车床模具加工机电科技论文

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1概况

随着模具工业的快速发展，模具企业装备更新换代的速度加快，对先进的模具加工设备的需求也日益增加。用高新技术和先进适用技术改造传统模具加工模式的不断推广和深入，数字化加工已成为模具加工发展的方向。采用数字化技术的模具加工设备也成了模具企业提高其装备水平的首选。同时，多功能复合加工能有效提高模具加工效率，也受到模具制造商的关注。由于将来多数模具还是由钢以及铸铁制造的，因此硬加工越来越重要。这也可以解释为何在模具加工设备中，数控金切机床的比例不断增长；但是随着放电加工机床功能的不断完善并向高速化、数字化发展，电加工机床将在其专长的领域发挥更好的作用。我国企业拥有的数控设备比例很低，机床行业仅4％左右。模具加工行业的状况可能会好一些，但与发达国家相比，仍有不小的差距，这也直接导致我国模具制造水平档次较低。随着发达国家的模具工业逐步向我国转移，我国模具工业较发达的广东、浙江地区的部分大型模具加工企业已经实现了技术升级和技术改造。以下我们将围绕模具加工设备中几个关键的产品：加工中心、数控车床及数控电加工机床，对目前模具加工设备的现状及趋势进行分析。

2现状

(1)加工中心

由于用户对加工高效率的需求，加工中心是目前金属切削机床中发展最快的品种，有着广阔的应用前景。但国产加工中心的市场占有率非常低的。另外，国内外同类产品的差距主要在机床的高速高效化和精密化上。对于高速加工中心，国外机床在进给驱动方面：滚珠丝杠驱动的加工中心，快速进给大多在40m／min以上，最高已达到90m／min，直线电机驱动的加工中心已实用化，应用范围不断扩大，快速进给最高达到120m／min；而国内加工中心快速进给大多在30m／min左右，个别达到60m／min，直线电机驱动的加工中心仅试制出样品；国外高速加工中心主轴转速一般都在12000～25000r／min，最高已达到70000r／min，在结构上都采用适应于高速加工要求的独特箱中箱结构或龙门式结构。在加工精度上，国外卧式加工中心都装有机床精度温度补偿系统，加工精度比较稳定，而国内尚在研发中；国外加工中心定位精度基本上按德国标准VDI344l验收，行程l000mm以下，定位精度可控制在0．006~0．01mm以内，而国内定位精度相对较低。另外，为适应未来加工精度提高的要求，国外不少公司还都开发了坐标镗精度级的加工中心。五轴加工中心，在国外不仅应用于模具加工上，而且已广泛应用于一般零件加工，进行五面加工和复杂零件加工，国外各大公司都开发生产了应用于不同范围的各种类型的五轴加工机。我国虽然在多次机床展和CIM12003国际机床展上展出了十多台五轴加工机，但大多数没有售出，没有经过生产考验，仅少数投入生产使用。高速铣削中心主要应用于中小型型腔模具加工，德国Roders公司和Hermle公司、瑞士Mikron公司都生产此种产品，而我国尚待开发。

(2)数控车床

从各类数控金切机床消费结构来看，我国消费最多的品种是数控车床，约占41％。国产数控机床的市场占有率按金额为51％。按台数为73％。从占有率看，国产数控车床是国产数控金切机床中占有率最高的类别，但这并不意味着国产数控车床在品种上、性能上和可靠性上已经能够满足用户的需求。国产的数控车床大多为经济型，约占总数的80％左右，多功能数控车床和车削中心生产量较少；而国外生产的基本上是多功能数控车床和车削中心。国外车削中心具有双主轴、双刀塔、Y轴、C轴，甚至还装有日轴，功能多，可供用户选择。国外数控车床的主轴转速和主轴功率一般都高于国产数控车床；另外还能生产提供适合于高强度耐热合金加工和钛合金加工大功率、高刚度的数控车床和车削中心以及以车代磨的精密数控车床和车削中心，而此类产品国内基本处于空白。(3)数控电加工机床我国电加工机床的市场总容量不是很大，估计只占我国机床工具总量的5％左右。同时，还受到数控铣、高速铣、加工中心的挑战。但是数控电加工机床在数控金切机床消费结构中，其消费量比重却达到14．5％，仅次于数控车床；进口量比重为12％，低于数控车床、加工中心和数控铣床。可见，提高数控化率和加工精度是放电加工机床对抗各方挑战的唯一出路。在数控金切机床市场占有率方面，国产数控电加工机床按台数达到了54．5％，仅次于数控车床；但金额占有率仅为15％，这就意味着高端市场依旧被国外产品占据。现状是，对于一般精度要求的加工，国产数控电加工机床可以满足用户需要；而高端的精密慢走丝电火花线切割机和精密电火花成形机，大多数依靠进口。随着模具对表面质量、精度及效率要求的不断提高，精密慢走丝电火花线切割机市场需求越来越大。由于其技术含量高，模仿难度大，国内这部分市场基本被日本、瑞士的电加工设备生产企业所占领，国内企业在技术上目前还不具备优势，仅合资企业苏州沙迪克特种机电有限公司生产的AQ360L、AQ550L型精密慢走丝电火花线切割机达到了同类产品的国际水平。

3总体发展趋势

加工中心、数控车床和数控电加工机床都属于数控金属切削机床，其发展的趋势与当今数控机床发展的趋势是相同的，即：高速、复合、智能、环保。

(1)高速加工

提高加工效率的方法之一就是提高加工机床的加工速度，包括加减速度和进给速度。目前，高速加工的诸多关键技术的研究都达到了一定的水平。高速电主轴的最高转速及功率、扭矩普遍提高，并采用了传感技术的振动监测和诊断；进给系统不仅结构进一步轻量化，而且普遍采用直线电机和力矩电机的直接驱动方式，机床的3个直线坐标运动多数由刀具主轴部件实现。机床的基本结构普遍具有高承载能力、高刚性、热稳定性和抗振性。特别重视耐冲击性，最大加速度由允许的最大冲击力决定，而不仅仅取决于驱动系统及其伺服单元的能力。高速加工的主要目的是通过提高材料去除率和良好的加工表面质量来提高生产效率，为此必须防止切削颤振。于是颤振预测软件应运而生。对于高速干切削机床，为了使其及时顺利排出大量热切屑，排屑槽采用绝热材料制造。

(2)复合加工

复合加工在保持工序集中和消除(或减少)工件重新安装定位的总的发展趋势中，使更多的不同加工过程复合在一台机床上，不仅是用户的追求(可以减少占地面积，减少零件传送和库存，保证加工精度等)，而且也适应了现代社会的节能、环保等方面的要求。

(3)智能化和网络化

CAD／CAPP／CAM一体化已成为制造技术发展的必然趋势之一，在普通加工机床上的应用和研究已经比较广泛；而对于放电加工机床，由于其工艺的特殊性，智能化的研究相对较晚。对于当前智能技术研究和应用的热点一一模糊逻辑、人工神经网络和遗传算法等，许多电火花加工的研究人员已经致力于它们在电火花加工中的应用研究，并已取得了富有成效的研究成果。例如在日本FANUC公司开发的FANUCTAPECUIWP系统中，就是将模糊技术与专家系统相结合；SODICK公司还提出的一种具有学习功能的电火花加工系统。随着计算机技术和网络通信技术的迅速发展，具备实现机床全生命周期服务的开放式网络监控服务系统开始普及。该系统安装有不同的功能模块，用户通过浏览器就可以实现数据查询、提交设备优化、诊断请求并在线获取优化、诊断结果及专家系统知识等操作资料。

(4)绿色化制造

环境保护意识的提高，让制造商更加重视环保和劳保，同时也重视节能和降耗。干切削、准干切削、硬切削技术由于可以减少或避免冷却液、润滑液对周围环造成的生态危害而得到较快的发展。欧洲已不允许在无完全封闭加工区的机床工作，对冷却液雾中油的浓度要求低于5~0．5mg／m3。以上为技术发展的大趋势，就目前国内模具生产而言，我国今后会发展重达100t的大型模具和一模千腔的模具，这就对模具加工设备提出了大工作台、大行程、大承重和高稳定性等要求，同时也提出了加工一致性和高精度的要求。