模具的数控加工工艺研究.docx

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模具的数控加工工艺研究

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摘要

本文详细介绍了模具加工和数控技术的发展，以及数控技术在模具领域的应用。

模具制造是一切制造之首，而近年飞速发展的数控加工技术，更是使模具制造业完成数字化与信息化的转型。

本文将通过UG上的仿真加工对数控加工进行细节说明。

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，如数控机床，按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。

在模具加工中，为了使数据能够在数控加工机床上应用，必然要用到CAM编程。

UG是目前比较流行的CAM软件。

运用UG进行模具工件的草图建立、三维实体建模与编辑以及加工程序编辑。

最后，利用UG的仿真功能得出的结果进行比较。

仿真结果表明，数控加工的效率是传统方法的数倍。

尽管数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，但仍然为机械制造厂家所普遍采用并取得很好的经济效益，其原因在于数控机床能自动化地，高精度、高质量、高效率地解决中、小批量的加工问题。

关键词：

模具加工，数控技术，UG

Abstract

Inthispaper，thedevelopingofthemoldprocessingandthenumericalcontrolareintroducedindetail.Aswellasthetechnologyofnumericalcontrolapplicationinthemoldmanufacturing.Themoldmanufacturingoccupiesleadingpositionofmanufacturing,thetechnologyofnumericalcontrolbroughtalongthemoldmanufacturingaccomplishitscourseofdigitalandinformationize,aswellasgrowninahighspeedintherecentseveralyears.ThistextwilldiscussthedetailsofthenumericalcontrolbysimulationprocessingonUG.

Numericalcontrolisatechnologywhatusethenumericalinformationtocontrolthemachinetoolandthemechanicalmotion.Thenumericalcontrolleequipmentisamechatronicsmachinetoolthatconsistofthenewtechnologyofnumericalcontrolandconventionalconventional,suchasnumericalcontrolledmachinetool.Thismachineisfullyautomatismnumbercontrolled,itsoperationishandy,anditscuttingisexact.

Forthemoldprocessing,ifyouwanttocontrolthenumericalcontrolledmachinetool,youmusttouseCAM.UGisoneofthemostprevalentsolfwareswithCAMatpresent.YoucanuseUGtomakeasketch,solidmodelingandcompileNCprogram.Alsoyoucansimulatemachining.

Resultsofthesimulationshowthatnumericalcontrolledprocessingsecondtononeinefficiency.Indespiteofhighcost,factorystillpurchase.Thereasonliesinthehighaccuracy，thehighcomplexdegree，thehighuniformityandthehighproductionwithlowconsumption.

Keyword:

Themoldprocessing,Numericalcontrol,UG

目录

摘要..........................................................................................................................3

Abstract..................................................................................................................4

第一章绪论...................................................................................................................................................................6

1.1概述……………………...…………………………………………………...6

1.2模具工艺的基本概念与发展历程...........................................................6

1.3数控技术的发展与应用…………………………………………......……8

第二章数控机床的结构分析…………………………………………...……………12

2.1机床结构的静刚度.......................................................................................12

2.2机床结构的抗振性………………………………………………………....20

2.3机床的热变形..................................................................................................22

2.4运动导轨副的摩擦特性...............................................................................24

第三章Unigraphics（简称UG）软件介绍..............................................................................................31

3.1UG公司简介....................................................................................................31

3.2UG产品特点....................................................................................................31

3.3UG功能模块介绍...........................................................................................32

第四章模具自动化加工的实际应用....................................................................................................35

4.1毛坯....................................................................................................................36

4.2粗加工...............................................................................................................36

4.3半精加工...........................................................................................................37

4.4精加工...............................................................................................................37

4.5后处理...............................................................................................................37

4.6加工程序仿真.................................................................................................38

4.7小结....................................................................................................................38

结束语.......................................................................................................................39

参考资料..................................................................................................................40

第一章绪论

1.1概述

制造业是实现工业化的水之源、木之本,是现代化的原动力,是国家实力的支柱。

一个国家没有强大的制造能力,永远成不了经济强国。

而我国制造业发展很快,以至于现在有了“中国已经成为世界工厂”的说法。

虽然在国际国内发展形势新变化特别是美国金融风暴的影响下，当前我国制造业出现增幅下降、效益下滑，中小企业的市场空间、利润空间、生存空间和发展空间受到了前所未有的挑战。

但是从推动我国制造业健康发展和可持续发展的意义上看，当前的新形势对推动我国制造业转型升级，开拓国内外市场带来更多的机遇。

与此同时，金融危机将进一步促使中国制造实现向中国创造转变，使得中国制造业更加坚定地走向自主创新的发展道路，坚持品牌独立、自主研发，更好地走出国门。

金融危机使也得中国制造业获得向中国创造转变的机遇。

中国制造业的现状使我们认识到，低成本、低利润、缺乏自主品牌与技术含量的劳动密集型制造企业，没有核心竞争力，一旦低成本的比较优势丧失，面临的危机就不单纯是生产危机，而是生存危机。

在这种情况下，企业要想摆脱困境，首先应该做的事情就是提高产品的技术含量，打造属于自己的品牌。

没有技术永远受制于人，必须以市场需求为导向，以技术创新为动力，加快战略转型，努力提高产品的科技含量和附加值，从低成本优势向高效率和技术优势转变，只有技术研发和技术创新才是企业的出路。

模具制造是一切制造之首，所以提升模具工业的技术含量，加大竞争力为当前最大任务。

1.2模具工艺的基本概念与发展历程

模具，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，这种工具有各种零件构成，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。

而模具加工是指成型和制坯工具的加工，此外还包括剪切模和模切模具。

通常情况下，模具有上模和下模两部分组成。

将钢板放置在上下模之间，在压力机的作用下实现材料的成型，当压力机打开时，就会获得由模具形状所确定的工件或去除相应的废料。

小至电子连接器，大至汽车仪表盘的工件都可以用模具成型。

“目前，欧洲模具业已越来越感受到来自中国同行所带来的影响和压力，预计到2018年，中国将一跃成为全球最大的模具制造业基地之一。

”德国亚琛工业大学的亚力山大教授在宁海考察当地模具制造业基地时发出这样的感叹。

2008年我国模具行业从业人员600多万，其中从事模具设计的占1/10，模具设计师可达60万以上。

　　目前中国模具的总产值已跃居世界第三，仅次于日本和美国。

由于近年市场需求的强大拉动，中国模具工业高速发展，市场广阔，产销两旺。

　　1996－2002年间，中国模具制造业的产值年平均增长14％左右，2003年增长25％左右，广东、江苏、浙江、山东等模具发达地区的增长在25％以上。

2003年我国模具产值为450亿元人民币以上，约折合50多亿美元，已仅次于日本、 美国，跃居世界第三。

近两年，我国的模具技术也有很大的提高，生产的模具有些已接近或达到国际水平，2003年模具出口3.368亿美元，比2002年增长33.5％，因此规范模具设计职业对各行业的人才选拔和培训有着极其重要的社会和经济意义。

近年来，随着我国制造业，特别是汽车工业的迅速发展，铸件市场需求大幅上扬，带动了铸造模具制造工业的兴旺，生产总量在冲模、塑料模之后排列第三，约占我国模具总量的8％，年销售额约80亿元人民币。

由于市场对大型、复杂、高品质和高性能铸件的要求，牵动着我国铸造模具在生产规模、制造质量，以及技术水平的提升，逐步形成了门类齐全、配套完善和分布广泛的产业结构。

据统计，近4年来我国铸造模具每年平均增长速度高达24％。

近年来，随着我国制造业，特别是汽车工业的迅速发展，铸件市场需求大幅上扬，带动了铸造模具制造工业的兴旺，生产总量在冲模、塑料模之后排列第三，约占我国模具总量的8％，年销售额约80亿元人民币。

由于市场对大型、复杂、高品质和高性能铸件的要求，牵动着我国铸造模具在生产规模、制造质量，以及技术水平的提升，逐步形成了门类齐全、配套完善和分布广泛的产业结构。

据统计，近4年来我国铸造模具每年平均增长速度高达24％。

现在的模具加工，不像以前纯粹靠手工制模，更多的是体现在模具设计和模具操作上，模具的质量与精度，一般靠先进机床来保证；模具数字化设计制造是提高模具生产企业整体水平的有效技术手段，当中3D设计和计算机仿真模拟分析技术的应用显示出越来越大的优越性。

在计算机和Internet信息技术的推动下，以CAD/CAM为基础，数字化无纸生产、虚拟产品开发（VPD）、异地协同设计与制造等所代表的现代制造技术和现代制造业在迅猛的发展。

国外技术先进的国家，模具制作已实行“无纸化”，模具师靠电脑设计，产品加工也就是向电脑输入数据，进行模具开发。

模具的自动化生产已是势在必行。

1.3数控技术的发展与应用

1.3.1数控基本概念

数控（英文名字：

NumericalControl简称:

NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。

数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控（ComputerizedNumericalControl），简称CNC。

　　它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。

数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。

1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。

数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。

1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。

这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。

由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。

1.3.2数控技术发展回顾及未来发展趋势

早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。

人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。

随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。

到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。

于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。

到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。

　　到1974年微处理器被应用于数控系统。

这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。

而且当时的小型机可靠性也不理想。

早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。

由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。

　　到了1990年，PC机（个人计算机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。

数控系统从此进入了基于PC的阶段。

　　总之，计算机数控阶段也经历了三代。

即1970年的第四代--小型计算机；1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC（国外称为PC-BASED）。

　　还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。

所以我们日常讲的"数控"，实质上已是指"计算机数控"了。

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势，如：

桥式三、五坐标高速数控龙门铣床等。

　　高速化发展新趋势。

随着数控系统核心处理器性能的进步，目前高速加工中心进给速度最高可达80m/min，空运行速度可达100m/min左右。

目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。

美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。

加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3小时，在普通铣床加工需8小时。

　　精密化加工发展新趋势。

随着伺服控制技术和传感器技术的进步，在数控系统的控制下，机床可以执行亚微米级的精确运动。

在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01μm）。

开放化发展新趋势。

由于计算机硬件的标准化和模块化，以及软件模块化，开放化技术的日益成熟，数控技术开始进入开放化的阶段。

开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。

美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范（OMAC、OSACA、OSEC）的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和技术规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。

我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。

复合化发展新趋势。

随着产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，对数控系统提出了新的需求。

机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。

新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。

德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。

1.3.3数控技术在模具中的应用

过去12个月里，美国已有许多模具工厂倒闭，数量之多令人瞠目，据一位工业观察员的非正式统计，仅芝加哥地区就有近百家工厂停业。

制造业在“9.11”之后曾经暴跌，并继续是一个影响因素，但是根本原因在于越来越多的模具加工正转向价格较低的国外，尤其是中国。

        美国模具加工业怎样才能与低成本的海外厂商竞争？

北卡罗来纳州Winston-Salem的一家新公司StolleTechnology公司正在以自动化为手段赢得市场，公司有20名员工，去年实现了38%的销售增长，预计今年会增加20%。

公司只运行一个“有人值守”的班次，自动化使得机床能够连续运转:

每周7天，昼夜不停。

从而实现低成本、高质量和非常有竞争力的交付时间。

公司总裁曼弗雷德·斯托勒先生强调：

“现在的交付时间是过去的一半，为了提供有竞争力的交付时间，一个公司必须7天24小时地运行。

但是我们负担不起昼夜不停的人工操作，即便是我们想这样做也不行，因为我们难以找到足够的合格工人。

我们的工人的任务是在下班之前完成编程和准备，使机床能够在无人照看的条件下连续运行，直到次日人们回来上班。

”

自动化是近年来工业界一致目标,而模具厂因其技術、投資密集之特性，对于自动化之投入更显重要。

模具之主要用途在于快速大量生产商品，因而于商品之初期开发计划有密不可分的关系，也因如此模具之制程時間对商品上市及市場行销有莫大影响。

为了要以最短時間制造最佳模組，自动化设备之购置及应用必須作最适当搭配，以发挥整体提升效益。

数控机床的应用为机械加工的重大突破，其可有效简化加工制造之困难度及减少人工操作。

为求工時短縮及提高加工精度，CNC工具机之投入实为模具加工自动化之根本基礎。

数控机床主要依赖加工程式驱动。

近来由于商品之外观越益多样化、活泼