畢業(yè)論文---模具在發(fā)展中的趨勢(shì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書</p><p>　　姓名 *** </p><p>　　專業(yè) 模具設(shè)計(jì)與制造 </p><p>　　任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 年

2、 月 日</p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）開始日期 年 月 日</p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）完成日期 年 月 日</p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）題目： 模具在發(fā)展中的趨勢(shì)

3、 </p><p>　　A·編制設(shè)計(jì) </p><p>　　B·設(shè)計(jì)專題（畢業(yè)論文）

4、 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　系（部）主 任 </p><p>　　年 月 日</p><p>　　平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院</p><p>

5、;　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)記錄</p><p>　　機(jī)械工程 系 模具設(shè)計(jì)與制造 專業(yè)，學(xué)生 于 年 月 日</p><p>　　進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。</p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 模具在發(fā)展中的趨勢(shì)

6、 </p><p>　　專題（論文）題目： 模具在發(fā)展中的趨勢(shì) </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　答辯委員會(huì)根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會(huì)討論評(píng)定

7、，給予學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)?。</p><p>　　答辯委員會(huì) 人，出席 人</p><p>　　答辯委員會(huì)主任（簽字）： </p>&

8、lt;p>　　答辯委員會(huì)副主任（簽字）： </p><p>　　答辯委員會(huì)委員： ， ， ，</p><p>　　， ， ，

9、 </p><p>　　平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語</p><p>　　第 頁</p><p>　　共 頁</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及答辯評(píng)語： </p>&

10、lt;p>　　論在模具生產(chǎn)中數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用和發(fā)展方向</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出了高精度、高復(fù)雜性的要求，而且產(chǎn)品的更新?lián)Q代也在加快，這對(duì)機(jī)床設(shè)備不僅提出了精度和效率的要求，而且也對(duì)其提出了通用性和靈活性的要求。數(shù)控機(jī)床就是針對(duì)這種要求而產(chǎn)生的一種新型自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控機(jī)床集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)

11、技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)于一體，是高度機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品。它本身又是機(jī)電一體化的重要組成部分，是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)水平的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床體現(xiàn)了當(dāng)前世界機(jī)床技術(shù)進(jìn)步的主流，是衡量機(jī)械制造工藝水平的重要指標(biāo)，在柔性生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)集成制造等先進(jìn)制造技術(shù)中起著重要的基礎(chǔ)核心作用。因此，如何更好的使用數(shù)控機(jī)床是一個(gè)很重要的問題。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；G代碼；走刀軌跡；CAD/CAM；數(shù)控

12、編程；NC刀軌；計(jì)算機(jī)仿真</p><p>　　The mold of CNC machine tools in production applications</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Science and technology development of mechanical produc

13、ts made of high precision and high complexity of the requirements, but also to speed up the upgrading of products, which not only the machine tool accuracy and efficiency, but also put forward its versatility and flexibi

14、lity requirements. CNC machine tools is to generate such a request and a new automated machine. CNC machine tool set, includes micro-electronics technology, computer technology, automatic control technology and servo dri

15、ve te</p><p>　　Keywords： CNC machine tool； G code, take the knife track；CAD / CAM； NC programming NC tool path,； the computer simulatio</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一

16、章 緒 論1</p><p>　　第二章 數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展概述2</p><p>　　2.1數(shù)控編程及其發(fā)展2</p><p>　　2.1.1數(shù)控編程的基本概念2</p><p>　　2.1.2數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展概況2</p><p>　　2.2 NC刀具軌跡生成方法研究發(fā)展現(xiàn)狀3</p>

17、<p>　　2.2.1基于點(diǎn)、線、面和體的NC刀軌生成方法3</p><p>　　2.2.2基于特征的NC刀軌生成方法3</p><p>　　2.2.3現(xiàn)役幾個(gè)主要CAD/CAM系統(tǒng)中的NC刀軌生成方法分析5</p><p>　　2.2.4現(xiàn)役CAM系統(tǒng)刀軌生成方法的主要問題6</p><p>　　2.3計(jì)算機(jī)仿真7&

18、lt;/p><p>　　2.3.1計(jì)算機(jī)仿真的概念及應(yīng)用7</p><p>　　2.3.2數(shù)控仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀8</p><p>　　2.3.3直接實(shí)體造型法9</p><p>　　2.3.4基于圖像空間的方法9</p><p>　　2.3.5離散矢量求交法10</p><p>　　第三

19、章 數(shù)控在模具中的應(yīng)用——電火花加工12</p><p>　　3.1電火花加工機(jī)床在模具工業(yè)的發(fā)展12</p><p>　　3.2中國(guó)電火花加工機(jī)床歷史回顧12</p><p>　　3.3電火花加工機(jī)床目前概況13</p><p>　　3.4電火花加工機(jī)床的前景展望13</p><p>　　第四章 數(shù)控在

20、模具中的應(yīng)用——汽車制造16</p><p>　　4.1數(shù)控機(jī)床在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)16</p><p>　　4.2數(shù)控在汽車生產(chǎn)中的發(fā)展16</p><p>　　4.3數(shù)控在汽車制造中的應(yīng)用情況與不足17</p><p>　　4.4看法與建議18</p><p>　　第五章 數(shù)控機(jī)床六大發(fā)展方向19&

21、lt;/p><p>　　5.1高速度，到精度發(fā)展19</p><p>　　5.2自動(dòng)換刀多功能化19</p><p>　　5.3數(shù)控機(jī)床智能化19</p><p>　　5.4數(shù)控機(jī)床智能化20</p><p>　　5.5可靠性最大化20</p><p>　　5.6控制系統(tǒng)小型化20<

22、;/p><p>　　第六章 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)21</p><p>　　6.1數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展21</p><p>　　6.2數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展21</p><p>　　6.3數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展22</p><p>　　6.4數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展23</p>&l

23、t;p>　　6.5數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展23</p><p>　　6.6數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)展23</p><p>　　6.7數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動(dòng)化方向發(fā)展24</p><p><b>　　結(jié)語25</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：26</b></p>

24、<p><b>　　致謝27</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出了高精度、高復(fù)雜性的要求，而且產(chǎn)品的更新?lián)Q代也在加快，這對(duì)機(jī)床設(shè)備不僅提出了精度和效率的要求，而且也對(duì)其提出了通用性和靈活性的要求。數(shù)控機(jī)床就是針對(duì)這種要求而產(chǎn)生的一種新型自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控機(jī)

25、床集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)于一體，是高度機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品。它本身又是機(jī)電一體化的重要組成部分，是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)水平的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床體現(xiàn)了當(dāng)前世界機(jī)床技術(shù)進(jìn)步的主流，是衡量機(jī)械制造工藝水平的重要指標(biāo)，在柔性生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)集成制造等先進(jìn)制造技術(shù)中起著重要的基礎(chǔ)核心作用。因此，如何更好的使用數(shù)控機(jī)床是一個(gè)很重要的問題.</p><p>　　隨著數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展,現(xiàn)在數(shù)控技

26、術(shù)已應(yīng)用與多個(gè)行業(yè),尤其是數(shù)控技術(shù)在電火花加工和汽車制造中的應(yīng)用.所以我們有必要為此做一深入的研究,形成一個(gè)系統(tǒng)的概念.</p><p>　　第二章 數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展概述</p><p>　　2.1數(shù)控編程及其發(fā)展</p><p>　　數(shù)控編程是目前CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一，其在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)加工自動(dòng)化、提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研

27、制周期等方面發(fā)揮著重要作用。在諸如航空工業(yè)、汽車工業(yè)等領(lǐng)域有著大量的應(yīng)用。由于生產(chǎn)實(shí)際的強(qiáng)烈需求，國(guó)內(nèi)外都對(duì)數(shù)控編程技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，并取得了豐碩成果。下面就對(duì)數(shù)控編程及其發(fā)展作一些介紹。</p><p>　　2.1.1數(shù)控編程的基本概念</p><p>　　數(shù)控編程是從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程。它的主要任務(wù)是計(jì)算加工走刀中的刀位點(diǎn)（cutterlocationpoint簡(jiǎn)稱

28、CL點(diǎn)）。刀位點(diǎn)一般取為刀具軸線與刀具表面的交點(diǎn)，多軸加工中還要給出刀軸矢量?？偠灾?，數(shù)控編程就是把刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信息。</p><p>　　2.1.2數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展概況</p><p>　　為了解決數(shù)控加工中的程序編制問題，50年代，MIT設(shè)計(jì)了一種專門用于機(jī)械零件數(shù)控加工程序編制的語言，稱為APT（AutomaticallyProgrammedTool）。其后，APT

29、幾經(jīng)發(fā)展，形成了諸如APTII、APTIII（立體切削用）、APT（算法改進(jìn)，增加多坐標(biāo)曲面加工編程功能）、APTAC（Advancedcontouring）(增加切削數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng))和APT/SS（SculpturedSurface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進(jìn)版。</p><p>　　采用APT語言編制數(shù)控程序具有程序簡(jiǎn)煉，走刀控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，使數(shù)控加工編程從面向機(jī)床指令的“匯編語言”級(jí)，上升到面向幾何

30、元素.APT仍有許多不便之處：采用語言定義零件幾何形狀，難以描述復(fù)雜的幾何形狀，缺乏幾何直觀性；缺少對(duì)零件形狀、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗(yàn)證手段；難以和CAD數(shù)據(jù)庫(kù)和CAPP系統(tǒng)有效連接；不容易作到高度的自動(dòng)化，集成化。</p><p>　　針對(duì)APT語言的缺點(diǎn)，1978年，法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司開始開發(fā)集三維設(shè)計(jì)、分析、NC加工一體化的系統(tǒng)，稱為為CATIA。隨后很快出現(xiàn)了象EUCLID，UGII，IN

31、TERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設(shè)計(jì)、修改及刀具軌跡生成，走刀過程的仿真顯示、驗(yàn)證等問題，推動(dòng)了CAD和CAM向一體化方向發(fā)展。到了80年代，在CAD/CAM一體化概念的基礎(chǔ)上，逐步形成了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）及并行工程（CE）的概念。目前，為了適應(yīng)CIMS及CE發(fā)展的需要，數(shù)控編程系統(tǒng)正向集成化和智能化方向發(fā)展

32、。</p><p>　　在集成化方面，以開發(fā)符合STEP標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化特征造型系統(tǒng)為主，目前已進(jìn)行了大量卓有成效的工作，是國(guó)內(nèi)外開發(fā)的熱點(diǎn)；在智能化方面，工作剛剛開始，還有待我們?nèi)ヅΑ?lt;/p><p>　　2.2 NC刀具軌跡生成方法研究發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　數(shù)控編程的核心工作是生成刀具軌跡，然后將其離散成刀位點(diǎn)，經(jīng)后置處理產(chǎn)生數(shù)控加工程序。下面就刀具軌跡產(chǎn)

33、生方法作一些介紹。</p><p>　　2.2.1基于點(diǎn)、線、面和體的NC刀軌生成方法</p><p>　　CAD技術(shù)從二維繪圖起步，經(jīng)歷了三維線框、曲面和實(shí)體造型發(fā)展階段，一直到現(xiàn)在的參數(shù)化特征造型。在二維繪圖與三維線框階段，數(shù)控加工主要以點(diǎn)、線為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，如孔加工，輪廓加工，平面區(qū)域加工等。這種加工要求操作人員的水平較高，交互復(fù)雜。在曲面和實(shí)體造型發(fā)展階段，出現(xiàn)了基于實(shí)體的加工。實(shí)體加

34、工的加工對(duì)象是一個(gè)實(shí)體（一般為CSG和BREP混合表示的），它由一些基本體素經(jīng)集合運(yùn)算（并、交、差運(yùn)算）而得。實(shí)體加工不僅可用于零件的粗加工和半精加工，大面積切削掉余量，提高加工效率，而且可用于基于特征的數(shù)控編程系統(tǒng)的研究與開發(fā)，是特征加工的基礎(chǔ)。</p><p>　　實(shí)體加工一般有實(shí)體輪廓加工和實(shí)體區(qū)域加工兩種。實(shí)體加工的實(shí)現(xiàn)方法為層切法（SLICE），即用一組水平面去切被加工實(shí)體，然后對(duì)得到的交線產(chǎn)生等距線作

35、為走刀軌跡。本文從系統(tǒng)需要角度出發(fā)，在ACIS幾何造型平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了這種基于點(diǎn)、線、面和實(shí)體的數(shù)控加工。</p><p>　　2.2.2基于特征的NC刀軌生成方法</p><p>　　參數(shù)化特征造型已有了一定的發(fā)展時(shí)期，但基于特征的刀具軌跡生成方法的研究才剛剛開始。特征加工使數(shù)控編程人員不在對(duì)那些低層次的幾何信息（如：點(diǎn)、線、面、實(shí)體）進(jìn)行操作，而轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訉?duì)符合工程技術(shù)人員習(xí)慣的特征進(jìn)行數(shù)

36、控編程，大大提高了編程效率。</p><p>　　W.R.Mail和A.J.Mcleod在他們的研究中給出了一個(gè)基于特征的NC代碼生成子系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的工作原理是：零件的每個(gè)加工過程都可以看成對(duì)組成該零件的形狀特征組進(jìn)行加工的總和。那么對(duì)整個(gè)形狀特征或形狀特征組分別加工后即完成了零件的加工。而每一形狀特征或形狀特征組的NC代碼可自動(dòng)生成。目前開發(fā)的系統(tǒng)只適用于2.5D零件的加工。</p><p

37、>　　LeeandChang開發(fā)了一種用虛擬邊界的方法自動(dòng)產(chǎn)生凸自由曲面特征刀具軌跡的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的工作原理是：在凸自由曲面內(nèi)嵌入一個(gè)最小的長(zhǎng)方塊，這樣凸自由曲面特征就被轉(zhuǎn)換成一個(gè)凹特征。最小的長(zhǎng)方塊與最終產(chǎn)品模型的合并就構(gòu)成了被稱為虛擬模型的一種間接產(chǎn)品模型。刀具軌跡的生成方法分成三步完成:切削多面體特征,切削自由曲面特征,切削相交特征。</p><p>　　JongYunJung研究了基于特征的非切削

38、刀具軌跡生成問題。文章把基于特征的加工軌跡分成輪廓加工和內(nèi)區(qū)域加工兩類，并定義了這兩類加工的切削方向，通過減少切削刀具軌跡達(dá)到整體優(yōu)化刀具軌跡的目的。文章主要針對(duì)幾種基本特征（孔、內(nèi)凹、臺(tái)階、槽），討論了這些基本特征的典型走刀路徑、刀具選擇和加工順序等，并通過IP（InterProgramming）技術(shù)避免重復(fù)走刀，以優(yōu)化非切削刀具軌跡。另外，JongYunJong還在他1991年的博士論文中研究了制造特征提取和基于特征的刀具及刀具路徑

39、。</p><p>　　特征加工的基礎(chǔ)是實(shí)體加工，當(dāng)然也可認(rèn)為是更高級(jí)的實(shí)體加工。但特征加工不同于實(shí)體加工，實(shí)體加工有它自身的局限性。特征加工與實(shí)體加工主要有以下幾點(diǎn)不同：</p><p>　　從概念上講，特征是組成零件的功能要素，符合工程技術(shù)人員的操作習(xí)慣，為工程技術(shù)人員所熟知；實(shí)體是低層的幾何對(duì)象，是經(jīng)過一系列布爾運(yùn)算而得到的一個(gè)幾何體，不帶有任何功能語義信息；實(shí)體加工往往是對(duì)整個(gè)零件

40、（實(shí)體）的一次性加工。但實(shí)際上一個(gè)零件不太可能僅用一把刀一次加工完，往往要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工等一系列工步，零件不同的部位一般要用不同的刀具進(jìn)行加工；有時(shí)一個(gè)零件既要用到車削，也要用到銑削。因此實(shí)體加工主要用于零件的粗加工及半精加工。而特征加工則從本質(zhì)上解決了上述問題；特征加工具有更多的智能。對(duì)于特定的特征可規(guī)定某幾種固定的加工方法，特別是那些已在STEP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特征更是如此。如果我們對(duì)所有的標(biāo)準(zhǔn)特征都制定了特定的加工方法，那

41、么對(duì)那些由標(biāo)準(zhǔn)特征夠成的零件的加工其方便性就可想而知了。倘若CAPP系統(tǒng)能提供相應(yīng)的工藝特征，那么NCP系統(tǒng)就可以大大減少交互輸入，具有更多的智能。而這些實(shí)體加工是無法實(shí)現(xiàn)的；</p><p>　　特征加工有利于實(shí)現(xiàn)從CAD、CAPP、NCP及CNC系統(tǒng)的全面集成，實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動(dòng)，為CIMS乃至并行工程（CE）奠定良好的基礎(chǔ)；而實(shí)體加工對(duì)這些是無能為力的。</p><p>　　2.2.

42、3現(xiàn)役幾個(gè)主要CAD/CAM系統(tǒng)中的NC刀軌生成方法分析</p><p>　　現(xiàn)役CAM的構(gòu)成及主要功能</p><p>　　目前比較成熟的CAM系統(tǒng)主要以兩種形式實(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)集成：一體化的CAD/CAM系統(tǒng)（如：UGII、Euclid、Pro/ENGINEER等）和相對(duì)獨(dú)立的CAM系統(tǒng)（如：Mastercam、Surfcam等）。前者以內(nèi)部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品

43、幾何模型，而后者主要通過中性文件從其它CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。然而，無論是哪種形式的CAM系統(tǒng)，都由五個(gè)模塊組成，即交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動(dòng)態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。下面僅就一些著名的CAD/CAM系統(tǒng)的NC加工方法進(jìn)行討論。</p><p>　　UGII加工方法分析</p><p>　　一般認(rèn)為UGII是業(yè)界中最好，最具代表性的數(shù)控軟件。其

44、最具特點(diǎn)的是其功能強(qiáng)大的刀具軌跡生成方法。包括車削、銑削、線切割等完善的加工方法。其中銑削主要有以下功能：</p><p>　　PointtoPoint：完成各種孔加工；</p><p>　　PanarMill：平面銑削。包括單向行切，雙向行切，環(huán)切以及輪廓加工等；</p><p>　　FixedContour：固定多軸投影加工。用投影方法控制刀具在單張曲面上或多張

45、曲面上的移動(dòng)，控制刀具移動(dòng)的可以是已生成的刀具軌跡，一系列點(diǎn)或一組曲線；</p><p>　　VariableContour：可變軸投影加工；</p><p>　　Parameterline：等參數(shù)線加工?？蓪?duì)單張曲面或多張曲面連續(xù)加工；</p><p>　　ZigZagSurface：裁剪面加工；</p><p>　　RoughtoDept

46、h：粗加工。將毛坯粗加工到指定深度；</p><p>　　CavityMill：多級(jí)深度型腔加工。特別適用于凸模和凹模的粗加工；</p><p>　　SequentialSurface：曲面交加工。按照零件面、導(dǎo)動(dòng)面和檢查面的思路對(duì)刀具的移動(dòng)提供最大程度的控制。</p><p>　　EDSUnigraphics還包括大量的其它方面的功能，這里就不一一列舉了。<

47、/p><p>　　STRATA加工方法分析</p><p>　　STRATA是一個(gè)數(shù)控編程系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，它是建立在ACIS幾何建模平臺(tái)上的。</p><p>　　它為用戶提供兩種編程開發(fā)環(huán)境，即NC命令語言接口和NC操作C++類庫(kù)。它可支持三軸銑削，車削和線切割NC加工，并可支持線框、曲面和實(shí)體幾何建模。其NC刀具軌跡生成方法是基于實(shí)體模型。STRATA基于實(shí)體的NC刀

48、具軌跡生成類庫(kù)提供的加工方法包括：</p><p>　　ProfileToolpath：輪廓加工；</p><p>　　AreaClearToolpath：平面區(qū)域加工；</p><p>　　SolidProfileToolpath：實(shí)體輪廓加工；</p><p>　　SolidAreaClearToolpath：實(shí)體平面區(qū)域加工；</

49、p><p>　　SolidFaceToolPath：實(shí)體表面加工；</p><p>　　SolidSliceToolPath：實(shí)體截平面加工；</p><p>　　LanguagebasedToolpath：基于語言的刀具軌跡生成。</p><p>　　其它的CAD/CAM軟件，如Euclid,Cimitron,CV,CATIA等的NC功能各有千

50、秋，但其基本內(nèi)容大同小異，沒有本質(zhì)區(qū)別。</p><p>　　2.2.4現(xiàn)役CAM系統(tǒng)刀軌生成方法的主要問題</p><p>　　按照傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)和CNC系統(tǒng)的工作方式，CAM系統(tǒng)以直接或間接（通過中性文件）的方式從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)模型。CAM系統(tǒng)以三維幾何模型中的點(diǎn)、線、面、或?qū)嶓w為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，生成加工刀具軌跡，并以刀具定位文件的形式經(jīng)后置處理，以NC代碼的形式提供

51、給CNC機(jī)床，在整個(gè)CAD/CAM及CNC系統(tǒng)的運(yùn)行過程中存在以下幾方面的問題：</p><p>　　CAM系統(tǒng)只能從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的低層幾何信息，無法自動(dòng)捕捉產(chǎn)品的幾何形狀信息和產(chǎn)品高層的功能和語義信息。因此，整個(gè)CAM過程必須在經(jīng)驗(yàn)豐富的制造工程師的參與下，通過圖形交互來完成。如：制造工程師必須選擇加工對(duì)象（點(diǎn)、線、面或?qū)嶓w）、約束條件（裝夾、干涉和碰撞等）、刀具、加工參數(shù)（切削方向、切深、進(jìn)給量、進(jìn)給速

52、度等）。整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較低。</p><p>　　在CAM系統(tǒng)生成的刀具軌跡中，同樣也只包含低層的幾何信息（直線和圓弧的幾何定位信息），以及少量的過程控制信息（如進(jìn)給率、主軸轉(zhuǎn)速、換刀等）。因此，下游的CNC系統(tǒng)既無法獲取更高層的設(shè)計(jì)要求（如公差、表面光潔度等），也無法得到與生成刀具軌跡有關(guān)的加工工藝參數(shù)。</p><p>　　CAM系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，各模塊相對(duì)獨(dú)立。

53、例如刀具定位文件只記錄刀具軌跡而不記錄相應(yīng)的加工工藝參數(shù)，三維動(dòng)態(tài)仿真只記錄刀具軌跡的干涉與碰撞，而不記錄與其發(fā)生干涉和碰撞的加工對(duì)象及相關(guān)的加工工藝參數(shù)。</p><p>　　CAM系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)與CAM系統(tǒng)之間沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，即使是在一體化的集成CAD/CAM系統(tǒng)中，信息的共享也只是單向的和單一的。CAM系統(tǒng)不能充分理解和利用CAD系統(tǒng)有關(guān)產(chǎn)品的全部信息，尤其是與加工有關(guān)的特征信息，

54、同樣CAD系統(tǒng)也無法獲取CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的加工數(shù)據(jù)信息。這就給并行工程的實(shí)施帶來了困 3數(shù)控仿真技術(shù)</p><p><b>　　2.3計(jì)算機(jī)仿真</b></p><p>　　2.3.1計(jì)算機(jī)仿真的概念及應(yīng)用</p><p>　　從工程的角度來看，仿真就是通過對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)去研究一個(gè)已有的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。分析復(fù)雜的動(dòng)態(tài)對(duì)象，仿真是一種有效的方法

55、，可以減少風(fēng)險(xiǎn)，縮短設(shè)計(jì)和制造的周期，并節(jié)約投資。計(jì)算機(jī)仿真就是借助計(jì)算機(jī)，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的過程。它隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速地發(fā)展，在仿真中占有越來越重要的地位。計(jì)算機(jī)仿真的過程可通過圖1所示的要素間的三個(gè)基本活動(dòng)來描述：</p><p>　　建?；顒?dòng)是通過對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的觀測(cè)或檢測(cè)，在忽略次要因素及不可檢測(cè)變量的基礎(chǔ)上，用物理或數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行描述，從而獲得實(shí)際系統(tǒng)的簡(jiǎn)化近似模型。這里的模型同實(shí)

56、際系統(tǒng)的功能與參數(shù)之間應(yīng)具有相似性和對(duì)應(yīng)性。</p><p>　　仿真模型是對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（簡(jiǎn)化模型）進(jìn)行一定的算法處理，使其成為合適的形式（如將數(shù)值積分變?yōu)榈\(yùn)算模型）之后，成為能被計(jì)算機(jī)接受的“可計(jì)算模型”。仿真模型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)來講是一個(gè)二次簡(jiǎn)化的模型。</p><p>　　仿真實(shí)驗(yàn)是指將系統(tǒng)的仿真模型在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的過程。仿真是通過實(shí)驗(yàn)來研究實(shí)際系統(tǒng)的一種技術(shù)，通過仿真技術(shù)可以弄清

57、系統(tǒng)內(nèi)在結(jié)構(gòu)變量和環(huán)境條件的影響。</p><p>　　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和仿真計(jì)算機(jī)的智能化。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不僅在傳統(tǒng)的工程技術(shù)領(lǐng)域（航空、航天、化工等方面）繼續(xù)發(fā)展，而且擴(kuò)大到社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生物等許多非工程領(lǐng)域，此外，并行處理、人工智能、知識(shí)庫(kù)和專家系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展正影響著仿真計(jì)算機(jī)的發(fā)展。</p><p>　　數(shù)控加工仿真利用計(jì)算機(jī)來模擬實(shí)際的加工

58、過程，是驗(yàn)證數(shù)控加工程序的可靠性和預(yù)測(cè)切削過程的有力工具，以減少工件的試切，提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　2.3.2數(shù)控仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　數(shù)控機(jī)床加工零件是靠數(shù)控指令程序控制完成的。為確保數(shù)控程序的正確性，防止加工過程中干涉和碰撞的發(fā)生，在實(shí)際生產(chǎn)中，常采用試切的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。但這種方法費(fèi)工費(fèi)料，代價(jià)昂貴，使生產(chǎn)成本上升，增加了產(chǎn)品加工時(shí)間和生產(chǎn)周期。后來又采用

59、軌跡顯示法，即以劃針或筆代替刀具，以著色板或紙代替工件來仿真刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的二維圖形（也可以顯示二維半的加工軌跡），有相當(dāng)大的局限性。對(duì)于工件的三維和多維加工，也有用易切削的材料代替工件（如，石蠟、木料、改性樹脂和塑料等）來檢驗(yàn)加工的切削軌跡。但是，試切要占用數(shù)控機(jī)床和加工現(xiàn)場(chǎng)。為此，人們一直在研究能逐步代替試切的計(jì)算機(jī)仿真方法，并在試切環(huán)境的模型化、仿真計(jì)算和圖形顯示等方面取得了重要的進(jìn)展，目前正向提高模型的精確度、仿真計(jì)算實(shí)時(shí)化和改善

60、圖形顯示的真實(shí)感等方向發(fā)展。</p><p>　　從試切環(huán)境的模型特點(diǎn)來看，目前NC切削過程仿真分幾何仿真和力學(xué)仿真兩個(gè)方面。幾何仿真不考慮切削參數(shù)、切削力及其它物理因素的影響，只仿真刀具工件幾何體的運(yùn)動(dòng)，以驗(yàn)證NC程序的正確性。它可以減少或消除因程序錯(cuò)誤而導(dǎo)致的機(jī)床損傷、夾具破壞或刀具折斷、零件報(bào)廢等問題；同時(shí)可以減少?gòu)漠a(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造的時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。切削過程的力學(xué)仿真屬于物理仿真范疇，它通過仿真切削過程的

61、動(dòng)態(tài)力學(xué)特性來預(yù)測(cè)刀具破損、刀具振動(dòng)、控制切削參數(shù)，從而達(dá)到優(yōu)化切削過程的目的。</p><p>　　幾何仿真技術(shù)的發(fā)展是隨著幾何建模技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，包括定性圖形顯示和定量干涉驗(yàn)證兩方面。目前常用的方法有直接實(shí)體造型法，基于圖像空間的方法和離散矢量求交法。</p><p>　　2.3.3直接實(shí)體造型法</p><p>　　這種方法是指工件體與刀具運(yùn)動(dòng)所形成的包絡(luò)

62、體進(jìn)行實(shí)體布爾差運(yùn)算，工件體的三維模型隨著切削過程被不斷更新。</p><p>　　Sungurtekin和Velcker開發(fā)了一個(gè)銑床的模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用CSG法來記錄毛坯的三維模型，利用一些基本圖元如長(zhǎng)方體、圓柱體、圓錐體等，和集合運(yùn)算，特別是并運(yùn)算，將毛坯和一系列刀具掃描過的區(qū)域記錄下來，然后應(yīng)用集合差運(yùn)算從毛坯中順序除去掃描過的區(qū)域。所謂被掃過的區(qū)域是指切削刀具沿某一軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)所走過的區(qū)域。在掃描了每段

63、NC代碼后顯示變化了的毛坯形狀。</p><p>　　Kawashima等的接合樹法將毛坯和切削區(qū)域用接合樹（graftree）表示，即除了空和滿兩種結(jié)點(diǎn)，邊界結(jié)點(diǎn)也作為八叉樹（octtree）的葉結(jié)點(diǎn)。邊界結(jié)點(diǎn)包含半空間，結(jié)點(diǎn)物體利用在這些半空間上的CSG操作來表示。接合樹細(xì)分的層次由邊界結(jié)點(diǎn)允許的半空間個(gè)數(shù)決定。逐步的切削仿真利用毛坯和切削區(qū)域的差運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。毛坯的顯示采用了深度緩沖區(qū)算法，將毛坯劃分為多邊形

64、實(shí)現(xiàn)毛坯的可視化。用基于實(shí)體造型的方法實(shí)現(xiàn)連續(xù)更新的毛坯的實(shí)時(shí)可視化，耗時(shí)太長(zhǎng)，于是一些基于觀察的方法被提出來。</p><p>　　2.3.4基于圖像空間的方法</p><p>　　這種方法用圖像空間的消隱算法來實(shí)現(xiàn)實(shí)體布爾運(yùn)算。VanHook采用圖象空間離散法實(shí)現(xiàn)了加工過程的動(dòng)態(tài)圖形仿真。他使用類似圖形消隱的zbuffer思想，沿視線方向?qū)⒚骱偷毒唠x散，在每個(gè)屏幕象素上毛坯和刀具表示

65、為沿z軸的一個(gè)長(zhǎng)方體，稱為Dexel結(jié)構(gòu)。刀具切削毛坯的過程簡(jiǎn)化為沿視線方向上的一維布爾運(yùn)算，見圖3，切削過程就變成兩者Dexel結(jié)構(gòu)的比較： </p><p>　　CASE1：只有毛坯，顯示毛坯，break；</p><p>　　CASE2：毛坯完全在刀具之后，顯示刀具，break；</p><p>　　CASE3：刀具切削毛坯前部，更新毛坯的dexel結(jié)構(gòu)

66、，顯示刀具，break；</p><p>　　CASE4：刀具切削毛坯內(nèi)部，刪除毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示刀具，break；</p><p>　　CASE5：刀具切削毛坯內(nèi)部，創(chuàng)建新的毛坯dexel結(jié)構(gòu)，顯示毛坯，break；</p><p>　　CASE6：刀具切削毛坯后部，更新毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示毛坯，break；</p><p>

67、　　CASE7：刀具完全在毛坯之后，顯示毛坯，break；</p><p>　　CASE8：只有刀具，顯示刀具，break。 </p><p>　　這種方法將實(shí)體布爾運(yùn)算和圖形顯示過程合為一體，使仿真圖形顯示有很好的實(shí)時(shí)性。</p><p>　　Hsu和Yang提出了一種有效的三軸銑削的實(shí)時(shí)仿真方法。他們使用zmap作為基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄一個(gè)二維網(wǎng)格的每個(gè)方塊

68、處的毛坯高度，即z向值。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只適用于刀軸z向的三軸銑削仿真。對(duì)每個(gè)銑削操作通過改變刀具運(yùn)動(dòng)每一點(diǎn)的深度值，很容易更新zmap值，并更新工件的圖形顯示。</p><p>　　2.3.5離散矢量求交法</p><p>　　由于現(xiàn)有的實(shí)體造型技術(shù)未涉及公差和曲面的偏置表示，而像素空間布爾運(yùn)算并不精確，使仿真驗(yàn)證有很大的局限性。為此Chappel提出了一種基于曲面技術(shù)的“點(diǎn)矢量”(poin

69、tvector)法。這種方法將曲面按一定精度離散，用這些離散點(diǎn)來表示該曲面。以每個(gè)離散點(diǎn)的法矢為該點(diǎn)的矢量方向，延長(zhǎng)與工件的外表面相交。通過仿真刀具的切削過程，計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)沿法矢到刀具的距離s。 </p><p>　　設(shè)sg和sm分別為曲面加工的內(nèi)、外偏差，如果sg<S<SM說明加工處在誤差范圍內(nèi)，Ssm則漏切。該方法分為被切削曲面的離散(discretization)、檢測(cè)點(diǎn)的定位（loca

70、tion）和離散點(diǎn)矢量與工件實(shí)體的求交(intersection)三個(gè)過程。采用圖像映射的方法顯示加工誤差圖形；零件表面的加工誤差可以精確地描寫出來。</p><p>　　總體來說，基于實(shí)體造型的方法中幾何模型的表達(dá)與實(shí)際加工過程相一致，使得仿真的最終結(jié)果與設(shè)計(jì)產(chǎn)品間的精確比較成為可能；但實(shí)體造型的技術(shù)要求高，計(jì)算量大，在目前的計(jì)算機(jī)實(shí)用環(huán)境下較難應(yīng)用于實(shí)時(shí)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)模擬?；趫D像空間的方法速度快得多，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)

71、時(shí)仿真，但由于原始數(shù)據(jù)都已轉(zhuǎn)化為像素值，不易進(jìn)行精確的檢測(cè)。離散矢量求交法基于零件的表面處理，能精確描述零件面的加工誤差，主要用于曲面加工的誤差檢測(cè)?！?lt;/p><p>　　第三章 數(shù)控在模具中的應(yīng)用——電火花加工</p><p>　　3.1電火花加工機(jī)床在模具工業(yè)的發(fā)展 </p><p>　　電火花加工機(jī)床自20世紀(jì)50年代在中國(guó)誕生以來，走過了漫長(zhǎng)而快速的發(fā)展

72、道路，技術(shù)日益先進(jìn)，應(yīng)用越來越廣，目前已在中國(guó)模具工業(yè)中占有十分重要的地位，每年都有1萬多臺(tái)新的電火花加工機(jī)床進(jìn)入模具制造領(lǐng)域。在模具型面加工中，電火花加工機(jī)床雖然受到高速銑削的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，但由於其獨(dú)特性能和技術(shù)的不斷進(jìn)步，電火花加工機(jī)床今后仍將在模具工業(yè)中發(fā)揮其獨(dú)特的作用，并獲得進(jìn)一步的發(fā)展。 20世紀(jì)50年代以前，中國(guó)模具制造基本是用手工工具配以一般通用機(jī)床進(jìn)行。50年代后期，電加工工藝開始在模具制造中應(yīng)用。從60年代初開始，兩種電火

73、花加工機(jī)床（電火花成形機(jī)床和電火花線切割機(jī)床）在模具制造中的應(yīng)用不斷發(fā)展，促進(jìn)了模具制造技術(shù)的提高和模具工業(yè)的發(fā)展。隨著電加工技術(shù)的不斷發(fā)展，電加工在模具加工中所占比例逐步提高，電火花加工機(jī)床在模具工業(yè)的應(yīng)用也越來越多。90年代開始，隨著高速加工在模具制造中的應(yīng)用逐步發(fā)展，電加工機(jī)床的地位受到了挑戰(zhàn)。但直到目前，電加工在模具制造仍舊起著極其重要的作用。 </p><p>　　3.2中國(guó)電火花加工機(jī)床歷史回顧 　　

74、</p><p>　　中國(guó)第一臺(tái)電火花加工機(jī)床誕生於1954年。1958年研制成功的DM5540型電脈沖機(jī)床具有效率高、電極損耗小的優(yōu)點(diǎn)，從而開始了電加工機(jī)床進(jìn)入以模具加工為主的時(shí)期?！颁摯蜾摗彪娂庸すに嚨难芯砍晒鉀Q了電極與沖頭的配合問題，這使電加工機(jī)床在模具（特別是沖壓模具）加工中得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用。1965年出現(xiàn)的晶體管脈沖電源的沖D6140電火花成形機(jī)床拓寬了電加工在型腔模具加工中的應(yīng)用?？煽毓桦娫春途w

75、管電源的電加工機(jī)床，在70年代得到較大的發(fā)展，它們與不斷完善的平動(dòng)頭相結(jié)合，使型腔模電火花平動(dòng)工藝日趨成熟，促進(jìn)了型腔模電火花加工的新發(fā)展。電火花線切割機(jī)床從60年代起得到迅速發(fā)展。1964年中國(guó)開發(fā)了光電跟蹤電火花線切割機(jī)床和快速走絲電火花線切割機(jī)床。1969年出現(xiàn)快速走絲數(shù)控電火花線切割機(jī)床。</p><p>　　隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，80年代電火花機(jī)床有了新的突破，陸續(xù)出現(xiàn)了一些高性能的數(shù)控電火花加工機(jī)床。8

76、0年代中國(guó)還自行開發(fā)了場(chǎng)效應(yīng)管脈沖電源、數(shù)控平動(dòng)裝置及工藝技術(shù)和低速走絲線切割技術(shù)，使中國(guó)的數(shù)控電火花加工得到迅速發(fā)展。隨著中外合資企業(yè)生產(chǎn)電火花加工機(jī)床和引進(jìn)數(shù)控電火花加工技術(shù)及機(jī)床，電火花加工機(jī)床在中國(guó)模具工業(yè)中的應(yīng)用越來越多，作用也越來越重要。中國(guó)90年代生產(chǎn)的HCX250、DK76、CC100、DK7632等數(shù)控低速走絲線切割機(jī)床對(duì)沖壓模具加工來說，不論從工藝、技術(shù)、功能、加工精度、效率，表面質(zhì)量及對(duì)超硬材料的加工性能等方面都有

77、很大提高。S205TNC、HCD400K、GW7452、SC110、SF310、B50等一系列性能價(jià)格比極具競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)控電火花成形機(jī)床的出現(xiàn)，使中國(guó)的電火花成形機(jī)床在模具工業(yè)的應(yīng)用，更展示了它們的多功能、高精度、穩(wěn)定可靠、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3.3電火花加工機(jī)床目前概況 　　</p><p>　　目前，電火花線切割加工的精度已達(dá)到2微米，最佳加工表面粗糙度可低於Ra0.3

78、微米，這對(duì)諸如IC引線框架模等精密模具的加工具有十分重要的意義。由於大錐度（已可達(dá)到±30度-40度有的甚至能作90度的切割)和大厚度（已有可切割1米厚度的機(jī)床）方面的技術(shù)進(jìn)展，以及自動(dòng)穿絲、自動(dòng)定位等技術(shù)的進(jìn)步，電火花切割加工在塑料和鋁型材料擠出模及沖壓模制造中充分發(fā)揮了它的優(yōu)勢(shì)。精密電火花線切割加工和研磨、拋光相結(jié)合的加工方式，在模具加工中正在不斷發(fā)展。由於鏡面電火花加工技術(shù)的發(fā)展，精密電火花成形機(jī)床在精密型腔模具加工方面

79、，起著越來越重要的作用。有的電火花成形機(jī)的加工表面粗糙度可達(dá)Ra0.1微米。電加工雖然已受到高速銑削的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，但它仍舊有　廣泛的前景。例如在模具的深窄小型腔、窄縫、溝糟、拐角、冒孔等加工方面，具有其他加工方法難以替代的作用?！半娀鸹ㄣ娤骷庸ぁ薄ⅰ盎旆奂庸ぁ?、“模糊控制”、“微細(xì)電火花加工”等技術(shù)的發(fā)展和直線電機(jī)及專家系統(tǒng)的應(yīng)用，也使電火花加工機(jī)床繼續(xù)保持良好的發(fā)展。數(shù)控高速電火花小孔加工機(jī)性能的不斷提高使它的用途越來越廣。 　　<

80、;/p><p>　　現(xiàn)在，電火花加工技術(shù)與模具制造已密不可分。一方面是電火花加工技術(shù)的發(fā)展，為模具工業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造良好的條件，另一方面是模具工業(yè)的發(fā)展，向電火花加工提出了越來越高的要求，促使電火花加工技術(shù)的發(fā)展。兩者相輔相成，相互促進(jìn)，共同發(fā)展。近年來，中國(guó)模具行業(yè)每年新增加的電加工機(jī)床都在1萬臺(tái)以上，它們?cè)谀＞吖I(yè)中發(fā)揮著極其重要的作用。在現(xiàn)在的模具生產(chǎn)中，大約三分之一的加工工作是由電火花加工機(jī)床完成的。由此可見它們

81、在模具工業(yè)中的重要作用。</p><p>　　3.4電火花加工機(jī)床的前景展望 　　</p><p>　　日益加劇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求模具制造周期越來越短，工業(yè)產(chǎn)品零件大型化和精度的不斷提高。模具日趨大型化和精密化。電火花加工技術(shù)亦要跟上這些要求。因此，快速、大型、精密、大厚度切割等都是電火花加工機(jī)床今后的發(fā)展方向。當(dāng)然，不斷提高電火花加工機(jī)床的可靠性、繼續(xù)降低電極損耗、進(jìn)一步簡(jiǎn)化操作、提高自動(dòng)化

82、程度及降低機(jī)床成本，仍舊是電火花加工機(jī)床的發(fā)展方向。高速銑削技術(shù)的發(fā)展促使電加工機(jī)床能加工更復(fù)雜、更精密及微細(xì)的型面和關(guān)鍵零件。 高速走絲線切割機(jī)床是中國(guó)獨(dú)創(chuàng)的機(jī)床。它自60年代以來經(jīng)過30多年的不斷發(fā)展和完善，現(xiàn)已成為模具加工不可缺少的裝備，也是中國(guó)模具生產(chǎn)企業(yè)中裝備數(shù)量最多的電火花加工機(jī)床。目前它的切割速度有的已超過250mm2/min，加工精度達(dá)到±0.01mm，工件表面粗糙度為Ra1.25微米，因而可以在較低的價(jià)位上滿

83、足一般模具加工的需要。但隨著模具制造的要求越來越高和面對(duì)低速走絲線切割機(jī)床的高性能，它就面臨相當(dāng)嚴(yán)峻的形勢(shì)。今后高速走絲切割機(jī)床的發(fā)展策略應(yīng)該是揚(yáng)長(zhǎng)避短，以發(fā)展中低檔機(jī)床為主，使機(jī)床向適當(dāng)?shù)募庸ぞ取⒘己玫募庸し€(wěn)定性和容易操作及優(yōu)良的性能價(jià)格比的方向發(fā)展。為此，高速走絲線切割機(jī)床應(yīng)</p><p>　　目前低速走絲電火花線切割機(jī)床和電火花成形機(jī)床的進(jìn)口量很大，特別是數(shù)控電火花加工機(jī)床，中國(guó)機(jī)床市場(chǎng)占有率較低。對(duì)比

84、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品，中國(guó)設(shè)備與國(guó)外先進(jìn)設(shè)備之間確實(shí)存在較大差距。根據(jù)中國(guó)模具工業(yè)發(fā)展情況和國(guó)內(nèi)外主要電加工機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)狀況，展望未來，首要將發(fā)展重點(diǎn)放在中低檔普及型數(shù)控電加工機(jī)床上。這一方面是因?yàn)榇罅康膫€(gè)體經(jīng)營(yíng)及股份制模具生產(chǎn)企業(yè)正大量需要，另一方面，這是中國(guó)電加工機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)力所能及并占有一定優(yōu)勢(shì)。為了保證機(jī)床的穩(wěn)定可靠，一些關(guān)鍵部件和元器件可采用高質(zhì)量的國(guó)外產(chǎn)品。為了提高數(shù)控電火花加工機(jī)床的工藝水平，今后在脈沖電源（例如節(jié)能型無電阻電源、毫

85、微秒級(jí)高峰值電流電源、微細(xì)加工電源、新型等能量脈沖電源、超精加工電源、專用輔助電源等）及電源波形檢測(cè)、處理、控制技術(shù)等方面，在包括穩(wěn)定性技術(shù)、適應(yīng)控制技術(shù)、能量控制技術(shù)、各類加工工藝技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等綜合技術(shù)的專家系統(tǒng)方面，在剛度、熱平衡、主軸頭等的設(shè)計(jì)、個(gè)性化、集成化及造型和外觀設(shè)計(jì)方面，在工作液的改進(jìn)及其環(huán)保處理方面，在走絲系統(tǒng)和穿絲技術(shù)的改進(jìn)方面等，都應(yīng)加強(qiáng)研究和開發(fā)，以求不斷進(jìn)步。 　　</p><p>　

86、　細(xì)微電火花加工和電火花高速精微小孔加工機(jī)床以其獨(dú)特的優(yōu)越性而呈現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景，在今后的模具加工中的作用將逐漸增大。微進(jìn)給機(jī)構(gòu)和電火花微細(xì)加工伺服系統(tǒng)及微型傳感器的研制、細(xì)小電極的制作、微小型電火花加工狀態(tài)檢測(cè)等，都是發(fā)展細(xì)微電火花加工的關(guān)鍵。中國(guó)生產(chǎn)的D703型數(shù)控高速電火花小孔加工機(jī)床的工藝指標(biāo)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，加工的小孔深徑比已超過1000:1，可加工不　鋼、硬質(zhì)合金、銅、鋁等各種導(dǎo)電難加工材料，可從斜面和曲面穿入，直接使用自

87、來水工作液等特點(diǎn)，最高加工速度可達(dá)60mm/min。DS703、SP200、SD1等高速電火花小孔加工機(jī)床也都具有良好的加工性能，很具發(fā)展前景。 　　</p><p>　　模具技術(shù)的發(fā)展使型面更加復(fù)雜，微細(xì)型腔更多，而且隨著對(duì)模具壽命要求的不斷提高，模具材料隨之更硬。對(duì)此，電火花加工機(jī)床有其獨(dú)特的優(yōu)越性。 　　隨著環(huán)保要求的提高和綠色制造戰(zhàn)略的提出，綠色電火花加工的概念已被提上議事日程，并且已被提到電火花加工的可

88、持續(xù)戰(zhàn)略的高度。綠色電火花加工主要包括高效節(jié)能脈沖電源、提高脈沖電源的電磁兼容性和“三廢”處理及防火防爆等內(nèi)容。展望未來，中國(guó)在綠色電火花加工方面必須有突破，才能使電火花加工機(jī)床獲得可持續(xù)發(fā)展并適應(yīng)加入WTO后的新形勢(shì)。 　　綜上所述，電火花加工機(jī)床不但在過去和現(xiàn)在在模具工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，而且今后也必將發(fā)揮其重要作用。</p><p>　　第四章 數(shù)控在模具中的應(yīng)用——汽車制造</p><

89、;p>　　4.1數(shù)控機(jī)床在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)</p><p>　　現(xiàn)今的汽車生產(chǎn)，新產(chǎn)品的開發(fā)周期不斷縮短，成本也不斷降低，有資料顯示，十年前需要四年開發(fā)周期的汽車產(chǎn)品；今天只需要兩年就可以完成。除了汽車制造商采用了先進(jìn)的新產(chǎn)品開發(fā)方法，虛擬制造，同步工程等先進(jìn)開發(fā)技術(shù)外，很重要的一點(diǎn)是得益于為汽車制造提供制造裝備的設(shè)備供應(yīng)商的努力，尤其是這些設(shè)備供應(yīng)商提供了各種數(shù)控機(jī)床，這些數(shù)控機(jī)床允許汽車制造商以最快

90、的速度提供滿足市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。 </p><p>　　4.2數(shù)控在汽車生產(chǎn)中的發(fā)展</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的良好柔性．高調(diào)整、加工精度高，早就被汽車制造者關(guān)注，60年代就開始進(jìn)軍汽車零部件生產(chǎn)領(lǐng)域。由于其成本高，系統(tǒng)功能及效率不理想，而一直沒有得到廣泛應(yīng)用。進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代，伴隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加??；多品種生產(chǎn)最大限度滿足市場(chǎng)的多樣化需要，直到滿足每一位用戶的需要，成為汽車制造者追求

91、的目標(biāo)，以數(shù)控機(jī)床為主體的柔性制造單元，被大量使用</p><p>　　以數(shù)控機(jī)床專機(jī)化或者是專用機(jī)床數(shù)控化來解決柔性和高效率的矛盾。目前，歐美汽車生產(chǎn)大多采用由高速加工中心組成的敏捷生產(chǎn)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以 100%的柔性混流多品種生產(chǎn)，由多個(gè)稱作島式的柔性加工單元組成，每個(gè)島由多臺(tái)同類機(jī)床及將機(jī)床連接起來的機(jī)械手組成，采用帶電子貯存器的隨托盤與機(jī)床進(jìn)行信息交換。值得注意的是這些設(shè)備供應(yīng)商不僅掌握了設(shè)備制造的專有

92、技術(shù)，而且都非常重視汽車制造工藝流程的開發(fā)，他們能夠向用戶提供交鑰匙工程，擁有自己的系統(tǒng)開發(fā)能力。機(jī)床的可靠性指標(biāo)極為先進(jìn)，單機(jī)開動(dòng)率達(dá)98％以上。采用這種生產(chǎn)系統(tǒng)，汽車制造廠家的新產(chǎn)品的工業(yè)化投放周期大大縮短。 </p><p>　　經(jīng)過二十多年的改革開放，在國(guó)內(nèi)汽車零部件制造領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床的使用越來越廣泛。但大多是從歐，美，日進(jìn)口機(jī)床，歐美日機(jī)床的特點(diǎn)是：可靠性好，故障率低；人機(jī)界面的設(shè)計(jì)重視人性化；帶有主動(dòng)

93、測(cè)量及補(bǔ)償系統(tǒng)；可以提供帶自動(dòng)上下料裝置加工單元；機(jī)床設(shè)計(jì)模塊化。而國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床廠家雖然不少，但從品種看，仍然是低層次的通用數(shù)控車床較多，對(duì)于適合大批量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，變速箱，底盤主要零部件的多軸數(shù)控加工中心，品種少，并且大多沒有經(jīng)受大批量生產(chǎn)考驗(yàn).</p><p>　　4.3數(shù)控在汽車制造中的應(yīng)用情況與不足 </p><p>　　近二十年，我國(guó)的機(jī)床設(shè)計(jì)造型取得了較大的發(fā)展，如果靜態(tài)的看機(jī)床

94、外形，與國(guó)外同類產(chǎn)品看不出多大差異，但是，要適應(yīng)大批量的汽車零部件生產(chǎn)，需要機(jī)床有高的可靠性。影響機(jī)床可靠性主要有兩個(gè)方面，一個(gè)是機(jī)床的設(shè)計(jì)質(zhì)量；另一個(gè)是機(jī)床部件及總成的加工及裝配的過程質(zhì)量；從某種意義上講，過程質(zhì)量對(duì)機(jī)床的可靠性影響更大。而國(guó)內(nèi)機(jī)床制造商都比較重視產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，一般采取合資或者采取模仿國(guó)外產(chǎn)品。但對(duì)于機(jī)床可靠性影響更大的制造過程質(zhì)量則忽視掉了。結(jié)果是我們有些廠家的樣機(jī)完成了多年，銷售出的機(jī)床小問題不斷，故障率高，或精度

95、達(dá)不到合同要求，服務(wù)又差，用戶滿意度非常低。所以，開發(fā)的產(chǎn)品形成經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到規(guī)模銷量的不多。我想強(qiáng)調(diào)的是；重視過程質(zhì)量的控制，規(guī)范制造工藝，質(zhì)量監(jiān)控，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)，是獲得高可靠性機(jī)床的前提。另外，還要建立與國(guó)際先進(jìn)機(jī)床廠家同步的機(jī)床設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)，80年代初，我國(guó)引進(jìn)了許勒惠勒公司的專機(jī)制造部分標(biāo)準(zhǔn)，通過消化吸收，產(chǎn)生了如東風(fēng)設(shè)備</p><p>　　高速數(shù)控機(jī)床，以高速度來達(dá)到高效率。目前的國(guó)際水平是主軸

96、轉(zhuǎn)速≤25000rpm，加、減速度≤2.5g，快速移動(dòng)≤160m/min，要達(dá)到這個(gè)新的水平，數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、刀具都要有很大的改進(jìn)。機(jī)床的主軸必須使用電主軸，主軸承一般采用陶瓷軸承，難點(diǎn)是冷卻、潤(rùn)滑，使用壽命一般20,000h。驅(qū)動(dòng)一般采用直線電機(jī)加線性導(dǎo)軌（也有用靜壓導(dǎo)軌的），90m/min，1g的機(jī)床也有用大螺距雙滾珠絲桿預(yù)張緊方案的雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。機(jī)械結(jié)構(gòu)一般采用框架箱式結(jié)構(gòu)。刀具采用高硬度高耐熱刀具，刀柄采

97、用HSK對(duì)柄。 制造廠，大連機(jī)床廠等國(guó)內(nèi)比較優(yōu)秀的組合專機(jī)及自動(dòng)線生產(chǎn)企業(yè)。但是，在引進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，我們沒有即時(shí)推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，沒有通過引進(jìn)建立完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并保持同步發(fā)展。結(jié)果西方國(guó)家在九十年代初進(jìn)行設(shè)備換代向數(shù)控柔性化設(shè)備發(fā)展時(shí)，我們還在為提高專機(jī)制造水平而花費(fèi)人力和物力。目前國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床廠商大多采取的戰(zhàn)略是與國(guó)外合資或合作引進(jìn)某一種或某幾種機(jī)型，不能形成系列產(chǎn)品，使汽車零部件生產(chǎn)廠家缺乏選擇性；今天的汽車制造者為了降低成本，縮短開

98、發(fā)期限，對(duì)工業(yè)化實(shí)施交鑰匙工程，而國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商缺乏汽車零部件制造工</p><p><b>　　4.4看法與建議 </b></p><p>　　為了使國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床盡快大規(guī)模進(jìn)入汽車制造業(yè)，我認(rèn)為國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商應(yīng)著力提高自身能力，主要有以下幾方面：要建立自身的汽車零部件的制造工藝能力，針對(duì)汽車零部件制造的要求開發(fā)產(chǎn)品。逐步形成系列化、模塊化的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品，滿足汽車零部

99、件制造生產(chǎn)的需要。要重視朕線設(shè)備的開發(fā)（輸送裝置，托盤等），數(shù)控機(jī)床制造商作為汽車零部件加工線的主機(jī)供應(yīng)商，不僅要重視主機(jī)的設(shè)計(jì)制造，還要高度重視構(gòu)成現(xiàn)代敏捷柔性單元的各要素的開發(fā)，如機(jī)械手，輸送裝置等。因?yàn)檫@些裝置的可靠性影響了生產(chǎn)線的開動(dòng)率。而開動(dòng)率對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)的汽車工業(yè)是非常重要的。 擁有整線輔機(jī)的配套能力。由于交鑰匙工程的要求，作為，曾承包商還要注意建立自己整線承包工程的長(zhǎng)期合作伙伴如專用清洗機(jī)等，因?yàn)?，配套設(shè)備制造商的能力也

100、影響整線承接能力。 提高整線自動(dòng)化設(shè)計(jì)能力，現(xiàn)代汽車零部件制造已進(jìn)入敏捷生產(chǎn)時(shí)代，自動(dòng)化信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理與否，決定了生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。它是高科技技術(shù)在汽車零部件制造方面的應(yīng)用。是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)供應(yīng)商的核心競(jìng)爭(zhēng)力所在。 建立有效的用戶問題反饋機(jī)制；樹立用戶至上的觀念，建立快速服務(wù)系統(tǒng)；汽車生產(chǎn)是大批大量生產(chǎn)，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的維護(hù)及</p><p>　　第五章 數(shù)控機(jī)床六大發(fā)展方向</p><

101、p>　　目前，世界先進(jìn)制造技術(shù)不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床正在朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展。</p><p>　　5.1高速度，到精度發(fā)展</p><p>　　高速度、高精度化速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，數(shù)控系統(tǒng)采用位數(shù)、頻率更高的處理

102、器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度。同時(shí)，采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，即提高插補(bǔ)運(yùn)算的速度和精度。并采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的直線伺服進(jìn)給方式，其高速度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性相當(dāng)優(yōu)越。采用前饋控制技術(shù)，使追蹤滯后誤差大大減小，從而改善拐角切削的加工精度。</p><p>　　為適應(yīng)超高速加工的要求，數(shù)控機(jī)床采用主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了變頻電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸一體化

103、，主軸電機(jī)的軸承采用磁浮軸承、液體動(dòng)靜壓軸承或陶瓷滾動(dòng)軸承等形式。目前，陶瓷刀具和金剛石涂層刀具已開始得到應(yīng)用。</p><p>　　5.2自動(dòng)換刀多功能化</p><p>　　多功能化配有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)(刀庫(kù)容量可達(dá)100把以上)的各類加工中心，能在同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)實(shí)現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴(kuò)孔、攻螺紋等多種工序加工，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床還采用了多主軸、多面體切削，即同時(shí)對(duì)一個(gè)零件的不同部

104、位進(jìn)行不同方式的切削加工。數(shù)控系統(tǒng)由于采用了多CPU結(jié)構(gòu)和分級(jí)中斷控制方式，即可在一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行零件加工和程序編制，實(shí)現(xiàn)所謂的“前臺(tái)加工，后臺(tái)編輯”。為了適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的要求，數(shù)控系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離串行接口，甚至可以聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信，也可以直接對(duì)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。</p><p>　　5.3數(shù)控機(jī)床智能化</p><p>　　智能化現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床將引進(jìn)自

105、適應(yīng)控制技術(shù)，根據(jù)切削條件的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。具有自診斷、自修復(fù)功能，在整個(gè)工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)CNC系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷、檢查。一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采用停機(jī)等措施，并進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的部位、原因等。還可以自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，而接通備用模塊，以確保無人化工作環(huán)境的要求。為實(shí)現(xiàn)更高的故