模具零件制造工艺与数控编程和加工调研报告

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1、模具零件制造工艺与数控编程和加工调研报告在“十五”规划中，模具被认为是“工业生产的基础工艺装备”，国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑都要求模具工业发展与之相适应。中国成模具制造大国当今世界正进行着新一轮的产业调整，一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国。 模具在现代工业中的地位 在现代工业生产中，模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成型。模具成形由于具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造家用电器石油化工轻工日用品等工业部门得到及其广泛的应用。据统计，利

2、用模具制造的零件，在飞机 、汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60%70%，在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工业产品中占85%以上。汽车工业，一个车型的轿车共需4000多套模具，价值23亿元。在各种类型的汽车中，平均一个车型需要冲压模具2000套，其中大中型覆盖件模具300套。模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和生产很大程度上都依赖于模具生产。而作为制造业基础的机械行业，据国际生产技术协会预测，21世纪机械制造工业的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都将依赖模具完成。在产品生产的各个阶段，无论是大量生产，批

3、量生产，还是产品试制阶段，也都越来越多的依赖于模具。因此模具工业已是国民经济的基础工业。模具工业发展的关键是模具技术的进步，模具技术又涉及到多学科的交叉。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。世界上许多国家，特别是一些工业发达国家都特别重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，已取得了显著的经济效益。美国是世界超级经济大国，也是世界模具工业的领先国家，早在20世纪80年代末，美国模具行业有约12万个企业，从业人员约17万多人，模具总产值达6447亿美元。日本模具工业是从1957年发展起来的，当年模具

4、总产值只有106亿日元，到1998年总产值已超过488万亿日元，在短短的40余年内增加了460多倍，这也是日本经济飞速发展并在国际市场上占有一定优势的重要原因之一。早20世纪90年代初，日本全国就有13115家模具工业企业，其中生产冲模的占40%，生产塑料膜的占40%，生产压铸模的占5%，橡胶模的占4%，锻模的占3%，铸造模的占3%，玻璃模的占3%，粉末冶金模的占2%。纵观世界经济的发展，模具工业在经济繁荣和经济萧条时代都不可或缺，经济发展较快时， 产品畅销，自然要求模具能跟上；而经济发展滞缓时期，产品不畅销，企业必然想方设法开发新产品，这同样会给模具带来强劲需求。因此，国内外行家都称现代模具

5、工业是“不衰的工业”。目前，世界模具市场仍供不应求。近几年，世界模具市场总量一直为600650亿美元左右，其中，美国、日本、法国、瑞士等国已年出口模具约占本国模具总产量的1/3，可见研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。模具在日本被誉为“进入富裕社会的源动力”，在德国则冠之为“金属加工业中的帝王”，在罗马尼亚被视为“黄金”，早欧美其他一些发达国家被称为“磁力工业”。可以断言，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济发展过程中将发挥越来越重要的作用。 我国模具技术的现状及发展趋势我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距。但改革开发以来

6、，再过家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，尤其是国民经济的高速发展，大大的提高了模具的商品化程度，推动了模具技术和模具工业的迅速发展。(1) 一些科研院所和高等院校在模具技术的基础理论、模具设计与结构、模具制造加工技术、模具材料及模具加工设备等方面都取得了可喜的实用性成果。并培养了一批高级模具技术人才，使现代模具制造技术中的高科技含量逐渐增加.。(2) 模具标准化工作时代表模具工业和模具技术发展的重要标志。到目前为止，已经制定了冲压模、塑料模、压铸模、和模具基础技术等50多项国家标准、近300个标准号。基本满足了国内模具生产技术发展的需要。(3) 一些先进、紧密和高自动化程

7、度的模具加工设备，如数控仿型铣床、数控加工中心、精密坐标磨床、连续轨迹数控坐标磨床、高精度低损耗数控电火花成形加工机床，慢走丝精密电火花线切割机床、精密电解加工机床、三坐标测量仪、挤压研磨机等模具加工和检测用的精密高校设备，由过去依靠进口到逐步自行设计制造，使模具加工工艺手段登上了一个新台阶，同时为先进加工工艺的推广奠定了物质基础。(4) 模具CAD/CAM已得到较广泛的应用，模具计算机仿真技术也应用于模具设计制造中。各院校、研究机构正在开展模具智能制造、并行工程、虚拟制造、敏捷制造和快速制造等先进制造技术的研究。(5) 研究开发了几十种模具新钢种及硬质合金等新材料，并采用了热处理等新工艺。模

8、具新材料的应用，以及热处理技术和表面处理技术的开发和应用，使模具寿命大幅度的提高。(6) 快速成型技术在模具制造上的应用。是20世纪80年代以来模具制造技术的又一重大发展。快速成型制造技术是综合了机械工程、CAD、数控技术、激光技术和材料科学技术的一种全新的制造工艺。快速成型技术应用于模具制造，使模具设计和制造更加快速、经济、实用，对多品种、小批量产品的生产具有重要的意义。(7) 我国模具的品种、精度、和产业规模有了很大的发展。据统计，我国现有模具生产厂2万余家，从业人员50多万人，九五期间的年增长率为13%，2000年总产值为270亿元，占世界总量的5%。十五期间，我国模具市场在汽车 、家用

9、电器、电子及通信产品、建材、玩具、仪器仪表等行业有更大的需求。从总体上看，虽然我国模具工业已得到较大的发展，但仍然不能满足国内经济高速发展的需要。还须花费大量资金向国外进口一些模具，特别是精密、大型、复杂、长寿命型模具，仍主要依赖进口。目前，就整个模具市场来看，进口模具约占市场总量的20%左右，其中，中高档模具进口比例占到40%以上。 我国模具工业发展方向（1） 开发、发展精密、复杂、大型、长寿命模具，以满足国内市场的需要。（2） 加速模具标准化和商品化，以提高模具质量，缩短模具制造周期。（3） 大力开发和推广应用模具CAD/CAM技术，提高模具制造过程的自动化程度。（4） 积极开发模具新品种

10、、新工艺、新技术和新材料。（5） 发展模具加工成套设备，以满足高速发展的模具工业需要。 Mastercam简介Mastercam是美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型 Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。 Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。 Mastercam提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。Mastercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵

11、活性。 可靠的刀具路径校验功能 Mastercam可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。 Mastercam提供400种以上的后置处理文件以适用于各种类型的数控系统，我厂采用的是FANUC系统，机床为四轴联动卧式铣床。根据机床的实际结构，我们编制了专门的后置处理文件，绳槽曲面加工刀具路径NCI文件经后置处理后生成加工程序。使用Mastercam 实现DNC加工, DNC（直接数控）是指用一台计算机直接控制多台数控机床，其技术是实现CAD/CAM的关键技术之一。由于本工件较大，处理的数据多，所生成的程序长，数控机床的磁泡存储器已不能

12、满足程序量的要求，这样就必须采用DNC加工方式，利用RS-232串行接口，将计算机和数控机床连接起来。利用Mastercam的Communic功能进行通讯，而不必考虑机床的内存不足问题,经大量的实践，用Mastercam软件编制复杂零件的加工程序极为方便，而且能对加工过程进行实时仿真，真实反映加工过程中的实际情况，不愧为一优秀的CAD/CAM软件。Mastercam强项在3轴数控加工，简单易用，产生的NC程序简单高效。主要竞争对手有UG NX，Cimatron, Delcam(Powermill)诸如CATIA, Pro/E，Solidworks等软件也在CAM方面有长足的进步。 数控技术简介

13、数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控(NC)机床。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。 数控技术的发展趋势1）高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达

14、100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。2）5轴联动加工和复合加工机床快速发展日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同

15、一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。3） 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断

16、、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 数控机床编程介绍数控机床程序编制的方法有三种：即手工编程、自动编程和CAD/CAM 。1. 手工编程 由人工完成零件图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序清单直到程序的输入和检验。适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件，但是，非常费时，且编制复杂零件时，容易出错。 2. 自动编程 使用计算机或程编机，完成零件程序的编制的过程，对于复杂的零件很方便。 3. CAD/CAM 利用CAD/CAM软件，实现造型及图象自动编程。最为典型的软件是Master CAM，其可以完成铣削二坐标、三坐标、四坐标和五坐标、车削、线切割的编程，此类软件虽然功能单一，但简

17、单易学，价格较低，仍是目前中小企业的选择。 数控加工介绍数控加工是利用数控机床和数控技术完成模具零件的加工，根据零件图样及工艺要求等原始条件编制数控加工程序，输入数控系统，然后控制数控机床中刀具与工件的相对运动，以完成零件的加工。数控机床范围很广，在机械加工中有数控车加工、数控铣加工、数控钻加工、数控磨加工、加工中心加工；在塑性加工中有数控冲床加工、弯管机加工等；在特种成形中则有数控电火花加工、数控线切割加工、数控激光加工等。 数控加工在机械制造业中的地位和作用随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批量生产向多品种小批量生产转化。因此

18、，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高自动化的要求。随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在机械产品中，单件与小批量产品占到70%80%,这类产品一般都采用通用机床加工,当产品改变时机床与工艺装备均需作相应的变换与调整,而且通用机床的自动化程度不高,基本上由人工操作,难以保证生产效率与产品质量。特别是一些曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线或样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密监测

19、与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度、与高自动化的特点，因此，采用数控加工手段，解决了机械加工中常规技术难以解决甚至无法解决的单件、小批量、特别是复杂型面零件的加工。应用数控加工技术是机械制造业的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供了高质量、多品种及高可靠性的机械产品。目前应用数控技术的领域已从当初的航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造，并取得了巨大的经济效益。随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中

20、，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。 数控加工在机械制造业中发展为了提高生产自动化程度，缩短编程时间和降低数控加工成本，在航空航天工业中还发展和使用了一系列先进的数控加工技术。如计算机数控，即用小型或微型计算机代替数控系统中的控制器，并用存贮在计算机中的软件执行计算和控制功能，这种软连接的计算机数控系统正在逐步取代初始态的数控系统。直接数控是用一台计算机直接控制多台数控机床，很适合于飞行器的小批量短周期生产。理想的控制系统是可连续改变加工参数的自适

21、应控制系统，虽然系统本身很复杂，造价昂贵，但可以提高加工效率和质量。数控的发展除在硬件方面对数控系统和机床的改善外，还有另一个重要方面就是软件的发展。计算机辅助编程(也叫自动编程)就是由程序员用数控语言写出程序后，将它输入到计算机中进行翻译，最后由计算机自动输出穿孔带或磁带。用得比较广泛的数控语言是 APT语言。它大体上分为主处理程序和后置处理程序。前者对程序员书写的程序加以翻译，算出刀具轨迹；后者把刀具轨迹编成数控机床的零件加工程序。数控加工，是在对工件进行加工前事先在计算机上编写好程序，再将这些程序输入到使用计算机程序控制的机床进行指令性加工，或者直接在这种计算机程序控制的机床控制面板上编写指令进行加工。加工的过程包括：走刀，换刀，变速，变向，停车等，都是自动完成的。数控加工是现代模具制造加工的一种先进手段。当然，数控加工手段也一定不只用于模具零件加工，用途十分广泛。总的来说通过上面知识的介绍可以很明确的知道我的这个课题在当今工业生产中占有很重要的地位，包括的知识面也是非常的广，很值得我去学习和研究，对于这个课题的设计对我个人知识会有很大的提高，也使我对当今模具数控加工这一块会有一个深入的了解和掌握，这对我以后的就业都会有很大的帮助。