1117-MG132320-W型采煤機左牽引部機殼的加工工藝規(guī)程及數(shù)控編程,mg132320,采煤,牽引,機殼,加工,工藝,規(guī)程,數(shù)控,編程 1第一章 緒 論一、我國主要煤機裝備的現(xiàn)狀和水平，改革開放二十多年來，特別近 10年來，在原煤炭部、國家煤炭工業(yè)局的領(lǐng)導(dǎo)和大力扶持下，我國煤礦機械制造企業(yè)經(jīng)過改革、改組、改造、強化管理和技術(shù)創(chuàng)新，煤機產(chǎn)品有了較快的發(fā)展，在產(chǎn)品品種、技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都有了長足的進步。隨著一批具備國際技術(shù)水平的采煤機械產(chǎn)品相繼開發(fā)成功，2000 年我國綜采工作面平均年產(chǎn)為87.24 萬噸，比 1990 年的 54.77 萬噸，提高了約 60%。綜采裝備能力已經(jīng)達到日產(chǎn)萬噸的水平。此外，國產(chǎn)煤機裝備還出口印度、俄羅斯、土耳其等國家，取得了較好的經(jīng)濟效益。目前國產(chǎn)煤機裝備基本滿足了國內(nèi)煤礦生產(chǎn)建設(shè)的需要，部分產(chǎn)品達到了國際九十年代末期水平。主要體現(xiàn)： 電牽引采煤機：已成功開發(fā)出直流調(diào)速型、交流變頻調(diào)速型、開關(guān)磁阻調(diào)速型、電磁調(diào)速型四種形式約 30 余種不同型號的電牽引采煤機，并全部實現(xiàn)機載，裝機功率最高可達 1250Kw，電壓 3.3Kv。液壓支架：能基本滿足不同地質(zhì)條件的煤礦需求。最大支護高度達到 5 米，最大缸徑為 380 毫米，最大工作阻力為 11000KN，部分支架壽命試驗超過 35000 次，快速移架的液壓系統(tǒng)已使支架完成降移升循環(huán)時間縮短至 12--15 秒，并與外商合作制造出電液控制系統(tǒng)。盡管"九五" 期間煤機產(chǎn)品在技術(shù)質(zhì)量性能等方面取得了長足的進步，但與國際先進水平相比還存在著差距，主要反映在擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品少，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性不高等問題。二、" 九五 "煤機企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的基本經(jīng)驗 自從 1992 年煤炭工業(yè)開展高產(chǎn)高效礦井建設(shè)以來，特別是 1994 年原煤炭部作出《關(guān)于加快高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的決定》以來，我國煤炭工業(yè)機械化、現(xiàn)代化建設(shè)有了較快的發(fā)展。煤炭工業(yè)的技術(shù)進步有力促進了煤機產(chǎn)品的發(fā)展。"九五 "以來，我國主要煤機企業(yè)面對嚴峻的市場形勢，努力克服重重困難，大力抓好技術(shù)創(chuàng)新，瞄準國際煤機制造的先進水平，研制開發(fā)了一批大型國有重點煤礦企業(yè)急需的具有自主知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)、達到國際先進水平的創(chuàng)新產(chǎn)品，為煤炭工業(yè)的生產(chǎn)建設(shè)提供了大量的技術(shù)裝備，為促進我國煤炭工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)升級做出了新貢獻。2三、" 十五 "我國煤機企業(yè)的發(fā)展 我國加入世界貿(mào)易組織后將為我國煤機企業(yè)的發(fā)展注入新的活力，同時也使我國煤機企業(yè)面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)，面臨著更加激烈的競爭。目前煤機企業(yè)正處在改革攻堅，機制轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)調(diào)整和建立現(xiàn)代企業(yè)制度的關(guān)鍵時期，相當一部分煤機企業(yè)正在為生存而拼搏,因而前景相當嚴峻。 對煤機企業(yè)自身來說，要在日趨激烈的國際競爭中立于不敗之地，關(guān)鍵在于盡快提高企業(yè)的綜合素質(zhì)和競爭能力新世紀我國煤炭工業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展將為煤機制造業(yè)的發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)和廣闊的市場。我們將進一步深化改革，強化管理，大力抓好技術(shù)創(chuàng)新，提高企業(yè)核心競爭力，不斷滿足煤炭工業(yè)發(fā)展對裝備的需求，為新世紀煤炭工業(yè)的更快發(fā)展作出新貢獻。四、今后我國電牽引采煤機的研究目標與目前國外最先進的的電牽引采煤機相比，國內(nèi)電牽引采煤機在總體參數(shù)性能方面尚有較大差距，某些關(guān)鍵部件的性能、功能、適應(yīng)范圍還亟待完善和提高，尤其是線監(jiān)測，故障診斷及預(yù)報、信號傳輸與采煤機自動控制、傳感器等智能化技術(shù)和機械部件的可靠性、壽命與國外相比差距甚遠。根據(jù)我國煤炭生產(chǎn)要求和采煤機技術(shù)發(fā)展趨勢。以及針對國內(nèi)電牽引采煤機存在的差距，今后主要研究內(nèi)容如下： ⑴進一步完善和提高交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性。重點完善和提高系統(tǒng)裝置的抗震、散熱和防潮性能；⑵研究可靠的微機電氣控制系統(tǒng)，重點提高猜枚機電控制系統(tǒng)的抗干擾、抗熱效應(yīng)的能力；⑶開發(fā)或者增強電控制系統(tǒng)的監(jiān)控功能，重點研究故障診斷與專家系統(tǒng)、工況監(jiān)測、顯示與信息傳輸系統(tǒng)、工作面采煤機自動運行控制系統(tǒng)、自適應(yīng)變頻電路的漏電檢測與保護技術(shù)、搖臂自動調(diào)高系統(tǒng)等；⑷開發(fā)四象限運行的礦用交流變頻調(diào)速裝置，使采煤機能適應(yīng)較大傾角煤3層開發(fā)的需求；⑸開發(fā)單機功率 600KW，總裝機功率 1500KW 的大功率電牽引采煤機；⑹電牽引采煤機的可利用率、可靠性和壽命的研究。提高交流電牽引采煤機的可靠性、安全性、可維護性、自動化程度及設(shè)備的可利用率，為實現(xiàn)順槽以及地面控制奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)，使我國電牽引采煤機研究技術(shù)達到國際 20 世紀 90 年代末期的先進水平，為我國雙高綜采工作面和雙高礦井的建設(shè)，提供了技術(shù)先進、性能可靠的滾筒采煤機。我設(shè)計的是 MG132/320—W 型采煤機的牽引部箱體的加工工藝以及數(shù)控加工。工藝的創(chuàng)新之處是采用了數(shù)控機床替代傳統(tǒng)機床加工，加工中涉及到數(shù)控機床的選用、工藝分析、數(shù)控編程以及綠色生產(chǎn)等技術(shù)，希望能對采煤機的發(fā)展起到一定的作用。4第二章 采煤機簡介及結(jié)構(gòu)組成2.1 MG132/320—W 系列采煤機簡介MG132/320—W 采用一種電機橫向布置、無底托架結(jié)構(gòu)；牽引采用液壓牽引；搖臂調(diào)高采用液壓傳動；滾筒的落煤、裝煤采用齒輪傳動。該機生產(chǎn)率達669t/h，牽引速度可達 7.34m/min。該機在很薄的機身上采用 1140V 直接供電的開關(guān)磁阻調(diào)速方式，省去了一個變壓器增加了采煤機對工作面條件的適應(yīng)性；控制方式采用了計算機控制；行走輪的支承采用自潤滑軸承結(jié)構(gòu)，使維修工作量大大降低。該機可開采煤、鹽巖、頁巖、鉀鹽等卜氏系數(shù)≤3 的有用礦層。適應(yīng)采高 1.4～3.2m。它完全符合井下爆炸性環(huán)境要求。 2.2 采煤機主要特點1. 本采煤機采用多部電機橫向布置的結(jié)構(gòu)方式，各部件縱向之間沒有直接的動力傳動，各部件的機 械傳動分別獨立，改善了受力條件，提高了傳動件的運動精度，并且簡單可靠，大大提高了機械傳 動效率，降低了機體的發(fā)熱程5度，從根本上克服了電機縱向布置傳動形式存在的漏油、噪聲大等諸 多不足。 2. 為了增強機身的整體剛性及部件強度，液壓傳動部和電控箱合二為一設(shè)計，采用軋制鋼板焊接結(jié) 構(gòu)，組焊后箱體整體回火處理，從而有效地增強了機身整體剛性和部件強度。 3. 整機無底托架，機身三大部件之間采用大直徑雙定位銷和四個楔形亞鈴銷以及螺釘聯(lián)接緊固，該結(jié)構(gòu)連接牢固可靠，同時降低了采煤機的高度，增加了過煤空間。 4. 液壓系統(tǒng)與 MG150/375—W 型采煤機完全相同，工作原理簡單，液壓元件可靠性高，系統(tǒng)工作裕度 大，故障率低。 5. 搖臂內(nèi)傳動件全部借用 MG150/375—W 型采煤機，裕度大，可靠性高。6. 調(diào)高油缸與液壓鎖采用分體式設(shè)計，方便故障處理及零部件的更換。 7. 操縱靈活方便，機身中間設(shè)有牽引，調(diào)高操作手把，機身兩端設(shè)有液控調(diào)高按鈕和急停按鈕。 8. 拖纜架采用可翻轉(zhuǎn)式設(shè)計，有效地解決了較薄煤層工作面出現(xiàn)的電纜彎轉(zhuǎn)與拖纜架干涉的問題。 纜架干涉的問題。 9. 行走箱內(nèi)的行走輪采用了可實現(xiàn)自潤滑的軸承代替原鋼套或銅套的結(jié)構(gòu)，可不用注油潤滑，減 少了維護的工作量，且提高了可靠性。 10. 牽引電機，截割電機冷卻水冷卻電機后自由流出，提高了電機冷卻的可靠性，使電機工作更加 可靠。 11. 將管路盡可能布置在機殼內(nèi)部，使膠管的防護可靠，整機無護罩。 12. 機面高度低，對開采較薄煤層有良好的適應(yīng)性。 13.通過更換中間箱和液壓馬達，本采煤機即可改裝為電牽引形式的采煤機。2.3 采煤機的組成部分及其作用采煤機由截割部、牽引部、電器設(shè)備以及輔助裝置四大部分組成：1、 截割部主要包括螺旋滾筒，弧形擋煤板，固定減速箱（大搖臂）以及滾筒跳高裝置。螺旋滾筒是一個帶有螺旋葉片的圓形滾筒，葉片上裝有截齒，滾筒旋轉(zhuǎn)時6截齒就將煤破落。弧形滾筒是一個半圓形擋煤板，位在滾筒后面。滾筒旋轉(zhuǎn)時，破落的煤炭在滾筒的螺旋葉片和弧形擋煤板的共同作用下裝入運輸機溜槽。固定減速箱體內(nèi)裝有四級減速齒輪和液壓傳動裝置，電動機經(jīng)四級齒輪減速后帶動螺旋滾筒旋轉(zhuǎn)。液壓傳動裝置包括柱塞泵、安全閥、分配閥、液壓鎖、油缸、活塞桿、小搖臂以及油管接頭。當活塞桿推動小搖臂時，大搖臂就以固定減速箱為點上、下擺動，從而實現(xiàn)滾筒跳高。2、 牽引部主要包括減速箱、牽引卷筒、導(dǎo)繩輪和操作手把。減速箱內(nèi)裝有液壓傳動裝置與減速齒輪裝置。液壓傳動裝置是采煤機牽引動力的動力來源，它包括葉片油泵、葉片馬達、單向閥組、安全閥、分配閥以及液壓管路和接頭等。采煤機牽引速度的調(diào)節(jié)就是借液壓傳動系統(tǒng)的油泵流量變化來實現(xiàn)的。齒輪減速裝置由四級減速齒輪組成，其高速端與液壓馬達輸出軸相連，低速端與牽引卷筒相連。牽引卷筒主要作用是實現(xiàn)鋼絲繩摩擦牽引。鋼絲繩在卷筒上纏繞 3-4 圈摩擦后，引出兩個頭，并分別經(jīng)截割部與牽引部的導(dǎo)向滑輪，沿整個工作面的長度在運輸機兩段固定。操作手把和一組按鈕。3 、輔助裝置主要包括電纜架、噴霧裝置與繩索裝置。電纜架膠接在牽引部底托架后面，采煤機采煤時，電纜盤繞在架上。噴霧裝置用于滅塵，保障生產(chǎn)安全和礦工健康。緊繩裝置包括兩個彈簧筒，兩根拉桿和一臺緊繩鉸車或?qū)Ｓ镁o繩卡具。4 、電器設(shè)備包括電動機和操作保護電器設(shè)備。2.4 主要技術(shù)參數(shù)及配套設(shè)備7最大生產(chǎn)能力（t/h ）：550； 采高（m）：1.2～2.7 滾筒直徑（m）：￠1.25 ￠1.4 ； 截深（m）：0.6 滾筒轉(zhuǎn)速（r/min）：46 52 ； 機面高度（m）：0.97 牽引速度（m/min）：0～5.5； 臥底量（mm）：134～209 過煤高度（mm）：330； 最大牽引力（KN）：300 液壓系統(tǒng)最大工作壓力（MPa）： 12.5； 電壓（V）：1140 滅塵方式 ：內(nèi)外噴霧； 外型尺寸 （mm）：5894×975×735 重量（T）： 17.717（不含滾筒和擋煤板） 最大不可拆卸部件為中間箱，其尺寸及重量如下：長×寬×高（mm）：2530×940×650 重量（T）： 4.5; 配套運輸機型號：SGD630/220W SGZ630/220； 配套供水管型號：KJR25 配套電纜型號：UCPQ3×70+1×16+3×6； 配套電氣開關(guān)型號：DQZBH—300/1140 截割電機型號：YBRB—132 ； 牽引電機型號：YBRB—55 主泵型號：ZB125； 調(diào)高泵型號：A2F10R4P1； 馬達型號：A2F107 8第三章 MG132/320-W 型采煤機牽引部箱體的工藝分析3.1 采煤機箱體的功用與結(jié)構(gòu)特點箱體是部件和組件的基礎(chǔ)零件，它把許多的零件連接成一體，使各個零件之間具有確定的相對位置和相對運動關(guān)系，這就組成了具有一定功能的箱體部件，如機床主軸箱部件，各類減速器部件等。箱體零件的結(jié)構(gòu)形式和加工質(zhì)量對于整個機器的使用性能，如振動、噪聲、發(fā)熱、壽命、效率、工作精度等都要很大的影響，所以對于箱體零件的設(shè)計和制造，人們總是給予很高的重視。箱體的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種：一種是整體式的，如機床主軸箱箱體，另一種是剖分式的，如各類減速箱箱體。箱體零件的結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜。殼臂較薄，內(nèi)部成腔形。箱體上的外臂和內(nèi)腔常常設(shè)置加強筋和隔板，以便增強剛度和改善散熱條件。箱體零件一般具有精度要求較高的平行孔等加工表面。礦井用箱體零件的特點：由于井下空間小，箱體工作載荷大，工作條件差，并常有煤塊，巖石撞擊等，因而要求箱體的尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，并具有足夠的強度。所以一般都采用鑄鋼件或球墨鑄鐵件作為井下箱體零件材料。同鑄鐵相比，鑄鋼的鑄造性能和加工性能較差。由于井下煤塵和瓦斯的存在，井下工作機械的防爆面必須具有很高的防爆性能，以防止火花逸出而引起爆炸。具體要求為：不動防爆面的表面粗糙度Ra 值應(yīng)小于 5um，活動防爆面的表面粗糙度 Ra 值應(yīng)小于 2.5 um；防爆面要有足夠的接觸長度和較小的配合間隙；防爆腔必須做水壓實驗，確保在 8 個大氣壓的條件下持續(xù)一分鐘不致發(fā)生滲漏。防爆面上的氣孔和砂眼要進行焊接和填補。93.2 箱體加工工藝過程分析3.2.1 MG132/320-W 牽引部箱體的工藝分析及工藝規(guī)程一、零件圖樣分析由于牽引部箱體的技術(shù)要求較高，故加工時應(yīng)分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。但因為該零件剛性好，不易變形，所以劃分加工階段不宜過細。擬定加工過程時應(yīng)遵循以下原則：1、先面后孔的加工原則。因為箱體的孔比平面難加工，先以孔為粗基準加工平面，再以平面為精基準加工孔，不僅為孔的加工提供了穩(wěn)定可靠的精基準，使孔的加工余量均勻；而且由于箱體上的孔大部分都分布在箱體平面上，先加工平面，去除了鑄件表面的凹凸不平和夾砂等缺陷，對孔的加工比較有利（特別是鉆孔時不易使軸線偏斜） ，便于切削、避免刀具破損和調(diào)整刀具等。2、粗精加工分開原則。由于箱體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要加工表面的精度高，粗精加工分開進行，可以消除由粗加工所造成的內(nèi)應(yīng)力、切削力、夾緊力和切削液對加工精度的影響，有利于保證箱體的加工精度。根據(jù)粗、精加工的不同要求合理的選用設(shè)備，有利于提高生產(chǎn)率。精度高和表面粗糙度要求高的主要表面精加工工序放在最后，也可以使其表面避免因加工其他次要表面或搬運安裝時被破壞。3、妥善安排熱處理工序。一般情況下，鑄造后進行時效處理，以便減少鑄造內(nèi)應(yīng)力，改變金相組織、軟化表層金屬，改善材料的加工性能，減少變形，保證加工精度的穩(wěn)定性。對于精度要求較高或壁薄而結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體，在粗加工后進行一次人工時效處理，以消除粗加工所造成的內(nèi)應(yīng)力，以確保箱體加工精度的穩(wěn)定性。二、牽引部箱體機械加工工藝過程卡片（見附錄 3）卡片上詳細寫出牽引部箱體的加工工藝規(guī)程，加工時按照卡片上的工序加工，10嚴格保證加工精度。三、牽引部箱體的工藝分析1）鑄件必須進行時效處理，以消除應(yīng)力。有條件時應(yīng)在露天放一年以上再加工。2）為了保證加工精度應(yīng)使定位基準統(tǒng)一，該零件的主要定位基準集中在底面上。3）鏜孔時，在可能的條件下盡量采用“支撐鏜削”方法，以增加鏜桿的剛性，提高加工精度。對直徑較小的孔，應(yīng)采用鉆、擴、鉸加工方法。為保證在同一軸上各孔的同軸度，可采用在已加工孔上，安裝導(dǎo)向套再加工其他孔的方法。4）為了提高孔的加工精度，應(yīng)將粗鏜、半精鏜和精鏜分開進行。5）鑄造時一般 Φ50mm 以下的孔不鑄出。6）孔的尺寸精度檢驗，使用內(nèi)徑千分尺或內(nèi)徑百分表進行測量。軸內(nèi)孔之間距離的測量可以通過孔與孔之間壁厚進行間接測量。7）同一軸線上的孔的同軸度，可采用檢驗心軸進行檢驗。8）各軸孔的軸線之間的平行度，以及軸孔的軸線與基準面的平行度，均應(yīng)通過檢驗心軸進行測量。9）數(shù)控加工時各孔的正確位置是靠手動控制坐標來完成的，為更好地保證加工質(zhì)量，單件小批量生產(chǎn)時也可采用組合夾具鏜模進行加工；批量較大時，應(yīng)采用專用鏜模進行加工。10）非加工表面進行噴丸處理。11）齒輪腔涂磷化底漆，其他表面涂防銹漆。四、定位基準的選擇由于牽引部箱體的加工主要屬于孔系加工，所以對精度要求比較高，一定要選擇好定位基準。我選擇的是以底面焊好工藝塊為基準來進行定位與裝夾。1、精基準的選擇精基準的選擇主要與加工表面的精度要求有密切關(guān)系。選擇精基準時，應(yīng)11首先考慮“基準統(tǒng)一”原則，所選的精基準最好是裝配基準（或設(shè)計基準） ，以避免基準不重合而產(chǎn)生基準不重合誤差。此外，精基準還應(yīng)保證主要加工表面的加工余量均勻，具有較大的支撐面，使定位和夾緊可靠。2、粗基準的選擇選擇粗基準主要考慮加工表面與不加工表面之間的相互位置關(guān)系以及加工表面的余量均勻性問題。一般選擇箱體上較為重要的毛坯作為粗基準。在單件小批量生產(chǎn)中加工粗基準時，可采用劃線找正的方法。劃線時，要核對箱體內(nèi)各零件與箱壁見的尺寸，保證有足夠的間隙，以免零件之間相互干涉。采用劃線找正法，可減少專用夾具，縮短生產(chǎn)準備時間，但加工精度較低，對刀調(diào)整時間長，生產(chǎn)率低。在大批量生產(chǎn)中，一般采用專用夾具加工。以保證主要孔加工余量均勻和減少輔助工時，提高生產(chǎn)率。3.2.2 箱體加工誤差分析1、平面加工中的誤差分析箱體零件的結(jié)合面，定位面等是具有較高平面度要求的加工面，經(jīng)常出現(xiàn)平面度誤差。以端面銑削為例，歸納起來有下列幾種原因。1） 、端銑時銑床主軸線同走刀方向的垂直度誤差。2） 、夾緊力的位置和大小的影響。3） 、切削力造成的變形。4） 、內(nèi)應(yīng)力的影響。5） 、切削熱的影響。6） 、機床本身的靜誤差。2、孔系加工中的誤差分析1） 、桿、導(dǎo)套的靜誤差若鏜桿和導(dǎo)向套間存在間隙，在切削力和鏜桿重力的共同作用下，鏜桿和回轉(zhuǎn)軸線將是不固定的。2） 、軸線位置的靜誤差12若鏜床主軸回轉(zhuǎn)軸線同工作臺進給方向有平行度誤差，則加工孔在垂直于主軸回轉(zhuǎn)軸線的截面內(nèi)真圓，在垂直于工作臺進給方向截面內(nèi)橢圓，不過橢圓度甚小。3） 、桿的彈性變形在懸臂鏜削時，作用于鏜桿上的力有軸向切削力4） 、主軸彈性變形機床主軸的受力變形由重力、切削力和傳動引起的。傳動力的方向是不變的，而切削力的方向在時時改變因而它們合力的大小和方向也在時時變化，加之軸承各點剛度不等會引起回轉(zhuǎn)軸線變化，從而造成內(nèi)孔表面的圓度誤差。5） 、受力點位置變化影響進給方式不同會影響鏜桿的受力點位置。因鏜桿懸伸長度不變，所以工件孔中心線直線度很好，孔徑減少到較少。鏜桿送進的懸臂鏜削，因鏜桿懸伸長度不斷變化，在可加工長孔時會產(chǎn)生圓度誤差，加工多段同軸孔時會產(chǎn)生同軸度誤差。所以在對形狀精度要求較高的場合，總是優(yōu)先考慮工作臺面進給方式。6） 、工件的夾緊變形由于夾緊力過大或過于集中，夾緊位置不當?shù)榷伎赡茉斐蓨A緊變形而影響孔的幾何形狀精度。夾緊力過大，加工后內(nèi)孔成為橢圓。將集中載荷改為分布載荷，或減小精加工夾緊力等，上述變形可以避免。3、毛坯材料硬度不均和余量不均的影響1） 、力的影響相臨的孔由于收縮不同步切削處理后的內(nèi)應(yīng)力重新分布，便造成孔的圓度誤差。為此，毛坯需要很好的時效處理。2） 、工藝系統(tǒng)熱變形的影響熱變形會造成機床上主軸軸線傾斜，這時如采用工件進給就會出現(xiàn)孔的圓度誤差。由于孔壁厚度不均在切削力作用下，薄處溫度高，變形大，厚處溫度低，變形小，若粗精加工連續(xù)進行，將會使薄處少切，厚處多切，冷卻后便造13成圓度誤差。采用粗精加工分開和充分冷卻可以有效的消除這項誤差。第四章 MG132/320-W 牽引部箱體數(shù)控加工工藝分析及程序的編制4.1 數(shù)控加工工藝分析144.1.1 牽引部箱體數(shù)控加工內(nèi)容我主要選擇了牽引部箱體上的一些主要行孔進行數(shù)控加工：1） 、用 367mm 的鏜刀粗鏜 375 孔??2） 、用 375mm 的鏜刀精鏜 375 孔3） 、用 422mm 的鏜刀粗鏜 430 孔4） 、用 430mm 的鏜刀精鏜 430 孔5） 、用 20mm 的銑刀銑 120X100 的槽6） 、用 10mm 的麻花鉆鉆 12-M12 底孔?7） 、用 16mm 的麻花鉆鉆 4- 16 孔?8） 、用 20mm 的麻花鉆鉆 10-M24 底孔9） 、用 68mm 的鏜刀粗鏜 5- 68 孔10） 、用 38mm 的麻花鉆鉆 5- 32 透孔11） 、用 30mm 的麻花鉆鉆 M36 底孔?12） 、用 60mm 的鏜刀粗鏜 60 孔?13） 、用 62mm 的鏜刀粗鏜 65 孔14） 、用 65mm 的鏜刀精鏜 65 孔15） 、用 62mm 的鏜刀粗鏜 70 孔16） 、用 70mm 的鏜刀精鏜 70 孔?17） 、用 82mm 的鏜刀粗鏜 90 孔?18） 、用 90mm 的鏜刀精鏜 90 孔4.1.2 數(shù)控機床的選擇本次設(shè)計所加工的零件是采煤機左牽引部箱體，加工工位較多，需工作臺多次旋轉(zhuǎn)才能完成加工零件，初步選擇為臥式鏜銑類加工中心。1. 類型選擇 15考慮加工工藝、設(shè)備的最佳加工對象、范圍和價格等因素，根據(jù)所選零件進行選擇。如，加工兩面以上的工件或在四周呈徑向輻射狀排列的孔系、面的加工，如各種箱體，應(yīng)選臥式加工中心；單面加工的工件，如各種板類零件等，宜選立式加工中心；加工復(fù)雜曲面時，如導(dǎo)風(fēng)輪、發(fā)動機上的整體葉輪等，可選五軸加工中心；工件的位置精度要求較高，采用臥式加工中心。在一次裝夾中需完成多面加工時，可選擇五面加工中心；當工件尺寸較大時，如機床床身、立柱等，可選龍門式加工中心。當然上述各點不是絕對的，特別是數(shù)控機床正朝著復(fù)合化方向發(fā)展，最終還是要在工藝要求和資金平衡的條件下做出決定。2.參數(shù)選擇 加工中心最主要的參數(shù)為工作臺尺寸等，根據(jù)確定的零件族的典型零件進行選擇。1）工作臺尺寸 這是加工中心的主參數(shù)，主要取決于典型零件的外廓尺寸、裝夾方式等。應(yīng)選比典型零件稍大一些的工作臺，以便留出安裝夾具所需的空間，還應(yīng)考慮工作臺的承載能力，承載能力不足時應(yīng)考慮加大工作臺尺寸，以提高承載能力。2）坐標軸的行程 最基本的坐標軸是 X、Y、Z，其行程和工作臺尺寸有相應(yīng)的比例關(guān)系。工作臺的尺寸基本上決定了加工空間的大小。如個別工件的尺寸大于機床坐標行程，則必須要求工件的加工區(qū)處在機床的行程范圍之內(nèi)。 3）主軸電動機功率與轉(zhuǎn)矩 它反映了數(shù)控機床的切削效率，也從一個側(cè)面反映了機床的剛性。同一規(guī)格的不同機床，電動機功率可以相差很大。應(yīng)根據(jù)工件毛坯余量、所要求的切削力、加工精度和刀具等進行綜合考慮。4）主軸轉(zhuǎn)速與進給速度 需要高速切削或超低速切削時，應(yīng)關(guān)注主軸的轉(zhuǎn)速范圍。特別是高速切削時，既要有高的主軸轉(zhuǎn)速，還要具備與主軸轉(zhuǎn)速相匹配的進給速度精度選擇 3.精度選擇 機床的精度等級主要根據(jù)典型零件關(guān)鍵部位精度來確定。主要是定位精度、重復(fù)定位精度、銑圓精度。數(shù)控精度通常用定位精度和重復(fù)定位精度來衡量，特別是重復(fù)定位精度，它反映了坐標軸的定位穩(wěn)定性，是衡量該軸是否穩(wěn)定可靠工作的基本指標。16銑圓精度是綜合評價數(shù)控機床有關(guān)數(shù)控軸的伺服跟隨運動特性和數(shù)控系統(tǒng)插補功能的主要指標之一。一些大孔和大圓弧可以采用圓弧插補用立銑刀銑削，不論典型工件是否有此需要，為了將來可能的需要及更好地控制精度，必須重視這一指標。 數(shù)控精度對加工質(zhì)量有舉足輕重的影響，同時要注意加工精度與機床精度是兩個不同的概念。將生產(chǎn)廠樣本上或產(chǎn)品合格證上的位置精度當作機床的加工精度是錯誤的。樣本或合格證上標明的位置精度是機床本身的精度，而加工精度是包括機床本身所允許誤差在內(nèi)的整個工藝系統(tǒng)各種因素所產(chǎn)生的誤差總和。整個工藝系統(tǒng)的誤差，原因是很復(fù)雜的，很難用線性關(guān)系定量表達。在選型時，可參考工序能力 kp 的評定方法作為精度的選型依據(jù)。一般說來，計算結(jié)果應(yīng)大于 1.33。4.機床的剛度選擇 剛度直接影響到生產(chǎn)率和加工精度。加工中心的加工速度大大高于普通機床，電動機功率也高于同規(guī)格的普通機床，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計的剛度也遠高于普通機床。剛性是機床質(zhì)量的一個重要特征，但對選型而言，由用戶對所選機床進行剛性評價尚無可借鑒的標準。實際上用戶在選型時，綜合自己的使用要求，對機床主參數(shù)和精度的選擇都包含了對機床剛性要求的含義。訂貨時可按工藝要求、允許的扭矩、功率、軸力和進給力最大值，根據(jù)制造商提供的數(shù)值進行驗算。用于難切削材料加工的機床，應(yīng)對剛性予以特殊關(guān)注。這時為了獲得機床的高剛性，往往不局限于零件尺寸，而選用相對零件尺寸大 1 至 2 個規(guī)格的機床。 5.數(shù)控系統(tǒng)選擇 數(shù)控功能分為基本功能與選擇功能，可以從控制方式、驅(qū)動形式、反饋形式、檢測與測量、用戶功能、操作方式、接口形式和診斷等方面去衡量。基本功能是必然提供的，而選擇功能只有當用戶選擇了這些功能后，廠家才會提供，需另行加價，且定價一般較高。對數(shù)控系統(tǒng)的功能一定要根據(jù)機床的性能需要來選擇，訂購時既要把需要的功能訂全，不能遺漏，同時避免使用率不高造成浪費，還需注意各功能之間的關(guān)聯(lián)性。在可供選擇的數(shù)控系統(tǒng)中，性能高低差別很大，價格也可相差數(shù)倍。應(yīng)根據(jù)需要選擇，不能片面追求高指標，以免造成浪費。多臺機床選型時，盡可能選用同一廠家的數(shù)控系統(tǒng)，這樣操作、編程、維修都比較方便。同時要注意，再好的系統(tǒng)，必須要有機床可靠的零件質(zhì)量和裝配質(zhì)量支持，才能發(fā)揮效能。6.工作臺功能選擇 17臥式加工中心有回轉(zhuǎn)工作臺?；剞D(zhuǎn)工作臺有兩種，用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺的分度定位間距有一定的限制，而且工作臺只起分度與定位作用，在回轉(zhuǎn)過程中不能參與切削。分度角有：0.5°times;720、5°times;72、3°times;120 和 1°times;360 等，須根據(jù)具體工件的加工要求選擇。數(shù)控轉(zhuǎn)臺能夠?qū)崿F(xiàn)任意分度，作為 B 軸與其它軸聯(lián)動控制。但必須根據(jù)實際需要確定，以經(jīng)濟、實用為目的。 7.自動換刀裝置(ATC)和刀庫容量選擇 ATC 的工作質(zhì)量和刀庫容量直接影響機床的使用性能、質(zhì)量及價格。 刀庫容量以滿足一個復(fù)雜加工零件對刀具的需要為原則。應(yīng)根據(jù)典型工件的工藝分析算出加工零件所需的全部刀具數(shù)，由此來選擇刀庫容量。當要求的數(shù)量太大時，可適當分解工序，將一個工件分解為兩個、三個工序加工，以減小刀庫容量。同時要關(guān)注最大刀具尺寸、最大刀具重量。 ATC 的選擇主要考慮換刀時間與可靠性。換刀時間短可提高生產(chǎn)率，但換刀時間短，一般換刀裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、成本高，過分強調(diào)換刀時間會使價格大幅度提高并使故障率上升。據(jù)統(tǒng)計加工中心的故障中約有 50%與 ATC有關(guān)，因此在滿足使用要求的前提下，盡量選用可靠性高的 ATC，以降低故障率和整機成本。 8.冷卻裝置選擇 冷卻裝置形式較多，部分帶有全防護罩的加工中心配有大流量的淋浴式冷卻裝置，有的配有刀具內(nèi)冷裝置(通過主軸的刀具內(nèi)冷方式或外接刀具內(nèi)冷方式)，部分加工中心上述多種冷卻方式均配置。精度較高、特殊材料或加工余量較大的零件，在加工過程中，必須充分冷卻。否則，加工引起的熱變形，將影響精度和生產(chǎn)效率。一般應(yīng)根據(jù)工件、刀具及切削參數(shù)等實際情況進行選擇。綜合以上因素，機床選用型號 MC-800H 臥式加工中心，數(shù)控加工系統(tǒng)采用日本 FANUC-OMC 系統(tǒng)，機床的主要技術(shù)參數(shù)如下：工作臺面積 mm 800×800行程 mm 1250/1000/850主軸轉(zhuǎn)速 rpm 標準 5000／特殊 10000主軸直徑 mm ?110主軸孔錐度 NT.50進給速度 m/min 20、20、18/10主軸電機 kw 2218刀庫容量 40刀具選擇方式 固定刀柄型式 BT50刀具長度 mm 550刀具重量 kg 25定位精度 mm ±0.004重復(fù)定位精度 mm ±0.002機床尺寸 mm 4165×6510×3530機器重量 T 234.1.3 加工刀具的選擇加工中心使用的刀具為刀具組件，由刀具和刀柄兩部分組成。刀具部分和通用刀具一樣，如銑刀、鉆頭、鉸刀、鏜刀等。正確地選擇和使用刀具對保證零件加工質(zhì)量有著極其重要的作用。加工中心成本昂貴，應(yīng)注意選用高性能刀具，充分發(fā)揮機床的效率，降低加工成本，提高加工精度。加工中心主軸轉(zhuǎn)速較普通機床高 1-2 倍，且主軸輸出功率較大。因此數(shù)控機床用刀具應(yīng)具有較高的耐用度和剛度，刀具材料抗脆性要好，且有良好的斷屑性能和可調(diào)易更換等特點。選擇刀具材料時，一般盡可能選擇硬質(zhì)合金刀具，涂層刀具與立方氮化硼等刀具也廣泛應(yīng)用于加工中心，陶瓷刀具與金剛石刀具也開始在加工中心上運用。4.1.4 走刀路線的選擇走刀路線又稱加工路線，是指數(shù)控機床、加工中心在加工過程中刀具相對于工件的運動軌跡。走刀路線的確定非常重要，它與工件的加工精度和粗糙度直接相關(guān)。走刀路線一確定，零件加工程序中各程序段的先后順序也就確定了。1、點位控制及孔系加工走刀路線對于點位控制機床，只要求定位精度高，定位過程快，刀具相對于零件的運動路線無關(guān)緊要。為了充分發(fā)揮加工中心的工作效率，走刀路線應(yīng)力求最短。對于位置精度要求較高的孔系零件，精鏜孔系時，特別要注意鏜孔路線應(yīng)與各孔的定位方向要一致。192、銑削平面的走刀路線對于凹形槽封閉輪廓類零件，為了保證銑削凹形側(cè)面時能達到圖樣要求的表面粗糙度，應(yīng)一次走刀連續(xù)加工而成。銑削外輪廓表面時銑刀的切入和切出點應(yīng)沿零件輪廓曲線的延長線切向切入和切出零件表面，而不應(yīng)沿法向直接切入零件，以免加工表面留下刀痕。4.1.5 工件的裝夾與定位加工中心是現(xiàn)代自動化加工單元。正確的裝夾工件，對充分發(fā)揮加工中心的高精度、高效率起著重要的作用。加工中心加工采取工序集中原則，工件一次裝夾，可連續(xù)、自動的完成銑削、鉆削、擴孔、鉸孔、鏜孔及攻螺紋等粗、精加工，因此，工件的裝夾需滿足多刀、多面加工的要求。1、夾具的選擇在加工中心上，夾具的任務(wù)除了與普通機床夾具一樣的定位、夾緊外，還要以各個方向的定位面為參考基準，確定工件編程的原點。1） 、夾具應(yīng)具有高的剛度和高的定位精度。2） 、為切削刀具運動留下足夠的空間。3） 、裝卸方便快捷，輔助時間段。4） 、保證工件的最小夾緊變形。5） 、保證工件的定位精度。6） 、注意機床主軸與工作臺面之間的最小距離和刀具的裝夾長度。7） 、優(yōu)先使用組合夾具或柔性夾具。2、夾緊與安裝工件的夾緊對加工精度有很大的影響。在考慮夾緊方案時，夾緊力應(yīng)力求靠近主要支撐點上，或在支撐點所在的三角內(nèi)，并力求靠近切削部位及剛好的地方，避免夾緊力落在工件的中空區(qū)域，盡量不要在被加工孔的上方。同時，必須保證最小的夾緊力變形。加工中心上既有粗加工，又有精加工。零件在粗加工時，切削力大，需要大的夾緊力，精加工時為了保證加工精度，減少壓緊力變形，需要小的夾緊力。另外還要考慮到各個夾緊部件不要與加工部位和所用的刀具發(fā)生干涉。3、確定工件在機床工作臺上的最佳位置臥式加工中心加工工件時，由于要進行多工位加工，工作臺需帶著工件旋轉(zhuǎn)，要考慮工件（包括夾具）在機床工作臺上的最佳位置，該位置是在技術(shù)裝備過程中根據(jù)機床，考慮各種干涉情況，優(yōu)化匹配各部位刀具長度而確定的。20因此，在進行多工位零件的加工時，應(yīng)綜合計算各工位的各加工表面到機床主軸端面的距離，一選擇最佳的刀具長度，提高工藝系統(tǒng)的剛性，從而保證加工精度。4.2 數(shù)控加工程序的編制數(shù)控程序的編制我采用計算機輔助編程軟件 Master CAM，版本號為V9.0，在左牽引部箱體的主視圖上選取了一些主要的行孔與槽進行數(shù)控鏜削、鉆削以及銑削加工。4.2.1 編程坐標圖（如下：）以左側(cè)耳環(huán)的中心為坐標原點進行數(shù)控程序的編制，底面焊工藝塊為定位基準。4.2.2 刀具卡片刀具卡片刀具號 刀具類型 補償量 備注說明T1 鏜刀 H1 367?T2 鏜刀 H2 375T3 鏜刀 H3 42221T4 鏜刀 H4 430?T5 銑刀 H5 20T6 麻花鉆 H6 10T7 麻花鉆 H7 16T8 麻花鉆 H8 20T9 鏜刀 H9 68T10 麻花鉆 H10 38?T11 麻花鉆 H11 30T12 鏜刀 H12 60T13 鏜刀 H13 62T14 鏜刀 H14 65T15 鏜刀 H15 70T16 鏜刀 H16 82?T17 鏜刀 H17 904.2.3 加工程序及說明（程序單見附表 2）4.2.4 銑槽走刀路線圖22銑（120×100）槽第五章 工藝過程技術(shù)經(jīng)濟分析231.項目的研究意義依靠科技進步，發(fā)展高產(chǎn)高效綜采工作面關(guān)鍵技術(shù)與裝備，走生產(chǎn)集約化，大幅度提高工作面單產(chǎn)，是當今世界各主要產(chǎn)煤國家發(fā)展煤炭工業(yè)，增產(chǎn)提效的主要途徑。自八十年代以來，各主要采煤國家都在積極開發(fā)和應(yīng)用新型高效、大功率、高可靠性的采煤機，并都取得了良好的效果。建設(shè)一批高產(chǎn)，高效的現(xiàn)代化礦區(qū)采煤機在我國綜合機械化采煤技術(shù)中起主導(dǎo)作用，對我國煤炭產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義，從而促進國民經(jīng)濟的發(fā)展和社會的穩(wěn)定。2.國內(nèi)外的科技現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀：為了提高工作面的單產(chǎn)，世界主要產(chǎn)煤國家的工作面主要設(shè)備之一-----采煤機，大多采用多電機驅(qū)動，截割電機橫軸布置的大功率電牽引采煤機，集機電一體化，性能完善，可靠性高，裝機功率大。世界上具有代表性的幾家采煤機生產(chǎn)公司如美國的久益；日本的三井三池；德國的艾柯夫；英國的安德森等先后都推出了各種型號的適合中厚和厚煤層的采煤機，且性能日趨完善，裝機功率越來越大，生產(chǎn)能力越來越強。但對于較薄煤層大功率采煤機的開發(fā)卻很少。國內(nèi)現(xiàn)狀：我國薄煤層資源豐富，分布面廣，而且煤質(zhì)好。據(jù)統(tǒng)計全國薄煤層的儲量占全部可采儲量的 21％。許多煤區(qū)有大量的解放層也急待開發(fā)。因此，搞好薄煤層采煤機械化，提高薄煤層的生產(chǎn)效率，已成為我國能源工業(yè)的重要任務(wù)。根據(jù)現(xiàn)狀，我國的采煤機生產(chǎn)中，中厚和厚煤層采煤機的發(fā)展突飛猛進，日新月異，基本上達到了九十年代的國際先進水平。根據(jù)現(xiàn)在國內(nèi)外采煤機發(fā)展趨勢和用戶的強烈要求，針對上述情況，需開發(fā)一種功率大、性能先進可靠性高的用于高檔普采工作面，并兼顧綜采的多電機橫向布置，多點驅(qū)動的機內(nèi)載電牽引采煤機，采高范圍 1.9～3.8 米,機面高度在 0.85 米左右,最小過機間隙 0.15 米,最小過煤高度 0.28 米,煤質(zhì)硬度在 4 左右，煤層傾角不大于40°。3.經(jīng)濟效益與社會效益預(yù)算24該型采煤機用于較薄煤層高檔普采或綜采工作面，而該種工作面大多為解放層。根據(jù)我國煤炭資源戰(zhàn)略，節(jié)約煤炭資源，提高煤炭的回采率和煤炭質(zhì)量，其社會效益是顯而易見的。因此開發(fā)此采煤機市場前景非常廣闊，無論對煤炭企業(yè)還是采煤機生產(chǎn)企業(yè)都具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。單位：萬元年份 項目2005 2006 2007 2008 2009 合計生產(chǎn)臺數(shù) 3 5 10 15 15 48單 價 280 280 280 280 280產(chǎn)值 總 值 840 1400 2800 4200 4200 13440利潤（14%）117.6 196 392 588 588 1881.6稅金（10%）84 140 280 420 420 1344利稅總 值 201.6 336 672 1008 1008 3225.64、項目資金1） 、總資金包括以下內(nèi)容 單位： 萬元（1）調(diào)研、咨詢、協(xié)作費用 10（2）攻關(guān)費用 70（3）電機開發(fā)費用 60（4）樣機試制費用 2×200=400（5）設(shè)備改造費用 2025（6）試驗費用 40（7）不可預(yù)見費用 10總計 6102） 、年度資金使用預(yù)算2004 年 1602006 年 4505、項目承擔本項目由雞西煤礦機械有限公司和平煤集團共同承擔，由雞西煤礦機械有限公司采煤機研究所設(shè)計，雞西煤礦機械有限公司試制，平煤集團做井下工業(yè)性試驗。6、國產(chǎn)化程度MG132/320-W 型采煤機加工件均由雞西煤機廠自行生產(chǎn)，液壓件、電氣件（除變頻器主要電氣元件外） 、其它標準件均由國內(nèi)定點專業(yè)生產(chǎn)廠配套。綜上，目前隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展和煤炭開采技術(shù)的進步，特別是新的采煤方法的出現(xiàn)，煤礦對采煤工作面的技術(shù)性能、質(zhì)量和使用可靠性的要求也越來越高，該型采煤機用于較薄煤層高檔普采或綜采工作面，而該種工作面大多為解放層。根據(jù)我國煤炭資源戰(zhàn)略，節(jié)約煤炭資源，提高煤炭的回采率和煤炭質(zhì)量，其社會效益是顯而易見的。而作為采煤機重要工作機構(gòu)的牽引部，其機殼加工工藝的改進及其數(shù)控程序編制不僅能大大降低生產(chǎn)成本，更能極大的提高采煤機的使用性能，這些都必將為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。第六章 綠色設(shè)計與生產(chǎn)1、綠色設(shè)計產(chǎn)生的背景自 20 世紀 70 年代以來，工業(yè)污染所導(dǎo)致全球性環(huán)境惡化達到了前所未有26的程度，生態(tài)危機日益嚴重，人們不得不重視這種環(huán)境污染的現(xiàn)實。在工業(yè)發(fā)達國家，產(chǎn)品的綠色標志制度相繼建立，凡標有“綠色標志”的產(chǎn)品，表明該產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用、回收的整個過程符合環(huán)境保護要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極小，可以實現(xiàn)資源的再生與回收，這中產(chǎn)品大大地提高了在國際市場的競爭力。與經(jīng)濟發(fā)達國家相比，我國工業(yè)的技術(shù)水平還有較大的差距，工業(yè)產(chǎn)品還存在著資源和原料消耗大、環(huán)境污染嚴重、國際市場競爭能力相對較弱等問題。為了解決上述問題的可行途徑，就是通過綠色設(shè)計與綠色制造技術(shù)，大力發(fā)展綠色產(chǎn)品，盡可能減少對環(huán)境的污染和資源的浪費，全面提高產(chǎn)品的競爭力。2、綠色設(shè)計原則1） 、資源利用最佳原則2） 、能量消耗最少原則3） 、 “零污染”原則4） 、 “零損害”原則5） 、技術(shù)先進原則6） 、生態(tài)經(jīng)濟效益最佳原則人類社會的發(fā)展，特別是工業(yè)化進程的推進和城市化規(guī)模的擴大，造成環(huán)境污染、生態(tài)破壞、資源枯竭，已經(jīng)嚴重危及人類的生存和可持續(xù)發(fā)展。未來產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)著眼于設(shè)計出健康、保健、安全和易于操作的設(shè)備或產(chǎn)品，使這些設(shè)備或產(chǎn)品的零部件易于取代和重復(fù)使用，盡量節(jié)約資源和能源，減少對環(huán)境的污染。綠色設(shè)計順應(yīng)了歷史發(fā)展趨勢，強調(diào)了資源的有效利用，減少廢棄物排放，追求生命周期中對環(huán)境污染的最小化，對生態(tài)環(huán)境的無害化。所以采煤機在整個生產(chǎn)周期中應(yīng)遵循綠色生產(chǎn)原則，減少對環(huán)境的污染；在使用環(huán)節(jié)中對煤炭資源達到合理的開采，走可持續(xù)發(fā)展的道路。27第 7 章 專題論文高速加工技術(shù)在模具工業(yè)的應(yīng)用摘要：本文介紹高速加工技術(shù)的主要特點，論述用于模具工業(yè)的高速機床、高速28刀具和高速 CAD/CAM 系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，列舉一些應(yīng)用實例和使用效果，指出高速加工技術(shù)在模具工業(yè)中廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞 ： 高速加工 高速機床 高速刀具正文：模具是制造業(yè)中使用量大、影響面廣的工具產(chǎn)品。沒有型腔模、壓鑄模、鑄模、深拉模和沖壓模，就無法生產(chǎn)出被廣泛應(yīng)用和具有競爭價格的塑料件、合金壓鑄件、鋼板件和鍛件。在現(xiàn)代批量生產(chǎn)中，沒有高水平的模具，就沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品，它對企業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本也有重要的作用。據(jù)國外最新統(tǒng)計分析，金屬零件粗加工的 75%、精加工的 50%和塑料零件的 90%是用模具加工完成的。因此，模具工業(yè)也被稱為“皇冠工業(yè)”。如今，模具制造已成為先進制造技術(shù)的一個重要組成部分。 制造模具的材料通常是一類難加工材料，目前國內(nèi)模具型腔一般都釆用電火花加工（EDM）成型。但電加工的生產(chǎn)效率很低，不論在模具開發(fā)速度方面還是模具制造質(zhì)量方面，都不能滿足現(xiàn)代批量生產(chǎn)的要求。 高速加工技術(shù)的出現(xiàn)，為模具制造技術(shù)開辟了一條嶄新的道路。盡可能用高速加工來代替電加工，是加快模具開發(fā)速度、提高模具制造質(zhì)量的必然趨勢。模具高速加工的優(yōu)越性 不論是沖壓模具還是塑料模具（包括注射模、擠壓模、吹塑模等），為了提高其使用壽命，構(gòu)成模具型腔的有關(guān)零件一般都用高強度的耐磨材料制造（如各種牌號的合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和不銹鋼等），這些材料經(jīng)過熱處理後硬度很高，很難用常規(guī)的機械加工方法進行加工。幾十年來，對付這類難加工材料的最好辦法就是釆用特種加工。 在中國，模具的型腔加工至今仍然是電火花加工一統(tǒng)天下，電火花加工（包括成形加工和線切割）在模具制造中一直起著十分重要的作用。 生產(chǎn)的發(fā)展和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，對模具的生產(chǎn)效率和制造質(zhì)量提出了越來越高的要求，于是電火花加工存在的問題就逐漸暴露出來。從物理本質(zhì)上說，電火花加工是一種靠放電燒蝕的“微切削”工藝，加工過程非常之緩慢；在電火花對工件表面進行局部高溫放電燒蝕過程中，工件材料表面的物理-機械性能會受到一定程度的損傷，常常會在型腔表面產(chǎn)生微細裂紋，表面粗糙度也達不到模具的要求，因而經(jīng)過電加工後的型腔類零件一般還要進行費力、費時的手工研磨和拋光。因此，電火花加工的生產(chǎn)效率很低，制造質(zhì)量不穩(wěn)定，29在許多場合，模具已成為影響新產(chǎn)品開發(fā)速度的一個關(guān)鍵因素。 20 世紀 90 年代以來，在國外模具工業(yè)中開始逐漸應(yīng)用高速切削 (HSC)方法進行型腔的加工，并且取得了很好的效果。和電火花加工相比，高速加工的主要優(yōu)點是： （1）產(chǎn)品質(zhì)量好 —高速切削以高于常規(guī)切速 10 倍左右的切削速度對零件進行高速加工，毛坯材料的馀量還來不及充分變形就在瞬間被切離工件，工件表面的殘馀應(yīng)力非常??；切削過程中產(chǎn)生的絕大多數(shù)熱量（95%以上）被切屑迅速帶走，工件的熱變形小；高速加工過程中，機床主軸以極高的轉(zhuǎn)速（10000~80000 r/min）運轉(zhuǎn)，激振頻率遠遠離開了 “機床—刀具—工件”系統(tǒng)的固有頻率范圍，零件加工過程平穩(wěn)無沖擊。因此零件的加工精度高，表面質(zhì)量好，粗糙度可達 Ra 0.6μm 以上。經(jīng)過高速銑削的型腔，表面質(zhì)量能達到磨削的水平，故常?？墒∪メ崂m(xù)的許多精加工工序。 （2）生產(chǎn)效率高 —用高速加工中心或高速銑床加工模具，可以在工件一次裝夾中，完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的機械加工，即所謂“一次過”技術(shù)（One Pass Machining），切削速度很高，加工過程本身的效率比電加工要高出好幾倍。除此以外，它既不要做電極，常常也不需要後續(xù)的手工研磨與拋光，又容易實現(xiàn)加工過程自動化。因此，高速加工技術(shù)的應(yīng)用，使模具的開發(fā)速度大為提高。 （3）能加工形狀復(fù)雜的硬質(zhì)零件和薄壁零件—由高速切削機理可知，高速切削時，切削力大為減少，切削過程變得比較輕松。高速切削可以加工淬火鋼，材料硬度可高達 60HRC 以上，加工過程甚至可以不用切削液，這就是所謂的硬切削（Hard Machining）和乾切削(Dry Machining)。尤其可貴的是，在高速加工中，橫向切削力（Py）很小，這就有利于加工復(fù)雜模具型腔中一些細筋和薄壁，其壁厚甚至可以小于 1mm。圖 1 所示為高速加工方法加工出的零件，其各個薄壁的壁厚分別為 0.2mm、0.3mm 和 0.4mm，薄壁高度為20mm。30高速加工制造薄壁零件近幾年來，高速加工技術(shù)在國外已廣泛用于模具工業(yè)。在工業(yè)發(fā)達國家，據(jù)統(tǒng)計目前有 85%左右的模具電火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在國際模具制造工藝中的主流地位已經(jīng)確立。原來一些從事電加工設(shè)備制造的著名公司（如瑞士 Agie 公司），已敏感地看到這一技術(shù)發(fā)展趨勢，為了不被模具設(shè)備巿場淘汰出局，已釆取了與高速機床制造廠家（如瑞士Mikron）聯(lián)手合并的措施。 模具工業(yè)中的高速機床 對模具工業(yè)中使用的高速機床主要有下列要求： （1）主軸轉(zhuǎn)速高、功率大—為了適應(yīng)模具型腔曲面的高速加工，刀具的半徑應(yīng)小于型腔曲面的最小圓角半徑，以免加工過程中刀具與工件發(fā)生“干涉”（實際上是過切），所以加工中常用小直徑的球頭銑刀。由于刀具直徑?。?~12mm），因此要求主軸的轉(zhuǎn)速非常高，有的高達 20000-80000 r/min，以便實現(xiàn)高速切削；型腔的粗、精加工常常在工件一次裝夾中完成，故主軸功率要大，中等尺寸加工中心的主軸功率常為 10KW 到 40KW，有的甚至更高。（2）機床剛度好 —模具材料的強度和硬度都很高，加上常常釆用伸長量較大的小直徑端銑刀加工模具型腔，因此加工過程容易發(fā)生顫振，一般都釆用精度高、剛度大的高速電主軸。為了確保零件的加工精度和表面質(zhì)量，用于模具制造的高速機床必須有很高的靜、動剛度，以提高機床的定位精度、跟蹤精度和抗振能力。 （3）主軸轉(zhuǎn)動和工作臺（溜板）直線運動都要有極高的加速度—主 31軸從啟動加速到最高轉(zhuǎn)速（一般高于 10000 r/min），通常只用 1~2 秒的時間。工作臺的加、減速度也從常規(guī)數(shù)控機床的 0.1g~0.2g 提高到 1~5g（g 為重力加速度，g=9.81m/s2），以便可靠地實現(xiàn)小圓角半徑曲面的高速加工，并達到必要的型面幾何精度。在模具制造中，對機床的進給速度則不要求太高，一般有 30m/min 即可。近年來，矢量控制的變頻調(diào)速永磁式主軸電動機和大推力、大行程直線電動機在高速機床上的應(yīng)用，為模具制造中廣泛釆用高速加工技術(shù)提供了更加有利的條件。 對于一些復(fù)雜模具的制造，可以釆用五軸聯(lián)動加工中心。這種機床除三個坐標的直線運動外，主軸頭上的刀具還可實現(xiàn)兩個旋轉(zhuǎn)坐標的圓周進給運動。銑頭和工作臺可以實現(xiàn)多軸聯(lián)動，特別適用于加工具有復(fù)雜型腔曲面的模具零件。對于大型復(fù)雜模具，還可釆用龍門式五軸加工中心。 瑞士 Mikron 公司的 HSM600U 型高速加工中心，機床加工范圍800mm×600mm×5000mm，主軸可選用 Step-Tec 公司最高轉(zhuǎn)速為30000r/min、 36000r/min、42000r/min 或 60000r/min 的高速電主軸，當釆用36000r/min 電主軸時，功率為 32KW(40%ED)/24KW(100%ED)。主軸用氮化硅（Si3N4）陶瓷球軸承，配以油－氣潤滑。進給速度 40m/min，加速度1.7g，刀庫容量為 15~68 把刀，立柱釆用龍門式框架結(jié)構(gòu)，剛度高，特別適用于模具制造。 模具制造中的高速刀具 在高速切削應(yīng)用于模具工業(yè)的歷程中，刀具的地位舉足輕重。高速切削時產(chǎn)生的切削熱和對刀具的磨損比普通速度切削時要高得多，因此高速切削對刀具材料的性能有更高的要求。要求刀具材料：（1 ）硬度高、強度高、耐磨性好；（2）韌度高、抗沖擊能力強；（3 ）熱硬性和化學(xué)穩(wěn)定性好，抗熱沖擊能力強。在工程實際中，同時滿足這些要求的刀具材料至今還沒有找到。目前，一般都在有較高抗沖擊能力刀具材料的基體上，覆蓋一層或多層具有高熱硬性和高耐磨性的涂層，做成高速刀具。另外，也可將 CBN 或金剛石等超硬材料燒結(jié)在硬質(zhì)合金或陶瓷材料的基體上，形成綜合性能非常好的高速加工刀具。刀具材料主要根據(jù)工件材料、加工工序、加工精度與表面質(zhì)量的要求來選擇。 除了正確選擇刀具材料以外，刀具結(jié)構(gòu)與精度、切削刃的幾何參數(shù)、排屑與斷屑功能、刀具的動平衡等對高速切削的生產(chǎn)效率、表面質(zhì)量、刀具壽命等也有很大的影響，必須精心設(shè)計或選擇。至于刀具和機床的連接方式，目前在高速加工中已基本上不用傳統(tǒng)的 7：24 長錐度刀柄，而廣泛釆用錐部與主軸端面同時接觸的 HSK 空心刀柄，其錐度為 1： 10，以確保高速運轉(zhuǎn)刀具的32安全和軸向加工精度。 型腔的粗加工、半精加工和精加工一般釆用球頭銑刀，球頭銑刀的直徑一般從 1mm 到 12mm。最終的精加工應(yīng)盡可能用同一把球頭銑刀連續(xù)完成整個型面的加工，其直徑應(yīng)小于模具型腔曲面的最小曲率半徑。 用球頭銑刀，既可避免和模具型腔幾何曲面發(fā)生干涉，又可避免一般銑刀中心區(qū)的切削速度等于零造成的麻煩。模具零件平面的粗、精加工則可采用帶轉(zhuǎn)位刀片的端銑刀。 高速銑削是目前高速切削技術(shù)中應(yīng)用最多的一種工藝技術(shù)，所用的刀具包括端銑刀、立銑刀和球頭銑刀，這類刀具以瑞典 Sandvik 公司和美國Kennametal 公司的產(chǎn)品最為有名，中國也開始生產(chǎn)這類刀具。以往有不少企業(yè)家只重視機床設(shè)備的投資，卻忽視了與之配套的高速刀具的購置，結(jié)果使高速機床不能充分發(fā)揮作用，這是認識上的一個誤區(qū)，應(yīng)該予以糾正。 CAD/CAM 在模具工業(yè)中的應(yīng)用 模具制造業(yè)是最早應(yīng)用計算機技術(shù)來提高設(shè)計、制造水平的機械行業(yè)之一。自從高速加工技術(shù)被引進模具工業(yè)以來，計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助測量（CAT）、反求工程（RE）、計算機輔助工程（ CAE）、計算機輔助制造（CAM）和快速原型制造（RP）等在模具制造中獲得了廣泛而有效的應(yīng)用。下面只簡要介紹高速加工中 CAD 技術(shù)和 CAM 技術(shù)的應(yīng)用情況。 計算機輔助設(shè)計（CAD）主要用來解決產(chǎn)品造型設(shè)計問題，可完成模具設(shè)計和產(chǎn)品可裝配性檢查等工作。常用的軟件有UG，Pro/Engineer，Mastercam 和 Cimatron 等，這些軟件都具有模具設(shè)計開發(fā)功能。運用知識工程技術(shù)(KBE)，把模具設(shè)計的原理、經(jīng)驗、技能和規(guī)范等結(jié)合到系統(tǒng)中，設(shè)計人員只要輸入工況參數(shù)、工程參數(shù)或