数控机床在模具设计和制造中的应用.doc

温州职业技术学院毕业综合实践/毕 业 论 文课题名称： 数控机床在模具设计和制造中的应用 作 者： XXXX 学 号： XXXX 专 业： XXXX 指导老师： XXXX 摘 要数控机床是现代高科技发展的产物，模具是制造业的重要基础装备，它是“无以伦比的效益放大器”。没有高水平的模具，也就没有高水平的工业产品，因此模具技术也成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。关键词： 数控机床 零件加工 模具 目 录 第一章 绪论1第二章 数控车床概述22.1 数控机床概述22.2 数控切割机在模具加工行业的应用2第三章 数控机床在模具的设计与制造的应用43.1模具设计43.2 模具制造43.3 数控机床在模具制造中的应用4第四章 数控机床在模具设计与制造中的前景74.1数控机床的发展前景74.2 模具制造的发展前景74.3 数控机床在模具设计与制造中的前景9结 论10致谢10参考文献11第一章 绪论数控机床是现代高科技发展的产物，每当一批零件开始加工时，有大量的检测需要完成，包括夹具、零件编程原点的测定、首件零件的检测、工序间检测及加工完毕检测等。目前完成这些检测工作的主要手段有手工检测、离线检测和在线检测。在线检测也称实时检测，是在加工的过程中实时对刀具进行检测，并依据检测的结果做出相应的处理。在线检测是一种基于计算机自动控制的检测技术，其检测过程由数控程序来控制。考虑数控在模具行业的应用第二章 数控车床概述2.1 数控机床概述数控机床可分为卧式和立式两大类。卧式机床又有水平导轨和倾斜导轨两种。档次较高的数控卧机一般都采用倾斜导轨。按刀架数量分类，又可分为单刀架数控机床和双刀架数控机，前者是两坐标控制，后者是4坐标控制。双刀架卧机多数采用倾斜导轨。 数控机床与普通机床一样，也是用来加工零件旋转表面的。一般能够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工，还能加工一些复杂的回转面，如双曲面等。机床和普通机床的工件安装方式基本相同，为了提高加工效率，数控机床多采用液压、气动和电动卡盘。 数控机床的外形与普通机床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控机床的进给系统与普通机床有质的区别，传统普通机床有进给箱和交换齿轮架，而数控机床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。(1)立式数控机床 立式数控机床简称为数控立机，其机床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。(2)卧式数控机床 卧式数控机床又分为数控水平导轨卧式机床和数控倾斜导轨卧式机床。其倾斜导轨结构可以使机床具有更大的刚性，并易于排除切屑。2.2 数控切割机在模具加工行业的应用随着模具技术的不断发展，随着消费类产品更新换代速度的加快，对模具的生产效率和制造品质提出了越来越高的要求，电火花加工模具的生产效率低下和品质不稳定的缺点逐渐显现出来。要缩短制造周期并降低成本，必须广泛采用先进的切削加工技术。这些机床主要包括各种高速数控铣床、加工中心等。 为实现模具型腔及其相关部位的高速加工，机床需要具备以下特点： 一、大承重和高刚性。这是由于模具正在向大型化方向发展，加工设备必须具有足够大的台面尺寸和工作行程与之相适应。现在，几吨到几十吨的模具已经非常普遍，所以就要求机床工作台面必须能承受大重量。模具材料的强度和硬度都很高，加上常常采用伸长量较大的小直径端铣刀加工模具型腔，因此加工过程容易发生颤振。为了确保零件的加工精度和表面质量，用于模具制造的高速机床必须有很高的动、静刚度，以提高机床的定位精度、跟踪精度和抗振能力。二、高转速和大功率高速加工是发展方向，高速铣削在模具加工中已显示出了极大的优越性。为了适应模具型腔曲面的加工，刀具的半径应小于型腔曲面最小圆周半径，以免加工过程中刀具与工件发生“干涉”。由于刀具直径小，因此要求主轴转速非常高，国外高速加工机床主轴转速已达到40000100000r/min，快速进给速度可达3000060000mm/min。型腔和模具零件其他部件的粗、精加工常常在工件一次装夹中完成，故主轴功率必须要高，中等尺寸模具铣床和加工中心的主轴功率常为1040kW，有的甚至更高。 三、能多轴联动并具有良好的深孔腔综合切削能力。模具型腔多由复杂的空间6曲面及沟槽所构成，且许多模具具有深孔腔。为了达到对3D曲面的高精度、高速度和高稳定性加工，机床需要多轴联动，且具有良好的深孔腔综合切削能力。可以采用五轴联动加工中心，除了三个坐标的直线运动外，还有两个旋转坐标的进给运动。铣头或工作台可以多轴联动进行连续回转进给，从而适用于加工具有复杂型腔曲面的模具零件。 复合加工是模具加工的发展方向之一。虽然加工中心已能将许多机加工工序复合在一台机床上实现，但这仍不能完全适应模具加工，将机械加工与电、化学、超声波等不同原理加工方法进行复合，兼备两种以上工艺特点的复合加工在今后的模具制造中将有广阔的前景。第三章 数控机床在模具的设计与制造的应用3.1模具设计按国家职业定义，模具设计是：从事企业模具的数字化设计，包括塑料模与冷冲模，在传统模具设计的基础上，充分应用数字化设计工具，提高模具设计质量，缩短模具设计周期的人员。从事的主要工作包括：（1）数字化制图将三维产品及模具模型转换为常规加工中用的二维图（2）模具的数字化设计根据产品模型与设计意图，建立相关的模具三维实体模型；（3）模具的数字化分析仿真根据产品成形工艺条件，进行模具零件的结构分析、热分析、疲劳分析和模具的运动分析；（4）产品成形过程模拟注塑成形、冲压成形；（5）定制适合本公司模具设计标准件及标准设计过程；（6）模具生产管理3.2 模具制造模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。如模具的CAD/CAM技术，模具的激光快速成型技术，模具的精密成形技术，模具的超精密加工技术，模具在设计中采用有限元法、边界元法进行流动、冷却、传热过程的动态模拟技术，模具的CIMS技术，已在开发的模具DNM技术以及数控技术等，几乎覆盖了所有现代制造技术。现代模具制造技术朝着加快信息驱动、提高制造柔性、敏捷化制造及系统化集成的方向发展。 模具，是以特定的结构形式通过一定方式使材料成型的一种工业产品，同时也是能成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工具。大到飞机、汽车，小到茶杯、钉子，几乎所有的工业产品都必须依靠模具成型。用模具生产制件所具备的高精度、高一致性、高生产率是任何其它加工方法所不能比拟的。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品开发能力。所以模具又有“工业之母”的荣誉称号。3.3 数控机床在模具制造中的应用模具制造常用的数控加工机床有：数控铣床、数控电火花成型机床、数控电火花线切割机床、数控磨床及数控车床。（1）、高速加工在模具制造中的应用1）高速切削的优点：刀具的高转速和机床的高进给以及高加速度，大大提高金属切除率；高速切削减小切削力； 高速切削热大部分由切屑带走，工件发热少； 高速切削减少振动，提高加工质量； 2）高速加工应用于模具加工的效益 快速粗加工和半精加工，提高加工效率； 高速高精度精加工硬切削代替光整加工，表明质量高，形状精度提高，比EDM加工提高效率50，减少手工修磨； 硬切削加工最后成型表面，提高表面质量、形状精度，（不仅是表面粗糙度低，而且表面光亮度高），用于复杂表面的加工更具优势； 避免EDM加工产生的表面损伤，提高模具寿命20； 结合CAD/CAM技术快速加工电极，特别是形状复杂、薄壁类电极。 3）采用高速切削加工模具需要解决的问题 在国内，由于资金、技术等方面的原因，应用高速切削生产模具还处于初期阶段。还存在机床、刀具、工艺以及其他方面的一些问题需要逐步解决。缺点是加工成本高，对刀具的使用有较高的要求，不能使用过大的刀具，要有复杂的计算机编程技术做支持，设备运行成本高。（2）、加工模具的高速加工机床 模具精加工和硬切削加工需要数控高速机床,模板、模架加工需要精密、高效数控机床等。许多机床企业瞄准模具生产，有的加工中心生产厂机床的60以上卖给模具企业。模具行业今后几年年均有50亿元的固定资产投入，其中80是购买模具加工设备，也就是说每年有40亿元人民币要购买金切机床。 目前我国数控机床的平均利用率大约20，高速机床的利用率35。模具企业也有相当的单位购买高速机床，从600040000rmp的都有。 根据国内模具高速精加工的经验，采用小直径球头铣刀进行模具精加工时，线速度超过了400800m/min。选择足够高速度的机床硬切削模具精加工。 （3）、提高高速切削模具效率的工艺技术高速切削加工模具的基本要求：1）高切削速度400m/min。小直径刀具，高转速。 2）小进给量，小刀纹。每齿 0.010.1mm。 3）切削负载连续稳定，减少突变，缓退缓进。 4）保持单刃切削。 5）保持均匀精加工余量。目的：减少刀具磨损，提高表面质量。国外高速铣削加工零件材料质量较好，材料质量标准相同,加工性能比较稳定；而国外公司生产的刀具也是以他们的材料标准做试验；推荐的加工参数一般比较适合他们的标准，如果使用他们的刀具，与国内的零件材质有一定的区别,在高速铣削时,这种差别表现得较为明显，有些参数可以直接应用，但有些效果就比较差。而国内企业一般选用零件材质有一定的标准,所使用的零件材料，特别是能用高速加工的零件材质，一般会局限在某些零件材料范围内,这对我们应用高速加工技术也提供了有利的条件，会在较少的加工材料范围内应用。这里要强调的是，一定要在这些材料上选取优化出一套适合本企业的加工工艺参数，并且纳入企业标准。选用国产刀具,很少有推荐高速铣削的技术参数的,有必要做试验,取得比较满意的参数,最好选用固定的刀具生产厂家,减少试验的次数,形成加工技术标准,这样可以提高设备有效利用率,降低生产成本,可以取得较好的经济效益。第四章 数控机床在模具设计与制造中的前景4.1数控机床的发展前景为了解决数控加工中的程序编制问题，50年代，MIT设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言，称为APT（Automatically ProgrammedTool）。其后，APT几经发展，形成了诸如APTII、APTIII（立体切削用）、APT（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能）、APTAC（Advanced contouring）(增加切削数据库管理系统)和APT/SS（Sculptured Surface）(增加雕塑曲面加工编程功能)等先进版。 采用APT语言编制数控程序具有程序简炼，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素.APT仍有许多不便之处：采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和CAD数据库和CAPP系统有效连接；不容易作到高度的自动化，集成化。 针对APT语言的缺点，1978年，法国达索飞机公司开始开发集三维设计、分析、NC加工一体化的系统，称为为CATIA。随后很快出现了象EUCLID，UGII，INTERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系统，这些系统都有效的解决了几何造型、零件几何形状的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过程的仿真显示、验证等问题，推动了CAD和CAM向一体化方向发展。到了80年代，在CAD/CAM一体化概念的基础上，逐步形成了计算机集成制造系统（CIMS）及并行工程（CE）的概念。目前，为了适应CIMS及CE发展的需要，数控编程系统正向集成化和智能化夫发展。4.2 模具制造的发展前景有关专家日前在接受记者采访时分析认为，我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。 目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，6080的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。 专家认为，我国模具行业日趋大型化，而且精度将越来越高。10年前，精密模具的精度一般为5m，现在已达23m。不久，1m精度的模具将上市。随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度公差就要求在1m以下，这就要求发展超精加工。 专家认为，我国模具行业要进一步发展多功能复合模具，一套多功能模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务。通过这种多功能的模具生产出来的不再是成批零件，而是成批的组件，如触头与支座的组件、各种微小电机、电器及仪表的铁芯组件等。多色和多材质塑料成形模具也将有较快发展。这种模具缩短了产品的生产周期，今后在不同领域将得到发展和应用。 随着热流道技术的日渐推广应用，热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制件的原材料，这项技术的应用在国外发展很快，已十分普遍。国内热流道模具也已经生产，有些企业已达30左右，但总的来看，比例太低，亟待发展。随着塑料成型工艺的不断改进与发展，适应高压注射成型工艺的模具将随之发展。 有关专家认为，模具标准件的应用将日渐广泛，模具标准化及模具标准件的应用能极大地影响模具制造周期。使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。同时，快速经济模具的前景十分广阔。由于人们要求模具的生产周期越短越好，因此开发快速经济模具越来越引起人们的重视。例如研制各种超塑性材料来制作模具；用环氧、聚酯或在其中填充金属、玻璃等增强物来制作简易模具。这类模具制造工艺简单，精度易控制，收缩率较小，价格便宜，寿命较高。还可用水泥塑料制作汽车覆盖件模具。中、低熔点合金模具，喷涂成型模具，电铸模，精铸模，层叠模，陶瓷吸塑模及光造型和使用热硬化橡胶快速制造低成本模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架等也将日益发展。另外采用计算机控制和机械手操作的快速换模具装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。模具作为重要的工艺装备，在消费品、电器电子、汽车、飞机制造等工业部门中，占有举足轻重的地位。模具作为重要的工艺装备，在消费品、电器电子、汽车、飞机制造等工业部门中，占有举足轻重的地位。工业产品零件粗加工的75，精加工的50及塑料零件的90将由模具完成。目前中国模具市场需求已达500亿元之规模。汽车模具、特别是覆盖件模具年增长速度将超过20；建材模具也迅速发展，各种异型材模具、墙面和地面模具成为模具的新增长点，今后几年塑料门窗和塑料排水管增长将超过30；家电模具年增长速度将超过10；IT业年均增长速度超过20，对模具的需求占模具市场的20。2004年中国机床工具工业产值将继续增长。我国模具制造市场潜力巨大。根据资料统计，近年来，我国模具的年总产值达到30亿美元，进口超过10亿美元，出口超过1亿美元。增长从1995年的25增加到2005年的50。国外专家预言：亚洲在全球模具制造中占据的份额，将从1995年的25增加至2005年的50。中国模具工业发展迅速，形成了华东和华南两大基地，并且逐渐扩大到其他省份。（山东,安徽,四川）1996年2002年，模具制造业产值年平均增长14，2003年增长25。2003年我国模具产值为450亿人民币。总产量位居世界第3，出口模具3.368亿美元，比上年增长33.5。但是，我国技术含量低的模具已供过于求，精密、复杂的高档模具很大部分依靠进口。每年进口模具超过10亿美元。出口超过1亿美元。精密模具精度要求在23m,大型模具需要满足8000kN锁模力注塑机的要求;小型模具需满足直径1mm塑料管的要求。目前，采用高速切削生产模具已经成为模具制造的大趋势，在国外一些模具生产厂家，高速机床大面积取代电火花机床，高速切削大大提高了模具生产效率。机床企业瞄准模具生产企业，有的加工中心生产厂机床的60以上卖给模具加工企业。高速切削逐渐取代电火花精加工模具在国外的模具制造企业已经普遍采用，高速切削生产模具已经成为逐渐模具制造的大趋势，大大提高了模具生产效率和质量。采用高速切削替代电火花生产模具，可以明显提高效率、提高模具精度、使用寿命长。4.3 数控机床在模具设计与制造中的前景随着数控化率的显著提高，市场对数控机床人才的需求也越来越大，但是从事此行业的人却并不多，据有关部门统计，我国数控人才的缺口达到60万，武汉劳动力市场去年用工缺口的统计数据显示，数控人才的缺口一直位居前列。培养既有理论知识又有动手能力的数控机床人才已经势在必行。数控机床优势渐显在沿海城市，中小型民营企业买上几台数控机床早已不是新鲜事，国内一些国有企业及合资企业，也开始逐步意识到数控机床的优势。前不久武汉市滨湖机械厂就投资千万成立了一个数控车间，以满足不断发展的机械产业高技术含量的需要。在整个机床行业不景气的时期，数控机床的发展可谓一枝独秀，成为关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。现代化设备的发展对零部件的可互换性及标准性也提出更高的要求，普通机床生产的产品已经越来越不能满足高精确度的标准，数控机床的出现和发展无疑解决了很多技术上的难题。武汉市第一技术学校培训部的夏建华主任认为，数控机床有许多普通机床不具备的优势，不仅提高了产品的加工精度，使成本降低，另外许多复杂零部件用手工根本无法完成，因为手工的不可预计性，手工机床出现不安全的事件频率也要高于数控机床加工。数控机床操作工是传统的机械制造工与数控系统相结合的产物，要求从业人员具有一定的机械基础知识和计算机操作能力，要有机床操作工的实际操作经验，因此，数控机床操作工需要的是既能动脑又能动手的复合型人才。据夏主任介绍，现在参加数控机床培训的学员主要有三种类型，一类是希望学一门手艺获得新的就业机会，这类学员以下岗职工或职业学校的学生居多，一类是在现有的岗位上感觉很吃力，希望能系统学习一下的机床工，另外一些学校也意识到数控机床人员的奇缺，派老师专门学习这门手艺，以便也能传道授业。教学内容有计算机操作知识、机械制图、机械加工理论和实践、数控加工技术和综合实践等。一般初中以上学历就可以参加培训。为了技术人员的学习，也是适应行业的要求特出了一批数控机床系列培训视频音像教材，都是由著名大学教授主讲，其中有工人的实际操作演练，比较直观易懂，方便学员自学，也便于老师上课教学。现在有很多数控机床培训学校和相关企业都用了这批视频音像教材，学员反应效果很不错。机械工业出版在机械行业中又为行