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数控加工在模具制造中的作用与地位
毕业论文
数控加工在模具制造中的作用与地位
学号
姓名
班级
专业机电一体化
系部机电工程系
指导老师
完成时间2011年10月27日至2011年12月29日
引言…………………………………………………………1
第1章模具…………………………………………………2
1.1什么是模具……………………………………………2
1.2模具的发展和应用……………………………………4
1.3我国模具发展的特点…………………………………6
第2章数控模具……………………………………………7
2.1数控加工的特点与应用………………………………7
2.2模具与数控加工的关系………………………………9
第3章数控在模具中的发展与前景………………………10
3.1数控技术在模具中的作用……………………………10
3.2新型数控技术在模具中的发展与应用………………11
3.3常用数控造模的软件介绍……………………………12
第4章展望未来的数控造模………………………………13
4.1数字化造模……………………………………………13
结束语………………………………………………………15
参考文献……………………………………………………16
数控加工在模具制造中的作用与地位
摘要：
针对目前市场需求，模具的需求量越来越来大，质量要求也越来越高，而模具的制造难度比较大，与一般的机械加工相比有很多特殊性：
模具的制造要求比较高，不仅要求加工质量好，表面要求也很高形状复杂，材料硬度要求很高，很多时候是单件生产。
对于这一现状，将数控技术与模具制造相结合，将推动模具的精度和效率。
数控加工的特点是：
加工效率高、加工精度高、并且可以实现生产的网络化和智能化。
而这将大大的弥补了模具本身的缺点。
数控加工在模具制造中起着重要的作用和不可替代的位置，数控加工将大大提高产品的竞争力。
关键词：
模具制造、数控技术、效率高、高速加工、智能化
Summary：
Formarketdemand,thedemandformoldsbecomemoreandmoreincreasinglyhighqualityrequirements,andmoldmanufacturingmoredifficult,comparedwiththegeneralmachiningalotofparticularity:
themanufacturingrequirementsofthemoldisrelativelyhigh,requiresnotonlytheprocessingofgoodquality,surfacehighrequirementsofcomplexshape,hardnessdemanding,oftensingle-pieceproduction.Forthissituation,numericalcontroltechnologyandmoldmanufacturingthecombinationwillpromotetheaccuracyandefficiencyofthemold.CNCmachiningischaracterizedby:
highprocessingefficiency,highprecisionmachining,andproductionofnetworkingandintelligent.Thiswillgreatlycompensatefortheshortcomingsofthemolditself.PlaysanimportantroleinmoldmanufacturingandirreplaceablepositionofCNCmachining,CNCmachiningwillgreatlyenhancethecompetitivenessoftheirproducts.
Keywords:
Moldmanufacturing,numericalcontroltechnology,highefficiency,high-speedprocessing,intelligent
引言
我国模具行业这几年来的发展，我们国内的模具制造业总体发展水平良好，企业加工水平得到很大提高，出口创汇能力大大增强，既在国内市场抵抗住境外厂商的挤压，又在国际市场表现出较强的竞争力。
但同时，国内模具企业在发展过程中也曝露出一些问题，一是规模偏小，二是技术偏低，三是涉及领域狭窄，四是对相关行业影响带动能力不大。
综合以上因素，国内模具制造业总体效益还没有发挥出最好水平。
为了扭转以上情况，国内模具制造要想在国际市场发挥更大影响，必须加强全行业技术和资源的整合。
模具工业又是高新技术产业化的重要领域。
模具制造技术水平的提高，模具工业的技术升级，离不开同高新技术的嫁接。
CAD/CAE/CAM技术在模具工业中的应用，快速原型制造技术的应用，使模具的设计制造技术发生了重大变革，就是一个最好的例证。
模具的开发和制造水平的提高，有赖于采用数控精密高效加工设备；逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟技术等先进制造技术在模具工业中的应用，也要与电子信息等高新技术嫁接，实现高新技术产业化。
数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合实力的水平。
它随着信息技术、微电子技术、自动化技术和检测技术的发展而发展。
同时数控加工在模具方面的重要性也是日见明显，将数控加工和模具有效地结合起来形成产业信息化、智能化，这将大大推动模具的发展，满足客户需求，提高中国模具总体水平，由此可见，模具中应用数控加工是未来模具发展的一种趋势。
特别是现在的新型数控加工技术，数控机床已达到5轴甚至更多轴联动，在转速上也有了很大的成就，其次是数控车床就比较相对国外就比较落后。
在三维造模方面，其软件更是百花齐放，运用三维建模软件，可以更好突出模具或是零件的特点和形状，根据模具和零件本身的特点，三维软件可以自动生成数控机床可识别代码，完全省掉人工编程，，生成的数控代码，也可以运用数控加工仿真软件实现所需的模具，在不需要毛坯件的情况下就可以完全了解所需模具的形状、尺寸要求和表面粗糙度。
第1章模具
1.1什么是模具
模具是工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压、拉伸等方法得到所需产品的各种模子和工具。
简而言之，模具是用来成型物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。
它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。
模具，是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60%-80%的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定着产品质量的高低，因此，模具被称之为“百业之母”。
模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。
模具生产的工艺水平及科技含量的高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力。
模具的分类
（1）一般类别
1）两板模具2）三板模或细水口模
成型分类
（2）注射成型
是先把塑料加入到注射机的加热料筒内，塑料受热熔融，在注射机螺杆或柱塞的推动下，经喷嘴和模具浇注系统进入模具型腔，由于物理及化学作用而硬化定型成为注塑制品。
注射成型由具有注射、保压（冷却）和塑件脱模过程所构成循环周期，，因而注射成型具有周期性的特点。
热塑性塑料注射成型的成型周期短、生产效率高，熔料对模具的磨损小，能大批量地成型形状复杂、表面图案与标记清晰、尺寸精度高的塑件；但是对于壁厚变化大的塑件，难以避免成型缺陷。
塑件各向异性也是质量问题之一，应采用一切可能措施，尽量减小。
1）压缩成型
俗称压制成型，是最早成型塑件的方法之一。
压缩成型是将塑料直接加入到具有一定温度的敞开的模具型腔内，然后闭合模具，在热与压力作用下塑料熔融变成流动状态。
由于物理及化学作用，而使塑料硬化成为具有一定形状和尺寸的常温保持不变的塑件。
压缩成型主要是用于成型热固性塑料，如酚醛模塑粉、脲醛与三聚氰胺甲醛模塑粉、玻璃纤维增强酚醛塑料、环氧树脂、DAP树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺等的模塑料，还可以成型加工不饱和聚酯料团（DMC）、片状模塑料（SMC）、预制整体模塑料（BMC）等。
一般情况下，常常按压缩膜上、下模的配合结构，将压缩模分为溢料式、不溢料式、半溢料式三类。
2）挤塑成型
是使处于粘流状态的塑料，在高温和一定的压力下，通过具有特定断面形状的口模，然后在较低的温度下，定型成为所需截面形状的连续型材的一种成型方法。
挤塑成型的生产过程，是准备成型物料、挤出造型、冷却定型、牵引与切断、挤出品后处理。
在挤塑成型过程中，注意调整好挤出机料筒各加热段和机头口模的温度、螺杆转数、牵引速度等工艺参数以便得到合格的挤塑型材。
特别要注意调整好聚合物熔体由机头口模中挤出的速率。
因为当熔融料挤出的速率较低时，挤出物具有光滑的表面、均匀的断面形状；但是当熔融物料挤出速率达到某一限度时，挤出物表面就会变得粗糙、失去光泽，出现鲨鱼皮、桔皮纹、形状扭曲等现象。
当挤出速率进一步增大时，挤出物表面出现畸变，甚至支离和断裂成熔体碎片或圆柱。
因此挤出速率的控制至关重要。
3）压注成型
亦称铸压成型。
是将塑料原料加入预热的加料室内，然后把压柱放入加料室中锁紧模具，通过压柱向塑料施加压力，塑料在高温、高压下熔化为流动状态，并通过浇注系统进入型腔逐渐固化成塑件。
此种成型方法，也称传递模塑成型。
压注成型适用于各低于固性塑料，原则上能进行压缩成型的塑料，也可用压注法成型。
但要求成型物料在低于固化温度时，熔融状态具有良好的流动性，在高于固化温度时，有较大的固化速率。
4）中空成型
是把由挤出或注射制得的、尚处于塑化状态的管状或片状坯材趋势固定于成型模具中，立刻通入压缩空气，迫使坯材膨胀并贴于模具型腔壁面上，待冷却定型后脱模，即得所需中空制品的一种加工方法。
适合中空成型的塑料为高压聚乙烯、低压聚乙烯、硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。
根据型坯成型方法的不同，中空成型主要分为挤出吹塑中空成型和注射吹塑中空成型两种。
挤出吹塑中空成型的优点是挤出机与挤出吹塑模的结构简单，缺点是型坯的壁厚不一致，容易造成塑料制品的壁厚不匀。
右图是挤出吹塑中空成型原理示意图。
注射吹塑中空成型的优点是型坯的壁厚均匀、无飞边，由于注射型坯有底面，因此中空制品的底部不会产生拼和缝，不仅美观而且强度高。
缺点是所用的成型设备和模具价格贵，故这种成型方法多用于小型中空制品的大批量生产上，在使用上没有挤出吹塑中空成型方法广泛。
1.2模具的发展和应用
（1）、随着世界经济飞速发展，模具的重要性日显突出，模具的主要应用范围是汽车行业、摩托车行业、电机、电器行业其他行业。
（2）、模具行业发展趋势分析
1）、模具市场全球化，模具生产周期进一步缩短
模具市场全球化是当今模具工业最主要的特征之一，模具的购买者和生产商遍布全世界，模具工业的全球化发展使生产工艺简单、精度低的模具加工企业向技术相对落后、生产率较低的国家迁移，发达国家的模具生产企业则定位在生产高水准的模具上，模具生产企业必须面对全球化的市场竞争，同时模具生产厂家不得不千方百计地加快生产进度，努力简化和废除不必要的生产工序，模具的生产周期将进一步缩短。
2）、模具CAD/CAM向集成化、智能化和网络化发展
软件的功能模块越来越齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，实现信息的综合管理与共享，支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程。
有的系列化软件包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、模具设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等；模具设计、分析、制造的三维化、无纸化使新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享；罗百辉表示，随着竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术成为新的发展趋势。
3）、模具产品将向大型、精密、标准化方向发展
一方面模具成型零件日渐大型化和为提高生产效率开发的“一模多腔”造成了模具日趋大型化，另一方面电子信息产业、医学的迅猛发展带来了零件微型化及精密化，有些模具的加工精度公差就要求在１μｍ以下。
另外多功能复合模具将得到进一步发展，新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，生产效率进一步提高。
国外发达国家模具标准件使用覆盖率一般为80％左右，随着我国模具工业的发展，模具标准化工作必将加强，模具标准化程度将进一步提高，模具标准件的应用和生产在“十二五”期间必将得到较大的发展。
4）、优质模具材料及先进表面处理技术将进一步受到重视
因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45％以上，因此选用优质钢材和应用相应的表面处，理技术来提高模具的寿命显得十分重要，提高钢的纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或具特殊，性能的模具钢，开发模具钢品种规格，扩大其他优质模具材料如硬质合金、陶瓷材料、复合材料等的应用范围，是主要研究热点；用铝合金作模具材料以缩短制模周期、降低模具成本，将在快速经济模具中得到较快发展。
模具表面处理的主要趋势是：
由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗发展，由一般扩散向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展，可采用的镀膜有：
TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同时热处理，手段由大气热处理向真空热处理发展。
目前激光强化、辉光离子氮化及电镀（刷镀）防腐强化等技术也日益受到重视。
1.3我国模具发展的特点
改革开放以来，我国模具工业发展迅猛。
1996至2011年间，我国模具工业的产值年平均增长15%左右。
目前，全国共有模具生产厂点1.7万个，从业人员60多万人。
2010年全国模具工业总产值达300亿元人民币，我国模具年产值已位居世界第三。
我国大部分模具是企业自产自用，真正作为商品流通的模具仅占1/3。
所产模具基本上以中低档为主，一些大型、精密、复杂和长寿命的高档模具，在技术上无法与发达国家相比，生产能力也远远不能满足国民经济发展的需要。
近五年来，我国平均每年进口模具8.14亿美元，2001年进口模具11.12亿美元（出口模具仅1.88亿美元），这还不包括随进口设备和生产线作为附件带来的模具。
根据海关统计，近几年进出口相抵，我国已成为世界上最大的模具进口国。
国内外模具的质量水平不可同日而语，开发能力和经济效益仍有差距。
发达国家一个模具职工平均创造产值15万-20万美元，我国只有4万-5万元人民币。
国外企业大都有一定利润，而我国模具企业大多是微利甚至亏损。
据统计，2001年我国大陆制造工业对模具的市场需求量约为400亿元，今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。
大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长还将远远超过每年10%的增幅。
另外，从国际市场来看，目前世界模具市场仍然是供不应求。
近几年，世界模具市场总量一直保持在600亿-650亿美元之间。
美、日、法、瑞等国每年出口模具约占其本国模具总产值的1/3，我国模具的出口量还不到总产值的5%，我国模具出口可以发展的空间非常广阔。
根据国内和国际模具市场的发展状况，有关专家预测，未来我国的模具经过行业结构调整后，将呈现十大发展趋势：
一是模具日趋大型化；二是模具的精度将越来越高；三是多功能复合模具将进一步发展；四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高；五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展；六是模具标准化和模具标准件的应用将日渐广泛；七是快速经济模具的前景十分广阔；八是压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；九是塑料模具的比例将不断增大；十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。
第2章数控模具
2.1数控加工的特点与应用
数字技术是制造业信息化工程的关键技术之一，数控加工是现代制造重要的组成部分。
自1952年在美国出现了世界上第一台数控铣床，按控制器的技术发展至今已经历了5代，同时，数控编程技术也从手工编程发展到自动编程。
早期的数控程序由手工编写，只能针对点位加工或几何形状不太复杂的零件。
自动编程是用计算机来协助完成数控加工编程编制，又从APT（AutomaticallyProgrammedTool）语言编程发展到如今的图像编程。
20世纪70年代，由于贝塞尔（Bezier）曲线算法、B样条曲线算法的提出，达索（DASSAULT）飞机制造公司推出了含有三维曲面功能的造型系统CATIA软件，推动了CAD和CAM向一体化的方向发展。
近年来，在CAD/CAE/CAM一体化概念的基础上，又逐步形成了计算机集成制造（CIMS）的概念，向着集成化、智能化、可视化、虚拟化的方向跃进。
在加工制造方面，近年有资料显示，在欧美日等发达国家中，现代制造业的数控化率达35-70％，而我国只有不到1％。
加入WTO以后，国内制造业开始了前所未有的发展，并快速成为全球重要的制造基地，2000年以来每年新增各类数控设备在5万台套以上，并以35％的速度持续增长。
随着急速跟进的跨跃式的技术升级，业内对掌握数控编程、加工等现代制造技术的新型人才也形成了巨大的需求。
数控加工是指在数控机床上进行自动加工零件的一种工艺方法。
数控机床加工零件时，将编制好的零件加工数控程序，输入到数控装置中，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停、进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。
数控加工是一种现代化的加工手段。
同时数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志。
利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工,而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证。
总体上说,和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下优点:
1、加工效率高
利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。
而加工过程是由计算机控制,所以零件的互换性强,加工的速度快。
2、加工精度高
同传统的加工设备相比,数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差,因此加工的效率可以得到很大的提高。
3、劳动强度低
由于采用了自动控制方式,也就是说加工的全部过程是由数控系统完成,不象传统加工手段那样烦琐,操作者在数控机床工作时,只需要监视设备的运行状态。
所以劳动强度很低。
4、适应能力强
数控加工系统就象计算机一样,可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式,因此加工的范围可以得到很大的扩展。
5、工作环境好
数控加工机床是机械控制、强电控制、弱电控制为一体高科技产物,对机床的运行温度、湿度及环境都有较高的要求。
6、就业容易、待遇高
由于我国处于数控加工技术的大力发展阶段,大量的数控机床和先进的加工手段的快速引进,却没有大量熟练数控技术操作的人员参与,因此造成该行业严重缺乏人才。
2.2模具与数控加工的关系
数控技术是用于加工模具的一种方式。
在制造模具的众多工序中，进行模具的加工是最主要环节，模具的精度决定了加工出来的产品的精度，而在传统的机械加工中，其技术性能远远落后于数控加工，在数控加工中，不仅可以提高加工产品的效率，也可以提高产品的质量，在未来的数控加工系统中，其发展趋势为智能化和数字化，由原来的一人一台机床转向到一人多台机床，大大降低了人工成本。
数控机床作为一种高效率的设备,欲充分发挥其高性能、高精度和高自动化的特点,除了必须掌握机床的性能、特点及操作方法外,还应在编程前进行详细的工艺分析和确定合理的加工工艺,以得到最优的加工方案。
Mastercam软件是世界上应用最普遍最富竞争力的CAD/CAE/CAM软件之一，在制造业的各个领域，在模具制造等有着日益广泛的应用，已成为这些行业中不可缺少的加工技术。
Mastercam软件中的制造模块在模具制造中发挥着它独有的优势，其中的数控编程又是一项实用性很强的技术。
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，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。
目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。
在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
第3章数控在模具中的发展与前景
3.1数控技术在模具中的作用
数控加工的方式很多，包括数控铣加工、数控电火花加工、数控电火花线切割、数控车削加工、数控磨削加工以及其他一些数控加工方式，这些加工方式，为模具提供了丰富的生产手段。
根据其特点，可以将模具分为许多类，每一类模具，都有其最合适的加工方式。
因此，在实际生产中，必须合理分类，找到最适合的加工方式，以降低成本，提高生产率。
对于旋转类模具，一般采用数控车削加工，如车外圆、车孔、车平面、车锥面等。
酒瓶、酒杯、保龄球、方向盘等模具，都可以采用数控车削加工。
对于复杂的外形轮廓或带曲面模具，电火花成型加工用电极，一般采用数控铣加工，如注塑模、压铸模等，都可以采用数铣加工。
对于微细复杂形状、特殊材料模具、塑料镶拼型腔及嵌件、带异形槽的模具，都可以采用数控电火花线切割加工。
模具的型腔、型孔，可以采用数控电火花成型加工，包括各种塑料模，橡胶模、锻模、压铸模、压延拉深模等。
对精度要求较高的解析几何曲面，可以采用数控磨削加工。
在制造模具模板是的工艺分析，根具其特点，确定模板的加工方式和加工工序，必要时可以采用特殊的加工方式，采用数控车床或加工中心，可以达到一人操作几台或多台机床，只要完成对刀工作后就可以自动加工，利用数控加工可以达到非规则曲面加工，有的数控机床可以达到多轴联动，与传统的机械加工相比较，数控加工有着不可卓越的优点，当然，凡事有利必有弊，数控加工需要专业的数控编程人员，需要专业的三维建模软件，培养专业的技术人才可以有效地发展数控技术，提高公司的生产质量和产量。
模具在成型之后，其尺寸未能达到技术要求，根据其三维模型软件生成的数控代码，将成形模具固定到数控机床上进行精确的数控加工已达到要求尺寸和表面粗糙度，零件运用数控机床加工可以快速的实现准确的定位和精准的切削，同时还可以实现提高效率。
3.2新型数控技术在模具中的发展与应用
高速切削加工主轴转速高、切削进给速度高、切削量小，但单位时
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