎结构示意圈 f i 9 2 4s c h e m a t i cp l a no fr a d i a l l i f es 【m c i l l m 表2 - 1 明细表 t a b l e2 - 2 s c h e d u l e 青岛科技大学研究生学位论文 其特点为： ( 1 ) 帘线在帘布层的排列方向与轮胎子午断面是一致的。由于帘线的这种 排列方式，所以它的强度得到充分利用。子午线轮胎的帘布层数通常要比普通斜 交胎少4 0 - 5 0 ，所以胎体较柔软。 ( 2 ) 帘线于圆周方向，只是靠橡胶带联结。因此，出于行驶时能够承受产 生的较大切向力的考虑，子午线轮胎胎需要具有带束层，带束层是若干层帘线与 子午断面成较大角度( 交角为7 0 。 - 7 5 。) 、不易拉伸、高强度的周向环形，类似缓 冲层的部分。它通常采用的织物帘布强度高、拉伸变形小，如聚酞胺纤维、玻 璃纤维等高强度材料或钢丝帘布等。 由于子午线轮胎科学合理的结构，所以它的受力有所改善从而具有许多优良 的性能。 ( 1 ) 承载能力大。子午线轮胎帘线的排列方向与轮胎的主要变形方向一致， 这就充分利用了帘线的强度，使得承载能力比普通斜交轮胎高1 0 以上。 ( 2 ) 滚动时阻力小，低油耗。子午线轮胎具有相对较少的帘布层数，所以 行驶时产热少，温度相对较低，散热相对快，同时又因为周向变形小，所以滚动 时阻力比普通的斜线轮胎胎小1 5 2 0 ，滑行距离多出2 5 左右。 ( 3 ) 减震性能好。由于子午线轮胎胎体径向弹性、径向变形大，使得行驶 时得以缓和不平路面对胎体的冲击，改善了汽车的减震性能。 ( 4 ) 较长使用寿命。子午线轮胎的较大刚性的带束层使得在路面上滚动时， 轮胎的周向变形小，相对滑移小。同时由于轮胎胎体的大的径向弹性，轮胎在接 地时接触面积增大，故压强减小，使得胎面耐磨性增强，不易爆胎，行驶里程多。 在整个子午线轮胎的缓冲层上，在胎面花纹的方向，基本上很难形成伸张， 当硫化时，模具的上下开合如果是沿着轴向方向，子午线轮胎的构造会被模具较 强的剪切力所损坏，这将严重影响到轮胎的硫化质量。基于此，子午线轮胎结构 的特殊性就需要其硫化用模具结构的特殊性【刎。 2 3 轮胎花纹 一 虽然汽车支承在路面上是依靠轮胎，但与路面直接接触的却是轮胎花纹。它 在很大程度上决定了轮胎的外观美观与否，在更重要的层面上它更关系到轮胎的 制动、牵引、转弯、排水以及控制噪音等性能是否能够得到充分发挥。以前常认 为，胎面花纹只对轮胎的使用性能来说有较大的影响，而从轮胎的寿命来说，影 响不大。但从合成橡胶在轮胎上广泛使用之后，实践结果证明胎面花纹对轮胎寿 命的影响也很大，所以可以说轮胎胎面花纹的问题是关系到轮胎的使用性能和轮 胎的使用寿命的关键问题。 轮胎模其标准件c a d 厦花纹块c a m 技术研究 轮胎在经过几十年的发展后，其分工越来越细，其性能越来越好，其花纹也 越来越复杂。在其花纹上的稍微一丝羞异均会影响到轮胎的性能和使用寿命。 所以要做出高质量的轮胎，势必要使之具有符合轮胎类型、结构特性、使用要求 和条件的胎面花纹。 图2 - 5 和阁2 - 6 分别是轿牛轮胎以及载重车轮胎啦个花纹的视图。可以很明 显地从【划l l 看出，花纹往不同用途的轮胎上的差别是很大的，比如骄车胎的花纹 比载重车轮胎的花纹要浅根多。赛车的轮胎的例了就更为典型，为了保证在高速 行驶时，在弯道处有很好的抓地能力，就要增大接触面轮，故胎截面很宽，胎面 花纹稀少“。 图26 载重车胎单十花纹 f i g2 6 t r e a dr i b o f t m c k l s t i r e 23 1 胎面花纹的组成及