数控毕业论文1.doc

目 录第1章 管理信息化在模具制造业的应用和实践31.1 信息化是企业与客户信息交流沟通的桥梁31.2 信息化系统可以帮助企业监控模具进度51.3 有效的模具成本控制离不开信息化61.4 信息化有助于车间监控和管理71.5 信息化管理系统促进CAD工程数据在企业内部共享81.6 信息化在促进信息共享方面的其他作用91.7 结束语10第2章 冲压模具设计中对机械运动的控制和运用112.1 冲压过程中机械运动的概述112.2 冲裁模具中机械运动的控制和运用122.3 弯曲模具中机械运动的控制和运用132.4 拉深模具中机械运动的控制和运用142.5 连续模具中机械运动的控制和运用142.6 结束语15第3章 直接原型熔身射快速制造金属模具技术173.1 前言173.2 DPST方法概述183.3 机器人原型制造193.4 机器人熔射成形193.5 补强和后处理203.6 结论21第4章 模具数控加工CAM编程中工艺参数的确定224.1 引言224.2 刀具的选择224.3 走刀方式和切削方式的确定244.4 刀具的切入与切出254.5 切削参数的控制264.6 其他参数28参考文献29 第1章 管理信息化在模具制造业的应用和实践一般说来，模具企业都是中小企业，大都是从作坊式的企业成长起来，甚至目前仍有许多模具企业是作坊式的的管理，在模具交货期、成本、质量的控制方面问题层出不断。面对激烈的市场竞争，落后的管理手段和水平，使模具企业中的管理和技术人员只有疲于奔命，企业投巨资引进的CAD/CAM系统和高档数控加工设备也难以发挥出应有的效率和水平，企业缺乏活力和竞争力。这些问题已经引起了许多有志向国际先进水平看齐的模具企业经营者的高度重视，怎样提高企业管理水平，增强企业的竞争力已成为我国模具制造行业参与国际市场竞争迫切需要解决的问题。因此，模具制造企业要提高管理水平，具备快速反应和及时调整的能力，没有一套先进的管理系统实现管理的信息化是很难做到的。通过信息化建设，实现模具制造企业的集成化管理，是促进企业提高经营管理水平的一个有效途径。本文通过模具企业实际的案例，讨论分析了信息化对提高模具企业管理水平的重要性和必要性，并结合深圳市伟博思网络技术开发有限公司开发的专业化模具企业管理系统iM3(inteMoldMakingManagement)，给出了信息化解决方案。1.1 信息化是企业与客户信息交流沟通的桥梁模具是典型的按定单单件生产的行业，每一个定单都要与客户进行详细的业务和技术方面的沟通，否则将会产生严重的后果。下面是模具企业与客户信息沟通不充分的两个实例： 案例1.某大型模具厂承接了一个日本新客户的模具定单，这个日本客户习惯定单下达后，就与模具厂的设计人员进行详细的技术沟通，对模具提出很细致的设计要求，模具厂按此要求进行设计就可以了，不需要再确认设计图纸。而模具厂设计人员完成设计后，却仍按以往接美国客户定单的习惯，等待客户确认设计后再订购模架和材料，一直等了10天，才知道客户不需要确认图纸。结果，该套模具延期10天，客户很不满意，从此不再下定单，为此失去了一个非常有潜力的客户。 案例2.某模具工厂承接了一个新客户的模具定单，该客户的注塑工厂有一套严格的生产安全标准多少吨的模具必须使用多大的吊环。由于缺乏详细的技术沟通，这个问题被忽略了。模具设计人员按照本工厂的习惯选用吊环，结果比客户的标准小了一个规格，致使模具交付客户后，才发现不符合要求，只能把模具运回，重新加工吊环孔，整个过程的费用就超过万元，同时还影响了客户的生产。由此可见，在与客户及企业内部的信息沟通方面即便是一个小小纰漏，都会对企业造成巨大损失。因此，解决好沟通问题，具有如下重要意义：尽量一次把客户业务与技术方面的要求了解全面，避免多次反复，从而节省费用和时间。详细了解客户的模具技术要求，避免在试模后修改和返工。对每一次沟通的内容进行记录和总结，针对每个客户逐步建立客户业务和技术资料知识库，在公司内部共享，以便提高客户服务水平，减少错误。信息化的管理系统将能够帮助模具企业更好地与客户进行信息沟通。例如，在iM3系统中，提供了详细的模具技术沟通模板，模板整合了国内外多家优秀模具企业的经验，完全与国际模具行业接轨。通过该模板，方便与客户进行详细的技术沟通，减少模具的修改工作。而且通过系统记录的与客户沟通信息，可以总结客户业务和技术方面的习惯，分享给公司内部相关人员，避免犯重复的错误。1.2 信息化系统可以帮助企业监控模具进度客户非常关注模具的试模及交付日期，往往根据模具的试模时间安排试产及生产计划，尤其是海外客户，往往把模具的交付期的重要性放在首位。因此，控制模具的生产制作工期是企业在市场竞争中取胜的一个重要指标。下面的案例可能是许多模具厂都出现过的问题。案例.某大型模具工厂承接了美国客户的模具定单，由于缺乏有效的模具生产进度监控和管理手段，不能按期试模。生产部门也把这一情况反馈给海外的市场人员，但市场人员由于不能了解生产的实际情况，担心不按期试模客户会不高兴，于是抱着侥幸的心态，认为生产部门能够加班加点抢回时间，仍然承诺客户的既定试模日期。当客户从万里之外来看试模时，发现模具在一周内根本不能试模。客户非常失望，从此不再下定单。对模具进程监控不力的根源在于：缺乏有效的模具生产进度监控手段，不能及时发现模具生产过程中出现的问题，及早发现、及早解决。 模具生产过程的状况不能得到有效反馈和记录，往往凭感觉来判断模具的进程，习惯用“差不多、差很远、很快做完”等模糊概念来说明进度，数据不准确及时，往往产生侥幸心理。公司内部缺乏信息共享的环境与平台。由于每个人的工作性质的不同，对每套模具的实际生产进程的了解程度有很大的差异，而且，通过台阶式的层层信息反馈往往会造成信息失真，再加上人为的因素，问题就出来了。人们往往比较注意重要和难的问题，忽视小问题，尤其是当企业同时有数十或上百套处于不同阶段的在制模具时，管理人员很难坚持每天不厌其烦地检查每一套模具的每一个任务进程是否在计划之内。信息化的管理系统将为企业提供共享的、一致的、忠实的进程监控平台。例如，在iM3系统中，通过项目计划与进程控制，可以对模具的整个生命周期（定单确定设计采购生产首次试模模具修改交付）进行管理。生产一线管理人员直接在系统中反馈模具实际进度，系统忠实地监控项目进程的每一个任务，当某一控制点出现延期时，系统会自动发出报警邮件给相关人员，以便及早发现、及早解决。而且，对于一些关键任务，还可以让系统提前预警，以使有关人员及早准备和安排。1.3 有效的模具成本控制离不开信息化成本控制是模具企业管理上的一个难点，模具企业的成本控制能力越来越突出地体现了企业的核心竞争力。目前，模具行业面临着模具价格越来越低的沉重压力，模具增加几次修改，模具利润就消耗干净，甚至要赔本。企业如果不能从根本上解决这个问题，将面临淘汰出局的危险。在专业化的模具企业管理系统iM3中，将通过如下途径帮助企业控制成本：在公司内部下达定单时，以报价的成本估算为基础，为模具制定计划成本；系统中设置成本预警，对模具生产中的成本要素进行监控，从而有效控制各项费用，确保利润目标的顺利达成。 在模具BOM下达时，比较设计物料总成本与计划材料成本的差异，决定是否下达。在采购材料收货时，比较交货价格与计划价格的差异，决定是否收货，从而有效控制采购成本。系统记录和统计每一工件在每个加工工序中产生的加工工时，自动比较实际加工费用与计划费用的差异，监控制造费用。当实际费用超过计划费用时，系统会自动报警，通知相关管理人员。案例.某模具厂在设计某客户的电视机前壳模具时，采用四块价格昂贵的铍铜。供应商供货时，将四块铍铜的边角料也一起计价，送货价格超出计划价格6000多元，仓库管理人员在为该物料收货入库时，模具公司采用的iM3管理系统警告此物料入库价格严重超出计划费用，拒绝入库。经过采购主管与供应商交涉后，剔除不合理的6000元费用后，才收货。1.4 信息化有助于车间监控和管理实时车间监控可以帮助生产主管监控每台设备的生产情况及模具的加工进程，提高设备的利用率，控制工件的生产进度。例如，当公司管理人员需要检查生产车间情况时，可以通过iM3系统查看各加工设备和工作组的的实时生产情况，系统通过不同的颜色标记，清晰反映各设备及加工组正在加工的工件和待加工工件的状态，包括每台机床正在干什么，机床目前的负荷情况，正在加工的工件是否延期，待加工工件是否已移交本工序，上道工序是否延期，物料是否到位等，大大减轻了管理人员的工作强度。当管理人员需要检查某套模具的生产情况时，可以查看以甘特图形式展示出来的模具加工进度，并通过各工序的计划时间和实际的进程的对比，帮助管理人员跟踪模具的生产进度。而以往生产管理人员在检查模具进度时，要到车间一个工位一个工位去看，而且只能看到主要的部件，小零件完成情况可能根本无法了解，甚至连车间的班组长也不知道小零件在哪里。或者召开生产会议，把各班组长全部召集起来，花费很长的时间一一汇报模具的进度。由于班组长还不是第一线的加工人员，只能以自己的感觉和经验来判断模具的进度，具有很大误差。对于经验丰富的工人来说，可能判断准确点，但一个工厂没有办法保证每个工人都是很有经验、每时每刻都很有责任心。而只要一个定单中有一套模具不能按期完成，整个定单的交付就有问题，这也是许多模具厂在试模前经常要加班加点，甚至通宵加班赶制模具的一个主要原因。1.5 信息化管理系统促进CAD工程数据在企业内部共享由于工期短，模具企业的设计图纸很难象批量生产模式的企业一样做得很精细，而且由于更改频繁、图纸量大，也不可能把图纸发给许多非生产部门，这为企业内部的设计信息共享带来了障碍。生产或其他业务部门有时希望能够测量一下图纸中未标注的尺寸，有时需要查看一下3D模型以便对复杂的结构有更清楚地了解，这些需求都没必要为此购买昂贵的CAD设计软件，而且对非设计部门的人员来说，使用专业化的CAD软件在操作和查找相关文件方面也很不方便。如果把管理系统与CAD工程数据链接，则会极大地方便生产或其他业务部门，使设计信息真正在全企业共享。在iM3系统中，根据模具企业的运作特点，集成了设计模型浏览工具，可以在系统中方便浏览2D/3D文档（包括AutoCAD、Pro/E、UG等）。这样，可以在公司内部任何一台电脑中查看CAD模型。例如，工艺人员制订某个工件的生产工艺路线时，可以直接点击查看3D图形按钮，借助浏览工具可以旋转、检查尺寸、做各种剖切面等操作，方便工艺人员制订合理完整的工艺流程；车间工人在加工某一工件时，借助车间生产终端，可以方便浏览正在加工零件的3D图形，通过对比加工工件与3D图形，检查是否加工正确，判断加工是否完全，避免返工和报废。而以往数控和电火花加工操作人员只看2D图形，很难判别工件的最终形状，经常由于CNC程序遗漏或电极漏做而造成工件的返工，既浪费资源，又影响模具工期。此外，这一功能对于市场报价、采购等部门的工作人员也都是非常有用的。1.6 信息化在促进信息共享方面的其他作用通过信息化管理系统提供的信息共享平台，将为企业内部的管理工作提供前所未有的便利，减轻管理人员的工作压力，避免出错，有效的保证模具质量和工期。 案例1.某厂模具装配前，装配钳工经常因外购顶针到货不及时，需要电话询问仓库和采购部门，甚至打电话给供应商，才能确认交付时间，非常麻烦。如果中间某个环节信息出现断路，就无法确定准确的交付日期，那么模具试模时间则因此不能确定。 案例2.某大型模具企业，每天晚上7：309：00要召开生产管理骨干人员会议，会议的主要议具的生产情况（进度、质量），当某套模具出现问题时，再研讨如何改进。管理规范的模具企业都会定期组织类似的会议，但这需要很多人员花费大量的精力和时间去了解模具的生产状况，查询和记录全部模具的生产信息，从中筛选出非正常的模具。这样做，无疑将增加管理人员的压力，把宝贵的时间和精力浪费在信息的统计和收集方面，且往往因收集的信息不准确而影响决策。在一个具有信息化管理系统的模具企业，通过系统与管理流程密切结合，将会为企业的各级管理和工作人员带来信息查询和统计的方便，使其准确的掌握最及时、最准确的各种信息。例如，在iM3系统中，生产管理人员可以通过系统查询生产或采购物料目前所处的实际状态，不必一个一个部门电话查询；当需要了解模具的进度时，除了系统可以自动为异常发出警告外，管理人员也可以主动进入系统，统计其关注的异常问题，如，统计截止目前设计拖期的模具或采购拖期的物料、统计计划下周试模的模具、统计尚未按期付款的客户、统计本月某供应商的应付帐等，这不但可以极大地减轻模具管理人员的工作压力，而且能够帮助管理者正确决策。1.7 结束语通过管理信息化与管理改进紧密结合，可以促进企业的管理规范化，提高企业的运作效率和市场竞争力，把企业的管理人员从繁杂的、重复性的劳动中解放出来，使高层管理人员可以有更多的时间关注企业的发展方向，加强与客户的沟通，开拓更广泛的市场，市场人员也可以进一步加强客户关系的管理，寻找新的客户资源，技术主管可以有时间关注模具新技术的发展，加强行业内技术的交流，不断提升企业的技术水平，生产主管可以有更多的时间考虑如何进一步提高工效，提升质量和降低成本，做到不断改善。因此，模具企业应该把握住信息化时代带来的机遇，为企业的长远可持续性发展打好坚实的基础。 第2章 冲压模具设计中对机械运动的控制和运用 本文是以冲压工艺学基本理论为依据，通过对各种冲压工艺基本运动的分析，提出了对冲压模具设计的要求。首先阐述冲压过程中，机械运动的基本概念，然后逐项分析了冲裁、弯曲、拉深工艺的基本运动机理，指出模具设计中应着重控制到的内容，并介绍了在模具设计中对机械运动灵活运用的方法和一些实例。最后总结了根据具体情况进行产品工艺运动分析的方法，并强调在模具设计中，对机械运动的控制和灵活运用对提高设计水平和保证冲压件品质的重要意义。2.1 冲压过程中机械运动的概述冷冲压就是将各种不同规格的板料或坯料，利用模具和冲压设备（压力机，又名冲床）对其施加压力，使之产生变形或分离，获得一定形状、尺寸和性能的零件。一般生产都是采用立式冲床，因而决定了冲压过程的主运动是上下运动，另外，还有模具与板料和模具中各结构件之间的各种相互运动。机械运动可分为滑动、转动和滚动等三种基本运动形式，在冲压过程中都存在，但是各种运动形式的特点不同，对冲压的影响也各不相同。既然冲压过程存在如此多样的运动，在冲压模具设计中就应该对各种运动进行严格控制，以达到模具设计的要求；同时，在设计中还应当根据具体情况，灵活运用各种机械运动，以达到产品的要求。冲压过程的主运动是上下运动，但是在模具中设计斜楔结构、转销结构、滚轴结构和旋切结构等，可以相应把主运动转化为水平运动、模具中的转动和模具中的滚动。在模具设计中这些特殊结构是比较复杂和困难，成本也较高，但是为了达到产品的形状、尺寸要求，却不失为一种有效的解决方法。2.2 冲裁模具中机械运动的控制和运用冲裁工艺的基本运动是卸料板先与板料接触并压牢，凸模下降至与板料接触并继续下降进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动导致板料分离，然后凸、凹模分开，卸料板把工件或废料从凸模上推落，完成冲裁运动。卸料板的运动是非常关键的，为了保证冲裁的质量，必须控制卸料板的运动，一定要让它先于凸模与板料接触，并且压料力要足够，否则冲裁件切断面质量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具寿命减少。按通常的方法设计落料冲孔模具，往往冲压后工件与废料边难以分开。在不影响工件质量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增加一些凸出的限位块，以使落料冲孔运动完成后，凹模卸料板先把工件从凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把废料也从凸凹模上推落，这样一来，工件与废料也就自然分开了。对于一些有局部凸起的较大的冲压件，可以在落料冲孔模的凹模卸料板上增加压型凸模，同时施加足够的弹簧力，以保证卸料板上压型凸模与板料接触时先使材料变形达到压型目的，再继续落料冲孔运动，往往可以减少一个工步的模具，降低成本。有些冲孔模具的冲孔数量很多，需要很大冲压力，对冲压生产不利，甚至无足够吨位的冲床，有一个简单的方法，是采用不同长度的24批冲头，在冲压时让冲孔运动分时进行，可以有效地减小冲裁力。对那些在弯曲面上有位置精度要求高的孔（例如对侧弯曲上两孔的同心度等）的冲压件，如果先冲孔再弯曲是很难达到孔位要求的，必须设计斜楔结构，在弯曲后再冲孔，利用水平方向的冲孔运动可以达到目的。对那些翻边、拉深高度要求较严需要做修边工序的，也可以采用类似的结构设计。2.3 弯曲模具中机械运动的控制和运用弯曲工艺的基本运动是卸料板先与板料接触并压死，凸模下降至与板料接触，并继续下降进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动，导致板料变形折弯，然后凸、凹模分开，弯曲凹模上的顶杆（或滑块）把弯曲边推出，完成弯曲运动。卸料板及顶杆的运动是非常关键的，为了保证弯曲的质量或生产效率，必须首先控制卸料板的运动，让它先于凸模与板料接触，并且压料力一定要足够，否则弯曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，应确保顶杆力足够，以使它顺利地把弯曲件推出，否则弯曲件变形，生产效率低。对于精度要求较高的弯曲件，应特别注意一点，最好在弯曲运动中，要有一个运动死点，即所有相关结构件能够碰死。有些工件弯曲形状较奇特，或弯曲后不能按正常方式从凹模上脱落，这时，往往需要用到斜楔结构或转销结构，例如，采用斜楔结构，可以完成小于90度或回钩式弯曲，采用转销结构可以实现圆筒件一次成型。值得一提的是，对于有些外壳件，如电脑软驱外壳，因其弯曲边较长，弯头与板料间的滑动，在弯曲时，很容易擦出毛屑，材料镀锌层脱落，频繁抛光弯曲冲头效果也不理想。通常的做法是把弯曲冲头镀钛，提高其光洁度和耐磨性；或者在弯曲冲头R角处嵌入滚轴，把弯头与板料的弯曲滑动转化为滚动，由于滚动比滑动的摩擦力小得多，所以不容易擦伤工件。2.4 拉深模具中机械运动的控制和运用拉深工艺的基本运动是，卸料板先与板料接触并压牢，凸模下降至与板料接触，并继续下降，进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动，导致板料体积成形，然后凸、凹模分开，凹模滑块把工件推出，完成拉深运动。卸料板和滑块的运动非常关键，为了保证拉深件的质量，必须控制卸料板的运动，让它先于凸模与板料接触，并且压料力要足够，否则拉深件容易起皱，甚至裂开；其次应确保凹模滑块压力足够，以保证拉深件底面的平面度。拉深复合模设计合理，可以很好地控制结构件的运动过程，达到多工序组合的目的。例如典型的落料拉深切边冲孔复合模具的设计。另外，有些装饰品和日用品的拉深件需要有卷边（或滚边）工序，模具设计中也用到了滚轴结构，所以在卷边过程中滚动的摩擦力非常小，不容易擦伤工件表面。对那些需要在马达中旋转的拉深结构件,切边的高度、跳动度等要求相当高，需要在模具中设计特别的旋切结构，利用旋转（切）运动修边，不仅能保证切边的尺寸精度高，甚至切边的毛刺及冲切纹路亦相当美观。值得一提的是，此旋切结构在实际设计改良后，已经非常易于模具加工制作，并且已运用于连续拉深模具当中。2.5 连续模具中机械运动的控制和运用连续模具中常常同时包括了冲裁、弯曲和拉深等冲压工艺，因而其冲压过程中的机械运动也包括了这三种工艺的基本运动模式，对连续模具中运动的控制，应分成各基本工艺分别进行控制。通常连续模具要求不断加快冲压速度，提高生产效率，有些形状较复杂、较特别的冲压件，其冲压运动较费时，在连续模具设计中可以分解成效率较高的冲压运动。例如，工程膨胀螺钉圆筒件在连续模具设计中即可将其圆筒成型运动分解为两侧90度圆弧弯曲中间60度圆弧弯曲整体抱圆圆度校正四个工序，不仅提高效率，亦能保证冲压件圆度需要特别指出的是，连续模具因为在实际生产中还牵涉到送料机、吹风装置等，在设计中应充分考虑到这些因素，让冲床、模具、送料机和吹风装置的运动在时间上配合好，连续模具才能真正顺利生产。2.6 结束语尽管各种工艺的基本运动原理是不同的，但是也有共同点，就是卸料板（或滑块）的运动是重要的控制因素。实际上，在模具设计当中，产品的冲压工艺不可能都象各种工艺的基本运动那样简单，应当要根据具体情况对产品工艺作好运动分析，再据此作进一步的设计。在对产品工艺运动作分析时，应主要考虑其必要性、时间性、可行性，还应具有创造性。必要性是指运用基本运动原理判断需要那些运动来实现产品工艺；时间性是指所需各项运动的先后顺序；可行性是指能否通过结构设计和力学设计来实现所需运动；创造性是指在前述运动无法被实现或运动无法完全实现产品工艺的情况下，要善于大胆采用新方法去努力实现产品工艺，也就是前面所说的对机械运动的灵活运用。冲压过程存在多种多样的机械运动，而各种机械运动对冲压工艺实现与冲压件品质的影响也各不相同，因而在冲压模具设计中对机械运动的控制和灵活运用对提高设计水平和保证冲压件品质具有重要意义。 第3章 直接原型熔身射快速制造金属模具技术快速制造模具尤其是金属模具技术是由新产品设计迅速形成高效、低成本、优质的批量生产并抢占市场的关键，近年来受到极大关注。然而，目前的耐久金属模具尤其是大中型模具的快速制造技术尚不成熟，成为快速制模技术进一步发展并取得更大经济效益需要解决的关键课题。 3.1 前言 快速制造模具尤其是金属模具技术是由新产品设计迅速形成高效、低成本、优质的批量生产并抢占市场的关键。近年来可用于实际生产的中大批量成形耐久金属模具的快速制造技术受到极大关注。然而，目前的耐久金属模具尤其是大中型模具的快速制造技术尚不成熟，成为快速制模技术进一步发展并取得更大经济效益需要解决的关键课题。 快速制模技术可分为由RP系统制作的快速原型或产品原型复制模具的间接法(1RT)，以及由RP系统无模直接制造模具的直接法(DRT)两大类。间接法实际上在RP技术诞生之前就已出现：随着RP技术延生而发展起来的直接法尤其是直接快速制造金属模具DRMT方法虽然受到高度关注，但目前由于可成形尺寸范围、精度和材料性能控制方面尚存在困难，实用化程度远低于间接法。 熔射快速制造耐久金属模具技术，因其几乎不受制模材料和尺寸大小限制，尺寸及表面精度高于铸造和烧结法、制模时间和成本远少于和低于电铸法而受到关注。其基本工艺是由原型硅胶模被熔射原型耐磨合金熔射加衬补强原型分离后处理熔射模具，工序多，控制精度难度大。尤其是其技术关键-耐高熔点合金熔射的被熔射原型制造须经过原型硅胶模被熔射原型三道工序，致使制模时间和成本增加，控制制模精度难度大，从而限制了该技术实用化的进程。因此，能否直接制造耐热且可分离的被熔射原型，是拓宽该技术的应用范围，提高与其它快速制模和机械加工制模技术竞争能力的关键。为此，本文提出直接制造原型快速熔射制模技术(DPST-Direct Proto-type Spray Tooling)。该技术以新开发的机器人柔性数字化制造系统为平台，可直接由CAD模型制造耐热、可分离、高精度的被熔射原型，从而省去以往的RP原型和硅胶模复制两个工序，可显著缩短制模周期、降低成本、提高精度，从而大大拓展熔射制模技术的应用范围。为快速、低成本、高质量地制造多品种、变批量的产品成形用金属模具开辟新的有效途径。 3.2 DPST方法概述 直接原型机器人熔射快速制模(DPST)方法的基本工艺主要包括机器人加工原型、机器人熔射成形、机器人表面后处理等三大模块。此加工系统由一个工业机器人、等离子熔射机、研磨机、数控转台等组成。工业机器人选用日本YASKAWA的六轴工业机器人，与数控转台构成七轴机器人成形加工系统。该系统可通过在其末端连接不同的执行器，便可在一台机器人上实现多种加工功能，从而使得整个工艺过程变得极为简洁、柔性，可加工范围广、工件复杂度高，并大幅度地减少了大型数控机床等设备的投资和空间，是一种极具应用前景的新型零件与模具制造技术。 3.3 机器人原型制造 采用工业机器人高速铣削直接加工成形原型和零件，是近年来兴起的一个新的研究方向，国内外的学者对其进行了相关的研究。荷兰代夫特技术大学的Jotis SMVergeest开发了一种雕刻机器人系统，用来铣削制造轻金属和聚亚安酯材料的零件；香港大学的W.C.Tse等Matsuoka采用机器人高速铣削来加工铝合金薄壁件。与数控机床相比较，工业机器人 具有自由度多(六自由度)，加工范围广，灵活的特点，能够加工复杂的三维形状的零件但其缺点是刚度相对较差，加工精度不高，所能加工的材料主要集中在泡沫材料、蜡、聚亚安酯以及铝等轻金属材料对于陶瓷材料的机器人铣削加工目前还未见相关文献报道。 陶瓷材料由于在烧结前强度很低，很难对其进行精细加工，而烧结后，材料硬度增大，常采用特种加工方法如电火花加工技术、激光加工以及超声旋转加工等方法来进行加工。本文的实验研究结果表明采用陶瓷与金属复合材料，在一定的工艺条件下，其坯料具有较好的机加工特性，经过处理后能满足耐高熔点合金熔射的要求。 机器人直接制造耐高温熔射陶瓷原型工艺是根据CAD模型文件直接铣削制造陶瓷模具型腔。首先通过三维造型软件如UGNX直接生成模具型腔的NC加工文件，然后再经过转换处理得到机器人可执行的铣削加工文件。将文件导入机器人控制柜中即可对浇注成型的陶瓷坯料进行高速铣削加工，成型后再进行热处理，即得到耐高温的熔射原型。 3.4 机器人熔射成形 在获得了耐高温的陶瓷原型后，就可在其基础上进行机器人熔射即机器人等离子喷涂成形。将工业机器人用于喷涂作业，国内外已有相关应用和研究。但主要应用于喷漆和喷釉作业。而等离子喷涂过程由于具有高温、高速和高应力状态的特点，因此必须对机器人的熔射路径进行合理的规划。由本项研究开发的软件，可从被熔射原型基体的CAD文件传换得到的STL文件，然后通过切片分层，从而得到表面的点的轴迹和方向矢量，再根据熔射工艺的要求，将这些点按照一定的顺序连接起来，即得到机器人的喷涂路径。 机器人的喷涂路径，一般为Z字形的光栅路径。为了克服由喷涂过程中由于温度不均匀导致的高残余应力所造成的皮膜的翘曲和开裂，我们设计了一种旋转叠加的光栅路径。在每一层的喷涂过程中，仍然采用Z字形的光栅路径，但在第n1层与第n层光栅轨迹之间存在一个夹角。为了确定一个最优的夹角，我们分别先取了0°、45°、60°、90°等几四种方案分别进行实验。实验结果表明，在90°时皮膜具有最低的残余应力分布。这主要是因为随着角度的增加，每层涂层间的热变形均匀性增加，从而使涂层整体的应力分布更加均匀。而随着残余应力的降低，能减少喷涂过程中皮膜的翘曲现象，增强皮膜的成型性。 3.5 补强和后处理 对熔射所获得的金属皮膜，采用金属或者金属与树脂复合的材料进行补强后，再与被熔射原型分离，即得到工艺所需要的模具型腔。对模具型腔进行后续精整加工后，进行装配就得到了试制或批量成形用金属模具。此项技术尤其适用于大中型、复杂形状、耐磨金属模具的低成本快速制造，制模周期短(约数天可得大型模具型腔)、成本比机械加工减少3050、表面硬度可达HRc5560、精度<0.05；可取代数控机床加工，极大地减少大型数控机床的昂贵投资，已申请国家发明和国际发明专利。去年8月作为最新模具制造新技术在日本型技术杂志上发表。目前本工艺已应用于汽车、摩托车车身模具的塑料模和冲压模的制造。 3.6 结论 通过本文研究开发得到了如下结论： l、采用本文开发的机器人原型制造技术，可直接制造耐热、可分离、精度高的被熔射原型。 2、在此基础上开发的机器人直接原型熔射快速制模技术，显著缩短了制模周期、降低了制模成本、提高了制模精度。 3、 此项技术尤其适合于大中型、复杂形状的多品种、变批量成形用金属模具的快速低成本制造，在汽车、家电、通讯、轻工等诸多行业的金属模具制造方面极具应用前景。  第4章 模具数控加工CAM编程中工艺参数的确定众所周知，在借助CAM软件进行数控编程的过程中，工艺参数的选择十分重要，它不仅对被加工零件的质量影响巨大，甚至可以决定着机床功效的发挥和安全生产的顺利进行。本文作者针对模具零件的特点，分析了模具零件数控铣削加工编程中工艺参数的选择对加工质量的影响，并结合实际介绍了模具数控加工中CAM编程时工艺参数的设定方法和原则。4.1 引言数控加工技术已广泛应用于模具制造业，如数控铣削、镗削、车削、线切割、电火花加工等，其中数控铣削是复杂模具零件的主要加工方法。数控设备为精密复杂零件的加工提供了基本条件，但要达到预期的加工效果，编制高质量的数控程序是必不可少的，这是因为数控加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还包括刀具的形状和尺寸、切削用量、走刀路径等工艺信息。对于简单的模具零件，通常采用手工编程的方法，对于复杂的模具零件，往往需要借助于CAM软件编制加工程序，如Pro/ENGINEER、UG、Cimatron、MasterCAM等。无论是手工编程或计算机辅助编程，在编制加工程序时，选择合理的工艺参数，是编制高质量加工程序的前提。4.2 刀具的选择在模具型腔数控铣削加工中，刀具的选择直接影响着模具零件的加工质量、加工效率和加工成本，因此正确选择刀具有着十分重要的意义。在模具铣削加工中，常用的刀具有平端立铣刀、圆角立铣刀、球头刀和锥度铣刀等。在模具型腔加工时刀具的选择应遵循以下原则：1.根据被加工型面形状选择刀具类型对于凹形表面，在半精加工和精加工时，应选择球头刀，以得到好的表面质量，但在粗加工时宜选择平端立铣刀或圆角立铣刀，这是因为球头刀切削条件较差；对凸形表面，粗加工时一般选择平端立铣刀或圆角立铣刀，但在精加工时宜选择圆角立铣刀，这是因为圆角铣刀的几何条件比平端立铣刀好；对带脱模斜度的侧面，宜选用锥度铣刀，虽然采用平端立铣刀通过插值也可以加工斜面，但会使加工路径变长而影响加工效率，同时会加大刀具的磨损而影响加工的精度。2.根据从大到小的原则选择刀具模具型腔一般包含有多个类型的曲面，因此在加工时一般不能选择一把刀具完成整个零件的加工。无论是粗加工还是精加工，应尽可能选择大直径的刀具，因为刀具直径越小，加工路径越长，造成加工效率降低，同时刀具的磨损会造成加工质量的明显差异。3.根据型面曲率的大小选择刀具在精加工时，所用最小刀具的半径应小于或等于被加工零件上的内轮廓圆角半径，尤其是在拐角加工时，应选用半径小于拐角处圆角半径的刀具并以圆弧插补的方式进行加工，这样可以避免采用直线插补而出现过切现象；在粗加工时，考虑到尽可能采用大直径刀具的原则，一般选择的刀具半径较大，这时需要考虑的是粗加工后所留余量是否会给半精加工或精加工刀具造成过大的切削负荷，因为较大直径的刀具在零件轮廓拐角处会留下更多的余量，这往往是精加工过程中出现切削力的急剧变化而使刀具损坏或栽刀的直接原因。4.粗加工时尽可能选择圆角铣刀一方面圆角铣刀在切削中可以在刀刃与工件接触的0-90°范围内给出比较连续的切削力变化，这不仅对加工质量有利，而且会使刀具寿命大大延长；另一方面，在粗加工时选用圆角铣刀，与球头刀相比具有良好的切削条件，与平端立铣刀相比可以留下较为均匀的精加工余量，这对后续加工是十分有利的。4.3 走刀方式和切削方式的确定走刀方式是指加工过程中刀具轨迹的分布形式。切削方式是指加工时刀具相对工件的运动方式。在数控加工中，切削方式和走刀方式的选择直接影响着模具零件的加工质量和加工效率。其选择原则是根据被加工零件表面的几何特征，在保证加工精度的前提下，使切削时间尽可能短，切削过程中刀具受力平稳。1.走刀方式在模具加工中，常用的走刀方式包括单向走刀、往复走刀和环切走刀三种形式。其中，单向走刀方式，在加工中切削方式保持不变，这样可以保证顺铣或逆铣的一致性，但由于增加了提刀和空走刀，切削效率较低。粗加工中，由于切削量较大，一般选用单向走刀，以保证刀具受力均匀和切削过程的稳定性。二是往复走刀方式，在加工过程中不提刀进行连续切削，加工效率较高，但逆铣和顺铣交替进行，加工质量较差。一般在粗加工时由于切削量大不宜采用往复走刀，而在半精加工和表面质量要求不高的精加工时可选用往复走刀。三是环切走刀方式，其刀具路径由一组封闭的环形曲线组成，加工过程中不提刀，采用顺铣或逆铣切削方式，是型腔加工常用的一种走刀方式。2.铣削方式铣削方式的选择直接影响到加工表面质量、刀具耐用度和加工过程的平稳性。在采用圆周铣削时，根据加工余量的大小和表面质量的要求，要合理选用顺铣和逆铣，一般地，粗加工过程中余量较大，应选用逆铣加工方式，以减小机床的震动；精加工时，为达到精度和表面粗糙度的要求，应选择顺铣加工方式。在采用端面铣削时，应根据所加工材料的不同，选用不同的铣削方式，一般地，在加工高硬度的材料时应选用对称铣削；在加工普通碳钢和高强度低合金钢时，应选用不对称逆铣，可以延长刀具的使用寿命，得到较好的工件表面质量；在加工高塑形材料时应选用不对称顺铣，以提高刀具的耐用度。4.4 刀具的切入与切出在模具型腔数控铣削中，由于模具型腔的复杂性，往往需要多次更换不同的刀具才能完成对模具零件的加工。在粗加工时，每次加工后残留余量形成的几何形状是在变化的，在下次进刀时如果切入方式选择不当，很容易造成栽刀事故。在精加工时，切入和切出时切削条件的变化往往会造成加工表面质量的差异。因此，合理选择刀具切入、切出方式具有非常重要的意义。一般的CAM软件提供的切入切出方式有刀具垂直切入切出工件(Plunge)、刀具以斜线切入工件(Ramp)、刀具以螺旋轨迹下降切入工件(Spiral)、刀具通过预加工工艺孔切入工件(Entry Hole)以及圆弧切入切出工件(ARC_TANGENT)。其中刀具垂直切入切出工件是最简单、最常用的方式，适用于可以从工件外部切入的凸模类工件的粗加工和精加工以及模具型腔侧壁的精加工；刀具以斜线或螺旋线切入工件常用于较软材料的粗加工；通过预加工工艺孔切入工件是凹模粗加工常用的下刀方式；圆弧切入切出工件由于可以消除接刀痕而常用于曲面的精加工。需要说明的是在粗加工型腔时，如果采用单向走刀(Zig)方式，一般CAD/CAM系统提供的切入方式是一个加工操作开始时的切入方式，并不定义在加工过程中每次的切入方式，这个问题有时是造成刀具或工件损坏的主要原因，解决这一问题的一种方法是采用环切走刀方式或双向走刀方式，另一种方法是减小加工的步距(Step-over)，使背吃刀量小于铣刀半径。4.5 切削参数的控制切削参数的选择对加工质量、加工效率以及刀具耐用度有着直接的影响。在CAM软件中与切削相关的参数主要有主轴转速(Spindle speed)、进给速率(Cut feed)、刀具切入时的进给速率(Lead in feed rate)、步距宽度（Step-over）和切削深度（Step depth）等。1.主轴转速主轴转速一般根据切削速度来计算，其计算公式为：n=1000Vc /d，式中d为刀具直径（mm），Vc为切削速度(m/min)。切削速度的选择与刀具的耐用度密切相关，当工件材料、刀具材料和结