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車床模具加工機電科技論文

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車床模具加工機電科技論文

1概況

隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展,模具企業(yè)裝備更新?lián)Q代的速度加快,對先進的模具加工設(shè)備的需求也日益增加。用高新技術(shù)和先進適用技術(shù)改造傳統(tǒng)模具加工模式的不斷推廣和深入,數(shù)字化加工已成為模具加工發(fā)展的方向。采用數(shù)字化技術(shù)的模具加工設(shè)備也成了模具企業(yè)提高其裝備水平的首選。同時,多功能復(fù)合加工能有效提高模具加工效率,也受到模具制造商的關(guān)注。由于將來多數(shù)模具還是由鋼以及鑄鐵制造的,因此硬加工越來越重要。這也可以解釋為何在模具加工設(shè)備中,數(shù)控金切機床的比例不斷增長;但是隨著放電加工機床功能的不斷完善并向高速化、數(shù)字化發(fā)展,電加工機床將在其專長的領(lǐng)域發(fā)揮更好的作用。我國企業(yè)擁有的數(shù)控設(shè)備比例很低,機床行業(yè)僅4%左右。模具加工行業(yè)的狀況可能會好一些,但與發(fā)達國家相比,仍有不小的差距,這也直接導(dǎo)致我國模具制造水平檔次較低。隨著發(fā)達國家的模具工業(yè)逐步向我國轉(zhuǎn)移,我國模具工業(yè)較發(fā)達的廣東、浙江地區(qū)的部分大型模具加工企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了技術(shù)升級和技術(shù)改造。以下我們將圍繞模具加工設(shè)備中幾個關(guān)鍵的產(chǎn)品:加工中心、數(shù)控車床及數(shù)控電加工機床,對目前模具加工設(shè)備的現(xiàn)狀及趨勢進行分析。

2現(xiàn)狀

(1)加工中心

由于用戶對加工高效率的需求,加工中心是目前金屬切削機床中發(fā)展最快的品種,有著廣闊的應(yīng)用前景。但國產(chǎn)加工中心的市場占有率非常低的。另外,國內(nèi)外同類產(chǎn)品的差距主要在機床的高速高效化和精密化上。對于高速加工中心,國外機床在進給驅(qū)動方面:滾珠絲杠驅(qū)動的加工中心,快速進給大多在40m/min以上,最高已達到90m/min,直線電機驅(qū)動的加工中心已實用化,應(yīng)用范圍不斷擴大,快速進給最高達到120m/min;而國內(nèi)加工中心快速進給大多在30m/min左右,個別達到60m/min,直線電機驅(qū)動的加工中心僅試制出樣品;國外高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般都在12000~25000r/min,最高已達到70000r/min,在結(jié)構(gòu)上都采用適應(yīng)于高速加工要求的獨特箱中箱結(jié)構(gòu)或龍門式結(jié)構(gòu)。在加工精度上,國外臥式加工中心都裝有機床精度溫度補償系統(tǒng),加工精度比較穩(wěn)定,而國內(nèi)尚在研發(fā)中;國外加工中心定位精度基本上按德國標準VDI344l驗收,行程l000mm以下,定位精度可控制在0.006~0.01mm以內(nèi),而國內(nèi)定位精度相對較低。另外,為適應(yīng)未來加工精度提高的要求,國外不少公司還都開發(fā)了坐標鏜精度級的加工中心。五軸加工中心,在國外不僅應(yīng)用于模具加工上,而且已廣泛應(yīng)用于一般零件加工,進行五面加工和復(fù)雜零件加工,國外各大公司都開發(fā)生產(chǎn)了應(yīng)用于不同范圍的各種類型的五軸加工機。我國雖然在多次機床展和CIM12003國際機床展上展出了十多臺五軸加工機,但大多數(shù)沒有售出,沒有經(jīng)過生產(chǎn)考驗,僅少數(shù)投入生產(chǎn)使用。高速銑削中心主要應(yīng)用于中小型型腔模具加工,德國Roders公司和Hermle公司、瑞士Mikron公司都生產(chǎn)此種產(chǎn)品,而我國尚待開發(fā)。

(2)數(shù)控車床

從各類數(shù)控金切機床消費結(jié)構(gòu)來看,我國消費最多的品種是數(shù)控車床,約占41%。國產(chǎn)數(shù)控機床的市場占有率按金額為51%。按臺數(shù)為73%。從占有率看,國產(chǎn)數(shù)控車床是國產(chǎn)數(shù)控金切機床中占有率最高的類別,但這并不意味著國產(chǎn)數(shù)控車床在品種上、性能上和可靠性上已經(jīng)能夠滿足用戶的需求。國產(chǎn)的數(shù)控車床大多為經(jīng)濟型,約占總數(shù)的80%左右,多功能數(shù)控車床和車削中心生產(chǎn)量較少;而國外生產(chǎn)的基本上是多功能數(shù)控車床和車削中心。國外車削中心具有雙主軸、雙刀塔、Y軸、C軸,甚至還裝有日軸,功能多,可供用戶選擇。國外數(shù)控車床的主軸轉(zhuǎn)速和主軸功率一般都高于國產(chǎn)數(shù)控車床;另外還能生產(chǎn)提供適合于高強度耐熱合金加工和鈦合金加工大功率、高剛度的數(shù)控車床和車削中心以及以車代磨的精密數(shù)控車床和車削中心,而此類產(chǎn)品國內(nèi)基本處于空白。(3)數(shù)控電加工機床我國電加工機床的市場總?cè)萘坎皇呛艽?,估計只占我國機床工具總量的5%左右。同時,還受到數(shù)控銑、高速銑、加工中心的挑戰(zhàn)。但是數(shù)控電加工機床在數(shù)控金切機床消費結(jié)構(gòu)中,其消費量比重卻達到14.5%,僅次于數(shù)控車床;進口量比重為12%,低于數(shù)控車床、加工中心和數(shù)控銑床??梢?,提高數(shù)控化率和加工精度是放電加工機床對抗各方挑戰(zhàn)的唯一出路。在數(shù)控金切機床市場占有率方面,國產(chǎn)數(shù)控電加工機床按臺數(shù)達到了54.5%,僅次于數(shù)控車床;但金額占有率僅為15%,這就意味著高端市場依舊被國外產(chǎn)品占據(jù)?,F(xiàn)狀是,對于一般精度要求的加工,國產(chǎn)數(shù)控電加工機床可以滿足用戶需要;而高端的精密慢走絲電火花線切割機和精密電火花成形機,大多數(shù)依靠進口。隨著模具對表面質(zhì)量、精度及效率要求的不斷提高,精密慢走絲電火花線切割機市場需求越來越大。由于其技術(shù)含量高,模仿難度大,國內(nèi)這部分市場基本被日本、瑞士的電加工設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)所占領(lǐng),國內(nèi)企業(yè)在技術(shù)上目前還不具備優(yōu)勢,僅合資企業(yè)蘇州沙迪克特種機電有限公司生產(chǎn)的AQ360L、AQ550L型精密慢走絲電火花線切割機達到了同類產(chǎn)品的國際水平。

3總體發(fā)展趨勢

加工中心、數(shù)控車床和數(shù)控電加工機床都屬于數(shù)控金屬切削機床,其發(fā)展的趨勢與當今數(shù)控機床發(fā)展的趨勢是相同的,即:高速、復(fù)合、智能、環(huán)保。

(1)高速加工

提高加工效率的方法之一就是提高加工機床的加工速度,包括加減速度和進給速度。目前,高速加工的諸多關(guān)鍵技術(shù)的研究都達到了一定的水平。高速電主軸的最高轉(zhuǎn)速及功率、扭矩普遍提高,并采用了傳感技術(shù)的振動監(jiān)測和診斷;進給系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)進一步輕量化,而且普遍采用直線電機和力矩電機的直接驅(qū)動方式,機床的3個直線坐標運動多數(shù)由刀具主軸部件實現(xiàn)。機床的基本結(jié)構(gòu)普遍具有高承載能力、高剛性、熱穩(wěn)定性和抗振性。特別重視耐沖擊性,最大加速度由允許的最大沖擊力決定,而不僅僅取決于驅(qū)動系統(tǒng)及其伺服單元的能力。高速加工的主要目的是通過提高材料去除率和良好的加工表面質(zhì)量來提高生產(chǎn)效率,為此必須防止切削顫振。于是顫振預(yù)測軟件應(yīng)運而生。對于高速干切削機床,為了使其及時順利排出大量熱切屑,排屑槽采用絕熱材料制造。

(2)復(fù)合加工

復(fù)合加工在保持工序集中和消除(或減少)工件重新安裝定位的總的發(fā)展趨勢中,使更多的不同加工過程復(fù)合在一臺機床上,不僅是用戶的追求(可以減少占地面積,減少零件傳送和庫存,保證加工精度等),而且也適應(yīng)了現(xiàn)代社會的節(jié)能、環(huán)保等方面的要求。

(3)智能化和網(wǎng)絡(luò)化

CAD/CAPP/CAM一體化已成為制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢之一,在普通加工機床上的應(yīng)用和研究已經(jīng)比較廣泛;而對于放電加工機床,由于其工藝的特殊性,智能化的研究相對較晚。對于當前智能技術(shù)研究和應(yīng)用的熱點一一模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等,許多電火花加工的研究人員已經(jīng)致力于它們在電火花加工中的應(yīng)用研究,并已取得了富有成效的研究成果。例如在日本FANUC公司開發(fā)的FANUCTAPECUIWP系統(tǒng)中,就是將模糊技術(shù)與專家系統(tǒng)相結(jié)合;SODICK公司還提出的一種具有學(xué)習功能的電火花加工系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展,具備實現(xiàn)機床全生命周期服務(wù)的開放式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)開始普及。該系統(tǒng)安裝有不同的功能模塊,用戶通過瀏覽器就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、提交設(shè)備優(yōu)化、診斷請求并在線獲取優(yōu)化、診斷結(jié)果及專家系統(tǒng)知識等操作資料。

(4)綠色化制造

環(huán)境保護意識的提高,讓制造商更加重視環(huán)保和勞保,同時也重視節(jié)能和降耗。干切削、準干切削、硬切削技術(shù)由于可以減少或避免冷卻液、潤滑液對周圍環(huán)造成的生態(tài)危害而得到較快的發(fā)展。歐洲已不允許在無完全封閉加工區(qū)的機床工作,對冷卻液霧中油的濃度要求低于5~0.5mg/m3。以上為技術(shù)發(fā)展的大趨勢,就目前國內(nèi)模具生產(chǎn)而言,我國今后會發(fā)展重達100t的大型模具和一模千腔的模具,這就對模具加工設(shè)備提出了大工作臺、大行程、大承重和高穩(wěn)定性等要求,同時也提出了加工一致性和高精度的要求。

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