三轴联动数控铣床模具型面精加工工艺改进

摘要

　　本论文在对模具加工生产进行充分调研之后进行了基础应用研究,分析影响模具制品的各种工艺、工装因素;并依据生产实例提炼出工艺方案原则、编制NC加工程序并进行了虚拟加工验证。

　　本论文完成的主要工作:

　　1.通过企业调研,分析了模具加工生产的工艺需求。

　　2.通过作图推导提出了铣刀在模具型面加工中的的数学算法,可用于刀具的定量工艺分析,对于优化切削参数有帮助。

　　3.总结了型面加工中工艺方案原则。

　　4.通过"矿泉水瓶瓶底"模具加工实例,验证上述原则、方、法的可行性。

　　综上所述,本文对固定轴加工时刀具刀路的数学处理方法进行了基础性的研究探索;提出并验证了部分模具加工工艺方案原则;解决了实际生产的部分工艺问题,对实际加工生产具有一定的理论指导作用。

　　关键词:模具;数控铣床(加工中心);插补;CAD/CAM; CNC

ABSTRACT

　　The paper has carried out flmdamental application research after full investigation and survey about mould machining and production. It has also involved the analysis of various technological and tooling factors that affect mould products. Principles of technical scenario have been put forward according to production cases. NC machining programming and virtual processing verification has been realized.

　　In this paper, the major works are as follows:

　　1.Analysis of technical requirements of mould processing and production, by enterprise survey.

　　2.Through mapping inferential reasoning, put forward the mathematical algorithms about milling cutters during the mould type surface processing. Can be used for the quantitative analysis of the technology tools . It's helpful to optimize the cutting parameters.

　　3.Summarized the principles of the type surface machining process schemes.

　　4.Confirmed the feasibilities of above-mentioned principles and methods by way of the mould processing example of the "bottom of a beverage bottle".

　　In summary, this paper provided the basic studies on the mathematical treatment of the cutter during the fixed axis processing; Moreover, it puts forward and proved part of the principles of mold machining process schemes; and solved part of the technique issues in the actual production. Therefore, this paper has certain theoretical guidance to the actual processing production..

　　Keywords:   Mold; CNC Milling Machine (Machining Center) ; Interpolation;CAD/CAM; CNC;

　　模具产业对国民经济的发展至关重要,模具产业水平的高低代表了一个国家制造业水平的高低。利用模具成型生产零件的方法,是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法。利用模具成型代替传统切削加工工艺,可以提高生产效率、保证产品质量、节约材料、降低生产成本。利用模具工艺生产零件的方法已成为工业生产的重要手段。70%以上的汽车、拖拉机、电器、仪表零部件以及塑料制品中80%以上都是采用模具成型的方法生产。因此德国把模具称为"金属加工中的帝王",把模具工业视为"关键工业";美国把模具称为"美国工业的基石",把模具工业视为"不可估量其力量的工业";R本把模具说成是"促进社会富裕繁荣的动力",把模具工业视为"整个工业发展的秘密"。我国则将模具工业视为整个制造业的"加速器"。

　　模具是制造业的重要基础工艺装备,工业产品大批量生产和新产品开发都离不开模具,用模具生产制件所达到的四高二低(高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低耗能、低耗材)使模具工业在制造业中的地位越来越重要。通过模具成形零件的快速、优质、低耗、环保体现了国家可持续发展的战略和科学发展观。

　　国外统计资料显示,模具行业的发展可带动其相关产业发展的比例大约是1:100,即模具发展1亿元,可带动相关产业100亿元。而2005年,我国模具企业的模具销售总额约610亿元。因此,模具产业的发展对国民经济的贡献是巨大的。

　　早在1989年,在国务院颂布的《关于当前产业政策要点的决定》中,模具被列为机械工业技术改造序列的首位。1997年以来,又相继把模具及其加工技术和设备列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》。经国务院批准,从1997年开始对部分模具企业实行了增值税返还70%的优惠政策。所有这些国家对模具工业采取的优惠政策也将对其发展提供有力支持。

　　我国模具制造业行业发展很快,占据世界模具市场50%以上的市场份额。同时我国模具制造业技术水平参差不齐,既有比较先进的生产加工设备,同时又存在大量性能指标相对滞后的生产设备。数控铣床尤其是传统的三轴联动数控铣床在我国模具行业有着庞大的装备数量。如何充分利用好现有的生产制造设备、挖掘生产工艺潜力,具有很大的现实意义和经济效益。

　　模具从设计、加工、合模到试模涉及诸多软件和硬件技术环节,数控机床在模具型面加工中又受模具毛坯材质、机床刚性、数控系统、刀具、工装……等各种工艺因素的影响,上述各项因素相互制约又互相影响,使得影响模具制造的工艺要素纷繁复杂。因而国内模具行业素有"模具是修出来的而不是造出来的。"之说。

三轴联动数控铣床模具型面精加工工艺改进：

四轴联动数控銑床示意图

联动数控铣床原理图

 "单摆头单摆台式"五轴联动数控铣床示意图

"双摆头式"五轴联动数控铣床示意图

常用工业材料的Salomon曲线

常工业材料的高速加工性

目录

　　摘要
　　ABSTRACT
　　1 序论
　　　　1.1 国内外模具产业的发展状况
　　　　1.2 本课题的选题背景
　　　　1.3 本课题的主要研究内容
　　　　1.4 模具产业对生产制造设备的需求
　　2 数控铣床在模具型面加工中的应用分析
　　　　2.1 影响模具型面质量的因素分析
　　　　　　2.1.1 模具型面对表面粗糙度的要求
　　　　　　2.1.2 表面粗糙度对模具质量的影响
　　　　　　2.1.3 电加工对模具表面粗糙度的影响
　　　　　　2.1.4 模具型面质量控制的基本原则
　　　　2.2 模具型面加工中数控机床选取分析
　　　　　　2.2.1 数控机床的联动轴
　　　　　　2.2.2 数控机床的"多轴联动"
　　　　　　2.2.3 模具加工对数控机床的新要求
　　　　　　2.2.4 模具加工选取数控机床的基本原则
　　　　2.3 模具型面加工中数控系统选取分析
　　　　　　2.3.1 插补技术
　　　　　　2.3.2 NURBS插补技术
　　　　　　2.3.3 插补周期
　　　　　　2.3.4 前瞻控制能力
　　　　　　2.3.5 开放的数控系统
　　　　　　2.3.6 模具加工选取数控系统的基本原则
　　　　2.4 模具型而加工中CAD/CAM的应用分析
　　　　　　2.4.1 常用模具设计软件选择
　　　　　　2.4.2 CAM中曲面加工方法选取分析
　　　　2.5 模具型面加工中刀具应用研究
　　　　　　2.5.1 立铣刀(端铣刀)在模具型面加工中刀位计算分析
　　　　　　2.5.2 环形铣刀(圆鼻刀、牛鼻刀)在模具型面加工中刀位计算分析
　　　　　　2.5.3 球头铣刀在模具型面加工中刀位计算分析
　　　　　　2.5.4 球头铣刀在模具型面加工中工艺性分析
　　3 模具加工工艺分析
　　　　3.1 模具型面加工中提高加工精度的措施
　　　　3.2 模具型面加工工艺总结
　　4 数控铣床在模具型面加工中的实际加工应用分析
　　　　4.1 "矿泉水瓶瓶底凸模模型"建模
　　　　4.2 义NC程序
　　　　4.3 虚拟加工验证
　　5 结论
　　　　5.1 课题结论
　　　　5.2 课题总结
　　参考文献
　　已发表的论文及研究成果
　　致谢