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1、模具的生产工艺及常用加工设备?制造技术与工艺?模具的生产工艺及常用加工设备上海慧鹰机械设备有限公司(200125)陈晓红模具是许多产品制造业使用十分广泛的专用成型工具,也是带有一定科技含量的基础工艺装备之一.从流行多年的冰箱,洗衣机,电视机直至款式时尚,制作精美的手机,数码相机,MP4播放器都离不开各类模具的设计和制造.庞大的国内市场和相对低廉的制造成本使模具行业成为我国入世后为数不多的有竞争优势的行业之一.但是,我国模具生产总量虽然已位居世界第三,但模具的设计制造水平在总体上要比德,美,日,法,意等工业国家落后许多,也比英国,加拿大,西班牙,葡萄牙,韩国,新加坡等国落后.如国内模具自产自配比
2、例高达50%以上,而国外70%以上是商品模具.国内模具总量中属大型,精密,复杂,长寿命模具的比例只有30%左右,而国外在50%以上.另据统计,造成国产模具失效报废的各种因素中,模具材料占16%,热处理占45%,且目前国产模具的寿命仅为工业国家的1/31/5.2003年我国模具进出口之比为4:1,进出口相抵后的净进口为10.3亿美元,使我国成为模具净进口量最大的国家之一.模具行业是一个融模具设计,机械加工,模具材料及热处理于一体的技术密集,资金密集的行业,随着时代进步和技术发展,行业内能掌握和运用高新技术的人才显得异常短缺.目前国内许多模具生产厂商已经采用了先进的加工设备,仅2003年国内模具行
3、业用于增加固定资产的投资高达7080余亿元人民币,其中购买机床的投资占了很大的比重.同年国内各行业机床消费额约60亿美元,而模具行业的消费额就占了约10%.但总体看来行业装备水平仍比国外同类企业落后许多,特别是设备数控化率和cAJ)/0应用覆盖率要比国外企业低得多,由于体制和资金等原因,引进设备不配套,设备与附件不配套的现象仍十分普遍,设备利用率低下的问题长期得不到较好解决.装备水平低,也带来国内模具制造业钳工比例过高等诸多问题.一,模具的生产工艺过程随着用户对产品要求的不断提高,相应对模具的制造精度,复杂程度,生产效率等也不断提出新的要求.许多工业国家都相继形成了模具制造的行业体系:即模具制
4、造厂商提供单件生产的专用模具,而材料,标准件,机床等行业为模具行业提供与之相关的各类产品.?38?根据成型材料,工艺及设备的不同,模具可分为冲模,塑料模,压铸模等若干种.这里以冲模为例,其制造过程依次为:(1)研究分析研究板料变形的全过程及冲压工艺方案的合理性,针对模具制作中的难点,冲件(产品)质量的稳定性,加工成本等问题进行充分的探讨.尚存在疑问的状况下应尽量准备好其他备用方案.产品(冲件)设计者和模具设计者最好能够当面对有关技术问题进行充分的研讨,使模具的制作方理解技术上的要点,作为模具设计的参考和依据.产品的设计者还应向模具的制作方说明该产品的功能及使用方法,使合作者能抓住关键点而不在没
5、有必要的地方浪费精力,从而有效地降低模具制作成本.必要时还可就产品测量方法及冲压生产的管理重点进行研究.(2)模具设计在展开产品图的过程中,及时发现更细的或容易忽略的问题,并且与产品设计者及模具制作部门进行充分沟通,模具设计者要关注产品的公差重点,对可能发生变形的地方适当变更几何尺寸,尽量对模具的结构和零件采用标准化,避免因设计者而产生的个人差异.(3)模具零件的加工模具零件的加工机械有车床,钻床,铣床,加工中心,电火花成型机,线切割机,研磨机及真空炉,退火炉等.对模具零件的常规加工方法一般是采用立铣刀进行粗加工,再以球头铣刀进行半精加工与精加工,并力求提高加工效率及降低制造成本.数控加工则改
6、变了模具行业的生产现状,数控编程与加工工艺的并行编制,空间曲面的联动加工,难加工材料的切削,CAJ)/CAM软件的应用,数据库系统的集中管理都涉及到经验的积累,潜能及应用能力的发挥.(4)模具组装将加工成的模具零件和市场上采购来的标准件进行组装,使用加工机械对配合不佳之处进行修整或进行人工光整加工(局部手工打磨等).(5)试模及验收采用现场设备(如多工位压力机,精冲压力机等)和规定的原材料进行试模,可邀请产品设计者及模具<装备机械>设计者到场检测产品(冲件)的质量,包括产品的弯曲度,平面度等.试模后发现冲件外观不符要求,可进行临时检测及修正,并再次试模.有关测量数据及冲件样品可送交
7、产品设计部门并询问是否合格.表1模具制作各过程大致所需时间(h/供参考)级别60t100t200t300t技术研讨及咨询8121624模展开图的制作482028具布局8122428设计结构设计16202436机加工24406088模具热处理16162424制造线切割32486496其他24323656模具组装16203240试模调整8162432测量441216合计(h)160228336468在技术探讨和模具设计时,有实物或手工试制的样品,则可对产品形状和特点迅速作出判断,同时避免了意想不到的或是仅凭读图而容易发生的各种失误.表1所示为模具制作的各个过程所需的大致工时,由于模具的实际交货期要
8、考虑到各个过程的重叠部分,故实际所需工时将有所缩短.随着对模具表面质量及精度要求的不断提高以及用户要求缩短产品更新周期,这就形成了对更新机床工具的依赖,尤其是高速加工中心以及特种加工机床的开发使模具制造产生了巨大变革.同样,采用CAD及有限元方法等使模具设计及制图能力得到大幅度的提高,如目前的金属板料成形CAE已能提供板料的流动,厚度的变化,破坏,起皱,回弹以及残余应力和应变,并能预测产品设计及加工工艺的合理性,对模具的设计方案进行模拟和验证,并可在修模过程中提供形象直观的帮助.但是许多具体的构思还是依赖技术人员的丰富经验.当模具尺寸达不到要求或存在加工缺陷时,某些环节的手工加工还依赖于钳工的
9、修整.二,模具零件的部分制造装备根据构成模具零,部件的种类,性能,精度与互换性要求,其常用机床设备为:(1)数控铣床或加工中心(如用于塑料模,压铸模等成型件加工);(2)电火花成形及电火花线切割机床(如用于成型模型腔及冲模成型件的加工);(3)成型磨削机床(如用于冲模凸模与凹模拼块的2005年第4期成形加工);(4)精密,坐标磨床(如用于精密冲裁模的凸模,凹模及卸料板型孔的加工);(5)数控车床(如用于圆凸模,圆凹模,圆柱销,导柱,导套,推杆,推管的加工);(6)手工机械及相关测量仪器等.本文结合国内近期所举办的有关模具设备展展品进行介绍如下:1.数控铣床及加工中心在SIME2005上,汉川机
10、床公司在该领域推出的展品有xI(714G/I型立式数控铣床,该铣床适用于加工板类,盘类,壳体类零件及模具行业,其工作台面积为400ITlIn1800mm,工作台容许负载为1000kg,x,Y及z轴行程分别为1200,400及500rnln,主轴转速范围为40-8000r/min,主轴电机额定功率为8kW(带内置编码器),x,Y及z轴快移速度为15m/rain,定位精度为x:0.02mm,Y及z轴:0.014mm,重复定位精度为x轴:0.012mm,Y及z轴:0.008mm,刀库容量为12把,最大刀具尺寸为100mm250mm.汉川机床公司目前已进入国内机床行业综合指标前10名,截止2005年6
11、月底,已完成产值2.38亿元,销售回款2.21亿元.该公司的加工中心展品为XH715D型,该立式加工中心工作台面积为520mm1200mm,工作台最大负载为1000kg,主要用于中小型零件及模具行业,工件一次装夹后,可连续完成铣,钻,镗,铰等工序,其x,Y及z轴行程分别为880,500及610mm,配置西门子802D数控系统,其主轴电机功率为7.5/11kW,主轴最高转速为8000r/min,各轴快移速度为20m/min,定位精度等指标与XK714G型基本相同.图1采用大流量冷却油循环冷却的高精度主轴(轴端最大偏摆0.003ram)上海明精机床有限公司组建于1997年,目前隶属-39-于上海电
12、气(集团)总公司麾下的上海电气资产管理公司.根据上海电气集团机床产业发展要求,明精公司正在对所属上海重型机床厂,上海仪表机床厂和上海第三,四机床厂等企业加紧改制改革.通过资产重组,优化组合形成三个基地:一是闵行大重型机床和中型数控车床生产基地;二是松江乐都路中型铣床,加工中心和中小型磨床生产基地;三是松江方塔路小型数控机床生产基地.上海明精机床有限公司近4年来销售收入平均增长速度约26%,现有产品覆盖金属切削机床中量大面广的车床,铣床,磨床,钻床,刨床,齿轮机床,加工中心七个大类,该公司先后引进德国,捷克,奥地利等数控机床制造技术.2004年,明精公司收购德国Wohlenberg(沃伦贝格)公
13、司和日本Ikegai(池贝)公司,为今后发展提供良好的技术引进平台及国际销售网络.2005年将完成明精公司实体化调整,待条件成熟后,将被上海电气股份有限公司(上市公司)收购,成为上市公司组成部分,以寻求更大发展.明精在SIME2005上曾推出的展品中有XH714/1型立式加工中心,该机床工作台面积为460mm1100mm,工作台最大负载为600kg,其x,Y及z轴行程分别为1000,500及600mm,主轴转速范围为2O6000r/min,主轴电机功率为7.5/11kW,采用同步带传动,x,Y及z轴采用直线滚动导轨,快移速度为15m/min,刀库容量为24把,换刀时间为2.5s,机床定位精度为
14、0.008mm,重复定位精度为0.004mmo“十五”以来,机床行业三资企业取得一定发展其中外商独资企业发展更快.外商独资机床制造企业的进入,使我国机床市场格局发生重要变化.这些外资企业一般都享受当地政府的产业优惠政策,国外母公司控制核心技术,并键部件可进口,组装后的产品具有较强的竞争力.三资企业的发展值得引起业界关注.Y轴采用4导轨支撑硬度HRC553图2立式)j-r中心的铸件普遍经应力消除处理,导轨经高频淬火及研磨,配置容积式配油器润滑油路并经压力及流量比例分配,使各处滑动面实现充分润滑如美国Haas公司位于美国加州奥克斯纳德,厂房面积已超过8万m2.其进入我国的哈斯自动机械有?40?限公
15、司位于上海外高桥保税区.该公司推出的vF系列超高速立式加工中心,其主轴最高转速为1.2万r/min,最大额定功率为22.4kW,各轴快移速度为35.6m/min,最大切削速度为21.2m/min,换刀时间为1.6s(刀具到刀具)或2.2s(切削到切削),VF系列定位精度及重复定位精度分别为0.0051mm及0.0025mmo在产品出厂之前,每台哈斯公司生产的立式加工中心都需经过300多道质量测试,包括在装配车间内进行至少168h(247)的实际运行.实际上,只要机床没有在进行实际装配,就一定是在运行预先设定的任务,检查操作误差和性能参数.公司的质量保证跟随着每一个零件,从最初的制造到以后的安装
16、.每当有组合配件添加到主体时,就会进行静态与运行测试,为整个装配测试与装运过程提供认证档案.该公司采用Renishaw生产的球杆测试仪来检查直线精度,还须检验机床的几何精度,从而保证每台机床的三维垂直度与精度.这项操作测试采用的是能够对长度的微米变化作出反应的测试杆.这种测试杆附在主轴和台面上的一个固定点;然后在XY平面进行一系列圆周运行,从而确认其同步运动;以后再在XZ和YZ平面进行一系列半圆运动,再确认其垂直度.来自测试杆的线性变量微分互感器(L)T)数据被输入到计算机中,然后打印出一份说明机床精度的图表.垂直度或长度的任何偏差值都会以变形的圆形反映在图表上,使技师很容易地就可以辩认出来.
17、每台加工中心都包含有这样一份图表的复印件.在加工中心的每个轴上都使用较高性能的无刷伺服电机进行驱动.与有刷电机相比,这些电机具有三个优势.第一,由于整流器的限制,标准有刷电机在电压和电流值上有所限制.无刷电机可以使用两倍的电压与电流,这意味着机床具有更高的速度,更快的加速度和更大的动力.第二,有刷电机会产生碳粉,这容易导致内部短路和加速电刷损耗.而且还需要定期进行维修,清洁并更换电刷,而无刷电机则没有这些问题.第三,在有刷电机中,包含着不断产生热量的线圈的转子,通过永久磁铁的厚重外壳散热非常缓慢,大大缩短了电机寿命.因此,电流必须加以限制,以防电机烧毁.而使用无刷电机,产生热量的线圈附着于电机
18、外壳,使热量可以直接散发到周围的空气中,从而电机结构更紧凑,工作性能更优良.无刷伺服电机直接用钢制联轴器联接到滚珠丝杠副上,以消除张力变形即使是在很大的载荷下.<装备机械>这就大大提高了定位精度并且保证能实现更准确的螺纹与外形加工.与皮带或橡胶耦合接头不同,这样的连接不会随着时间发生磨损或失去精度.该公司生产最高转速为3万r/min的主轴可以为精密铸模和冲模,快速成型与EDM电极等加工提供所需转速,因为在这些应用中,常常要求光滑的表面,小直径的刀具以及高表面进给速度.高速主轴使用BT30锥度的刀柄,最大刀具直径仅为D12mm.复合陶瓷角接触球轴承通过气/油点式润滑系统进行上油,主轴
19、冷却器能保持热稳定性,从而确保较高的加工精度与较长的轴承寿命.这种称为矢量双驱动主轴配置双绕组电机(星形与三角形)以及可以在两种绕组之间转换的电子开关,在其运行过程中分别为高转速或低转速选择最佳线圈,并能在更大的转速范围内产生更高的转矩及恒定功率.加工中心全部选用预先加载的角接触轴承,前面的两个轴承被大垫圈隔开以增强径向稳定性一可以进行对钢类工件的重切削.为了确保使用寿命长,需使用高压空气来防止冷却剂影响主轴,同时油雾自动注入到指定部位,以确保良好润滑与较长的轴承寿命.采用四套轴承进行支承的主轴能够提供高轴向推力,同时又产生最小的热量.通过在同一道工序中精加工前后轴孔,以及在同一道工序内磨削主
20、轴外径,可以达到这个要求.这保证了轴孔与外径之间的相对位置精准,从而减少了轴承发热.加工中心配置大功率矢量主轴驱动装置.该装置采用与无电刷伺服电机同样的技术,可保证机床在重切削时能提供良好的性能与速度控制.这种闭环装置优化了主轴电机转子与定子之间的偏离角度,使低速转矩与加速度达到2倍,带来最大功率的主轴输出(可使电机以150%的恒定功率运行15min,以200%的恒定功率运行5min).大螺距滚珠丝杠副配合大功率的无刷伺服电机,提供最高达30.5m/min的快速移动与最高达12m/min的进给速度.这减少了加工中的非切削时间尤其在重复相同零件与使用多个夹具时,运行时间缩短,从而减少每个零件的成
21、本.通过在高性能主轴上附加磁感应非接触式编码器,使Z轴运动与主轴旋转同步.同步攻丝则不再需要昂贵的浮动式攻丝夹头,同时防止了引导螺纹变形与螺纹口拉丝.刚性攻丝的特点是丝锥在退出刚性攻丝孔时比进入时更快,从而减少运行时间.通过在攻丝循环指令行中定义J值,退出时可以比进入时最多快9倍.例如,定义J2就可以达到两倍退出速度,定义J3可达到2005年第4期三倍.哈斯公司在全球最精密的齿轮制造与检验设备上投资了3百多万美元,才生产出高精度的齿轮,这些齿轮可以达到检验齿轮的精度.在以1万r/min运行时,采用这些齿轮的变速箱安静如常.所有的齿轮都是采用数控加工的,用8620钢滚铣而成,然后热处理到HRC6
22、0,再进行高精度数控磨削加工到AGMA13级品质.这些变速箱的特点是采用独立的干式油槽加油系统,先进行过滤后可以把油分配到变速箱中所有的润滑部位.为了进一步减少噪声和振动,变速箱以聚氨酯衬纸分隔开,从而减少可能会对精加工工序产生影响的振动.主轴位于铸铁主轴箱内的独立罩壳中.进入加工区的冷却液通过这个罩壳进行循环,带走主轴产生的热量.这使主轴箱的热变形最小化,并减少Y与z轴方向的变化.由于冷却液接触到加工区的所有部位,它可以准确地反映机床的总体温度.为了进一步改善热稳定性,已在主轴箱体中贴装绝热材料,可以防止传动件产生的热量影响主轴箱体,另外还增大了通过整个主轴箱部件的空气流量,从而有效地带走系
23、统内的热量.冷空气从机床后部吸入,流过主轴,再从顶部排出.这加强了对流,并且热空气是从机床顶部排出,而不是再回到主轴箱.某些型号的加工中心还可选用主轴冷却器.这个选项可以让主轴箱保持恒定的温度,甚至在干式切削时也是如此.在每台立式加工中心的运动轴上使用淬硬钢轴承组在淬硬钢导轨上滚动.采用与轴承制造相同精度的磨削技术,这些轴承组的特点是所有方向实现零间隙和满承载能力.这些导轨消耗更少的动力,无需任何调节,已经证明在精确度与速度上比滑箱式导轨更加出色.现在,几乎每家机床制造厂商都使用这项技术.为了延长使用寿命,每套轴承组都进行独立自动润滑.当滚珠丝杠副旋转时,势必产生热量.热量会引起滚珠丝杠膨胀.
24、在大负荷工作时,滚珠丝杠副的膨胀会导致切削误差.故电子热补偿系统(ETC)能够准确地算出受热与正常时的偏差,并以电子方式对丝杠位置进行补偿,提供接近于光栅的精确度.除尘系统可以在加工时去除石墨粉尘与其他微粒,防止污染加工中心的重要配件.强力抽气机在加工时吸走粉,排放到外部收集箱内.粉尘被过滤掉,清洁的空气被送回车间.为了防止粉尘及微粒进入滚珠丝杠副,直线导轨副与电机,机床的相关组件都进行了密封.自行设计并制造自己的数控系统包括软件与硬件,它为机床进行了专门优化.这个数控系统采用?41?摩托罗拉68030双32一bit处理器(40MHz),并配有2MB的20ms静态RAM,专供主处理器使用它提供
25、了1000字组/s的程序执行速度,并且六个电机中每个都可以进行4000次/s的伺服循环计算.附加的电池供电静态RAM专用于程序储存,可提供最高为16MB的选项,以供处理大型文件或保存文件.与个人计算机的动态RAM不同,后者只有在通电的情况下才能保持记忆,而由电池供电的静态RAM能够即时并永久地保持更改.专用键盘设有131个键.所有普通功能,包括完整的字母键盘,都明确地标明,方便用户使用.如果用户曾经尝试用过快捷键.在屏幕上逐页寻找特定功能,那么用户将会感受到哈斯控制系统的简单性.不需要记忆任何口令,许多功能只需按一个键就可以执行.该数控系统配置文字处理编辑器,允许用户在双窗口的格式中编辑程序,
26、如进行全局搜索,查找与替换,改变符号,重新编号程序,在程序间复制等.另外,在早晨开机或设置刀具偏差值等一般要多步完成的功能也被简化到了只需一个按键.通过按TOOLOFFSETMEASURE按键和NEXTTOOL按键可以自动地记录z向偏置并且换到下一把刀,用户可以在Jog模式下完成这一切.例如设定工件偏置或复位刀库等工作也是一键式命令.大多数机床都使用手轮来移动轴.而在哈斯的加工中心中,手轮还可以在其他模式中移动光标,用来快速编辑或浏览偏移值,参数等.当在单步模式中运行程序时,可以用手轮单步来处理程序.原厂会发现这是个实用的功能,因为用户转动手轮1圈可以移过100个模块的代码.手轮的另一个特点让
27、用户可以用它来控制主轴速度与进给速度命令.转速与进给可以在0-999%之间以1%的增量递进,以便最大限度的进行控制.在高速通讯方面也建立起了最高达115200波特(长度在1.8m以下的电缆)的新行业标准.使用RS一232通讯端口,用户可以在ASCII或XMODEM格式中下载,上传或运行DNC程序.这意味着用户可以在不到90S的时间内下载1MB的程序.作为选项,可视快速代码是人机对话的编程系统,可以轻松地使用图形界面来编制简单的G代码程序.用户只需从屏幕上的列表中(如系列钻孔,钻孔,攻丝,模具型腔铣削)选择希望执行的加工.一旦选定了操作,即显示一系列图形零件模板,并为每个模板所需进行的操作提供英
28、文描述.选择最符合用户需要的模板,然后可视快速代码会要求用户填写零件尺寸,速度,进给等.一旦信息填写完成并经过确认,可视快速?42?代码会为相应的加工生成正确的G代码程序.对于复杂的零件来说,可以用单独的图形模板每次设置一小部分,从而生成加工每个部分的G代码,然后将G代码插入一个(或现有的)程序.由于可视快速编码是储存在控制系统内存中的程序而不是嵌入的,用户可以修改现有的模板,甚至可以为常用操作或某些零件组创建自己的模板.可视快速代码选项也包括标准快速代码,它允许用户使用屏幕分区的格式来创建G代码程序,而不需要记忆G和M代码.用户可以从菜单与相应的代码中选择”spindleforward”等英
29、语指令,这种情况下是M03,然后插入到程序中去.快速代码还可以用来浏览现有的程序,说明代码的含义.例如,如果用户把光标放在G83上,快速代码会说明它是啄钻.快速代码很容易使用,即使是新操作者也可以很快学会编程.此外,快速代码是用户自定义的,可以根据不同的编程风格量身订制.同样作为选项,用户自定义的宏,可以为带有变量的特定固定循环,测头测量,操作者提示,数学等式或函数以及同类零件加工创建子程序.第二原点位置则允许用户迅速将轴定位到除机床的原点位置之外的用户自定义的第二个原点位置.还有与个人计算机兼容的1.44MB/3.5磁盘驱动器,该驱动器可以简便地放在控制吊架的一侧,它使用标准PC磁盘,可以轻
30、松地为加工上传程序,下载程序到机床之外或在磁盘上直接进行DNC操作.与PC兼容的Zip驱动器接口也是一个选项,使用可移动250MB的磁盘便携式装置可以为DNC提供最高达800字组/s的传输能力,而且很容易传送大文件,且能无限次程序储存.以太网界面可在机床与网络之间储存并转移数据.程序文件可以方便地从内存中读取或写入内存,大型文件也可以被多台机床传输.高速数据传输允许以最多800字组/s的速度对大型文件进行DNC.可用于Novell4.0,NovellNetware5.1,WindowsNT4.0Server/Workstation,Windows95,98,ME2000Server/Works
31、tation,Windows2000Pro/Server.IPX/SPX或TCP/IP协议.可以方便地从控制屏幕设定.内存升级1MB,8MB及15MB,允许直接将大型程序载入到机床中,而不从DNC载入,以便采用更高的进给率.电池供电的高速静态RAM比动态RAM更快,即使关掉电源还是可以保留数据.前吊架的内存锁定钥匙开关用于锁定内存,防止示经授权的人员编辑程序.还可用来锁定设置,参数,偏移量以及宏变量.8M功能为最多12种用户接口增加额外的M功<装备机械>能.使用这些功能用来激活探测器,辅助泵,夹具装置,零件装载器等.立式与卧式加工中心的高速加工选项为减少运行时间,提高加工精度提供了
32、强大支持.经过复杂的三轴到五轴应用测试,在大幅削减运行时间的同时,提高了加工精度,运动更加平滑.高速加工选项使用被称为”插补前加速”的运动算法,加上最多能够预读8O个字组,使用户可以在最高为12.7m/min的进给速度下进行加工,而不必担心编程路径失真.所有设定好的运动都在插补前进行加速,可确保每个轴运动时不会超过机床的加速能力.预览算法确定了最快的进给速度,根本不必停止,从一个运动便可以过渡到下一个运动.即使处理复杂外形的零件时也可以有更高的精度,更平滑的运动与更高的实际进给速度.目前许多”高速”控制系统不但非常昂贵,而且需要预处理模块,这既浪费时间,又需修改G代码程序.这类高速加工选项接受
33、来自各大CAM系统的ISO标准G代码,而价格只相当于其他高速控制系统的一小部分.图3高速加工中心采用的全对称结构设计(左)及具有良好刚度,抗振性及热稳定性的”箱中箱”结构(右)位于上海浦东康桥的哈挺(中国)有限公司(HardingeInc)推出的类似立式加工中心有VMCP0系列.P0系列有600,800,1000,1250及1500等五个规格,工作台面积较小的为750mm510mm,较大的为1624mm660mm,工作台最大承重相应为700/1350kg,主轴最大转速为8000r/min,三轴快移速度为30rn/min,最大切削进给速度为12m/min,自动换刀装置采用斗笠式刀库,最大刀具数为
34、20把,平均换刀时间为6S,三轴全行程定位精度为0.005mm,全行程重复精度为0.002mm(ANSI/ASMEB5.84规范),数控装置可选用西门子810D或Fanuc18i/OiMC.立式加工中心价格相应较低,而且配合倾斜旋转工作台可以加工出具有复杂曲面或复杂角度的零件.不少用户也认为配置昂贵的卧式加工中心不合算,但性能良好的卧式加工中心加工零件不仅缩短加工周期和机床调整时间,还可减少检验工时和加工流程.美国MM杂志曾报道卧式加工中心的部分优点:(1)切削量较大2005年第4期卧式加工中心刚度的改善使机床能切削得更快,更深,尤其适用于钢质零件的大切削量加工.(2)一般配有2个料斗把零件安
35、装在立式加工中心旋转工作台时,通常要停止机床加工.但用卧式加工中心进行加工,在加工一个零件时,操作人员可以调整另一个待加工零件.所以机床拥有更多的切削时间.(3)更有效地利用劳动力使用卧式加工中心,相同的加工工作所需的机床较少,这意味着只需要较少的操作工人.(4)刀库有更多刀具因为卧式加工中心刀库的刀具数量超过现有任何一台立式加工中心,所以,单台立式加工中心的刀具能力就可能迫使工厂把一种零件分成多道工序加工.现在,不仅可在一个加工工艺周期内加工出完整的零件,而且因卧式加工中心刀库具有备用刀具,所以在刀头磨钝或崩裂时还可避免加工中断.(5)缩短检验时间一般而言,卧式机床的刚度更高,所加工出的零件
36、?43?特性更加准确可靠.采用其他机床,工厂则必须测量检查和重新加工.这就是所谓较小的”加工容量”.即使这种情况不存在,合并零件加工工序也可缩短检验时间.过去,工厂在零件转入下一道工序时往往要进行检验,某些受检特性在零件加工完毕后是不存在的.现在这种费时的工序中间检验已经很少采用了.再以哈斯公司推出的EC一400标准型卧式加工中心为例.该机床三轴行程均为508mm,托盘尺寸为400mm400mm,单个托盘最大承重为454kg,托盘交换时间为8s,主轴最大转速为8000r/min,采用同轴直接驱动,最大额定功率为14.9kW.三轴快移速度为25.4m/min,最大切削速度为12.7m/min.采
37、用带有快换双臂夹钳的大容量侧挂式刀库,刀库容量为24+1把,标准换刀时间为2.8s(刀具到刀具)或3.6s(切削到切削).机床定位精度为0.0051mm,重复精度为0.0025mm.众所周知,卧式加工中心的排屑性能较为优良.如哈斯的产品让重力来做这项工作,切屑可以不费力地排出.在立铣刀切削时不会因再次切削到切屑而产生磨损,造成刀具切削刃损坏.排屑条件的改善将减少切屑堵塞,使刀具寿命提高23倍.另外加上内置式转台,托盘交换器和120刀位的刀库,生产率很容易达到立式加工中心的两倍.模具构件中的支承板件及功能结构板件是最常见,也是应用最多的零件,对于这类需要五面加工的长尺寸扁平形工件,龙门加工中心较
38、为适合,由于龙门式结构刚度高,主轴功率大,故可进行强力重载荷切削和精密加工.哈斯公司的GR系列龙门加工中心可用于加工模板,木材,尼龙,塑料,铝材,树脂玻璃等.该系列有510及512两个规格,510型的工作台面积为3099mm1499mm,512型为3658mm1499mm,龙门立柱间距为1575mm.510型及512型的三轴行程分别为3073/3683mm,1549mm及1575mm.主轴最大转速为1万r/min,矢量驱动电机最大额定功率为11.2kW,X及Y,z轴无刷轴向电机的最大功率分别为5.59kW及3.73kW,X,Y及z轴快移速度分别为20.3m/min,53.3m/min及27.9
39、m/min,最大切削速度为20.3m/min,刀库容量为10把.国产xH2420/5x5轴联动龙门加工中心工作台面积为2000mm4000mm,工作台最大承重为10000kg.其x轴(工作台左右行程),Y轴(主轴箱前后行程)及z轴(主轴箱上下行程)分别为2700mm,4200ITLIII及2700mm,龙门加工中心门宽2700mm(双柱间距离).主轴转速为18018000r/mln,主轴电机额定功率为21/27kw,三轴快移速度为10m/rain,切削进给速度为55000mm/min.X,Y轴?44?定位精度为0.026mm(闭环),重复精度为0.013mm(闭环),z轴定位精度为0.02mm
40、,重复精度为0.012mm.该龙门加工中心主要用于板件,盘类件,壳体件及大,中等尺寸模具基础件的加工,工件一次装夹后可高效,高精度地连续完成铣,钻,镗,铰等多种工序的五面加工.据报道,经过多年的结构调整,2004年国内钻镗床行业的80余家大小企业共开发81种新产品,其中数控机床约占75%,而达到国内先进水平的占44%,包括车铣镗复合加工中心,高速立,卧式加工中心(主轴最高转速为1.5万3.6万r/min),高速铣削中心,大型卧式加工中心(工作台面积为2000mm4000mm及以上),龙门式加工中心,五轴联动加工中心等.从总体上看,国产数控机床与国外先进产品相比,其整体质量,技术性能,加工可靠性
41、及稳定性的差距仍然较大.2.电火花成形及电火花线切割机床电火花加工常采用成形加工及线切割加工两种方式.其中电火花成形加工常用来精密加工,如进行塑料注射模凹模腔表面的精饰加工;而电火花线切割加工可用以进行精密磨削前的预加工,也可进行最终加工.国产HCD350K型精密数控电火花成形机床是SIME2005的展品之一.该机床采用动滑座,滑枕,固定式工作台结构的布局形式,其工作台面积为600mm350mm,工作台最大承重为300kg;X及Y轴行程为320mm及250mm,主轴伺服行程为2560mm,机床各坐标轴均采用直线滚动导轨,伺服坐标采用全数字交流伺服电机,精密滚珠丝杠副定位,x及Y轴定位精度分别为
42、0.015mm及0.013mm.机床工作液槽(容量为260L,内腔为804mm504mm300ram)采用升降式结构,上下移动距离为300mm,方便工件装卸,操作空间也较大.HCD350K型最大加工效率为400mm3/min,最大加工电流为50A,工件的最佳表面粗糙度30m.阿奇夏米尔集团开发的SA20型数控精密电火花成形机床的核心部件,如脉冲电源,数控系统等均由瑞士本地制造,具有性能优异,可靠性高,能耗低等特点.SA20型x及Y,z轴行程分别为350mm及250mm,最大工件重量200kg,最大电极重量(不带C轴)50,主轴端到台面的最小/最大距离(不带卡头)为230/480mm,三轴分辨率
43、为0.5m.其数控系统硬件配置为工控PC,15LCD,4个USB接口,40G硬盘,软件平台为WindowsXP,编程方式为自动/手动.另外,阿尔夏米尔还推出SM2一zNC/SP/SE系列.SM2ZNC是规格最小的一种,x及Y,z轴行程<装备机械>分别为300mm及250mm,X,Y轴手动,z轴由直流伺服电机驱动.轴分辨率为ltam(其中,装光栅尺的数显x,Y轴有助于提高定位精度,装光栅尺的数控z轴有利于提高加工精度).最大工件尺寸为700mmX440mmX280mm,最大工件重量为300kg,工作台尺寸仅为500mmX300mm(长X宽),电极重量为50kg,最大加工速度为250m
44、m3/min(铜打钢64A),工件表面粗糙度可达Ra1.62/m.SP系列有SP1及SP3两种型号,SP1的最大工件重量为600kg,SP3为1500kg,最大加工速度相同,都是330mm0/min(铜打钢50A),工件表面粗糙度同样可达到Ra0.4tam.SP系列数控系统采用工控PC,控制各轴移动,z轴由直流伺服电机驱动,分辨率0.5tam;X及Y轴由步进电机驱动,分辨率为ltam,可用增量坐标或绝对坐标进行三轴编程.脉冲电源为ISOPULSE/R限流,加工电流为50A,配有完整的工艺数据库,可满足对最大加工速度和最小电极损耗的需求,适用于铜打钢,铜打硬质合金,石墨打钢,铜钨合金打硬质合金等
45、场合.SE系列为数控精密电火花成形机床,采用短C型结构使加工过程更为稳定,其x,Y,z三轴均由直流伺服电机驱动,可进行垂直,水平方向以及连续轨迹的加工.SE系列最大加工速度可达360mm0/min(铜打钢50A),工件表面粗糙度可达Ra0.25tam(VDI8)钢/Ra0.4tam(VI)I12)硬质合金.数控系统采用工控PC,控制轴数为4轴(3轴联动),并有准备,加工,编辑,参数及自诊断五个主画面.在模具成形加工工艺过程中,电火花线切割常作为成形磨削工序的预加工工序或是模具成型件(凹模或凸模)的最终加工工艺.快走丝线切割(走丝速度为611m/s)技术是中国的自有技术.目前面临的问题是如何提高快走丝机床的工作精度,如何进一步提高快走丝线切割的技术水平.苏州地区生产的DK77系列线切割机床,在模具展上经常露面,其最大切割速度为120mm/min,走丝速度为58m/s,电极丝直径范围在仍0.15仍0.2mm,加工表面粗糙度达到Ra2.5m.国产线切割机床在切割速度20
