CAM及其工藝工裝設(shè)計(jì)0601

理論或?qū)嶋H應(yīng)用意義：通過畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠使我綜合運(yùn)用本專業(yè)知識(shí)、解決工程問題的能力得到鍛煉和提高。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中將會(huì)運(yùn)用到在大學(xué)階段學(xué)習(xí)過的各方面專業(yè)知識(shí)，并為畢業(yè)后走上工作崗位培養(yǎng)規(guī)范的、科學(xué)的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)和工作方法。在復(fù)雜零件工藝工裝設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，數(shù)控加工技術(shù)、公差與測(cè)試技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、CAD/CAM、模具設(shè)計(jì)與制造、專業(yè)外語及其它相關(guān)技術(shù)等方面將獲得綜合性訓(xùn)練，學(xué)術(shù)水平與實(shí)際工作能力將得到大幅提高。結(jié)合與專業(yè)相關(guān)的具體課題，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成作為高級(jí)工程技術(shù)人員的基本訓(xùn)練。通過此次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，通過創(chuàng)新思維，獨(dú)立解決所遇到的具體工程技術(shù)問題的能力。使我在復(fù)雜零件工藝工裝設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，數(shù)控加工技術(shù)、公差與測(cè)試技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、CAD/CAM、模具設(shè)計(jì)與制造、專業(yè)外語及其它相關(guān)技術(shù)等方面將獲得綜合性訓(xùn)練，學(xué)術(shù)水平與實(shí)際工作能力將得到大幅提高。壓力鑄造模具設(shè)計(jì)：1）零件的三維造型設(shè)計(jì)根據(jù)給定題目的零件圖，使用PRO/E三維造型軟件進(jìn)行建模，同時(shí)生成工程圖與毛坯圖。2）分型面設(shè)計(jì)；零件較復(fù)雜，通過PRO/E軟件分析，采用曲面與平面相結(jié)合，同時(shí)考慮模具結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行設(shè)計(jì)分型面。3）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)；充分運(yùn)用模具手冊(cè)和相關(guān)書籍文獻(xiàn)，通過計(jì)算分析來選擇澆鑄系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)參數(shù)。4）模具主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；參考模具設(shè)計(jì)手冊(cè)以及典型模具的結(jié)構(gòu)來確定該零件壓鑄模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。5）推件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)合畢業(yè)實(shí)習(xí)的內(nèi)容，通過力的計(jì)算，并參考模具設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。6）壓鑄機(jī)選擇；根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)計(jì)算鎖模力等相關(guān)技術(shù)參數(shù)來選用壓鑄機(jī)。在CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用于鑄造模具設(shè)計(jì)制造的過程中,鑄造工藝CAD技術(shù)是基礎(chǔ),CAE/CAM技術(shù)是建立在CAD三維數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上的應(yīng)用。通過對(duì)鑄件CAD三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行鑄造過程模擬仿真CAE,根據(jù)各種判據(jù)計(jì)算出缺陷的位置和大小,就可以在工藝的設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)缺陷部位,然后根據(jù)CAE的結(jié)果對(duì)鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使工藝設(shè)計(jì)達(dá)到一次成功,從而有效縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期,提高產(chǎn)品質(zhì)量,獲得較高的工藝出品率。然后再進(jìn)行模具的CAD設(shè)計(jì),生成三維CAD數(shù)據(jù)文件、NC代碼,直接用于數(shù)控加工CAM[1~6]。本課題主要介紹基于Pro/E的CAD/CAE/CAM低壓鑄造工藝解決方案,基于Any-casting軟件的鑄造工藝模擬,從而優(yōu)化工藝設(shè)計(jì),確保模具設(shè)計(jì)一次成功,進(jìn)而降低成本,最終獲得優(yōu)質(zhì)鑄件。1鑄件工藝模型1.1鑄件模型圖1為某制冷機(jī)機(jī)殼毛坯零件,材料為ADC-10,該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,壁厚不均,尺寸公差要求7級(jí),承受較大載荷,對(duì)組織致密度要求高,根據(jù)上述特點(diǎn),采用低壓鑄造工藝生產(chǎn)。為了便于出芯,內(nèi)腔設(shè)計(jì)3b的起模斜度。圖1某制冷機(jī)機(jī)殼毛坯零件三維圖1.2工藝模型在低壓鑄造工藝的設(shè)計(jì)中,重點(diǎn)考慮3個(gè)方面:澆注系統(tǒng)、鑄件順序凝固和鑄型排氣。低壓鑄造的凝固過程與一般重力澆注相反,鑄件的凝固過程自上而下,鑄件的補(bǔ)縮自下而上,最后通過澆口來實(shí)現(xiàn)。因此合理確定澆口的大小和位置,是保證鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證緩沖、穩(wěn)流、順序凝固。其大小按以下原則:升液管熱節(jié)>澆口熱節(jié)>鑄件熱節(jié)。比例關(guān)系為(1.1~1.2)B1.1B1.0。內(nèi)澆道定為<45mm,設(shè)在鑄件中心位置,澆口與鑄件連接處的形狀設(shè)計(jì)成喇叭形,升液管直徑選用<50mm。與普通鑄造澆注相比,低壓鑄造鑄型排氣條件比較差,只能從分型面處和排氣孔中排出,因此另在16個(gè)凸臺(tái)處設(shè)置<15mm的排氣塞。2工藝模擬根據(jù)低壓鑄造的要求和選用設(shè)備以及鑄件的特點(diǎn)確定加壓和澆注的工藝參數(shù),用Any-casting軟件對(duì)該鑄件進(jìn)行充型凝固過程模擬分析。結(jié)果顯示,在鑄件外圓圓柱部位出現(xiàn)明顯的縮凹、縮松缺陷,見圖2。圖2充型凝固過程模擬分析隨后對(duì)工藝進(jìn)行重新分析,決定在主芯相對(duì)缺陷部位打4個(gè)<15mm的排氣塞,互相貫通,從主芯后面空腔排氣,見圖3,再次進(jìn)行模擬,結(jié)果表明缺陷被排除。3模具設(shè)計(jì)工藝模型確定后,就可以進(jìn)行模具設(shè)計(jì)了。模具設(shè)計(jì)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、便于操作、裝配緊密可靠、不因反復(fù)使用而變形,模塊材料均選用QT500-7,4側(cè)芯采用油缸抽芯,模具厚為鑄件最大壁厚的1.5倍。首先檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮穸?、起模斜度等是否符合設(shè)計(jì)要求,對(duì)鑄件模型設(shè)置收縮率,利用Pro/Mold模塊快速地規(guī)劃產(chǎn)品的分模面,完成模具體積塊的分割,將零件經(jīng)過拆模轉(zhuǎn)化成型腔、型芯、澆注系統(tǒng)等模具零部件,再與設(shè)計(jì)好的模座裝配成一套鑄造模具。模具完成后通過模具開啟操作展示出開模狀態(tài),在仿真的同時(shí)還可以做干涉檢查以確保成品在起模時(shí)不會(huì)發(fā)生干涉,見圖4。圖4模具開啟操作狀態(tài)4模具CAM在運(yùn)用CAM軟件生成數(shù)控程序時(shí),首先要產(chǎn)生刀位文件,然后再通過后處理文件將刀位文件編譯成數(shù)控程序。模具加工的關(guān)鍵是型腔、型芯面的加工,無論從尺寸精度還是表面粗糙度要求都非常高。在Pro/E的NC模塊下,根據(jù)加工需要,可快速生成數(shù)控車削、數(shù)控銑削及電火花線切割的NC代碼,其中數(shù)控銑削是復(fù)雜模具零件的主要加工方法。數(shù)控加工程序不僅包括零件的工藝過程,而且還包括刀具的形狀和尺寸、切削用量、走刀路徑等工藝信息。該模具經(jīng)生產(chǎn)試制,鑄件外觀質(zhì)量?jī)?yōu)良,內(nèi)部質(zhì)量經(jīng)探傷檢測(cè)發(fā)現(xiàn),在原來出現(xiàn)縮孔處組織不是很致密,后經(jīng)調(diào)整低壓鑄造加壓工藝參數(shù)得以解決,無需返修即可投入批量生產(chǎn)。5結(jié)語利用Pro/E強(qiáng)大的曲面造型和實(shí)體造型功能,對(duì)各種具有復(fù)雜外形的鑄件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì),再運(yùn)用Anycasting進(jìn)行工藝模擬,并同時(shí)進(jìn)行模具設(shè)計(jì),直至模具的NC加工,可有效縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,提高設(shè)計(jì)效率及可靠性,提高了模具加工精度,充分保證了產(chǎn)品質(zhì)量。參考文獻(xiàn)[1]余謐.CimatronE設(shè)計(jì)/雙塔通道0砂型模具[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2005(12):36-38.[2]余紅參考文獻(xiàn)[1]余謐.CimatronE設(shè)計(jì)/雙塔通道0砂型模具[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2005(12):36-38.[2]余紅華,呂強(qiáng).Cimatron軟件的后置處理程序及應(yīng)用[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2005(11):82-85.[3]廖敦明,陳立亮,劉瑞祥,等.鑄造CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)[J].鑄造,2005,54(7):702-705.[4]劉保臣,逯曉勤.模具數(shù)控加工CAM編程中工藝參數(shù)的確定[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2006(3):126-128.[5]黃圣杰,張?jiān)斀?實(shí)戰(zhàn)Pro/ENGINEER2001模具設(shè)計(jì)[M].北京:中國鐵道出版社,2002.[6]柳百成.鑄造工程的模擬仿真與質(zhì)量控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.如何進(jìn)一步提高沖件的下料利用率,以降低沖件成本,一直是沖壓工藝師所關(guān)注的問題。恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用沖件套裁技術(shù),不僅可提高下料利用率,甚至還可簡(jiǎn)化沖件沖裁工藝,更大幅度地降低沖件成本。那么,如何恰當(dāng)、有效地應(yīng)用沖件套裁技術(shù),在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)又該注意些什么,這正是本文要討論的問題。二、沖件套裁的形式?jīng)_件套裁的形式可分為2類,即單件套裁和多件套裁。1.單件套裁單件套裁就是對(duì)同一種沖件,在板(塊)或條坯料上按不同的排樣方式進(jìn)行沖裁的方法。單件套裁按沖件排樣或是條料排樣的不同,又可以分為單行套裁、多行套裁和整張?zhí)撞眠@幾種方法。(1)單行套裁生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常采用的交叉排樣(如圖1所示),其實(shí)就是一種最簡(jiǎn)單的單行套裁。這部分內(nèi)容,在沖壓文獻(xiàn)中已多有介紹,此處不再贅述。圖1(2)多行套裁將沖件按2行或2行以上的方式進(jìn)行排樣,稱作多行套裁(如圖2所示)。圖2多行套裁也是一種生產(chǎn)中常用的方法,其不僅可提高下料利用率,應(yīng)用得當(dāng),還可較大幅度的提高工效。如針對(duì)圖2b、c所示的排樣方法,可在模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮同時(shí)沖裁2或3件。對(duì)一些既可單行套裁又可多行套裁的沖件(如圖2a所示),應(yīng)根據(jù)沖件的尺寸大小及所選塊坯料的尺寸大小來確定采用哪種方法,優(yōu)先考慮下料利用率高的排樣方法,其次還應(yīng)考慮采用該種排樣進(jìn)行套裁時(shí),模具設(shè)計(jì)制造和操作的難易程度。(3)整張?zhí)撞谜麖執(zhí)撞镁褪侵冈谡麖垑K料上,對(duì)沖件采取不同的條料排樣或沖件排樣的方式(如圖3所示)。相對(duì)于單行套裁和多行套裁來說,整張?zhí)撞玫膽?yīng)用往往容易被人們所忽視,在生產(chǎn)中應(yīng)用得也不非常普遍。究其原因,主要是沖壓工藝師們對(duì)其不夠重視。的確,對(duì)于一些批量不大,且尺寸較小的沖件而言,應(yīng)用前兩種套裁方法就已足夠,毋需再考慮整張?zhí)撞谩Ｈ欢鴮?duì)一些批量較大或是尺寸較大的沖件來說,應(yīng)用單行套裁或是多行套裁仍有較多的工藝余料時(shí),就勢(shì)必得考慮應(yīng)用整張?zhí)撞玫姆椒?。況且,有時(shí)在采用單行套裁或是多行套裁時(shí),所選用的塊、條(坯)料的規(guī)格(即尺寸大小),市場(chǎng)上未必能夠買到。因此,此時(shí)采用整張?zhí)撞镁妥匀挥衅鋵?shí)際意義。如圖4所示的沖件,厚度為3mm,若搭邊取a1=25mm,a=28mm,選用冷軋鋼板,在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的定長(zhǎng)或定寬整張塊料上,不論采取單一的縱排或橫排方式,都難以避免條料沖裁沖件后的工藝余料(即條料上的尾料)。若以下料利用率較高的1000mm2000mm的定尺寸坯料為例,采取橫排方式(見圖5a),此時(shí),條料沖裁沖件后的工藝余料寬度為84mm,下料利用率為667%。而采用整張?zhí)撞?即在沿寬度方向裁下條坯料之前,先在沿長(zhǎng)度方向裁出一條寬度B為1706mm的條坯料(如圖3所示)。此時(shí),下料利用率可達(dá)712%,比非套裁方式提高了45%。圖4圖5這種套裁方式對(duì)沖件寬度b不就料時(shí),較為有效。當(dāng)沖件長(zhǎng)度L亦不就料時(shí),則可視剪條料后的工藝余料(即最后剩余條料)的寬度來考慮,若余料寬度大于沖件寬度與2個(gè)搭邊值的和,可將沖件作縱排樣(如圖5b所示),以將這部分余料充分利用起來,提高下料利用率。這種方法亦可稱做余料套裁。采用這種套裁方式時(shí),應(yīng)在有關(guān)工藝文件上注明,以使工裝設(shè)計(jì)及操作人員在設(shè)計(jì)和使用沖裁工裝時(shí),對(duì)送料方向及檔料位置加以考慮,并便于應(yīng)用。在上例中,剪條料后的余料寬度為123mm,大于沖件寬度與2個(gè)搭邊值的和,對(duì)其再進(jìn)行套裁,材料利用率又可提高3%,達(dá)到742%。若余料寬度小于沖件寬度,但仍有利用價(jià)值,則可考慮象前述方法那樣,先在沿寬度方向上剪出2或3個(gè)沖件縱排寬度的條料,爾后,再剪出單行橫排的條料。此時(shí),可在工藝余料上進(jìn)行如圖5所示的排樣。不過,在整張?zhí)撞脮r(shí),對(duì)一些有輾紋方向要求的彎曲件等坯料,應(yīng)優(yōu)先滿足工藝要求,再考慮套裁。2多件套裁多件套裁就是在一張板、塊或條坯料上,經(jīng)過合理排樣,沖裁出2種或2種以上的不同形狀、規(guī)格、尺寸的沖件的一種方法。多件套裁除依舊可分為單行套裁,多行套裁和整張?zhí)撞猛?還可分為廢料套裁、余料套裁和結(jié)構(gòu)套裁。不過在考慮多件套裁時(shí),應(yīng)特別注意:幾種準(zhǔn)備在一張板、塊或條坯料上套裁的沖件,其材料的材質(zhì)、厚度必須相同,這是多件套裁的前提。(1)單行套裁單行套裁是指2種或2種以上的沖件均以單行的形式進(jìn)行排樣的套裁。如圖6所示的排樣即為一種多件的單行套裁方式。圖6(2)多行套裁多行套裁是指被套裁的2種或2種以上的沖件中,只要有1種沖件以多行的方式進(jìn)行排樣,就稱為多行套裁(如圖7所示)。應(yīng)用多件單、多行套裁時(shí),可考慮采用級(jí)進(jìn)模等沖裁方式以提高工效。若沖件結(jié)構(gòu)或形狀允許,還可采取少無廢料排樣的方法,以更大幅度的提高下料利用率及工效。如圖7所示排樣方案中的兩個(gè)沖件,若其外形允許略為變動(dòng),則其排樣圖可改為圖8所示方案。此時(shí)模具結(jié)構(gòu)將大為簡(jiǎn)化,連續(xù)對(duì)件1進(jìn)行沖切,件2就已自動(dòng)生成。圖8(3)整張?zhí)撞枚嗉恼麖執(zhí)撞门c單件整張?zhí)撞妙愃?從套裁排樣的角度看,往往較單件整張?zhí)撞糜兄蟮撵`活性。此處不再贅述。(4)廢料套裁廢料套裁是一種在生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常采用的多件套裁方式。它是利用一些沖件的工藝廢料,再?zèng)_裁出其它沖件的一種方法。廢料套裁可象多件單、多行套裁一樣,在模具設(shè)計(jì)時(shí)就考慮同時(shí)沖裁多種沖件,亦可分別單獨(dú)進(jìn)行沖裁。在單獨(dú)沖裁時(shí),應(yīng)注意被套裁沖件模具的沖裁擋料定位的設(shè)計(jì),以便于靈活的擋料定位為宜。(5)余料套裁在條坯料或單件的整張?zhí)撞弥?常會(huì)出現(xiàn)一些條坯料沖裁沖件或整張(塊)套裁后余下的尚可利用的工藝余料(見圖3)。對(duì)于這些工藝余料,可考慮用于其它一些較小沖件的沖裁,使這部分余料被充分利用起來。采用余料套裁時(shí),應(yīng)在有關(guān)工藝文件上予以說明,以便于并指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用。(6)結(jié)構(gòu)套裁結(jié)構(gòu)套裁是一種有別于上述諸種多件套裁且又容易被忽視的一種套裁方法。它不僅僅是只在工藝設(shè)計(jì)時(shí)才考慮沖件的套裁,而應(yīng)在沖件的設(shè)計(jì)過程中就考慮其套裁,以最大限度地提高材料利用率。結(jié)構(gòu)套裁是從一種沖件中,沖裁出另一種或多種沖件方式。這種沖裁幾乎無浪費(fèi),即套裁沖件的輪廓與被套裁沖件的孔、槽(包括異型孔、槽)等近乎吻合或完全吻合。如圖9所示,就是一種典型的結(jié)構(gòu)套裁。圖9所示沖件,是全順汽車駐車制動(dòng)操縱桿中的一組沖件,3件材料、厚度均相同。圖9a所示為操縱桿支架的展開料,與駕駛室底板相連,要求有較好的機(jī)械性能,但硬度不能高。圖9b、c所示沖件為一組相互嚙合的大、小棘齒,要求有較好的機(jī)械強(qiáng)度及較高的表面硬度,且大棘齒(如圖9b)需緊緊鑲嵌在支架上(圖9aA處)。根據(jù)產(chǎn)品的使用要求,大支架的槽及大棘齒的輪廓應(yīng)具有較高的幾何形狀精度。圖9若不采用套裁方式,該組沖件需經(jīng)一沖出。其模具均需分別制造,材料消耗大,生產(chǎn)周期長(zhǎng),模具數(shù)量多,且大支架槽與大棘齒輪廓的幾何形狀和尺寸精度要求高。而采用結(jié)構(gòu)套裁,原來的3套模具,僅需1套即可,且支架和大棘齒的裝配輪廓,因系1套模具沖裁,故其幾何形狀的制造精度要求可大大降低?？梢?結(jié)構(gòu)套裁,不僅可大幅度地提高材料利用率,以此來降低沖件成本;而且還可從簡(jiǎn)化沖裁工藝,減少工藝裝備,縮短生產(chǎn)周期,改善零件性能等方面,大幅度地降低零件成本。因而是一種效果十分顯著的套裁方法。在汽車、家電這些含有多品種沖件的產(chǎn)品中,合理的應(yīng)用結(jié)構(gòu)套裁的方法,將會(huì)大大使產(chǎn)品成本進(jìn)一步降低。464.1引言骨科手術(shù)輔助機(jī)器人使用過程中主要在導(dǎo)航裝置的引導(dǎo)下完成手術(shù)前規(guī)劃好的動(dòng)作，但是在手術(shù)過程中也需要醫(yī)師對(duì)機(jī)器人的位置和姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整和確認(rèn)，這就需要醫(yī)師能以手動(dòng)的方式直接操縱機(jī)器人。現(xiàn)有的多自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人主要采用示教器的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的手動(dòng)操縱[55,56]。有些示教器上使用六維鼠標(biāo)來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。如KUKA示教盒的手動(dòng)示教部件，它包括三個(gè)方向的平動(dòng)和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，即可控制6自由度KUKA機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。但是這種方法并不適合手術(shù)過程：如果手動(dòng)操縱由專門的輔助人員來完成，這不僅浪費(fèi)有限的手術(shù)空間以及人力資源，而且動(dòng)作指令在口頭表述時(shí)不甚方便，也容易有歧義，會(huì)增加誤操作的風(fēng)險(xiǎn)；如果手動(dòng)操作由主刀醫(yī)師親自完成，則占用醫(yī)師雙手，醫(yī)師不能完成其它動(dòng)作，且示教器必須設(shè)計(jì)符合防水標(biāo)準(zhǔn)并消毒；無論誰來操作，使用示教器方式操縱機(jī)器人都不直觀：示教器和機(jī)器人是分離的，操縱者需要換算自身站位與機(jī)器人方位的關(guān)系，這不僅效率較低，也容易產(chǎn)生誤操作，可能造成嚴(yán)重后果。本文旨在針對(duì)多自由度手術(shù)輔助機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)出一個(gè)新型的多自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人示教方式，操縱者通過手動(dòng)操縱裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)7自由度機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)控制。該方式由主刀醫(yī)師親自操作，希望達(dá)到簡(jiǎn)單、高效、低錯(cuò)誤率的目標(biāo)。4.2手動(dòng)操縱裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手動(dòng)操縱裝置安裝于機(jī)械手臂末端，結(jié)構(gòu)上包括通過信號(hào)電纜與信號(hào)處理模塊相連接的三自由度操縱桿、模式選擇開關(guān)和冗余姿態(tài)控制開關(guān)。4.2.1三自由度操縱桿出于應(yīng)用于外科手術(shù)輔助功能的考慮，選擇三自由度操縱桿實(shí)現(xiàn)操作輸入而不是六維鼠標(biāo)，目的是將位置平移操作和姿態(tài)調(diào)整操作分開控制，以免產(chǎn)生誤操作，釀成嚴(yán)重后果。操縱桿功能如錯(cuò)誤！未找到引用源。所示，型號(hào)選用30JBK-ZT-30R3G。操縱桿支架尺寸參見附錄C所示。三自由度操縱桿內(nèi)置電位器，具有彈簧復(fù)位裝置，可實(shí)現(xiàn)三軸調(diào)節(jié)功能。當(dāng)操縱桿無操作時(shí)，在復(fù)位彈簧作用下，手柄處于中間位置。由于輸出模擬電壓信號(hào)，可能會(huì)發(fā)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)械手臂發(fā)生蠕動(dòng)，進(jìn)而有可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果。為防止這種情況的發(fā)生，在電位器的零位附近上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文手動(dòng)操縱裝置的設(shè)計(jì)47設(shè)置一段死區(qū)。此范圍內(nèi)機(jī)械手臂無動(dòng)作，死區(qū)通過信號(hào)處理器內(nèi)程序?qū)崿F(xiàn)。當(dāng)輸出電壓在-0.3V～+0.3V區(qū)域內(nèi)波動(dòng)時(shí)，機(jī)械手臂不會(huì)產(chǎn)生任何動(dòng)作。如此，當(dāng)機(jī)械手臂處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)就能保證其穩(wěn)定。4.2.2模式選擇開關(guān)由于操縱桿只有三個(gè)自由度，而機(jī)器人末端執(zhí)行器有六個(gè)自由度，因此將操縱動(dòng)作分為兩組模式，即進(jìn)行位置平移操作和姿態(tài)調(diào)整操作，每組各三個(gè)自由度，符合一般工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的操作習(xí)慣。模式選擇開關(guān)就是用于切換操縱桿控制位置平移操作或姿態(tài)調(diào)整操作，安裝于機(jī)械手臂末端并與信號(hào)處理器相連接，如錯(cuò)誤！未找到引用源。所示。該模式選擇開關(guān)采用三位選擇開關(guān)，無彈簧復(fù)位能。當(dāng)開關(guān)選擇中位時(shí)，處于安全模式，此時(shí)撥動(dòng)操縱桿無任何動(dòng)作，另外兩位分別用于切換操縱桿的位置平移操作模式和姿態(tài)調(diào)整操作模式。具體而言，進(jìn)行位置平移操作時(shí)，機(jī)器人末端執(zhí)行器的空間姿態(tài)保持不變，沿X軸、Y軸、Z軸等方向平行移動(dòng)；進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整操作時(shí)，機(jī)器人末端執(zhí)行器參考點(diǎn)位置保持不變，末端執(zhí)行器以參考點(diǎn)為軸心，繞X軸、Y軸、Z軸等軸線旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整姿態(tài)。上述末端執(zhí)行器參考點(diǎn)一般設(shè)定為工具工作點(diǎn)，如手術(shù)刀的刀尖，鉆頭的尖端等。如此，則可以通過三自由度操縱桿和選擇開關(guān)來分別控制機(jī)器人末端執(zhí)行器的空間位置和姿態(tài)。這種操縱方式，調(diào)整位置的時(shí)候?qū)Ｗ⒂诘都獾奈恢枚槐負(fù)?dān)心姿態(tài)改變，調(diào)整姿態(tài)的時(shí)候則不必?fù)?dān)心刀尖發(fā)生偏移，操縱簡(jiǎn)單可靠，不易發(fā)生誤操作。更適合于手術(shù)中的精細(xì)位置姿態(tài)調(diào)節(jié)。4.2.3冗余姿態(tài)控制開關(guān)冗余姿態(tài)控制開關(guān)與信號(hào)處理模塊相連，可利用機(jī)器人冗余自由度調(diào)整機(jī)械臂的姿態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主刀醫(yī)師作業(yè)的避讓。六自由度機(jī)械臂在工作空間內(nèi)可以保證末端執(zhí)行器達(dá)到任意位置和姿態(tài)，但是，由于機(jī)構(gòu)的奇異及障礙物的存在，機(jī)械臂可能難以實(shí)現(xiàn)某些特定的位置和姿態(tài)。例如為了使末端執(zhí)行器達(dá)到某特定位置姿態(tài)，則機(jī)器人肘部可能會(huì)占據(jù)不恰當(dāng)?shù)奈恢?，影響醫(yī)師操作。七自由度對(duì)于需要避障和回避內(nèi)部奇異的機(jī)械臂來說是最少的自由度數(shù)。骨科手術(shù)輔助機(jī)器人設(shè)計(jì)為七自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其中第三自由度即為冗余自由度。在操作中如果醫(yī)師覺得機(jī)器人姿態(tài)有妨礙，只需輕觸位于機(jī)器人基座面板上的冗余姿態(tài)控制開關(guān)，則控制器控制機(jī)器人末端執(zhí)行器按原規(guī)劃運(yùn)動(dòng)；同時(shí)控制整個(gè)手臂以肩關(guān)節(jié)與腕關(guān)節(jié)的連線為軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人肘關(guān)節(jié)的模式選擇開關(guān)支架避讓，直至醫(yī)師覺得不再妨礙其操作，停止觸碰開關(guān)。這種方式可在不影響機(jī)器人當(dāng)前操作的前提下實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂形態(tài)的實(shí)時(shí)在線調(diào)整。冗余姿態(tài)控制開關(guān)采用具有彈簧復(fù)位的三位選擇開關(guān)。當(dāng)開關(guān)選擇中位時(shí)，處于安全模式，無信號(hào)輸出；另外兩個(gè)位置各有信號(hào)輸出，兩信號(hào)分別用于控制機(jī)械臂順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)和逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。無操作時(shí)，彈簧復(fù)位功能可實(shí)現(xiàn)開關(guān)回復(fù)至中位。4.2.4信號(hào)處理模塊信號(hào)處理模塊包括數(shù)字IO子模塊、A/D轉(zhuǎn)換子模塊。其中A/D轉(zhuǎn)換器將來自操縱桿內(nèi)電位器的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸入機(jī)器人控制器，數(shù)字IO子模塊將模式選擇開關(guān)和冗余姿態(tài)控制開關(guān)的狀態(tài)信息輸入機(jī)器人控制器。1)數(shù)字IO子模塊端子板的通用輸入輸出端口作為手動(dòng)操縱裝置的數(shù)字IO子模塊，如圖35所示。圖35數(shù)字IO模塊Fig.35DigitalIOmodule模式選擇開關(guān)和冗余姿態(tài)控制開關(guān)接入EXI0~4端口，將狀態(tài)信息輸入計(jì)算模塊。指示用燈用以顯示模式選擇開關(guān)所選的模式狀態(tài)。上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文手動(dòng)操縱裝置的設(shè)計(jì)492)A/D轉(zhuǎn)換子模塊圖36所示為AD轉(zhuǎn)換子模塊模擬量輸入接口端，單個(gè)模擬量輸入通道平均占用一定的系統(tǒng)通訊帶寬，因而當(dāng)8路輸入全部使用的時(shí)候，均攤到單個(gè)通道的系統(tǒng)帶寬變得最小。8個(gè)輸入通道全部使用的時(shí)候，單個(gè)通道的刷新時(shí)間將是僅使用其中兩個(gè)輸入通道的4倍，也就是說單通道的采樣率下降為1/4。圖36A/D轉(zhuǎn)換模塊模擬量輸入Fig.36AnaloginputofA/Dconvertermodule操縱桿連接到A/D轉(zhuǎn)換子模塊的電壓輸入有6條通道，分別是X、Y、Z的測(cè)量端和參考端。A/D轉(zhuǎn)換子模塊輸入模式選擇差分輸出形式，將差分負(fù)相端接入“負(fù)相端子”，差分正相端接入“正相端子”。由于只需要用3路輸入端，所以將輸入輸出通道選擇按鈕撥到Bit5-ON，Bit6-OFF，A/D轉(zhuǎn)換器將只掃描前四路輸入通道。這樣提高了單通道刷新率，進(jìn)而提高了示教系統(tǒng)的反應(yīng)速度。圖37A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入電壓范圍設(shè)置Fig.37InputvoltagerangesetofA/Dconvertermodule通過電阻將24V直流電壓分壓，使得X、Y、Z軸輸入的模擬電壓在-5V~+5V范圍內(nèi)。同時(shí)上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文手動(dòng)操縱裝置的設(shè)計(jì)通過撥碼開關(guān)（Bit1-OFF，Bit2-ON，Bit3-OFF，Bit4-OFF，Bit5-OFF，Bit6-ON）將A/D轉(zhuǎn)換子模塊的輸入電壓范圍設(shè)置為-5V~+5V，如圖37所示。圖38A/D轉(zhuǎn)換模塊接線原理圖Fig.38A/DconvertermodulewiringdiagramA/D轉(zhuǎn)換子模塊通訊接口采用DB9-F與運(yùn)動(dòng)控制器EXTI/O端口連接，模擬量輸入通道選用AI0~2，接線原理如圖38所示。4.3手動(dòng)操縱裝置控制過程機(jī)器人控制器首先根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前姿態(tài)信息進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算出機(jī)械臂末端，也即是操縱桿本身相對(duì)于地面坐標(biāo)的位置和姿態(tài)。然后機(jī)器人控制器根據(jù)操縱桿三組電位器的電壓信號(hào)，計(jì)算出手柄及旋鈕的位置狀態(tài)，即手柄的指向方位以及旋鈕的旋轉(zhuǎn)方向和角度，并結(jié)合模式選擇開關(guān)的信號(hào)，判斷出操縱者的動(dòng)作意圖。具體來說，當(dāng)模式選擇開關(guān)處于位置平移操縱模式的時(shí)候，要求機(jī)器人末端執(zhí)行器狀態(tài)不變，向手柄和旋鈕所指方向平行移動(dòng)；當(dāng)模式選擇開關(guān)處于姿態(tài)調(diào)整操縱模式的時(shí)候，要求機(jī)器人末端執(zhí)行器以參考點(diǎn)為圓心（參考點(diǎn)通常設(shè)置為器械工作點(diǎn)，如鋸刀的刀尖），向手柄和旋鈕所指方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以調(diào)整器械姿態(tài)。再根據(jù)機(jī)器人自身位置姿態(tài)進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算出機(jī)器人相對(duì)于地面坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向和速度。其中運(yùn)動(dòng)速度正比于手柄或者旋鈕的旋轉(zhuǎn)角度，由于彈簧復(fù)位裝置的彈性阻力作用，運(yùn)動(dòng)速度也正比于操作者對(duì)操縱桿施加的力和力矩。最后機(jī)器人控制器生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到各個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，從而控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。通過本裝置最終實(shí)現(xiàn)通過控制手柄及旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)的方位和角度來控制機(jī)器人末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)方向和速度。操縱效果類似于六維力傳感器實(shí)現(xiàn)的“手把手”示教空盒子，但是更為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。用這種操縱方式調(diào)整位置的時(shí)候?qū)Ｗ⒂诘都獾奈恢枚槐負(fù)?dān)心姿態(tài)的改變，調(diào)整姿態(tài)的時(shí)候則不必?fù)?dān)心刀尖發(fā)生偏移，操縱簡(jiǎn)單可靠，不易發(fā)生誤操縱。相當(dāng)于六維力傳感器直接檢測(cè)六自上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文手動(dòng)操縱裝置的設(shè)計(jì)由度力/力矩分量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)六自由度控制，適合于手術(shù)中的精細(xì)姿態(tài)調(diào)節(jié)。4.4坐標(biāo)轉(zhuǎn)換操縱桿安裝在機(jī)械臂的末節(jié)，其目的就是為了能讓主刀醫(yī)師更直觀得控制機(jī)器人所持道具或夾持工具，即主刀醫(yī)師對(duì)操縱桿的操作是在工具坐標(biāo)系上完成的。而機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是在基座坐標(biāo)上實(shí)現(xiàn)的。基座坐標(biāo)相對(duì)大地坐標(biāo)是不動(dòng)的，而工具坐標(biāo)系相對(duì)大地坐標(biāo)系是運(yùn)動(dòng)的，這就要求操縱桿所控制的運(yùn)動(dòng)要做一個(gè)相對(duì)于基座的坐標(biāo)變換。4.4.1機(jī)械臂D-H坐標(biāo)機(jī)械臂D-H坐標(biāo)示意圖參見圖14。圖14機(jī)械臂D-H坐標(biāo)示意圖Fig.14D-Hcoordinatediagramofmanipulator相鄰兩連桿的坐標(biāo)變換關(guān)系為:根據(jù)已建立的D-H坐標(biāo)，可以求出7坐標(biāo)系相對(duì)于0坐標(biāo)系即地面坐標(biāo)系的位姿。4.4.2操縱桿坐標(biāo)轉(zhuǎn)換如圖39所示，從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器獲得機(jī)器人當(dāng)前位置姿態(tài)信息，根據(jù)機(jī)器人自身姿態(tài)進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算出機(jī)械臂末端，也即是操縱桿本身相對(duì)于地面坐標(biāo)的位置與姿態(tài)。圖39坐標(biāo)變換示意圖Fig.39Coordinatetransformationschematicdiagram由于操縱桿坐標(biāo)系J、工具坐標(biāo)系T與腕點(diǎn)坐標(biāo)系7之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，都屬于固定連接，故4.5手動(dòng)操縱裝置的優(yōu)點(diǎn)手動(dòng)操縱裝置的優(yōu)點(diǎn)在于：1)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂六個(gè)自由度的控制，完成對(duì)手術(shù)路徑的導(dǎo)航，方便醫(yī)生進(jìn)行更直接、安全的操縱。2)可以通過模式選擇開關(guān)將操作動(dòng)作分為三組模式，即進(jìn)行位置平移操作模式、姿態(tài)調(diào)整操作模式以及安全模式，這樣就可大大減少誤操作的幾率。3)通過冗余自由度控制開關(guān)對(duì)冗余自由度進(jìn)行調(diào)控，方便與醫(yī)生協(xié)同作業(yè)。4.6本章小結(jié)手動(dòng)操縱裝置使得操作者無需專門培訓(xùn)即可掌握手動(dòng)操縱機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的方法。操縱過程簡(jiǎn)單直觀，可避免由于對(duì)機(jī)器人方位判斷錯(cuò)誤引起的操縱失誤。這類失誤在工業(yè)機(jī)器人操縱中很容易發(fā)生，而在手術(shù)應(yīng)用中將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。本文涉及的方法將機(jī)器人位置調(diào)整和姿態(tài)調(diào)整的操作獨(dú)立分開，調(diào)整位置的時(shí)候?qū)Ｗ⒂诘都獾奈恢枚槐負(fù)?dān)心姿態(tài)改變，調(diào)整姿態(tài)的時(shí)候則不必?fù)?dān)心刀尖位置發(fā)生偏移，操縱簡(jiǎn)單可靠，不易發(fā)生誤操作，更適合于手術(shù)中的精細(xì)位置姿態(tài)調(diào)節(jié)。本章主要闡述了手動(dòng)操縱裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括三自由度操縱桿、模式選擇開關(guān)、冗余姿態(tài)控制開關(guān)和信號(hào)處理器。該裝置通過冗余自由度控制開關(guān)對(duì)冗余自由度進(jìn)行調(diào)控，方便與醫(yī)生協(xié)同作業(yè)。并且介紹了操縱桿的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，主刀醫(yī)師在工具坐標(biāo)系上完成對(duì)操縱桿的控制，以實(shí)現(xiàn)更直觀得控制機(jī)器人所持道具或夾持工具。3需注意的問題在多件套裁中,對(duì)一些有數(shù)量要求的組合件、總成件,應(yīng)考慮各套裁沖件的數(shù)量匹配問題。另外各種套裁方法可視具體的沖件,靈活應(yīng)用,交叉進(jìn)行。不過,在選用確定套裁方法時(shí),還應(yīng)考1結(jié)構(gòu)不盡合理設(shè)備利用率偏低我國壓鑄設(shè)備不算太少除國產(chǎn)壓鑄機(jī)外幾乎世界各國生產(chǎn)的壓鑄機(jī)在中國都有除一些與主機(jī)廠有固定套配關(guān)系和有較穩(wěn)定的壓鑄件出口業(yè)務(wù)的企業(yè)外普遍存在設(shè)備利用率不高或閑置的問題不少企業(yè)上壓鑄時(shí)就缺少了解有的是低水平重復(fù)購進(jìn)了設(shè)備沒有生產(chǎn)對(duì)象沒有預(yù)期的生產(chǎn)量或技術(shù)不過關(guān)產(chǎn)品出不來;也有因模具跟不上或設(shè)備故障缺少維修力量影響生產(chǎn);還有的是缺少評(píng)估論證就借貸購進(jìn)設(shè)備導(dǎo)致任務(wù)不足負(fù)債沉重企業(yè)陷入困境如輪殼生產(chǎn)我國有一個(gè)鎮(zhèn)就有多家企業(yè)相互競(jìng)爭(zhēng)鑄件又無相應(yīng)的銷售對(duì)象當(dāng)然困難32壓鑄件質(zhì)且與國外相比有較大差距我國目前有20多家壓鑄機(jī)生產(chǎn)企業(yè)年產(chǎn)在40臺(tái)左右小型壓鑄機(jī)質(zhì)量在不斷提高近幾年雖試制了goot125ot16oot大型壓鑄機(jī)和研制200t2800t大型壓鑄機(jī)但與國外相比在質(zhì)量上有較大差距因此國內(nèi)為了生產(chǎn)大型鑄件不得不花大量外匯進(jìn)口大型壓鑄設(shè)備金城春蘭興光等企業(yè)的壓鑄廠為了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件均選用了國外壓鑄機(jī)33模具制造跟不上壓鑄業(yè)的發(fā)展壓鑄模的質(zhì)量直接影響壓鑄件的質(zhì)量和成本當(dāng)前國內(nèi)CAD/CAM用于模具設(shè)計(jì)與制造的還不多而采用數(shù)控機(jī)床和電加工機(jī)床加工模具型腔的則是我國模具加工企業(yè)的主力分散在國內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)和個(gè)體經(jīng)營的模具制造企業(yè)在我國某些地區(qū)(如浙江寧波等地)已成為一支重要的力量他們的特點(diǎn)是制造周期短成本低所產(chǎn)生模具的質(zhì)量有的較好有的則因材質(zhì)較差和熱處理不規(guī)范等壽命很短因此我國不少大型復(fù)雜鑄件的模具或產(chǎn)量大的鑄件用的模具不少依靠進(jìn)口盡管進(jìn)口模具價(jià)格一般比國內(nèi)模具價(jià)格高出5~10倍還不得不購這是制約我國壓鑄件生產(chǎn)發(fā)展的重要因素之34技術(shù)管理水平不平衡我國一些上規(guī)模的專業(yè)化廠及壓鑄分廠和車間有較強(qiáng)的技術(shù)力量和較高的管理水平能很快吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)與管理經(jīng)驗(yàn)但也有不少企業(yè)管理不善生產(chǎn)場(chǎng)地不文明合金不符合標(biāo)準(zhǔn)熔煉工藝不嚴(yán)壓鑄工藝不穩(wěn)定重復(fù)壓射時(shí)工藝參數(shù)變化大檢測(cè)手段和質(zhì)量保證體系不完善等直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量的提高4壓鑄業(yè)發(fā)展對(duì)策探討21世紀(jì)是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)充分發(fā)展的時(shí)代世界各國都把發(fā)展高技術(shù)作為增強(qiáng)綜合國力提高國際競(jìng)爭(zhēng)能力的主要戰(zhàn)略壓鑄技術(shù)與其它技術(shù)既相互競(jìng)爭(zhēng)又相互滲透特別是高新技術(shù)的融合應(yīng)用將使壓鑄技術(shù)得到更大發(fā)展我們?cè)谘芯堪l(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上對(duì)其關(guān)鍵環(huán)節(jié)應(yīng)狠下功夫這樣才能將整個(gè)壓鑄行業(yè)的發(fā)展提高到新的水平41充分發(fā)揮壓鑄人才群體作用形成合力回顧我國壓鑄行業(yè)的迅速發(fā)展重要的是有從事和熱愛壓鑄行業(yè)的這支3萬多人的隊(duì)伍以及長(zhǎng)期在這方面踏實(shí)耕耘的一批帶頭人隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的來臨知識(shí)信息已成為全球第一財(cái)富和全球第一生產(chǎn)力做為知識(shí)載體的人已構(gòu)成全社會(huì)的關(guān)鍵性資源人在知識(shí)經(jīng)濟(jì)化過程中發(fā)揮著中心作用因此我們必須重視培養(yǎng)造就一批新世紀(jì)的壓鑄人才共同推進(jìn)壓鑄業(yè)的進(jìn)步42結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐重視壓鑄基礎(chǔ)研究針對(duì)目前我國大型復(fù)雜高質(zhì)量壓鑄件生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)開發(fā)壓鑄工藝基礎(chǔ)理論研究;嚴(yán)格工藝要求作好壓鑄技術(shù)基礎(chǔ)工作目前應(yīng)注意合金的管理及應(yīng)用嚴(yán)格熔煉工藝穩(wěn)定壓鑄全過程工藝參數(shù);在提高壓鑄件內(nèi)在質(zhì)量的同時(shí)還要注重壓鑄件的表面質(zhì)量推廣鑄件表面強(qiáng)化處理43進(jìn)一步提高壓鑄設(shè)備與工藝裝備質(zhì)量努力學(xué)習(xí)及研究世界各國先進(jìn)壓鑄機(jī)的設(shè)計(jì)及制造技術(shù)國產(chǎn)壓鑄機(jī)制造時(shí)在電器元件及密封件等方面不必過分強(qiáng)調(diào)國產(chǎn)化要發(fā)揮現(xiàn)有模具廠的作用通過市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)適當(dāng)引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備特別是制作大型模具的設(shè)備加強(qiáng)模具標(biāo)準(zhǔn)化工作專業(yè)生產(chǎn)模塊模座及時(shí)為壓鑄生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)模具44采用新的壓鑄合金材料441可著色壓鑄鋁合金可著色壓鑄鋁合金是當(dāng)代壓鑄技術(shù)領(lǐng)域的研究課題日本美國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家率先開展猛一鎂一鋅鋁一鉆等系合金的研究在進(jìn)行了各種性能試驗(yàn)比較后認(rèn)為鋁一鋅一鎂一錳系合金的機(jī)械性能切削性能壓鑄工藝性均良好可著色成本色黑色金黃色青銅色金黃色最佳這種合金可壓鑄成形較復(fù)雜的零件經(jīng)鈍化處理和陽極氧化后著色其特點(diǎn)是化學(xué)成分簡(jiǎn)單除AIZnMgMn外加一些微量元素(如CuVBeCoNi等)成分變化范圍大標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)合金由錠料直接配制工藝簡(jiǎn)單;常規(guī)工藝熔煉;表面著色按常規(guī)工藝進(jìn)行4.42壓鑄鎂合金現(xiàn)在壓鑄鎂合金發(fā)展非常快它有很多特點(diǎn)鎂不粘模熱容量低可用于熱室式壓鑄生產(chǎn)率高每小時(shí)達(dá)200~400次模具壽命比壓鋁時(shí)高2~3倍鎂合金密度低比強(qiáng)度高很適合用于汽車工業(yè)美國通用福特和克萊斯勒三大汽車公司己宣布大幅度增加鎂合金壓鑄件用量用于操縱桿支架座墊支架和發(fā)動(dòng)機(jī)零件甚至汽車輪毅金有屏蔽作用非常適合用于計(jì)算機(jī)電子儀表工業(yè)磁盤驅(qū)動(dòng)器支架外殼和連接桿等零件都可用鎂合金制作我國有的省有豐富的鎂資源及鎂合金生產(chǎn)廠發(fā)展鎂合金壓鑄件生產(chǎn)有相當(dāng)好的條件443新型壓鑄鋅合金鋅合金近20年發(fā)展很快其強(qiáng)度幾乎提高了一倍原來只用于一些殼體零件現(xiàn)在也用于受力零件有代替一些高強(qiáng)度鑄鐵鋁合金和銅合金鑄件之勢(shì)汽車靠背椅操縱桿制動(dòng)系統(tǒng)零件副條輪毅蓋和濾油器接頭等已用鋅鋁合金壓鑄新型壓鑄鋅合金Aeins和Aeinelo的價(jià)格低廉仍局限用于低應(yīng)力的非結(jié)構(gòu)件為了改善鋅合金的強(qiáng)度耐磨性和抗蠕變性美國通用汽車公司研究和發(fā)展中心開發(fā)了一種A。uzin。1的高強(qiáng)度鋅基合金444壓鑄金屬基復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料主要是將SIC顆粒加入熔化的鋁合金中同時(shí)進(jìn)行攪拌混合美國有制成的鋁合金復(fù)合材料錠作為商品銷往市場(chǎng)壓鑄工廠購得此復(fù)合材料鑄錠后進(jìn)行加熱重熔實(shí)現(xiàn)接受無余量壓鑄生產(chǎn)這種鋁合金復(fù)合材料鑄錠壓鑄成的產(chǎn)品其強(qiáng)度硬度和耐磨性都高于普通鋁合金壓鑄件并可進(jìn)行熱處理此外還降低了鑄件的熱膨脹系數(shù)增加了導(dǎo)熱性鋅鋁基復(fù)合材料用作耐磨減摩材料有很好的前景以ZA一27合金為基體在熔融狀態(tài)下與石墨復(fù)合成均勻槳料經(jīng)擠壓成型取得了好的效果在金屬基復(fù)合材料中鎂是一種優(yōu)異基體因?yàn)樗吞沾稍鰪?qiáng)材料有很強(qiáng)的結(jié)合力許多陶瓷增強(qiáng)劑已經(jīng)用來大幅度提高鎂合金的耐磨性鎂基復(fù)合材料的生產(chǎn)過程是將陶瓷顆粒加入熔融鎂合金中混合攪拌后澆鑄成錠料45發(fā)展新的壓鑄技術(shù)451真空壓鑄由于傳統(tǒng)的壓鑄通氣系統(tǒng)具有種種局限性因此強(qiáng)制通氣(真空排氣)已成為克服這些局限性的關(guān)鍵技術(shù)隨著真空系統(tǒng)的可靠性和商業(yè)性的不斷發(fā)展和提高真空壓鑄技術(shù)將會(huì)得到更大發(fā)展我們?cè)?0年代初期采用真空壓鑄生產(chǎn)航空葉輪取得了很好的效果大大提高了壓鑄件質(zhì)量目前在國際上應(yīng)用的真空系統(tǒng)稱為PotivacSuperv真空系統(tǒng)在該系統(tǒng)中真空閥利用液態(tài)金屬射人型腔所產(chǎn)生的動(dòng)能和沖擊而運(yùn)動(dòng)到末端時(shí)的壓力來關(guān)閉抽氣通道因而在充型過程最后一刻仍可以進(jìn)行抽氣真空壓鑄工藝的優(yōu)點(diǎn)降低氣孔率降低表面粗糙度提高產(chǎn)品尺寸精度和均勻性;減少熱應(yīng)力與變形減少毛刺減少型腔型芯拉桿的損傷;可根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格選擇更佳壓鑄機(jī)縮短模具修理的時(shí)間生產(chǎn)易于自動(dòng)化延長(zhǎng)了壓鑄機(jī)使用壽命易于生產(chǎn)390合金壓鑄件在歐美各國20%鑄件定單要求真空壓鑄;在日本52%的壓鑄廠商在使用真空壓鑄因此有人認(rèn)為真空壓鑄是壓鑄行業(yè)的未來452半固態(tài)壓鑄半固態(tài)壓鑄是本世紀(jì)70年代由美國麻省理工學(xué)院提出的已由布勒公司等發(fā)展成為成熟的技術(shù)用于鋁合金壓鑄生產(chǎn)這種技術(shù)用于開發(fā)高熔點(diǎn)合金壓鑄有著深遠(yuǎn)的意義壓鑄合金組織原為樹枝晶經(jīng)電磁攪拌后形成非枝晶鑄錠然后進(jìn)行半固態(tài)壓鑄成形這種半固態(tài)合金壓鑄成形方法不僅使壓鑄件材質(zhì)均勻晶粒細(xì)化氣孔率減少并且由于半固態(tài)壓鑄比常規(guī)壓鑄溫度低10OC左右使得壓鑄模的熱負(fù)荷大為降低延長(zhǎng)模具壽命目前國外一般都采用電磁攪拌法制備非枝晶合金錠然后再加熱到半固態(tài)(約40%液態(tài)60%固態(tài))進(jìn)行壓鑄或擠壓成形453固態(tài)壓鑄固態(tài)壓鑄類似注塑成形將粉狀或粒狀的金屬加入裝有螺旋桿的壓室在壓射的同時(shí)將金屬熔至半固態(tài)漿充填鑄型它與半固態(tài)壓鑄的區(qū)別是加人壓室的是固態(tài)金屬不必預(yù)先制備半固態(tài)金屬這種工藝必需滿足在壓室內(nèi)生產(chǎn)半固態(tài)金屬的要求壓力應(yīng)>10MPa推進(jìn)速度>3sm/s同時(shí)還要克服螺桿系統(tǒng)的質(zhì)量慣性力及噴嘴銜接定位等問題46擴(kuò)大計(jì)算機(jī)技術(shù)在壓鑄中的應(yīng)用461為壓鑄工藝提供科學(xué)依據(jù)可用計(jì)算機(jī)模擬壓鑄過程中金屬液流人模具的狀態(tài)(即流態(tài))還可模擬充型過程中金屬液溫度和模具溫度的變化(溫態(tài))模擬出的流態(tài)溫態(tài)為澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供更直觀更科學(xué)的依據(jù)從而保證鑄件內(nèi)部質(zhì)量金有屏蔽作用非常適合用于計(jì)算機(jī)電子儀表工業(yè)磁盤驅(qū)動(dòng)器支架外殼和連接桿等零件都可用鎂合金制作我國有的省有豐富的鎂資源及鎂合金生產(chǎn)廠發(fā)展鎂合金壓鑄件生產(chǎn)有相當(dāng)好的條件443新型壓鑄鋅合金鋅合金近20年發(fā)展很快其強(qiáng)度幾乎提高了一倍原來只用于一些殼體零件現(xiàn)在也用于受力零件有代替一些高強(qiáng)度鑄鐵鋁合金和銅合金鑄件之勢(shì)汽車靠背椅操縱桿制動(dòng)系統(tǒng)零件副條輪毅蓋和濾油器接頭等已用鋅鋁合金壓鑄新型壓鑄鋅合金Aeins和Aeinelo的價(jià)格低廉仍局限用于低應(yīng)力的非結(jié)構(gòu)件為了改善鋅合金的強(qiáng)度耐磨性和抗蠕變性美國通用汽車公司研究和發(fā)展中心開發(fā)了一種A。uzin。1的高強(qiáng)度鋅基合金444壓鑄金屬基復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料主要是將SIC顆粒加入熔化的鋁合金中同時(shí)進(jìn)行攪拌混合美國有制成的鋁合金復(fù)合材料錠作為商品銷往市場(chǎng)壓鑄工廠購得此復(fù)合材料鑄錠后進(jìn)行加熱重熔實(shí)現(xiàn)接受無余量壓鑄生產(chǎn)這種鋁合金復(fù)合材料鑄錠壓鑄成的產(chǎn)品其強(qiáng)度硬度和耐磨性都高于普通鋁合金壓鑄件并可進(jìn)行熱處理此外還降低了鑄件的熱膨脹系數(shù)增加了導(dǎo)熱性鋅鋁基復(fù)合材料用作耐磨減摩材料有很好的前景以ZA一27合金為基體在熔融狀態(tài)下與石墨復(fù)合成均勻槳料經(jīng)擠壓成型取得了好的效果在金屬基復(fù)合材料中鎂是一種優(yōu)異基體因?yàn)樗吞沾稍鰪?qiáng)材料有很強(qiáng)的結(jié)合力許多陶瓷增強(qiáng)劑已經(jīng)用來大幅度提高鎂合金的耐磨性鎂基復(fù)合材料的生產(chǎn)過程是將陶瓷顆粒加入熔融鎂合金中混合攪拌后澆鑄成錠料45發(fā)展新的壓鑄技術(shù)451真空壓鑄由于傳統(tǒng)的壓鑄通氣系統(tǒng)具有種種局限性因此強(qiáng)制通氣(真空排氣)已成為克服這些局限性的關(guān)鍵技術(shù)隨著真空系統(tǒng)的可靠性和商業(yè)性的不斷發(fā)展和提高真空壓鑄技術(shù)將會(huì)得到更大發(fā)展我們?cè)?0年代初期采用真空壓鑄生產(chǎn)航空葉輪取得了很好的效果大大提高了壓鑄件質(zhì)量目前在國際上應(yīng)用的真空系統(tǒng)稱為PotivacSuperv真空系統(tǒng)在該系統(tǒng)中真空閥利用液態(tài)金屬射人型腔所產(chǎn)生的動(dòng)能和沖擊而運(yùn)動(dòng)到末端時(shí)的壓力來關(guān)閉抽氣通道因而在充型過程最后一刻仍可以進(jìn)行抽氣真空壓鑄工藝的優(yōu)點(diǎn)降低氣孔率降低表面粗糙度提高產(chǎn)品尺寸精度和均勻性;減少熱應(yīng)力與變形減少毛刺減少型腔型芯拉桿的損傷;可根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格選擇更佳壓鑄機(jī)縮短模具修理的時(shí)間生產(chǎn)易于自動(dòng)化延長(zhǎng)了壓鑄機(jī)使用壽命易于生產(chǎn)390合金壓鑄件在歐美各國20%鑄件定單要求真空壓鑄;在日本52%的壓鑄廠商在使用真空壓鑄因此有人認(rèn)為真空壓鑄是壓鑄行業(yè)的未來452半固態(tài)壓鑄半固態(tài)壓鑄是本世紀(jì)70年代由美國麻省理工學(xué)院提出的已由布勒公司等發(fā)展成為成熟的技術(shù)用于鋁合金壓鑄生產(chǎn)這種技術(shù)用于開發(fā)高熔點(diǎn)合金壓鑄有著深遠(yuǎn)的意義壓鑄合金組織原為樹枝晶經(jīng)電磁攪拌后形成非枝晶鑄錠然后進(jìn)行半固態(tài)壓鑄成形這種半固態(tài)合金壓鑄成形方法不僅使壓鑄件材質(zhì)均勻晶粒細(xì)化氣孔率減少并且由于半固態(tài)壓鑄比常規(guī)壓鑄溫度低10OC左右使得壓鑄模的熱負(fù)荷大為降低延長(zhǎng)模具壽命目前國外一般都采用電磁攪拌法制備非枝晶合金錠然后再加熱到半固態(tài)(約40%液態(tài)60%固態(tài))進(jìn)行壓鑄或擠壓成形453固態(tài)壓鑄固態(tài)壓鑄類似注塑成形將粉狀或粒狀的金屬加入裝有螺旋桿的壓室在壓射的同時(shí)將金屬熔至半固態(tài)漿充填鑄型它與半固態(tài)壓鑄的區(qū)別是加人壓室的是固態(tài)金屬不必預(yù)先制備半固態(tài)金屬這種工藝必需滿足在壓室內(nèi)生產(chǎn)半固態(tài)金屬的要求壓力應(yīng)>10MPa推進(jìn)速度>3sm/s同時(shí)還要克服螺桿系統(tǒng)的質(zhì)量慣性力及噴嘴銜接定位等問題46擴(kuò)大計(jì)算機(jī)技術(shù)在壓鑄中的應(yīng)用461為壓鑄工藝提供科學(xué)依據(jù)可用計(jì)算機(jī)模擬壓鑄過程中金屬液流人模具的狀態(tài)(即流態(tài))還可模擬充型過程中金屬液溫度和模具溫度的變化(溫態(tài))模擬出的流態(tài)溫態(tài)為澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供更直觀更科學(xué)的依據(jù)從而保證鑄件內(nèi)部質(zhì)量異形減速機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)精度高，是特殊的蝸輪蝸桿傳動(dòng)。蝸桿作為主動(dòng)輪，同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)在空間上相互垂直的兩個(gè)蝸輪，達(dá)到分離傳動(dòng)目的，軸與軸之間的相互位置精度與垂直精度要求較高，傳動(dòng)要平穩(wěn)無噪音、這樣要求軸承孔的孔徑和孔的位置精度要求較高，而且其中一個(gè)軸承孔為盲孔，孔為準(zhǔn)110mm，一般刀具無法加工此深孔，因此對(duì)加工用的刀具和加工工藝安排要求嚴(yán)格。根據(jù)加工產(chǎn)品的要求，確定使用日本牧野公司生產(chǎn)的A55型臥式高速加工中心機(jī)床，刀具采用高強(qiáng)度高硬度的整體式硬質(zhì)合金刀具，在加工時(shí)選擇切削用量為：主軸轉(zhuǎn)速8000r/min，進(jìn)給速度2000mm/min，使單件加工整個(gè)箱體的時(shí)間控制在1h內(nèi)，以滿足高速、高效、高精度的加工目的，有效地減少加工成本和提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。1箱體工件分析如圖1所示工件為六面立方體箱體，外形尺寸為171mm×170mm×144mm，材料為精鑄鋁合金，主要加工面由3個(gè)相互垂直的傳動(dòng)軸孔組成，其中孔系2、孔系3和兩個(gè)傳動(dòng)軸孔為通孔，孔1為盲孔，尺寸深度為110mm，這給加工帶來了不便，在選擇刀具上及工件裝夾上需要特殊要求。其它加工部分還包括各端面、輔助孔及各種緊固螺釘孔等。其中M25螺紋的底孔為精加工基準(zhǔn)的定位孔，它與夾具支承座上的銷釘配合定位。工件的尺寸公差及主要技術(shù)指標(biāo)為：工件傳動(dòng)軸孔尺寸精度≤IT7級(jí)；位置度≤0.01mm；同軸度≤0.01mm；表面粗糙度≤Ra0.8。2加工設(shè)備選擇因工件的6個(gè)面都要加工，要求保證3個(gè)傳動(dòng)軸孔的垂直度與同軸度要求，所以采用日本牧野公司生產(chǎn)的A55型高速臥式加工中心機(jī)床進(jìn)行加工。此機(jī)床有2個(gè)交換式工作臺(tái)，工作臺(tái)B軸自身可以360°旋轉(zhuǎn)，最小轉(zhuǎn)角為5°。一次裝夾后可以通過工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)分別對(duì)工件的4個(gè)面進(jìn)行一次性加工，保證了面與面之間的相對(duì)位置要求，減少多次裝夾帶來的定位誤差，以提高產(chǎn)品的相互精度。3夾具設(shè)計(jì)與制造夾具的設(shè)計(jì)合理性直接影響產(chǎn)品的加工精度，夾具精度要穩(wěn)定可靠，便于裝卸，要充分考慮工序集中以減少裝夾次數(shù)。通過分析此箱體加工的技術(shù)要求，采用3次裝夾加工。根據(jù)工件的批量生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)了專用夾具及裝夾方法，如圖2、圖3所示。第一次裝夾：用通用夾具壓板及螺栓將夾具支座緊摘要：異形箱體在機(jī)械加工中屬難加工零件。因其需要完成6個(gè)方向上的表面及各孔的加工，且各加工表面在空間位置上有很高的位置精度，加工中需要多次裝夾找正。綜合運(yùn)用了機(jī)械CAD/CAM、數(shù)控高速切削、參數(shù)優(yōu)化等切削加工技術(shù)加工異形箱體，效果良好。關(guān)鍵詞：臥式加工中心；箱體類零件；加工工藝中圖分類號(hào)：ＴＨ１６２文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：１００２－２３３３（２００8）10－００２４－０２StudyofProcessingMethodofWormGearBoxBasedonCAD/CAMYUANMing-wei,WANGLI-qiang,TANJi-ming（TianjinUniversityofTechnologyandEducation,Tianjin300222，China）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Itisdifficultfortheabnormityboxtocutinthemachineprocess.Becauseeachsurfacesandholesofsixdirectionsaretobemachined,moreover,eachprocesssurfacehasveryhighaccuracyonthespacepositionandmanytimesadjustmentandfixareneededintheworkingprocedure.ItissyntheticallyappliedofCAD/CAM,thehighspeedcuttingofCNCandtheparameteroptimization.固在工作臺(tái)上。工件以準(zhǔn)152內(nèi)孔為粗定位基準(zhǔn)，孔端面與支座端面貼合，在垂直方向進(jìn)行準(zhǔn)確定位，基準(zhǔn)面用百分表找正后用螺桿螺母緊固工件?？赏瑫r(shí)加工工件4個(gè)面及為第二次裝夾定位用的基準(zhǔn)孔2-M25底徑。第二次裝夾：以工件上加工的2-M25孔為定位基準(zhǔn)孔與夾具支座上的2個(gè)定位銷配合作為精定位，限制工件的2個(gè)移動(dòng)自由度和1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，使工件完全定位。然后用固定在支承座兩側(cè)工作臺(tái)上的夾緊螺桿4和V型塊5壓緊工件，擰緊螺母9使壓板11和V型塊5壓緊工件在支撐座上，加工90°面及270°面上的兩個(gè)孔系。第三次裝夾：工件及V型塊5位置不動(dòng)，將2個(gè)夾緊螺桿4和12及壓板11換向90°，準(zhǔn)確定位后用螺母夾緊箱體，加工0°面及180°面上的另一個(gè)孔系見圖4、圖5。4工件坐標(biāo)系位置的設(shè)定加工此異形箱體工件需要設(shè)定多個(gè)坐標(biāo)系，程序編寫都應(yīng)以相應(yīng)坐標(biāo)系作為基準(zhǔn)，圖4、圖5分別表示相應(yīng)兩次裝夾坐標(biāo)系。5刀具選擇、加工工藝及加工參數(shù)加工工藝順序原則為“先粗后精，基面先行，先主后次，先面后孔”。端面加工工序采用粗銑→精銑，軸承孔采用高速粗銑→精銑（精鏜）步驟。切削刀具采用了鑲片式硬質(zhì)合金銑刀用于高速粗加工，采用整體式硬質(zhì)合金銑刀用于精加工，以便保證軸承孔徑0~0.015mm的誤差要求。在進(jìn)行深軸承孔系1粗加工時(shí)，采用螺旋入刀高速進(jìn)給切削方式，既提高效率又減少了加工工序。鋁合金材料切削性能好、排屑順暢，對(duì)刀具磨損較小，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，因此粗加工采用高速加工技術(shù)，切削速度為500mm/min，主軸轉(zhuǎn)速8000r/min，進(jìn)給速度為2000mm/min，每層切削深度2mm，利于排屑及提高加工效率。工藝路線和工序編寫要點(diǎn)如下：第一次裝夾：B軸工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)至0°位，粗加工、精加工軸承孔系2端面。B軸工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)至180°位，粗加工、精加工A基準(zhǔn)面。B軸工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)至90°位，粗加工、精加工B基準(zhǔn)面及M25底孔。B軸工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)至270°位，粗加工、精加工B基準(zhǔn)面對(duì)稱端面。第二次裝夾：B軸工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)至90°位，粗加工、精加工軸承孔系1及軸承孔系2一側(cè)端面及一側(cè)軸承孔以及端面上其它螺紋孔。B軸工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)至270°位，粗加工、精加工軸承孔系1及軸承孔系2另一側(cè)端面及另一側(cè)軸承孔以及端面上螺紋孔。第三次裝夾：B軸工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)至0°位，粗加工、精加工軸承孔系3一側(cè)端面及一側(cè)軸承孔以及面上其它螺紋孔。B軸工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)至180°位，粗加工、精加工軸承孔系3另一側(cè)端面及另一側(cè)軸承孔以及面螺紋孔。6計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造CAD/CAM采用計(jì)算機(jī)CAD/CAM軟件進(jìn)行三維造型如圖6所示。利用軟件進(jìn)行工藝分析和加工軌跡仿真，以便準(zhǔn)確編寫加工程序，也可對(duì)加工過程中進(jìn)行受力和刀具磨損分析，以精確保證產(chǎn)品的質(zhì)量。7結(jié)論數(shù)控設(shè)備的引進(jìn)和應(yīng)用，對(duì)精確加工高精度產(chǎn)品提供了強(qiáng)有力的保障。同樣，先進(jìn)制造技術(shù)及工藝應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)際中，也是非常重要的，只有兩者都具備，才能加工出合格的高精度產(chǎn)品。上述探討的加工方法，夾持安全可靠、刀具選擇合理、精加工與粗精加工分工明顯，使之用最短的加工軌跡和切削時(shí)間，快速精確地加工出產(chǎn)品，同時(shí)，也為臥式加工中心切削類似箱體提供一個(gè)工藝參考。［參考文獻(xiàn)］［１］FernandesKJ，RajaVH.Incorporatedtoolselectionusingobjecttechnology［Ｊ］.InternationanlJournalofMachineTools＆Manufacture，2000，40：1547－1555.［2］侯亮，徐燕申，唐任仲.面向廣義模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品族規(guī)劃方法研究［Ｊ］.中國機(jī)械工程，2003，14（7）：596-599.［3］汪定偉，等，敏捷制造的EPR及其決策化［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.［4］方沂.數(shù)控機(jī)床操作與編程［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1999.（編輯黃荻）作者簡(jiǎn)介：袁名偉（1972-），男，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師1引言在汽車制造中,汽車覆蓋件與一般的機(jī)械產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)到制造工藝都有很大的區(qū)別,它具有曲面多、光順性高、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、尺寸較大、精度要求高等特點(diǎn),其模具制造技術(shù)難度大,成本高,開發(fā)周期和質(zhì)量均難以控制。汽車大型覆蓋件沖模CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)作為現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)制造方法,在縮短汽車車型設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)與調(diào)試周期、加快新車型開發(fā)速度等方面都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,其中汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)分析及模具制造是關(guān)鍵技術(shù)的重要組成部分。國家/九五0科技攻關(guān)項(xiàng)目/汽車覆蓋件沖壓成形工藝及模具技術(shù)研究0在這方面做了大量富有成效的工作,作為核心技術(shù)之一的CAM技術(shù)是模具制造中重要的一環(huán)。在汽車覆蓋件模具CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)系統(tǒng)中,可以充分利用CAD/CAM系統(tǒng)的較強(qiáng)的CAM功能來完成復(fù)雜型面的模具制造,但是在利用這些CAD/CAM軟件系統(tǒng)的便利功能的同時(shí),又必須看到目前較成熟的商品化軟件的CAM系統(tǒng),其基本特色均是面向曲面的加工編程方式,它們是以CAD模型的局部幾何特征為目標(biāo)對(duì)象來處理,而不是以面向工程的工藝特征來處理。CAM作為一項(xiàng)實(shí)用性、實(shí)踐性極強(qiáng)的專業(yè)技術(shù),直接面向數(shù)控生產(chǎn)實(shí)際,數(shù)控加工又是以模型為結(jié)果、以工藝為核心的工程過程,這樣,面向數(shù)控加工過程的CAM工藝的研究就變得非常重要,它也是當(dāng)前的應(yīng)用商品軟件如何提高CAM技術(shù)水平的關(guān)鍵所在。本文將結(jié)合汽車覆蓋件模具CAM的特點(diǎn),對(duì)CAM實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵工藝技術(shù)進(jìn)行探討。2CAM工藝的前處理2.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換在CAM的上游數(shù)據(jù)信息中,設(shè)計(jì)和分析所采用的CAM工藝的前處理2.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換在CAM的上游數(shù)據(jù)信息中,設(shè)計(jì)和分析所采用的商品化CAD軟件系統(tǒng)不盡相同,CAM與5模具工業(yè)62002.No.12總2627CAD所采用的軟件系統(tǒng)也不一致,因此需要在不同的CAD/CAM系統(tǒng)之間做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。目前用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的中間數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)格式有:IGES、STEP、PARASOLID等,這些標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式為在不同的CAD/CAM軟件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供了很大的方便。但就圖形數(shù)據(jù)的交換而論,這些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式在實(shí)際應(yīng)用于各CAD/CAM系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一些缺陷,如:(1)由于各CAD/CAM系統(tǒng)自身允許構(gòu)造自由曲面的最高階次不同,因而在自由曲面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)常導(dǎo)致新模型與原有模型有較大誤差。(2)對(duì)裁剪后的復(fù)雜NURBS曲面進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)容易產(chǎn)生二義性。(3)復(fù)雜三維形體上的某些小特征(如復(fù)雜型面上的變半徑倒圓角)無法準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,這就要求在CAM工藝設(shè)計(jì)和程序編制之前對(duì)于由中間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來的曲面數(shù)學(xué)模型進(jìn)行檢查和校對(duì),并對(duì)曲面的完整性、光順性進(jìn)行檢查。這種檢查除了直接檢查較大面積的曲面丟失信息外,較好的方法是利用現(xiàn)行CAD/CAM軟件系統(tǒng)所具有的曲面曲率分析功能分析其曲面的連續(xù)性和光順性,檢查有無畸變或細(xì)小的縫隙。對(duì)于丟失的較大面積的曲面片,可以首先用CAM系統(tǒng)所提供的曲面造型方法將其重構(gòu),重構(gòu)時(shí)須注意保持它與周邊曲面的連續(xù)性和光順性(如圖1)。對(duì)于細(xì)小縫隙同樣不能忽視,在曲面粗加工程序中,由于刀具半徑較大,這種細(xì)小縫隙所帶來的缺陷一般還不易反映出來,而在曲面精加工中,縫隙的存在將會(huì)帶來相當(dāng)嚴(yán)重的不良后果。因此,對(duì)于由中間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來的有縫隙的曲面,首要的工作就是對(duì)曲面縫隙的縫補(bǔ)和光順(如圖2)。圖1曲面的連續(xù)性和光順性2.2負(fù)面檢查由于五軸加工中心在生產(chǎn)實(shí)際中還不夠普及,圖2曲面縫隙的縫補(bǔ)和光順現(xiàn)有汽車覆蓋件模具加工大多以三軸聯(lián)動(dòng)加工為主,因此在CAM工藝處理時(shí),對(duì)汽車覆蓋件型面上的負(fù)面部分(如圖3)的加工處理就必須特別注意。因汽車覆蓋件曲面形狀和沖壓工藝的復(fù)雜性,有些負(fù)面可以通過在沖壓工藝中使制件旋轉(zhuǎn)一定角度來消除,有些是考慮沖壓工藝后不允許旋轉(zhuǎn)而消除的,而有些負(fù)面即使在條件許可的情況下使其旋轉(zhuǎn)一定角度,其負(fù)面仍不可避免。同時(shí)對(duì)于拉伸模具因拉伸沖壓方向常是上下豎直方向,負(fù)面在拉伸時(shí)無法成形。對(duì)于這些負(fù)面的存在,在三坐標(biāo)數(shù)控加工中必須要加以考慮,因此在模具設(shè)計(jì)和加工工藝設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)于存在負(fù)面的曲面模型,工藝模型上沿凹模型面負(fù)面部分處的最大型面邊線(如圖中A點(diǎn)處)上下拉直并修正曲面模型,拉直的部分在后序工序(如整形工序)中修整過來。圖3型面上的負(fù)面部分2.3凸、凹模型面的轉(zhuǎn)換在汽車覆蓋件型腔加工中必須要考慮覆蓋件料厚在模具凸、凹模型面上反映的重要性。設(shè)計(jì)汽車覆蓋件型面時(shí),考慮到本身組焊裝配等尺寸關(guān)系的要求,對(duì)外覆蓋件一般取其內(nèi)表面即模具上的凸模作為型面設(shè)計(jì)的數(shù)字化定義面。凹模型面與凸模型面正好相差一個(gè)料厚。在模具設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)凹模無需再另外構(gòu)建模型面。在模具型面加工中,凸?？梢灾苯邮褂脭?shù)字化定義面來編程加工,而凹模就要考慮料厚的因素,凹模型面的加工利用凸模型面將已有的凸模型面沿X軸(對(duì)于Z軸為刀具軸的情況)旋轉(zhuǎn)180b使之成為凹模型面來編程,其料厚的偏移量由CAM系統(tǒng)的加工余量這個(gè)加工參數(shù)來保證,當(dāng)選擇球頭立銑刀加工時(shí)可以由刀具半徑的補(bǔ)償量來保證。2.4CAD/CAM基準(zhǔn)的統(tǒng)一汽車覆蓋件的沖壓工藝常包括板材下料、拉伸修邊、翻邊整形、修邊沖孔等工序,在這些工序的相應(yīng)模具中,為方便各模具零件的制造,在模具設(shè)計(jì)時(shí)最好選用同一個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。在汽車覆蓋件產(chǎn)品設(shè)計(jì)和造型時(shí)所選用的設(shè)計(jì)坐標(biāo)基準(zhǔn)是車身坐標(biāo)系,而模具型面的設(shè)計(jì)大多與此不一致,同時(shí)各工位的工序基準(zhǔn)也有所不同,如果處理不好則會(huì)給模具制造、檢查、測(cè)量帶來不便。因此,基準(zhǔn)變換一定要處理好,最好能實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)的統(tǒng)一。例如,在模具設(shè)計(jì)和制造時(shí),采用把產(chǎn)品圖形平移到基準(zhǔn)點(diǎn)并旋轉(zhuǎn)到模具的沖壓位置和沖壓方向上,基準(zhǔn)點(diǎn)最好與沖模中心重合,這樣可以減少由于基準(zhǔn)不統(tǒng)一造成的較大誤差。在制造含有凸、凹模鑲塊的模具零件時(shí),為減少一些不必要的清根和修整,凸、凹模鑲塊往往要與模體分離進(jìn)行粗加工,然后裝配好再精加工型面。這樣就不可避免會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問題,即分離件和合裝件間的基準(zhǔn)能否保證一致。基準(zhǔn)的誤差主要是多次加工產(chǎn)生的累積誤差,它的存在則不能滿足合模的技術(shù)要求,這種情況就必須在模架上加工出X、Y、Z3個(gè)方向的工藝基準(zhǔn)面并在分離前后均以工藝基準(zhǔn)面來找正進(jìn)行編程加工,這樣加工后的型面就只有找正誤差和加工誤差而消除了基準(zhǔn)不重合的累積誤差。3覆蓋件模具CAM工藝技術(shù)覆蓋件模具的數(shù)控加工與車身主模型的加工有所不同,車身主模型大多采用諸如油泥、硬塑等容易切削的軟質(zhì)材料,在數(shù)控加工時(shí)只要刀具的精度能夠保證,一般加工質(zhì)量均可以保證,需要考慮的問題較少。而沖壓模具材料為金屬材料且多為難加工材料,確定模具加工方式時(shí)要考慮的因素很多,如粗、精加工方案的確定、工藝路線的選擇、加工工藝參數(shù)的確定等。3.1粗加工工藝的確定汽車覆蓋件模具型面的復(fù)雜性和模具的單件加工性,使得其粗加工工藝與一般產(chǎn)品的加工工藝有著較大的差別,下面僅介紹在大型覆蓋件模具數(shù)控加工中幾種典型加工工藝。(1)增加試切工序。在模具零件粗加工中,無論是鑄造毛坯還是焊接毛坯都常會(huì)遇到型面加工余量超大的現(xiàn)象,若一次加工到尺寸,則由于切削余量太大,導(dǎo)致切削力太大,刀具的進(jìn)給阻力太大;若用分層的方法將粗加工分成多次進(jìn)行,無論是加工成本或加工效率都不合算;如果將工件整個(gè)型面抬高一個(gè)定值,型面一次加工成,這樣可減少加工時(shí)間,但有時(shí)會(huì)造成形面的個(gè)別地方加工余量不夠,因此需要在粗加工之前增加一個(gè)試加工工序,檢驗(yàn)工件粗加工時(shí)的切削量。試加工程序采用劃分局部曲面加工來進(jìn)行,如圖4所示,在汽車頂蓋凸模的粗加工時(shí),因毛坯余量過大而且分布不均勻,在正式粗加工之前,對(duì)CAM工藝模型進(jìn)行處理,如在長(zhǎng)度方向上每隔300mm處劃分出一個(gè)局部加工面,在加工中心上抬刀15mm試切20mm寬的小槽,此時(shí)有個(gè)別地方?jīng)]有切上,將抬刀高度降低5mm,重復(fù)上面的試切程序,直至整個(gè)型面上的試切點(diǎn)均有加工余量,以后的粗加工和精加工在此狀態(tài)下進(jìn)行。實(shí)踐證明,增加此試加工程序可減少重復(fù)加工的次數(shù),改善加工性能,縮短加工時(shí)間,對(duì)提高模具加工質(zhì)量和效率是一種行之有效的方法。圖4局部曲面加工的劃分另外,對(duì)較復(fù)雜的模型曲面進(jìn)行加工時(shí),有時(shí)須在粗加工之前對(duì)整個(gè)型面采用泡沫件進(jìn)行試加工,以便檢驗(yàn)加工后的實(shí)物與圖紙所描述的形狀是否一致,補(bǔ)充面的結(jié)構(gòu)是否合理,通過試切加工,即檢查了設(shè)計(jì)的合理性與造型的準(zhǔn)確性,同時(shí)還檢查了加工程序的正確性,發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理之處及時(shí)修改造型,修改程序,避免在模具實(shí)物加工中造成無法彌補(bǔ)的錯(cuò)誤。(2)合理優(yōu)化走刀路線。為了提高模具加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率,在模具型面的數(shù)控加工中,必須根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和數(shù)控加工工藝性,采用合理的走刀方式和走刀方向。理論上在三軸及三軸以上的數(shù)控機(jī)床上可以實(shí)現(xiàn)三維空間任意形狀的走刀。由于在汽車覆蓋件的表面造型中,除了大張平坦的主曲面之外,因結(jié)構(gòu)剛性的需要,還有許多的小曲面組成的凸臺(tái)和凹坑,同時(shí)覆蓋件模具表面上也有相同的形狀,當(dāng)對(duì)其模具型面進(jìn)行數(shù)控加工時(shí),就必須根據(jù)表面形狀特征,采用不同的走刀方式或采用多種走刀方式的組合。雖然各種商品化CAM軟件中提供的走刀方式很多,但根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),汽車覆蓋件模具數(shù)控加工常用以下幾種走刀方式:a)平行走刀也稱梳狀走刀或行切。這種走刀方式是模具加工中最常用的一種走刀方式,它多用于加工大張或較平坦的表面,在大型模具的精加工中常用這種走刀方式。b)等高外形走刀。用于一些表面形狀復(fù)雜、凹坑凸臺(tái)多且難以加工的曲面加工