大型汽車覆蓋件模具加工機(jī)床的選型及應(yīng)用

東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心 楊 興

大型汽車覆蓋件模具加工機(jī)床的選型及應(yīng)用

東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心 楊 興

汽車覆蓋件模具生產(chǎn)制造技術(shù)在國(guó)內(nèi)日漸成熟，已經(jīng)從過(guò)去主要依靠規(guī)模擴(kuò)張和數(shù)量增加的粗放型發(fā)展模式，逐步向主要依靠科技進(jìn)步與提高產(chǎn)品質(zhì)量及水平為重點(diǎn)的精益型發(fā)展模式轉(zhuǎn)變；從以引進(jìn)消化吸收國(guó)際先進(jìn)技術(shù)為主的發(fā)展模式，向引進(jìn)消化吸收和提高自主創(chuàng)新能力并重的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變；從以技能型為主的行業(yè)特征向以技術(shù)型和現(xiàn)代企業(yè)管理型為主的行業(yè)特征轉(zhuǎn)變；大力推進(jìn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的發(fā)展方式，積極培育和發(fā)展新的增長(zhǎng)點(diǎn)。在國(guó)際市場(chǎng)方面，跨國(guó)公司到我國(guó)來(lái)采購(gòu)模具的趨勢(shì)和市場(chǎng)份額不斷加大，模具行業(yè)的發(fā)展技術(shù)進(jìn)入加速競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代，各個(gè)模具公司均加大了先進(jìn)技術(shù)和裝備的投入。數(shù)控加工機(jī)床作為大型汽車覆蓋件模具生產(chǎn)的重要裝備，在模具生產(chǎn)質(zhì)量、周期、成本控制上起著關(guān)鍵作用。在大型汽車覆蓋件加工數(shù)控機(jī)床選型主要從以下幾個(gè)方面綜合評(píng)估選擇。

一、高速加工性能保證模具零件的高品質(zhì)

大型覆蓋件的零件加工質(zhì)量需求逐年提高，特別是模具的基準(zhǔn)件的加工要求。具體體現(xiàn)在：加工型面公差控制在0.2mm以下；無(wú)明顯段差和接刀痕跡；孔位尺寸公差小于0.02mm。

對(duì)于數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)高速加工，機(jī)床需要對(duì)應(yīng)以下技術(shù)參數(shù)：

1.高速高剛性主軸

①主軸直徑: φ100轉(zhuǎn)速不低于: 12,000min-1；歐洲大型數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)速24,000min-1。

②標(biāo)準(zhǔn)2面拘束主軸（對(duì)應(yīng)BIG+規(guī)格）；HSK高速刀柄。

2．高速進(jìn)給

①XY軸：30m/min。 ②Z軸：10m/min。

③W軸：4.8m/min（選用）。

3．高速ATC

①Tool to Tool ：5秒。 ②Chip to Chip ：15秒。

二、高剛性結(jié)構(gòu)保證模具零件加工過(guò)程的高效性

1．鑄件工作部件的使用

主要的工作部件由減振性高的鑄鐵件組成，對(duì)切削振動(dòng)有高度抗性的機(jī)床結(jié)構(gòu)，能夠滿足加工中剛性需求。

2. 雙滾珠絲桿結(jié)構(gòu)

X軸方向采用此結(jié)構(gòu)在承載重型工件時(shí)加減速和反應(yīng)精度會(huì)有效提升；Z軸剛性和進(jìn)給穩(wěn)定性能夠長(zhǎng)期保持。

三、熱補(bǔ)償功能和刀尖補(bǔ)償功能保證模具零件的高精度

覆蓋件模具對(duì)于零件的段差要求嚴(yán)格，通過(guò)機(jī)床功能有效減少段差對(duì)于后期模具調(diào)試不利因素，通常段差控制在0.02mm以下。

工件名稱: 車門內(nèi)板。

刀具軸分度角度:A軸 0°1 0°3 0°，C軸90°180°270°。

刀具: φ10 φ20 φ30 球形銑頭。

總加工時(shí)間: 35小時(shí)無(wú)人加工 (室溫變化 4℃）。

1．抑制熱變形的機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）前后左右的熱容量完全平衡化；無(wú)法熱平衡的材料用斷熱板實(shí)現(xiàn)熱等價(jià)。

（2）利用充分的熱解析和冷卻控制主軸溫度

（3）主軸滑塊熱變位補(bǔ)償

主軸冷卻系統(tǒng)抑制發(fā)熱的同時(shí)，溫度感應(yīng)器進(jìn)行熱變位補(bǔ)償。附件頭也安裝溫度感應(yīng)器，配合加工條件進(jìn)行補(bǔ)償。立柱熱變位補(bǔ)償受到周圍環(huán)境的變化影響立柱會(huì)發(fā)生傾斜，可通過(guò)溫度感應(yīng)器及水平儀進(jìn)行高度補(bǔ)償。

2．刀尖補(bǔ)償功能

從3個(gè)方向?qū)Ω郊^圓心偏移、旋轉(zhuǎn)位置偏移進(jìn)行測(cè)定并補(bǔ)償（包括熱變位在內(nèi)的工作臺(tái)與刀尖的相對(duì)誤差）。

四、高速高精數(shù)控技術(shù)

1．平滑補(bǔ)償功能的應(yīng)用

以往的補(bǔ)償功能由數(shù)控程序作出平滑的曲線，根據(jù)曲線與數(shù)控程序的誤差（公差）用平滑補(bǔ)償處理修正，有時(shí)曲面邊界也會(huì)受到平滑處理，以致發(fā)生變形。

新型的補(bǔ)償方式由數(shù)控程序識(shí)別曲面邊界，曲面內(nèi)部受到平滑補(bǔ)償處理，曲面邊界不受平滑處理影響，曲面內(nèi)部更加順滑，邊緣輪廓更加清晰。

以往補(bǔ)償方式

新型補(bǔ)償方式

2．進(jìn)給軸振動(dòng)補(bǔ)償

沿面加工中指令點(diǎn)在曲面內(nèi)常不按照理想情況排列，機(jī)械按指令點(diǎn)路徑運(yùn)動(dòng)，造成減速使加工面不平整，不受程序環(huán)境影響實(shí)現(xiàn)平滑的速度節(jié)奏。進(jìn)行進(jìn)給軸振動(dòng)補(bǔ)償后能夠改善加工效果。

3．編程策略和機(jī)床功能匹配

通常在曲面形狀中，單憑掃描線或等高線不能使點(diǎn)距均一排列，所以要用混合型或沿面型。沿同一面編成路徑時(shí)，路徑數(shù)越少進(jìn)給時(shí)的減速次數(shù)越少，效率越高。

刀具路徑發(fā)生急速轉(zhuǎn)折時(shí)，進(jìn)給減速導(dǎo)致刀具、機(jī)械上的撓曲變化，在加工面形成創(chuàng)傷。

因此，平滑的刀具路徑很重要。

五、機(jī)床加工模式的選擇

（1）加工模式種類。根據(jù)零件加工的要求，可以劃分成高精度、標(biāo)準(zhǔn)、高速加工，用戶可以根據(jù)相應(yīng)的加工模式，靈活進(jìn)行數(shù)控加工，在保證質(zhì)量的前提下，提升加工效能。

（2）圓滑處理設(shè)定。自動(dòng)推定數(shù)控系統(tǒng)誤差，以最適合的參數(shù)進(jìn)行數(shù)控加工。

（3）數(shù)控程序公差。檢測(cè)元件匹配相應(yīng)的加工參數(shù)，可以使加工進(jìn)給平順性更好。

（4）工件重量設(shè)定。 采用龍門數(shù)控機(jī)床，工作臺(tái)移動(dòng)的設(shè)備，工件在移動(dòng)中加減速對(duì)于加工質(zhì)量還是有影響的，在不同重量加工時(shí)，適當(dāng)調(diào)整伺服系統(tǒng)的參數(shù)可以保證數(shù)控加工的平順性，同時(shí)能夠合理保持機(jī)床精度的穩(wěn)定性。

六、機(jī)床靈活的柔性化功能

模具生產(chǎn)過(guò)程是典型的單件、小批量的工藝類型。大型模具加工過(guò)程中，需要具備有相關(guān)技能等級(jí)的人員操作。為了盡量減低加工過(guò)程對(duì)技能素質(zhì)的依賴，模具生產(chǎn)設(shè)備根據(jù)需求可以訂制相關(guān)宏指令功能，虛擬軸功能和局部區(qū)域限位等功能。大型模具加工的周期時(shí)間較長(zhǎng)，機(jī)床的加工穩(wěn)定顯得非常重要，機(jī)床選型中應(yīng)該考慮機(jī)床本身對(duì)環(huán)境因素、振動(dòng)因素、強(qiáng)電環(huán)境下的抗干擾能力。

七、CAD/CAPP/ CAM/CAE無(wú)縫集成數(shù)字化虛擬制造的數(shù)控機(jī)床選型

CAD/CAPP/CAM/CAE過(guò)程以產(chǎn)品加工數(shù)據(jù)為中心，CAE模擬分析、模具設(shè)計(jì)、模具NC加工、以及模具CMM（三坐標(biāo)）檢測(cè)、均使用同一數(shù)據(jù)流，用于車間的工藝文檔可直接由CAD生成傳輸?shù)紺APP中使最終模具產(chǎn)品和設(shè)計(jì)者的意圖保持高度一致。這就是CAD/CAPP/ CAM/CAE一體化技術(shù)。三維模型的同一性保證了CAX鏈的閉環(huán)特性，難于產(chǎn)生設(shè)計(jì)、加工錯(cuò)誤，從而提高模具的開(kāi)發(fā)效率。CAX的無(wú)縫集成使虛擬制造技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。從根本上改變了設(shè)計(jì)、試制、修改設(shè)計(jì)、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中，對(duì)其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力。在高集成化、數(shù)字化生產(chǎn)中，數(shù)控加工機(jī)床選型要求良好的數(shù)據(jù)傳輸能力，自適應(yīng)加工能力，柔性化制造能力。

國(guó)內(nèi)模具制造企業(yè)隨著技術(shù)水平不斷提升，已經(jīng)縮小了與國(guó)際先進(jìn)制造模具地區(qū)的差距。模具企業(yè)單從價(jià)格進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)逐漸減弱，今后除了在數(shù)控加工裝備選型上參數(shù)不斷細(xì)化外，必須要從技術(shù)上和管理水平突破，仍需各個(gè)模具企業(yè)不斷探索?！?/p>

1）孟少農(nóng)主編 機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992

2）張伯霖主編 高速切削技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002

3）范欽武主編 模具數(shù)控加工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004