車床模具加工機電科技論文

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1概況

隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展，模具企業(yè)裝備更新?lián)Q代的速度加快，對先進的模具加工設備的需求也日益增加。用高新技術和先進適用技術改造傳統(tǒng)模具加工模式的不斷推廣和深入，數(shù)字化加工已成為模具加工發(fā)展的方向。采用數(shù)字化技術的模具加工設備也成了模具企業(yè)提高其裝備水平的首選。同時，多功能復合加工能有效提高模具加工效率，也受到模具制造商的關注。由于將來多數(shù)模具還是由鋼以及鑄鐵制造的，因此硬加工越來越重要。這也可以解釋為何在模具加工設備中，數(shù)控金切機床的比例不斷增長；但是隨著放電加工機床功能的不斷完善并向高速化、數(shù)字化發(fā)展，電加工機床將在其專長的領域發(fā)揮更好的作用。我國企業(yè)擁有的數(shù)控設備比例很低，機床行業(yè)僅4％左右。模具加工行業(yè)的狀況可能會好一些，但與發(fā)達國家相比，仍有不小的差距，這也直接導致我國模具制造水平檔次較低。隨著發(fā)達國家的模具工業(yè)逐步向我國轉(zhuǎn)移，我國模具工業(yè)較發(fā)達的廣東、浙江地區(qū)的部分大型模具加工企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了技術升級和技術改造。以下我們將圍繞模具加工設備中幾個關鍵的產(chǎn)品：加工中心、數(shù)控車床及數(shù)控電加工機床，對目前模具加工設備的現(xiàn)狀及趨勢進行分析。

2現(xiàn)狀

(1)加工中心

由于用戶對加工高效率的需求，加工中心是目前金屬切削機床中發(fā)展最快的品種，有著廣闊的應用前景。但國產(chǎn)加工中心的市場占有率非常低的。另外，國內(nèi)外同類產(chǎn)品的差距主要在機床的高速高效化和精密化上。對于高速加工中心，國外機床在進給驅(qū)動方面：滾珠絲杠驅(qū)動的加工中心，快速進給大多在40m／min以上，最高已達到90m／min，直線電機驅(qū)動的加工中心已實用化，應用范圍不斷擴大，快速進給最高達到120m／min；而國內(nèi)加工中心快速進給大多在30m／min左右，個別達到60m／min，直線電機驅(qū)動的加工中心僅試制出樣品；國外高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般都在12000～25000r／min，最高已達到70000r／min，在結構上都采用適應于高速加工要求的獨特箱中箱結構或龍門式結構。在加工精度上，國外臥式加工中心都裝有機床精度溫度補償系統(tǒng)，加工精度比較穩(wěn)定，而國內(nèi)尚在研發(fā)中；國外加工中心定位精度基本上按德國標準VDI344l驗收，行程l000mm以下，定位精度可控制在0．006~0．01mm以內(nèi)，而國內(nèi)定位精度相對較低。另外，為適應未來加工精度提高的要求，國外不少公司還都開發(fā)了坐標鏜精度級的加工中心。五軸加工中心，在國外不僅應用于模具加工上，而且已廣泛應用于一般零件加工，進行五面加工和復雜零件加工，國外各大公司都開發(fā)生產(chǎn)了應用于不同范圍的各種類型的五軸加工機。我國雖然在多次機床展和CIM12003國際機床展上展出了十多臺五軸加工機，但大多數(shù)沒有售出，沒有經(jīng)過生產(chǎn)考驗，僅少數(shù)投入生產(chǎn)使用。高速銑削中心主要應用于中小型型腔模具加工，德國Roders公司和Hermle公司、瑞士Mikron公司都生產(chǎn)此種產(chǎn)品，而我國尚待開發(fā)。

(2)數(shù)控車床

從各類數(shù)控金切機床消費結構來看，我國消費最多的品種是數(shù)控車床，約占41％。國產(chǎn)數(shù)控機床的市場占有率按金額為51％。按臺數(shù)為73％。從占有率看，國產(chǎn)數(shù)控車床是國產(chǎn)數(shù)控金切機床中占有率最高的類別，但這并不意味著國產(chǎn)數(shù)控車床在品種上、性能上和可靠性上已經(jīng)能夠滿足用戶的需求。國產(chǎn)的數(shù)控車床大多為經(jīng)濟型，約占總數(shù)的80％左右，多功能數(shù)控車床和車削中心生產(chǎn)量較少；而國外生產(chǎn)的基本上是多功能數(shù)控車床和車削中心。國外車削中心具有雙主軸、雙刀塔、Y軸、C軸，甚至還裝有日軸，功能多，可供用戶選擇。國外數(shù)控車床的主軸轉(zhuǎn)速和主軸功率一般都高于國產(chǎn)數(shù)控車床；另外還能生產(chǎn)提供適合于高強度耐熱合金加工和鈦合金加工大功率、高剛度的數(shù)控車床和車削中心以及以車代磨的精密數(shù)控車床和車削中心，而此類產(chǎn)品國內(nèi)基本處于空白。(3)數(shù)控電加工機床我國電加工機床的市場總容量不是很大，估計只占我國機床工具總量的5％左右。同時，還受到數(shù)控銑、高速銑、加工中心的挑戰(zhàn)。但是數(shù)控電加工機床在數(shù)控金切機床消費結構中，其消費量比重卻達到14．5％，僅次于數(shù)控車床；進口量比重為12％，低于數(shù)控車床、加工中心和數(shù)控銑床?？梢姡岣邤?shù)控化率和加工精度是放電加工機床對抗各方挑戰(zhàn)的唯一出路。在數(shù)控金切機床市場占有率方面，國產(chǎn)數(shù)控電加工機床按臺數(shù)達到了54．5％，僅次于數(shù)控車床；但金額占有率僅為15％，這就意味著高端市場依舊被國外產(chǎn)品占據(jù)。現(xiàn)狀是，對于一般精度要求的加工，國產(chǎn)數(shù)控電加工機床可以滿足用戶需要；而高端的精密慢走絲電火花線切割機和精密電火花成形機，大多數(shù)依靠進口。隨著模具對表面質(zhì)量、精度及效率要求的不斷提高，精密慢走絲電火花線切割機市場需求越來越大。由于其技術含量高，模仿難度大，國內(nèi)這部分市場基本被日本、瑞士的電加工設備生產(chǎn)企業(yè)所占領，國內(nèi)企業(yè)在技術上目前還不具備優(yōu)勢，僅合資企業(yè)蘇州沙迪克特種機電有限公司生產(chǎn)的AQ360L、AQ550L型精密慢走絲電火花線切割機達到了同類產(chǎn)品的國際水平。

3總體發(fā)展趨勢

加工中心、數(shù)控車床和數(shù)控電加工機床都屬于數(shù)控金屬切削機床，其發(fā)展的趨勢與當今數(shù)控機床發(fā)展的趨勢是相同的，即：高速、復合、智能、環(huán)保。

(1)高速加工

提高加工效率的方法之一就是提高加工機床的加工速度，包括加減速度和進給速度。目前，高速加工的諸多關鍵技術的研究都達到了一定的水平。高速電主軸的最高轉(zhuǎn)速及功率、扭矩普遍提高，并采用了傳感技術的振動監(jiān)測和診斷；進給系統(tǒng)不僅結構進一步輕量化，而且普遍采用直線電機和力矩電機的直接驅(qū)動方式，機床的3個直線坐標運動多數(shù)由刀具主軸部件實現(xiàn)。機床的基本結構普遍具有高承載能力、高剛性、熱穩(wěn)定性和抗振性。特別重視耐沖擊性，最大加速度由允許的最大沖擊力決定，而不僅僅取決于驅(qū)動系統(tǒng)及其伺服單元的能力。高速加工的主要目的是通過提高材料去除率和良好的加工表面質(zhì)量來提高生產(chǎn)效率，為此必須防止切削顫振。于是顫振預測軟件應運而生。對于高速干切削機床，為了使其及時順利排出大量熱切屑，排屑槽采用絕熱材料制造。

(2)復合加工

復合加工在保持工序集中和消除(或減少)工件重新安裝定位的總的發(fā)展趨勢中，使更多的不同加工過程復合在一臺機床上，不僅是用戶的追求(可以減少占地面積，減少零件傳送和庫存，保證加工精度等)，而且也適應了現(xiàn)代社會的節(jié)能、環(huán)保等方面的要求。

(3)智能化和網(wǎng)絡化

CAD／CAPP／CAM一體化已成為制造技術發(fā)展的必然趨勢之一，在普通加工機床上的應用和研究已經(jīng)比較廣泛；而對于放電加工機床，由于其工藝的特殊性，智能化的研究相對較晚。對于當前智能技術研究和應用的熱點一一模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡和遺傳算法等，許多電火花加工的研究人員已經(jīng)致力于它們在電火花加工中的應用研究，并已取得了富有成效的研究成果。例如在日本FANUC公司開發(fā)的FANUCTAPECUIWP系統(tǒng)中，就是將模糊技術與專家系統(tǒng)相結合；SODICK公司還提出的一種具有學習功能的電火花加工系統(tǒng)。隨著計算機技術和網(wǎng)絡通信技術的迅速發(fā)展，具備實現(xiàn)機床全生命周期服務的開放式網(wǎng)絡監(jiān)控服務系統(tǒng)開始普及。該系統(tǒng)安裝有不同的功能模塊，用戶通過瀏覽器就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、提交設備優(yōu)化、診斷請求并在線獲取優(yōu)化、診斷結果及專家系統(tǒng)知識等操作資料。

(4)綠色化制造

環(huán)境保護意識的提高，讓制造商更加重視環(huán)保和勞保，同時也重視節(jié)能和降耗。干切削、準干切削、硬切削技術由于可以減少或避免冷卻液、潤滑液對周圍環(huán)造成的生態(tài)危害而得到較快的發(fā)展。歐洲已不允許在無完全封閉加工區(qū)的機床工作，對冷卻液霧中油的濃度要求低于5~0．5mg／m3。以上為技術發(fā)展的大趨勢，就目前國內(nèi)模具生產(chǎn)而言，我國今后會發(fā)展重達100t的大型模具和一模千腔的模具，這就對模具加工設備提出了大工作臺、大行程、大承重和高穩(wěn)定性等要求，同時也提出了加工一致性和高精度的要求。