模具CADCAM李名尧主编cai-8课件教学.pptVIP

第八章 模具CAD/CAM 领域的新技术 高速加工技术 逆向工程技术 快速成形技术 虚拟制造技术 第一节 高速加工技术 目前切削加工仍是当今主要的机械加工方法，在机械制造业中有着重要的地位，但如何提高其效率、精度、质量成为传统机械加工面临的问题。20世纪90年代，以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的高速加工（High Speed Machining，HSM）已经成为现代数控加工技术的重要发展方向之一，也是目前制造业一项快速发展的高新技术。 一、高速加工概述 高速加工概念起源于德国切削物理学家卡尔?萨洛蒙（Carl Salomon）著名的切削实验及其物理延伸，1929年他进行了高速加工模拟实验，1931年发表了高速加工理论，提出了高速加工假设。他认为一定的工作材料对应有一个临界切削速度，其切削温度最高；在常规切削范围内切削温度随着切削速度的增大而升高，当切削速度达到临界切削速度后，切削速度再增大，切削温度反而下降。 切削速度变化和切削温度的关系 二、高速加工的定义 从切削机理角度看，高速加工时，切削温度应随切削速度的增大而降低；从切削技术角度看，高速加工是以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的加工技术，它所采用的切削参数要比传统工艺所采用的切削参数高几倍甚至几十倍。因此，目前通常把切削速度比常规切削速度高5~10倍以上的切削称为高速加工，但对于不同的材料、不同的切削方式，其高速加工的切削速度并不相同。 表8-1 不同材料高速加工的切削速度 表8-2 不同切削方式高速 加工的切削速度 1. 高速加工中心的类型 高速加工机床有高速加工中心、高速车床、高速钻床、高速铣床等，其中高速加工中心最为典型。通常将高速加工中心分为两类： 以高转速为主要特征的高速加工中心，即HSM（High Speed Machining）型，这类机床一般只具有高转速而没有高进给速度。 以高移动速度为主要特征的高速加工中心, 即HVM（High Velocity Machining）型，这类机床不仅具有高主轴转速，且具有高进给速度。 2. 高速加工的特点 高速加工是以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的加工技术，高速加工可以缩短加工时间，提高生产效率和机床利用率；工件热变形小，加工精度高，表面质量好；适合加工薄壁、刚性较差、容易产生热变形的零件，加工工艺范围广，因此，在实际应用中，高速加工具有较好的技术经济性。 三、高速加工的关键技术 高速加工技术的开发与研究，主要集中在刀具技术、机床技术、CAM软件等几个方面。 1. 刀具技术 高速加工刀具必须与工件材料的化学亲和力小，具有优良的机械性能、化学稳定性和热稳定性，良好的抗冲击和热疲劳特性。 刀具夹紧技术是快速安全生产的重要保障。由于传统的长锥刀柄不适合用于高速加工，所以在高速加工中，采用刀柄锥部和端面同时与主轴内锥孔和端面接触的双定位刀柄。 2. 机床技术 性能良好的数控机床是实现高速加工的关键因素。从原理上说，高速加工机床与普通数控机床并没有本质区别。但高速机床为了适应高速加工时主轴转速高、进给速度快、机床运动部件加速度高等要求，在主轴单元、进给系统、CNC系统和机械系统等方面比普通数控机床具有更高的要求。 3. CAM软件 高速加工必须具有全程自动防过切和刀具干涉检查能力，待加工轨迹监控、速度预控制、多轴变换与坐标变换实现刀具补偿、误差补偿等功能。现在高速加工计算机数控一般采用NURBS样条插补，这样可以克服直线插补时控制精度和速度的不足，提高进给速度和切削效率，而且提高复杂轮廓表面的加工精度和人员设备的安全性。实践证明，在同样精度的情况下，一条样条曲线程序段能代替5~10条直线程序段。目前大多数CAM软件并没有考虑高速加工问题。 四、高速加工技术的应用 1. 汽车行业 2. 模具行业 高速加工在模具行业的应用主要是电极的加工和淬硬材料的直接加工。 3. 航空航天行业 第二节 逆向工程技术 传统的产品开发：“设计思路→产品” 称为正向工程（Forward Engineering）。 逆向工程：“产品→设计思路” 也称为反求工程 RE（Reverse Engineering）。 一、逆向工程概述 逆向工程是20世纪80年代后期出现的先进制造领域中的新技术。传统的复制方法是用立体雕刻机或靠模铣床制作出1：1等比例的模具，再进行批量生产，这种模拟式的复制方式无法建立零件的CAD模型和图样文件，也无法对零件模型做任何修改，因此已渐渐被新型的数字化逆向工程技术所取代。 狭义的逆向工程以实物模型为设计制造的出发点，根据所测的数据构造CAD模型，继而进行分析制造，这又称为实物逆向。广义的逆向工程不仅包括实