車床模具加工機(jī)電科技論文

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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(jìn)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(jìn)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(jī)床的比例不斷增長；但是隨著放電加工機(jī)床功能的不斷完善并向高速化、數(shù)字化發(fā)展，電加工機(jī)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(jī)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(dá)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(dá)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(dá)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(jī)床，對目前模具加工設(shè)備的現(xiàn)狀及趨勢進(jìn)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(jī)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(jī)床的高速高效化和精密化上。對于高速加工中心，國外機(jī)床在進(jìn)給驅(qū)動方面：滾珠絲杠驅(qū)動的加工中心，快速進(jìn)給大多在40m／min以上，最高已達(dá)到90m／min，直線電機(jī)驅(qū)動的加工中心已實用化，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，快速進(jìn)給最高達(dá)到120m／min；而國內(nèi)加工中心快速進(jìn)給大多在30m／min左右，個別達(dá)到60m／min，直線電機(jī)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(dá)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(jìn)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(jī)。我國雖然在多次機(jī)床展和CIM12003國際機(jī)床展上展出了十多臺五軸加工機(jī)，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(jī)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(jī)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(jī)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(jì)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(qiáng)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(jī)床我國電加工機(jī)床的市場總?cè)萘坎皇呛艽?，估計只占我國機(jī)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(jī)床在數(shù)控金切機(jī)床消費結(jié)構(gòu)中，其消費量比重卻達(dá)到14．5％，僅次于數(shù)控車床；進(jìn)口量比重為12％，低于數(shù)控車床、加工中心和數(shù)控銑床?？梢姡岣邤?shù)控化率和加工精度是放電加工機(jī)床對抗各方挑戰(zhàn)的唯一出路。在數(shù)控金切機(jī)床市場占有率方面，國產(chǎn)數(shù)控電加工機(jī)床按臺數(shù)達(dá)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)。現(xiàn)狀是，對于一般精度要求的加工，國產(chǎn)數(shù)控電加工機(jī)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(jī)和精密電火花成形機(jī)，大多數(shù)依靠進(jìn)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(jī)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(jī)電有限公司生產(chǎn)的AQ360L、AQ550L型精密慢走絲電火花線切割機(jī)達(dá)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(jī)床都屬于數(shù)控金屬切削機(jī)床，其發(fā)展的趨勢與當(dāng)今數(shù)控機(jī)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(jī)床的加工速度，包括加減速度和進(jìn)給速度。目前，高速加工的諸多關(guān)鍵技術(shù)的研究都達(dá)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(jìn)給系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)進(jìn)一步輕量化，而且普遍采用直線電機(jī)和力矩電機(jī)的直接驅(qū)動方式，機(jī)床的3個直線坐標(biāo)運動多數(shù)由刀具主軸部件實現(xiàn)。機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)床上的應(yīng)用和研究已經(jīng)比較廣泛；而對于放電加工機(jī)床，由于其工藝的特殊性，智能化的研究相對較晚。對于當(dāng)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(xí)功能的電火花加工系統(tǒng)。隨著計算機(jī)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(jī)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(hù)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(zhǔn)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(jī)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(dá)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。