車床模具加工機電科技論文

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1概況

隨著模具工業的快速發展，模具企業裝備更新換代的速度加快，對先進的模具加工設備的需求也日益增加。用高新技術和先進適用技術改造傳統模具加工模式的不斷推廣和深入，數字化加工已成為模具加工發展的方向。采用數字化技術的模具加工設備也成了模具企業提高其裝備水平的首選。同時，多功能復合加工能有效提高模具加工效率，也受到模具制造商的關注。由于將來多數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備中，數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、數字化發展，電加工機床將在其專長的領域發揮更好的作用。我國企業擁有的數控設備比例很低，機床行業僅4％左右。模具加工行業的狀況可能會好一些，但與發達國家相比，仍有不小的差距，這也直接導致我國模具制造水平檔次較低。隨著發達國家的模具工業逐步向我國轉移，我國模具工業較發達的廣東、浙江地區的部分大型模具加工企業已經實現了技術升級和技術改造。以下我們將圍繞模具加工設備中幾個關鍵的產品：加工中心、數控車床及數控電加工機床，對目前模具加工設備的現狀及趨勢進行分析。

2現狀

(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展最快的品種，有著廣闊的應用前景。但國產加工中心的市場占有率非常低的。另外，國內外同類產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，國外機床在進給驅動方面：滾珠絲杠驅動的加工中心，快速進給大多在40m／min以上，最高已達到90m／min，直線電機驅動的加工中心已實用化，應用范圍不斷擴大，快速進給最高達到120m／min；而國內加工中心快速進給大多在30m／min左右，個別達到60m／min，直線電機驅動的加工中心僅試制出樣品；國外高速加工中心主軸轉速一般都在12000～25000r／min，最高已達到70000r／min，在結構上都采用適應于高速加工要求的獨特箱中箱結構或龍門式結構。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，加工精度比較穩定，而國內尚在研發中；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，而國內定位精度相對較低。另外，為適應未來加工精度提高的要求，國外不少公司還都開發了坐標鏜精度級的加工中心。五軸加工中心，在國外不僅應用于模具加工上，而且已廣泛應用于一般零件加工，進行五面加工和復雜零件加工，國外各大公司都開發生產了應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，但大多數沒有售出，沒有經過生產考驗，僅少數投入生產使用。高速銑削中心主要應用于中小型型腔模具加工，德國Roders公司和Hermle公司、瑞士Mikron公司都生產此種產品，而我國尚待開發。

(2)數控車床

從各類數控金切機床消費結構來看，我國消費最多的品種是數控車床，約占41％。國產數控機床的市場占有率按金額為51％。按臺數為73％。從占有率看，國產數控車床是國產數控金切機床中占有率最高的類別，但這并不意味著國產數控車床在品種上、性能上和可靠性上已經能夠滿足用戶的需求。國產的數控車床大多為經濟型，約占總數的80％左右，多功能數控車床和車削中心生產量較少；而國外生產的基本上是多功能數控車床和車削中心。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。國外數控車床的主軸轉速和主軸功率一般都高于國產數控車床；另外還能生產提供適合于高強度耐熱合金加工和鈦合金加工大功率、高剛度的數控車床和車削中心以及以車代磨的精密數控車床和車削中心，而此類產品國內基本處于空白。(3)數控電加工機床我國電加工機床的市場總容量不是很大，估計只占我國機床工具總量的5％左右。同時，還受到數控銑、高速銑、加工中心的挑戰。但是數控電加工機床在數控金切機床消費結構中，其消費量比重卻達到14．5％，僅次于數控車床；進口量比重為12％，低于數控車床、加工中心和數控銑床?？梢姡岣邤悼鼗屎图庸ぞ仁欠烹娂庸C床對抗各方挑戰的唯一出路。在數控金切機床市場占有率方面，國產數控電加工機床按臺數達到了54．5％，僅次于數控車床；但金額占有率僅為15％，這就意味著高端市場依舊被國外產品占據?，F狀是，對于一般精度要求的加工，國產數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，大多數依靠進口。隨著模具對表面質量、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。由于其技術含量高，模仿難度大，國內這部分市場基本被日本、瑞士的電加工設備生產企業所占領，國內企業在技術上目前還不具備優勢，僅合資企業蘇州沙迪克特種機電有限公司生產的AQ360L、AQ550L型精密慢走絲電火花線切割機達到了同類產品的國際水平。

3總體發展趨勢

加工中心、數控車床和數控電加工機床都屬于數控金屬切削機床，其發展的趨勢與當今數控機床發展的趨勢是相同的，即：高速、復合、智能、環保。

(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，高速加工的諸多關鍵技術的研究都達到了一定的水平。高速電主軸的最高轉速及功率、扭矩普遍提高，并采用了傳感技術的振動監測和診斷；進給系統不僅結構進一步輕量化，而且普遍采用直線電機和力矩電機的直接驅動方式，機床的3個直線坐標運動多數由刀具主軸部件實現。機床的基本結構普遍具有高承載能力、高剛性、熱穩定性和抗振性。特別重視耐沖擊性，最大加速度由允許的最大沖擊力決定，而不僅僅取決于驅動系統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量來提高生產效率，為此必須防止切削顫振。于是顫振預測軟件應運而生。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)復合加工

復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展趨勢中，使更多的不同加工過程復合在一臺機床上，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)，而且也適應了現代社會的節能、環保等方面的要求。

(3)智能化和網絡化

CAD／CAPP／CAM一體化已成為制造技術發展的必然趨勢之一，在普通加工機床上的應用和研究已經比較廣泛；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。對于當前智能技術研究和應用的熱點一一模糊邏輯、人工神經網絡和遺傳算法等，許多電火花加工的研究人員已經致力于它們在電火花加工中的應用研究，并已取得了富有成效的研究成果。例如在日本FANUC公司開發的FANUCTAPECUIWP系統中，就是將模糊技術與專家系統相結合；SODICK公司還提出的一種具有學習功能的電火花加工系統。隨著計算機技術和網絡通信技術的迅速發展，具備實現機床全生命周期服務的開放式網絡監控服務系統開始普及。該系統安裝有不同的功能模塊，用戶通過瀏覽器就可以實現數據查詢、提交設備優化、診斷請求并在線獲取優化、診斷結果及專家系統知識等操作資料。

(4)綠色化制造

環境保護意識的提高，讓制造商更加重視環保和勞保，同時也重視節能和降耗。干切削、準干切削、硬切削技術由于可以減少或避免冷卻液、潤滑液對周圍環造成的生態危害而得到較快的發展。歐洲已不允許在無完全封閉加工區的機床工作，對冷卻液霧中油的濃度要求低于5~0．5mg／m3。以上為技術發展的大趨勢，就目前國內模具生產而言，我國今后會發展重達100t的大型模具和一模千腔的模具，這就對模具加工設備提出了大工作臺、大行程、大承重和高穩定性等要求，同時也提出了加工一致性和高精度的要求。