模具現(xiàn)代制造技術(shù)概論第四章--(NXPowerLite)課件

1、第四章模具制造及檢測技術(shù)1 清楚模具制造技術(shù)的種類。2 了解各類技術(shù)的應(yīng)用場合。3 了解各類技術(shù)的工藝特點。 本章應(yīng)知本章應(yīng)會1 能夠合理選擇模具加工機(jī)床。2 掌握各類制造技術(shù)的簡單加工。3 會編制各類典型零件的加工工藝方案。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)一、模具制造與數(shù)控加工技術(shù)1數(shù)控機(jī)床及其加工技術(shù) 數(shù)控技術(shù)至今已有50余年的發(fā)展歷程，其間可分為兩個階段共六代： 第一階段是硬件數(shù)控（NC）階段，歷經(jīng)了電子管時代（1952年）、晶體管時代（1959年）、中小規(guī)模集成電路時代（1965年）。 第二階段是軟件數(shù)控（CNC）階段，歷經(jīng)了小型計算機(jī)時代（1970年）、微處理器時代（1974年）、基于P

2、C機(jī)時代（1990年）。 數(shù)控機(jī)床的基本組成包括加工程序、輸入裝置、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、輔助控制裝置、反饋系統(tǒng)及機(jī)床本體，如圖41所示。數(shù)控機(jī)床加工具有如下特點：1）加工過程柔性好，適宜多品種、單件小批量加工和產(chǎn)品的開發(fā)試制。2）采用多坐標(biāo)聯(lián)動，可加工其他設(shè)備難以加工的零件。3）加工時工序集中，一次裝夾可完成多處加工，且不需要鉗工劃線，生產(chǎn)效率高。4）應(yīng)用計算機(jī)編程，易于實現(xiàn)產(chǎn)品的計算機(jī)輔助設(shè)計和制造（CAD/CAM）。5）加工零件的質(zhì)量穩(wěn)定，精度高，一致性好。6）改善勞動條件，減輕工人勞動強(qiáng)度。7）設(shè)備昂貴，投資大，對工人技術(shù)水平要求高。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)2模具數(shù)控加工的特點1）模

3、具為單件生產(chǎn)，故數(shù)控加工的編程工作量大，對數(shù)控加工的編程人員和操作人員的要求高。2）模具的結(jié)構(gòu)部件多，通常有模架、型腔、型芯、鑲塊或滑塊、電極等部件需要通過數(shù)控加工成形，數(shù)控加工工作量大。3）模具的型腔面一般較復(fù)雜，而且對成型產(chǎn)品的外觀質(zhì)量影響較大，因此在加工型腔表面時必須達(dá)到足夠的精度。4）模具部件的加工應(yīng)盡量安排在一次裝夾下完成多個工序，這樣可以避免因多次安裝造成的定位誤差并減少安裝時間。合理安排加工次序和選擇刀具是提高加工效率的關(guān)鍵。5）模具的精度要求高，所以在進(jìn)行數(shù)控加工時必須嚴(yán)格控制誤差。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)6）模具通常是“半成品”，所以加工時要考慮到后續(xù)工序的加工方便，如為

4、后續(xù)工序提供便于使用的基準(zhǔn)等。7）模具材料通常是很硬的鋼材，硬度一般在50HRC以上，所以數(shù)控加工時必須采用高硬度的硬質(zhì)合金刀具來加工。8）模具加工中，對于尖角、肋條等部位，無法用機(jī)加工加工到位，需要進(jìn)行電火花加工。9）模具加工時應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，這樣可以減少加工工作量。同時在模具設(shè)計制造過程中，使用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計方法，如將孔的直徑標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，可以減少換刀次數(shù)，提高加工效率。10）合理安排數(shù)控加工與普通加工的比例。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)3數(shù)控加工在模具制造中的應(yīng)用二、數(shù)控車削1數(shù)控車削簡介 用計算機(jī)控制車刀的x方向和z方向的幾何運(yùn)動，同時控制車床主軸的旋轉(zhuǎn)速度和車刀的進(jìn)給速度的車削加工，

5、稱為數(shù)控車削。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)2數(shù)控車削主要加工的模具零件1）對于輪廓形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的回轉(zhuǎn)體零件，因車床數(shù)控裝置都具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，還有部分車床數(shù)控裝置具有某些非圓曲線插補(bǔ)功能，故能車削由任意直線和平面曲線輪廓組成的形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件2）精度要求高的零件，其精度要求主要指尺寸、形狀、位置和表面等精度要求，其中的表面精度主要指表面粗糙度。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)3）帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件，是指特大螺距、等螺距與變螺距或圓柱與圓錐螺紋面之間作平滑過渡的螺紋零件等。4）淬硬工件的加工在大型模具加工中，有不少尺寸大而形狀復(fù)雜的零件。 此外，數(shù)控車削還常用來加工模具中

6、的桿類標(biāo)準(zhǔn)件，如頂尖、導(dǎo)柱、導(dǎo)套等，還可帶錐度的零件，如注塑?；驂鸿T模上的圓柱鑲塊。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)3數(shù)控車削的工藝分析（5）進(jìn)給路線的確定第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)（1）零件圖的工藝分析（2）加工方案的確定（3）工序的劃分（4）工步順序的安排4數(shù)控車削的常用刀具1)以直線切削刃為特征的車刀一般稱為尖形車刀2)圓弧形車刀是較為特殊的數(shù)控加工用車刀3)成形車刀俗稱樣板車刀，此類車刀刀刃的形狀和尺寸根據(jù)需加工零件的廓形來設(shè)計。4)數(shù)控機(jī)床大都采用已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的刀具，刀柄和刀頭可以進(jìn)行拼裝和組合。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)圖4-5 數(shù)控車床與車削中心常用的刀具第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)

7、械加工技術(shù)三、數(shù)控銑削1簡介 現(xiàn)代切削加工中，數(shù)控銑削是最常用的工藝方法之一 數(shù)控銑床可用來加工零件的平面、斜面、側(cè)面、內(nèi)外輪廓、孔、螺紋等 數(shù)控銑床也可以用作數(shù)控鉆床或數(shù)控鏜床，完成銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸、攻螺紋等工藝內(nèi)容。 數(shù)控銑床和普通銑床一樣，可以分為三類，即立式數(shù)控銑床、臥式數(shù)控銑床和立、臥兩用數(shù)控銑床。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)2數(shù)控銑削在模具加工中的應(yīng)用（3）孔加工3數(shù)控銑削的工藝分析（4）確定加工路徑第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)（1）輪廓加工（2）曲面加工（1）分析零件的加工工藝性（2）確定零件的裝卡方法和夾具（3）零件坐標(biāo)系和編程坐標(biāo)系吻合應(yīng)4數(shù)控銑削的常用刀具 常用的銑刀有盤

8、銑刀、面銑刀、立銑刀、片銑刀、球頭刀、成形銑刀和鼓形銑刀。在數(shù)控雕刻中則用小型錐指銑刀來雕刻細(xì)小的文字及花紋。1）盤銑刀一般采用在盤狀刀體上機(jī)夾刀片，常用于銑削較大的平面。3）立銑刀與鉆頭外形相似，二者的區(qū)別在于立銑刀的側(cè)向有刀刃，而鉆頭的側(cè)向開槽只起導(dǎo)向與排屑作用，并沒有切削刃。2）面銑刀（也稱為圓柱銑刀）廣泛用于加工平面類零件，除用其端刃銑削外，也常用其側(cè)刃銑削，有時端刃、側(cè)刃同時進(jìn)行銑削。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)4）片銑刀為圓片狀，常用于切槽、切斷、銑螺旋槽等加工。5）球頭刀適用于加工空間曲面，也用于平面類零件較大的轉(zhuǎn)接凹圓弧處的過渡加工。6）成形銑刀是為特定的工件或加工內(nèi)容（如角度

9、面、凹槽面等）專門設(shè)計制造的。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)四、加工中心1加工中心概述 加工中心（Machining Center，即MC）是在數(shù)控鏜或數(shù)控銑的基礎(chǔ)上，增加自動換刀裝置，實現(xiàn)一次裝夾工件后，可以連續(xù)對工件自動進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工序加工的機(jī)床。 加工中心機(jī)床又稱多工序自動換刀數(shù)控機(jī)床。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)加工中心的分類如下：（3）龍門式加工中心2加工中心在模具加工中的應(yīng)用（5）特殊加工第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)（1）立式加工中心（2）臥式加工中心（4）萬能加工中心（1）箱體類零件（2）復(fù)雜曲面（3）異形件（4）盤、套、軸、板類零件3加工中心的工藝

10、分析在劃分工序內(nèi)容時可以有如下幾種方法。（4）按程序長短劃分第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)（1）按刀具劃分（2）按粗、精加工劃分（3）按先面后孔的原則劃分五、數(shù)控磨削1數(shù)控磨削加工簡介 磨削加工是一種應(yīng)用十分廣泛的精加工方法。 數(shù)控磨削可除磨削簡單的面如平面、圓柱及圓錐等零件以外，還可以磨削圓環(huán)面和各種復(fù)雜面的組合面。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)2數(shù)控坐標(biāo)磨削（1）數(shù)控坐標(biāo)磨床的特點1）高速2）高精度3）全閉環(huán)控制采用六四聯(lián)動全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。4）具備多功能測量系統(tǒng)MSS、Auto-Size等。5）采用超硬磨料磨具如CBN砂輪等。6）機(jī)床具有較高剛度、良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加

11、工技術(shù)（2）數(shù)控坐標(biāo)磨床的運(yùn)動特點1）自轉(zhuǎn)2）公轉(zhuǎn)3）沖程運(yùn)動4）進(jìn)給運(yùn)動5）工作臺的移動（3）數(shù)控坐標(biāo)磨削的基本方式1）徑向進(jìn)給式磨削2）切入式磨削3）插磨法磨削（4）數(shù)控坐標(biāo)磨削的工藝特點第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)（5）數(shù)控坐標(biāo)磨削在模具加工中的應(yīng)用1）磨削一般成形零件。磨削內(nèi)孔表面磨削外圓表面磨削錐孔表面磨削沉孔表面磨削側(cè)表面2）磨削特殊成形零件。內(nèi)凹復(fù)雜曲面復(fù)雜型平面輪廓空間復(fù)雜曲面?zhèn)炔勰ハ鞯谝还?jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)圖4-13 磨削特殊成形零件的方法第一節(jié) 模具數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)第二節(jié) 模具數(shù)控電加工技術(shù)一、數(shù)控電火花成形加工1數(shù)控電火花成形加工簡介 電火花加工（Electric D

12、ischarge Machining,即EDM）是通過工具（電極）和工件之間的脈沖放電以腐蝕工件上的多余材料，從而達(dá)到對零件尺寸、形狀和表面質(zhì)量的加工要求。 具有以下特點：加工時無切削力，加工表面平整不產(chǎn)生毛刺和切刀痕，采用特殊工藝可以達(dá)到近似鏡面的效果；排屑良好，電極的側(cè)面及底面可以同時進(jìn)行加工，電極底面損耗??；如采用搖動加工加適當(dāng)控制方式，則可以防止放電集中，防止石墨電極加工時的石墨成長堆積現(xiàn)象；可以實現(xiàn)無人操作；可以加工深孔及深而窄的槽。2數(shù)控電火花加工在模具制造中的應(yīng)用（3）模具上的肋和窄槽的加工3數(shù)控電火花的工藝特點（1）基本工藝特點 粗加工時一般采用負(fù)極性加工，此時加工速度高，但電

13、極的損耗大；精加工時一般采用正極性加工，此時加工速度慢，但電極的損耗相對較小。影響工件表面質(zhì)量的主要指標(biāo)有表面粗糙度、表面變質(zhì)層、表面微裂紋等。影響加工精度的主要因素有放電間隙、電極精度、電極損耗、電極材料、電參數(shù)和沖液條件等。第二節(jié) 模具數(shù)控電加工技術(shù)（1）高硬度模具零件的加工（2）型腔尖角部位的加工（2）模具型腔電火花加工的工藝特點1）電極精度要求較高2）電極損耗要小3）電規(guī)準(zhǔn)調(diào)節(jié)范圍大4）蝕除量大、表面粗糙度要求嚴(yán)格4電極的設(shè)計和材料的選擇（1）電極的設(shè)計第二節(jié) 模具數(shù)控電加工技術(shù)1）加工型腔模具時，與主軸頭進(jìn)給方向垂直的電極截面尺寸應(yīng)取為相應(yīng)型腔的中間公差尺寸加（或減）雙邊或單邊放電間

14、隙。2）對于某些注塑模具，可以直接用塑料樣件制作電極。3）對于冷沖模，為保證型孔精度，電極的有效長度（總長度減去夾持部分后剩余的長度）通常取型孔工件高度的23倍。4）型腔電極的設(shè)計。第二節(jié) 模具數(shù)控電加工技術(shù)1）電極的材耗。2）電極材料的加工性能。3）電火花加工特性。4）電極的加工方法及加工精度。5）被加工零件的精度要求。6）加工面積。（2）電極材料的選擇 電極的制作一般要考慮如下幾點：第二節(jié) 模具數(shù)控電加工技術(shù)第二節(jié) 模具數(shù)控電加工技術(shù)電極材料鋼鑄鐵紫銅石墨黃銅銅鎢、銀鎢合金加工穩(wěn)定性較差一般好較好好好電極損耗一般一般一般較小較大小機(jī)加工性能好好差較好好一般特點常用于沖壓模具加工常用于加工冷

15、沖模的電極磨削困難，不宜作為微細(xì)加工用電極機(jī)械強(qiáng)度較低，適用于大模型加工用電極損耗大，用于可進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募庸龊?。價格偏貴，特別適宜微細(xì)加工表4-1 電極材料的性能及特點 二、數(shù)控電火花線切割1數(shù)控電火花線切割簡介第二節(jié) 模具數(shù)控電加工技術(shù) 數(shù)控電火花線切割加工利用細(xì)金屬絲作電極，其基本原理與電火花成形加工相同，但加工方式不同。 電火花線切割加工適合于機(jī)械加工方法難于加工的材料的加工，如淬火鋼、硬質(zhì)合金、耐熱合金等。2數(shù)控電火花線切割在模具制造中的應(yīng)用 廣泛用于加工沖模、擠壓模、塑料模以及電火花型腔膜用的電極等。（6）微細(xì)加工第二節(jié) 模具數(shù)控電加工技術(shù)（1）平面形狀的金屬模加工（2）立體形狀的金

16、屬模加工（3）電火花成形加工用電極制作（4）試制品及零件加工（5）輪廓量規(guī)的加工3數(shù)控電火花線切割的工藝特點（1）電火花線切割加工工藝指標(biāo)1）切割速度：快走絲線為4080mm2min，慢走絲可達(dá)350mm2min。2）切割精度：一般為0.0150.02mm；慢走絲線切割精度可達(dá)0.001mm左右。3）表面粗糙度：為1.252.5m，最低為0.631.25m；慢走絲線切割的Ra值可達(dá)0.3m。第二節(jié) 模具數(shù)控電加工技術(shù)（2）影響工藝指標(biāo)的主要因素1）主要參數(shù)的影響。增大峰值電流，提高加工速度，但表面粗糙度會變差，電極絲損耗比也會加大甚至斷絲。加大脈沖寬度可提高加工速度，但表面粗糙度會變差。脈沖間

17、隔減小時平均電流增大，切割速度加快，但過小會引起電弧和斷絲。第二節(jié) 模具數(shù)控電加工技術(shù)2）電極絲對走絲速度的影響。電極絲直徑的影響：電極絲直徑越粗，切割速度越快，而且還有利于厚工件的加工。電極絲走絲速度的影響：在一定范圍內(nèi)，隨著走絲速度的提高，線切割速度也可以提高。3）工件厚度及材料的影響。工件太薄，金屬絲易產(chǎn)生抖動，對加工精度和表面粗糙度不利。工件太厚，工作液難于進(jìn)入和充滿放電間隙，加工穩(wěn)定性差，但電極絲不易抖動，因此精度和表面粗糙度較好。第二節(jié) 模具數(shù)控電加工技術(shù)4）工作液的影響。 線切割一般采用離子交換水作為工作液，所用的離子交換水的電導(dǎo)必須降低到一定程度才能使用（降低到電導(dǎo)為1020S

18、左右）。最大優(yōu)點是操作容易，加工速度快。第二節(jié) 模具數(shù)控電加工技術(shù)第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)一、高速加工概述1高速加工的含意 Salomon理論研究成果表明：隨著切削線速度的增加，溫度及刀具磨損會劇烈增加，當(dāng)切削線速度達(dá)到某臨界值時，切削溫度及切削力會減小，后又隨著切削速度的增加而急劇增加。從圖4-14所示可以看出，以刀具磨損的切削力為限制條件，前一個低于該值的區(qū)域是傳統(tǒng)加工，后一個低于該值的區(qū)域為高速加工。由此也可看出，不同材料有不同的加工臨界值，有其高速加工的特定范圍。 應(yīng)當(dāng)指出的是，高速切削中的“高速”不是一個技術(shù)指標(biāo)，而應(yīng)是一個經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。圖4-14 切削曲線第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)表4-

19、2 高速切削和普通切削的速度對照（Kennametal公司提供）第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)2高速加工的機(jī)理 首先，在高速切削過程中，由于切削速度足夠快，使應(yīng)變硬化來不及發(fā)生，變形只發(fā)生在小范圍內(nèi)，會使切削力小于傳統(tǒng)速度的切削力。其次，高速切屑變形機(jī)理在很大程度上與熱量有關(guān)。圖415高速切削的機(jī)理第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)3高速加工的分類及優(yōu)勢 高速加工按其目的而言可分為兩類，即以實現(xiàn)單位時間去除材料量最大為目的的高速加工，和以實現(xiàn)高質(zhì)量加工表面與細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)為目的的高速加工。高速加工的優(yōu)勢如下（4）經(jīng)濟(jì)性良好4高速加工的應(yīng)用條件第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)（1）切削效率高（2）加工質(zhì)量高（3）加工范圍大圖

20、4-16 高速加工技術(shù)的研究領(lǐng)域第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)二、高速加工在模具制造中的應(yīng)用 由于HSC能夠獲得很高的加工效率、加工精度和良好的表面質(zhì)量，所以廣泛受到制造企業(yè)的重視?？梢詽M足激烈的市場競爭對效率和成本的要求；可以滿足高的加工質(zhì)量要求和復(fù)雜的三維曲面形狀精密加工的要求；提供了解決硬材料、薄壁件加工問題的新方案。已遍及航空航天、汽車、模具和精密機(jī)械等行業(yè)。第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)1基于高速加工的模具制造系統(tǒng)該系統(tǒng)涉及以下幾大組成部分: 包括MRPII、JIT、LP、AM、GM和IMS、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及相關(guān)技術(shù)等。第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)包括CAD、CAE、RE、CE。 包括CAM、精密加

21、工和超精密加工技術(shù)、特種加工制造技術(shù)、RPM。包括DNC）、FMT、CIMT、IMT。（1）現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)（2）先進(jìn)制造工藝技術(shù)（3）綜合自動化技術(shù)（4）現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)圖4-17 基于HSC的現(xiàn)代模具制造系統(tǒng)第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)2高速加工在模具制造中的應(yīng)用表4-3 高速切削加工與傳統(tǒng)模具加工工藝的比較第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)1）在模具制造行業(yè)，高速加工主要應(yīng)用在以下幾個方面： 各類模具鋼（包括淬硬鋼）的直接加工，特別是半精加工和精加工。 銅電極、石墨電極的高速加工。 產(chǎn)品樣件的高速加工。2)高速加工技術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢，體現(xiàn)在以下幾個方面： 省去電極準(zhǔn)備和加工的時間，不存在刀具的中間硬

22、化的問題,省去了EDM加工、人工修模和修配過程。 對于高速切削加工來說，只要改變CAD和CAM兩個步驟就可以隨時更改模具的設(shè)計和制造，而不像傳統(tǒng)上必須同時更新電極和EDM加工參數(shù)才能更改模具的設(shè)計和制造。 用高速切削加工，模具表面的組織結(jié)構(gòu)沒有改變，避免了人工修模產(chǎn)生的表面幾何變形。第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)3模具制造中應(yīng)用高速加工技術(shù)的注意事項（1）機(jī)床方面 1)機(jī)床應(yīng)當(dāng)采用高速、大功率的主軸。 2)機(jī)床應(yīng)具有足夠剛度、強(qiáng)度。 3)刀柄必須與機(jī)床主軸的錐體和端面接觸，以防止在高速回轉(zhuǎn)時松動。 4)應(yīng)注意防止切屑飛濺傷人。 5)切削液應(yīng)能夠準(zhǔn)確噴射到切削點上，特別在高速磨削時，為了防止工件被加工

23、表面燒傷，應(yīng)特別注意噴嘴的設(shè)計。 6)由于高速切削的切屑量大，故應(yīng)保證切屑能夠及時地排除。第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)（2）刀具方面 1)當(dāng)前涂層技術(shù)發(fā)展迅速，選擇合適的涂層刀具是十分必要的。 2) 應(yīng)盡量采用球頭銑刀。球頭銑刀中心的切削速度為零，可將立銑刀傾斜一個角度以改善立銑刀引起的銑削振顫。 3)若條件允許，可采用帶圓角銑刀。 4)為了改善冷卻效果，可采用帶油孔的刀具。 5)為了防止立銑刀在高速加工中振動，可將刀槽制成不等分的螺旋槽。第三節(jié) 模具高速加工技術(shù) 6)高速切削時使用的銑刀刀盤多采用鋁合金材料，切斷刀的刀把往往強(qiáng)度差，所以采用硬質(zhì)合金。 7)采用合適的斷屑刀片。 8)加工深孔時，可

24、采用新型鉆頭，如RT系列的鉆頭。 9)現(xiàn)在復(fù)合刀具的大量出現(xiàn),不僅可以提高效率。（3）輔具方面 EROWA和3R組合輔具的應(yīng)用，不僅加快了節(jié)奏，還保證了精度。第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)4模具高速加工的工藝要求1）CAM系統(tǒng)應(yīng)具有很高的計算編程速度：2）全程自動防過切處理能力及自動刀柄干涉檢查3）進(jìn)給率優(yōu)化處理功能第三節(jié) 模具高速加工技術(shù) 4）符合高速加工要求的豐富的加工策略與傳統(tǒng)方式的加工策略相比，高速加工對加工工藝進(jìn)給方式有著特殊要求 應(yīng)避免刀具軌跡中進(jìn)給方向的突然變化，以避免因局部過切而造成刀具或設(shè)備的損壞。 應(yīng)保持刀具軌跡的平穩(wěn)，避免突然加速或減速。 下刀或行間過渡部分最好采用斜式下刀或圓

25、弧下刀，避免垂直下刀直接接近工件材料。 行切的端點采用圓弧連接，避免直線連接。 應(yīng)盡量避免全力寬切削。第三節(jié) 模具高速加工技術(shù) 殘余量加工或清根加工是提高加工效率的重要手段，一般應(yīng)采用多次加工或采用系列刀具從大到小分次加工，直至達(dá)到所需尺寸，避免用小刀一次加工完成。 刀具軌跡編輯優(yōu)化的功能非常重要，應(yīng)避免多余空刀，可通過對刀具軌跡的攝像、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)等操作來避免重復(fù)計算。 刀具軌跡裁剪修復(fù)的功能也很重要，可通過精確裁剪減少空刀，提高效率；也可用于零件局部變化的編程，僅需編輯修改邊際，無需對整個模型重新編程。5）高速加工對編程人員的要求與編程方式的改變第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)三、我國高速加工技術(shù)與

26、國外的差距（1）零件毛坯制造技術(shù)國內(nèi)企業(yè)對零件毛坯制造技術(shù)普遍重視不夠（2）高速刀具技術(shù) 差距主要表現(xiàn)在高性能刀具材料的研發(fā)、刀具制造工藝技術(shù)、刀具安全技術(shù)及刀具使用技術(shù)等領(lǐng)域，對于高速切削機(jī)理的基礎(chǔ)共性研究也處于起步階段。第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)（3）高速機(jī)床技術(shù) 目前的主要差距在于機(jī)床關(guān)鍵功能部件的研發(fā)落后于市場需求，如轉(zhuǎn)速在20000r/min以上的大功率高剛性主軸、無刷環(huán)形轉(zhuǎn)矩電動機(jī)、直線電動機(jī)、快速響應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)等的設(shè)計制造技術(shù)尚未掌握；多功能復(fù)合機(jī)床設(shè)計、制造網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用還處于初級階段。（4）生產(chǎn)技藝數(shù)據(jù)庫 國內(nèi)大部分制造企業(yè)（尤其是國有企業(yè)）均未建立本企業(yè)（行業(yè)）

27、的生產(chǎn)技藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)（5）觀念誤區(qū) 其一，認(rèn)為高速機(jī)床等同于高速切削，也等同于高速加工；其二，認(rèn)為高速加工技術(shù)可適用于任何企業(yè)。第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)四、高速加工技術(shù)的發(fā)展趨勢 1）零件毛坯制造技術(shù)、新型快速成形技術(shù)的實用化以及精鑄、精鍛等毛坯制造技術(shù)水平的進(jìn)一步提高，將使零件毛坯的幾何尺寸精度能更好地滿足少、無切屑加工的要求。 2）刀具技術(shù)：制造業(yè)將普遍應(yīng)用高速（超高速）干式切削技術(shù)。超硬刀具材料的應(yīng)用、各類復(fù)合（組合）式高速切削刀具（工具）的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造技術(shù)將成為刀具（工具）品種發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)。采用無屑加工方式的搓、擠、滾壓成形類刀具（工具）的應(yīng)用會更加廣泛。超

28、硬材料在各類刀具涂層更廣泛的應(yīng)用。第三節(jié) 模具高速加工技術(shù) 3）機(jī)床技術(shù)：多軸聯(lián)動、多面切削的高速加工中心和集銑、車功能為一體的復(fù)合加工中心等先進(jìn)機(jī)床技術(shù)將進(jìn)一步實用化。各類數(shù)控專用高效加工機(jī)床激光技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)化通信 4）自動生產(chǎn)線技術(shù)：自動生產(chǎn)線將由各類高速加工中心組成。柔性制造、敏捷制造工程技術(shù)將獲得快速發(fā)展。 5）測量技術(shù)：數(shù)字化CCD、激光圖形處理先進(jìn)測量技術(shù)以及隨機(jī)在線高速測量技術(shù)等將廣泛應(yīng)用于柔性數(shù)控生產(chǎn)線及數(shù)控專用高效加工機(jī)床上。 6）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：在不斷進(jìn)步的計算機(jī)技術(shù)的支持下，將大力發(fā)展寬帶網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。第三節(jié) 模具高速加工技術(shù)第四節(jié) 快速成型技術(shù)一、快速成型技術(shù)的基本原理與特

29、點 快速成型制造又稱為層加工（Layered Manufacturing），其加工過程是首先生成一個產(chǎn)品的三維CAD實體模型或曲面模型文件，將其轉(zhuǎn)換成STL文件格式，再用一軟件從STL文件“切（Slice）”出設(shè)定厚度的一系列的片層，或者直接從CAD文件切出一系列的片層，這些片層按次序累積起來仍是所設(shè)計零件的形狀。然后，將上述每一片層的資料傳到快速自動成型機(jī)中去，類似于計算機(jī)向打印機(jī)傳遞打印信息，用材料添加法依次將每一層做出來并同時連接各層，直到完成整個零件?？焖俪尚图夹g(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有獨(dú)特的優(yōu)越性和特點: 1）產(chǎn)品制造過程幾乎與零件的復(fù)雜性無關(guān)，可實現(xiàn)自由制造。 2）產(chǎn)品的單價幾乎與批量無

30、關(guān)，特別適合于新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)。 3）由于采用非接觸加工的方式，沒有工具更換和磨損之類的問題，可做到無人值守，無需機(jī)加工方面的專門知識就可操作。 4）無切割、噪聲和振動等，有利于環(huán)保。 5）整個生產(chǎn)過程數(shù)字化與CAD模型具有直接的關(guān)聯(lián)，零件可大可小，所見即所得，可隨時修改，隨時制造。 6）與傳統(tǒng)方法結(jié)合，可實現(xiàn)快速鑄造、快速模具制造、小批量零件生產(chǎn)等功能。第四節(jié) 快速成型技術(shù)二、快速成型技術(shù)的典型方法1.光固化成型工藝圖4-18 光固化成型工藝第四節(jié) 快速成型技術(shù)其具體優(yōu)點如下：1）成型過程自動化程度高。2）尺寸精度高。3）表面質(zhì)量好。4）可以制作結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型。5）可以

31、直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失型。第四節(jié) 快速成型技術(shù)缺點有以下幾方面： 1）尺寸穩(wěn)定性差 2）需要設(shè)計工件的支撐結(jié)構(gòu) 3）設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高 4）可選擇的材料種類有限，且必須是光敏樹脂 5）需要專用的實驗室環(huán)境，成型件需要后處理，如二次固化、防潮處理等工序。 6）液態(tài)樹脂固化后的性能尚不如常用的工業(yè)塑料，一般較脆，易斷裂，不便進(jìn)行機(jī)加工。第四節(jié) 快速成型技術(shù)2.疊層制造圖4-19 疊層制造第四節(jié) 快速成型技術(shù)主要特點如下： 1）材料價格便宜，原型制作成本低。 2）制造大尺寸零件，工業(yè)應(yīng)用面廣。 3）需后固化處理。 4）需設(shè)計和制作支撐結(jié)構(gòu)。 5）原型精度高。 6）余料易剝離

32、。 7）件能承受高達(dá)200的溫度，有較高的硬度和較好的力學(xué)性能，可進(jìn)行各種切削加工。 8）設(shè)備（與SLA相比）采用了高質(zhì)量的元器件，有完善的安全、保護(hù)裝置，因而能長時間連續(xù)運(yùn)行，可靠性高，壽命長。 9）原型制造時間短。第四節(jié) 快速成型技術(shù)不足之處： 1）有激光損耗，并需要專門的實驗室環(huán)境，維護(hù)費(fèi)用高昂。 2）可實際應(yīng)用的原材料種類較少，目前常用的只是紙。 3）工件易吸濕膨脹。 4）工件表面有臺階紋。 5）廢料去除困難。 6）當(dāng)加工室的溫度過高時常有火災(zāi)發(fā)生。因此，工作過程中需要專職人員看守。第四節(jié) 快速成型技術(shù)3.選擇性激光燒結(jié)圖4-20 選擇性激光燒結(jié)第四節(jié) 快速成型技術(shù)優(yōu)點： 1）可采用多

33、種材料，工程塑料、蠟、金屬、陶瓷等。 2）與其他工藝相比，能生產(chǎn)較硬的模具。 3）精度高。 4）材料利用率高，價格便宜，成本低。 5）無需設(shè)計和構(gòu)造支撐。第四節(jié) 快速成型技術(shù)缺點： 1）有激光損耗。 2）需要預(yù)熱和冷卻，后處理麻煩。 3）成型表面粗糙多孔，并受粉末顆粒大小及激光光斑的限制。 4）需要對加工室不斷補(bǔ)充氮?dú)庖源_保燒結(jié)過程的安全性，加工成本高。 5）成型過程產(chǎn)生有毒氣體和粉塵，污染環(huán)境。第四節(jié) 快速成型技術(shù)4.熔融沉積快速成型工藝圖4-21 熔融沉積制造工藝的基本原理第四節(jié) 快速成型技術(shù)工藝優(yōu)點如下： 1）制造系統(tǒng)可用于辦公環(huán)境，沒有毒氣或化學(xué)物質(zhì)的污染。 2）一次成型，易于操作且不

34、產(chǎn)生垃圾。 3）獨(dú)有的水溶性支撐技術(shù)，使得去除支撐結(jié)構(gòu)簡單易行，可快速構(gòu)建瓶狀或中空零件以及一次成型的裝配結(jié)構(gòu)件。 4）原材料以材料卷的形式提供，易于搬運(yùn)和快速更換。 5）原材料在成型過程中無化學(xué)變化，制件的翹曲變形小。 6）原材料利用率高，且材料壽命長。 7）可選用多種材料，如各種色彩的工程塑料ABS等。第四節(jié) 快速成型技術(shù)如下缺點:1）成型件的表面有較明顯的條紋。2）成型精度相對較低。3）需要設(shè)計與制作支撐結(jié)構(gòu)。4）成型速度相對較慢。5）原材料價格昂貴。第四節(jié) 快速成型技術(shù)三、快速制造在模具制造中的應(yīng)用 其應(yīng)用途徑如下：用RP技術(shù)直接制作模具，用LOM系統(tǒng)制作的制件經(jīng)表面處理，其強(qiáng)度比一般

35、木材還要高，可直接用作鑄造木模。用SLS等方法則可直接制造熔模鑄造用的蠟?zāi)?。利用RP技術(shù)生產(chǎn)模具有兩種方法，即直接法和間接法。第四節(jié) 快速成型技術(shù)1.直接法采用LOM方法直接生成的模具2.間接法（1）制作簡易模具（2）制作鋼質(zhì)模具1）陶瓷型精密鑄造法2）失蠟精密鑄造法3）用化學(xué)粘接鋼粉澆鑄型腔4）用RP系統(tǒng)制造的原型作為母模快速復(fù)制簡易模具第四節(jié) 快速成型技術(shù)第五節(jié) 虛擬制造技術(shù)一、虛擬制造技術(shù)簡介1.虛擬制造的概念 它是利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等對現(xiàn)實制造活動中的人、物、信息及產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造等生產(chǎn)過程進(jìn)行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題，預(yù)測、檢測、評價產(chǎn)品性能

36、和產(chǎn)品的可制造性等，在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，確保產(chǎn)品一次性開發(fā)成功，以達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、增強(qiáng)企業(yè)競爭力的目的。圖4-22 虛擬制造系統(tǒng)的組成體系第五節(jié) 虛擬制造技術(shù)2.虛擬制造的核心內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù) 核心內(nèi)容主要有虛擬制造的理論體系、虛擬環(huán)境的構(gòu)建、虛擬設(shè)計及虛擬機(jī)器、虛擬作業(yè)過程等。 關(guān)鍵技術(shù)包括適合產(chǎn)品、制造資源、制造環(huán)境等的建模技術(shù)與工具，面向產(chǎn)品性能分析評價、制造過程分析評價和生產(chǎn)管理與控制分析評價等生產(chǎn)活動的仿真技術(shù)與工具，綜合應(yīng)用圖形用戶界面技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、信息技術(shù)、虛擬產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)、虛擬成型技術(shù)等，計算機(jī)仿真、建模和優(yōu)化技術(shù)是實現(xiàn)虛擬制造的核心技術(shù).第五節(jié)

37、 虛擬制造技術(shù)3.虛擬制造的特點 1）虛擬制造不是真實的制造，其使用的制造工具不是機(jī)床等物資設(shè)備，而是計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和相關(guān)軟件系統(tǒng)。 2）虛擬制造所處理的對象是有關(guān)產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù)。 3）虛擬制造的處理結(jié)果是全數(shù)字化產(chǎn)品，而不是真實的物質(zhì)產(chǎn)品，是現(xiàn)實物質(zhì)產(chǎn)品的一個數(shù)字化模型，并具有現(xiàn)實產(chǎn)品所必須具有的特征和性能。第五節(jié) 虛擬制造技術(shù) 4）企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動是基于Internet/Intranet的，整個虛擬制造活動具有高度的并行性，產(chǎn)品設(shè)計、加工過程和裝配過程的仿真可以并行完成。5）虛擬制造可以是分布式的第五節(jié) 虛擬制造技術(shù)4.虛擬制造的分類（3）以控制為中心的虛擬制造（CVM）第五

38、節(jié) 虛擬制造技術(shù)（1）以設(shè)計為中心的虛擬制造（DVM）（2）以制造為中心的虛擬制造（PVM）5.虛擬制造的主要軟、硬件技術(shù) 在軟件方面，主要包括可視化技術(shù)、環(huán)境構(gòu)造技術(shù)、信息描述技術(shù)、集成結(jié)構(gòu)技術(shù)、仿真技術(shù)、方法論、制造的特征化技術(shù)及VM的檢驗和測試技術(shù)、在VM環(huán)境下的人機(jī)和人人等關(guān)于人機(jī)工程學(xué)方面的評價和優(yōu)化技術(shù)等；在硬件方面，主要包括各種輸入/輸出設(shè)備如頭盔式立體顯示器（HMD）、適用的計算機(jī)屏幕、可視化眼鏡，數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)衣、游戲棒等，與輸入/輸出設(shè)備有關(guān)的存儲信息設(shè)備，計算機(jī)系統(tǒng)以及各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（星形、環(huán)形、總線型網(wǎng)絡(luò)）設(shè)備和不同站點的硬件設(shè)備（小型機(jī)）。第五節(jié) 虛擬制造技術(shù)

39、二、虛擬制造技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用1.虛擬產(chǎn)品設(shè)計2.虛擬模具設(shè)計3.虛擬模具制造4.虛擬模具裝配5.虛擬調(diào)試6.虛擬制造技術(shù)應(yīng)用實例1）日本豐田汽車2）歐洲空中客車3）波音-西科斯基4）波音777飛機(jī)全面應(yīng)用VM技術(shù)5）汽車覆蓋件模具的虛擬制造第五節(jié) 虛擬制造技術(shù)圖4-23 汽車覆蓋件模具制造的一般流程第五節(jié) 虛擬制造技術(shù)第六節(jié) 三維測量技術(shù)一、三坐標(biāo)測量技術(shù)概述 三坐標(biāo)測量技術(shù)是將被測零件或部件置于三坐標(biāo)測量空間，通過測量并獲得被測工件上各測點的坐標(biāo)位置，并根據(jù)這些點的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計算機(jī)處理后求出被測工件的幾何尺寸、形狀和位置誤差等。 首臺三坐標(biāo)測量機(jī)是由英國Ferranti公司于195

40、9年生產(chǎn)出來的二、三坐標(biāo)測量技術(shù)分類1.接觸式測量（2）接觸式測量方法的優(yōu)缺點 1)接觸式測量機(jī)的探頭、機(jī)械結(jié)構(gòu)及電子系統(tǒng)等技術(shù)成熟，準(zhǔn)確性、可靠性高。 2)接觸式測量可快速準(zhǔn)確地測量出面、圓、圓柱、圓錐和圓球等物體表面的基本幾何形狀。 3)接觸式測量是直接接觸物體表面進(jìn)行測量，因而不受物體表面的顏色、反射特性和曲率影響。第六節(jié) 三維測量技術(shù)（1）接觸式測量的原理圖4-24 接觸式測量原理圖4-25 接觸式測量補(bǔ)償原理第六節(jié) 三維測量技術(shù)缺點： 1)球形探頭容易磨損，需要經(jīng)常校正球頭的直徑。 2)接觸式測量是逐點測量，測量速度慢。 3)如果操作失誤，容易損壞探頭和降低零件某些重要部位的表面精度

41、。 4)無法測量零件上小于探頭直徑的小孔。 5)因探頭觸發(fā)機(jī)構(gòu)的延遲導(dǎo)致動態(tài)誤差。 6)如果探頭的壓力過大會使被測工件表面發(fā)生變形，導(dǎo)致測量球頭局部壓入被測工件表面，從而影響測量精度。第六節(jié) 三維測量技術(shù)2.非接觸式測量（1）非接觸式測量原理 激光三角法是根據(jù)光學(xué)三角形測量原理，以激光作為光源，將激光束投射到被測物體的表面，并用光電敏感元件在另一位置接收激光的反射能量，利用激光束和光敏元件間的位置和角度關(guān)系來計算被測工件表面點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的一種測量方法。.第六節(jié) 三維測量技術(shù) 非接觸式測量技術(shù)是利用聲、光、電磁等與物體表面發(fā)生相互作用的物理現(xiàn)象來獲取物體的三維坐標(biāo)信息。非接觸式測量方式主要有激光

42、三角法、結(jié)構(gòu)光法、工業(yè)CT法、超聲波法、核磁共振法（MRI）和層析法（CGI）。點光源測量法線光源測量法圖4-26 點光源測量法原理圖圖4-27 線光源測量法原理第六節(jié) 三維測量技術(shù)（2）非接觸式測量方法的優(yōu)缺點 優(yōu)點如下： 1) 光束直接投射到物體表面，沒有半徑補(bǔ)償?shù)膯栴}。 2) 可以直接測量軟性物體、薄壁物體和高精密零件等。 3) 可以用快速掃描，不用逐點測量，因此測量速度快。第六節(jié) 三維測量技術(shù)缺點如下： 1) 目前的PSD測量精度有限，非接觸測量機(jī)的測量精度受限。 2) 物體表面的顏色、斜率等反射特性會影響測量精度。 3) 物體表面上的邊線、凹孔和不連續(xù)形狀的處理較困難，會影響到測量精度。 4)被測工件的表面粗糙度也會影響測量精度。 5)被測量物體形狀尺寸變化較大時，使CCD成像模糊而影響測量精度。第六節(jié) 三維測量技術(shù)三、三坐標(biāo)測量機(jī)的組成1.測量機(jī)主體圖4-28 三坐標(biāo)測量機(jī)的組成第六節(jié) 三維測量技術(shù)2.測量系統(tǒng)