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        車胎模具制造數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用

        2016-11-15 03:30:02潘景洪
        橡塑技術(shù)與裝備 2016年11期
        關(guān)鍵詞:車胎電火花數(shù)控機(jī)床

        潘景洪

        (廣州鉆石車胎有限公司, 廣東 廣州 510940)

        車胎模具制造數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用

        潘景洪

        (廣州鉆石車胎有限公司, 廣東 廣州 510940)

        介紹了數(shù)控加工技術(shù)的特點(diǎn), 近年數(shù)控加工技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用,數(shù)控機(jī)床向高速化、高精度、集成化、多軸化方向發(fā)展,數(shù)控加工技術(shù)為機(jī)械加工工藝過(guò)程自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、降低成本的重要技術(shù)措施,為車胎模具制造自動(dòng)化提供了裝備上的保證,介紹了本企業(yè)數(shù)控加工技術(shù)在車胎模具制造中的相關(guān)應(yīng)用。

        車胎模具;制造;數(shù)控加工;電極;電火花

        科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,對(duì)產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、生產(chǎn)率的成本提出了越來(lái)越高的要求。制造工藝過(guò)程自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、降低成本的重要技術(shù)措施,它不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,還能改善工人的勞動(dòng)條件。為此,許多企業(yè)想方設(shè)法對(duì)傳統(tǒng)加工工藝進(jìn)行技術(shù)改造,采用自動(dòng)和高效率的設(shè)備,滿足優(yōu)質(zhì)、高效的要求,取得產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展,數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)展迅速的高技術(shù),體現(xiàn)了制造技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、檢測(cè)控制技術(shù)等多種學(xué)科技術(shù)的最新成就:在提高生產(chǎn)率,降低成本保證加工質(zhì)量及改善勞動(dòng)條件多方面均體現(xiàn)出優(yōu)越性,特別適應(yīng)市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng),產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的模具生產(chǎn)、數(shù)控技術(shù)發(fā)展日新月異,具有復(fù)雜和不斷拓展性能。 制造業(yè)從事數(shù)控機(jī)床編程、加工工藝技術(shù)人員日益增多,已形成一定規(guī)模,使數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展, 數(shù)控加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用,推進(jìn)了各行各業(yè)加工技術(shù)的發(fā)展, 使我國(guó)成為世界制造業(yè)大國(guó)起著關(guān)鍵的作用。本文僅是將本人從事車胎模具設(shè)計(jì)制造多年,在車胎模具加工中所應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的不斷學(xué)習(xí)和加深認(rèn)識(shí),進(jìn)行歸納整理,求進(jìn)一步的探討。

        1 數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)

        1.1加工精度高

        數(shù)控機(jī)床是按數(shù)字形式給出的指令進(jìn)行加工,目前數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量普遍達(dá)到了0.001 mm,而且進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償。因此,數(shù)控機(jī)床能達(dá)到很高的加工精度。對(duì)于中小型數(shù)控機(jī)床,定位精度普遍可達(dá)0.03 mm,重復(fù)定位精度為0.01 mm。此外,數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)床結(jié)構(gòu)都有很高的剛性和熱穩(wěn)定性,制造精度高,數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)加工方式避免了人為操作的技術(shù)高低的干擾,同一批零件的尺寸一致性好,產(chǎn)品合格率高,加工質(zhì)量十分穩(wěn)定。

        1.2對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)

        數(shù)控機(jī)床上改變加工零件時(shí),只需重新編制程序,輸入新的程序就能實(shí)現(xiàn)對(duì)新的零件的進(jìn)行加工,這就為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的單件、小批量生產(chǎn)以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利。對(duì)于那些普通手工操作機(jī)床很難加工或無(wú)法加工的精密復(fù)雜零件,數(shù)控機(jī)床也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。

        1.3自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低

        數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成,不需要進(jìn)行頻繁的重復(fù)性手工操作。

        1.4加工效率高

        數(shù)控機(jī)床更換被加工零件時(shí)幾乎不需要重新調(diào)整機(jī)床,節(jié)省了零件安裝調(diào)整時(shí)間,數(shù)控機(jī)床加工質(zhì)量穩(wěn)定,一般只作首件檢驗(yàn)和工序間關(guān)鍵尺寸的抽樣檢驗(yàn),因此節(jié)省了停檢驗(yàn)時(shí)間。多軸加工中心機(jī)床上加工時(shí),一臺(tái)機(jī)床實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜零件的多道工序的連續(xù)加工,生產(chǎn)效率大幅度提高。

        1.5良好的經(jīng)濟(jì)效益

        數(shù)控機(jī)床雖然設(shè)備昂貴,加工時(shí)分?jǐn)偟矫總€(gè)零件上的設(shè)備折舊費(fèi)用較高,但在單件、小批量生產(chǎn)情況下,使用數(shù)控機(jī)床加工,可節(jié)省劃線工時(shí),減少調(diào)整、加工和檢驗(yàn)時(shí)間,節(jié)省直接生產(chǎn)費(fèi)用;數(shù)控機(jī)床加工零件一般不需制作專用工夾具,節(jié)省了工藝裝備費(fèi)用;數(shù)控機(jī)床加工精度穩(wěn)定、減少了廢次品,使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。此外,數(shù)控機(jī)床可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用,節(jié)省廠房面積、節(jié)省建廠投資。因此,使用數(shù)控機(jī)床可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

        1.6有利于現(xiàn)代化管理

        采用數(shù)控機(jī)床加工,能準(zhǔn)確計(jì)算零件加工工時(shí)和費(fèi)用,并有效地簡(jiǎn)化了檢驗(yàn)工夾具半成品的管理工作,這些特點(diǎn)都有利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。

        數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信息與標(biāo)準(zhǔn)代碼輸入,適宜計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng),進(jìn)行連接DNC加工,存儲(chǔ)加工程序,設(shè)計(jì)軟件和編程軟件的轉(zhuǎn)換,方便實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造及管理一體化。

        2 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍

        數(shù)控機(jī)床存在普通機(jī)床不具備的許多優(yōu)點(diǎn),數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大,數(shù)控機(jī)床最適合加工具有以下特點(diǎn)的零件:①多品種小批量生產(chǎn)的零件;②形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件;③需要頻繁改型的零件;④價(jià)值昂貴,不允許報(bào)廢的關(guān)健零件;⑤需要周期短,急需的零件;⑥批量較大精度要求高的零件。

        由于機(jī)械加工勞動(dòng)力費(fèi)用的不斷增加,數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化加工又可減少操作工人,因此,大批量生產(chǎn)的零件采用數(shù)控機(jī)床加工,在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

        3 車胎模具制造數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

        車胎模具花紋形狀復(fù)雜,款式多樣,花紋的主要作用是增加胎面與路面間的磨擦力,防止車輪打滑,車胎模具是用于車胎產(chǎn)品硫化工序最后定型,模具型腔尺寸精度和粗糙度直接決定了產(chǎn)品的外形尺寸花紋形狀和表面質(zhì)量,其車胎模具結(jié)構(gòu)多為兩片模,多片模,制造方法有傳統(tǒng)手工刻花、銑床切削和電火花加工等。

        過(guò)去, 車胎摩托車、自行車胎模具結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)加工方法:采用普通車床走手車削輪廓,對(duì)操作技能要求高,花紋用普通鉆銑床粗加工,手工雕刻精加工,受制造工藝和加工技術(shù)制約,加工精度和加工效率受到很大的限制,難以適應(yīng)品種不斷增長(zhǎng)的變化,產(chǎn)品精度要求提高和產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求。

        車胎模具花紋塊內(nèi)部有很多尖角,現(xiàn)在棱角邊銑床加工難于到達(dá)的型面,應(yīng)用電火花加工最為合適,花紋塊有一定的深度,而在刀具長(zhǎng)徑比高的型腔位置,采用銑床加工刀具較長(zhǎng)容易斷刀或切削不穩(wěn)定,影響質(zhì)量,而采用電火花加工就可以保證加工質(zhì)量。采用電火花加工工藝進(jìn)行車胎模具加工是可行的, 數(shù)控電火花加工工藝,方便操作控制,加工質(zhì)量和效率顯著提高,是車胎模具制造的發(fā)展方向。

        數(shù)控加工的確方式很多,包括數(shù)控銑床、數(shù)控電火花加工、數(shù)控電火花線切割、數(shù)控車削加工、數(shù)控雕刻機(jī)等一些數(shù)控加工方式,這些加工方式,為車胎模具提供了豐富的的加工手段,根據(jù)其特點(diǎn),可以將模具分為許多類,每一類模具,都有其最合適的加工方式,因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,必須合理分類,找到最合的加工方式,以降低成本,提高生產(chǎn)率。

        3.1車胎花紋電極數(shù)控加工與數(shù)控電火花成型加工

        目前,對(duì)于模具型腔,復(fù)雜形狀的車胎模具的花紋部份,多采用電火花成型加工,電火花成型機(jī)加工所用電極,采用數(shù)控銑床或加工中心加工。

        電極制造工藝和電火花加工工藝,是車胎模具制造工藝重點(diǎn)解決的環(huán)節(jié),根據(jù)車胎產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn),從電極加工定位,輪廓精度,電火花加工。定位基準(zhǔn)一致性要求高,采用傳統(tǒng)普通銑床加工,手工修整弧面的電極難以保證加工精度,可考慮數(shù)控銑床, 數(shù)控加工中心,線切割成型,多種工藝進(jìn)行優(yōu)化加工,可提高電極加工精度,采用工裝夾具定位實(shí)現(xiàn)電極加工與電火花加工相互轉(zhuǎn)換,保證電極安裝定位精度的一致性,減少調(diào)校電極時(shí)間,有效提高了工作效率,使機(jī)臺(tái)自動(dòng)工作,實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。

        3.1.1車胎花紋電極數(shù)控加工

        CAD/CAM軟件和數(shù)控銑床加工中心的應(yīng)用,可解決復(fù)雜的花紋電極加工問(wèn)題,電火花成型加工首先要進(jìn)行電極設(shè)計(jì)和制造。當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于模具制造行業(yè),高端的CAD/CAM軟件,像UG、Pro/E、MasterCAM等都提供了強(qiáng)大的三維建模和編程能力,滿足花紋電極設(shè)計(jì)和加工要求,與傳統(tǒng)的電極設(shè)計(jì)、制造相比,效率提高了十幾到幾十倍,根據(jù)車胎模具制造工藝要求,考慮電極加工精度要求、加工成本、車胎花紋特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)電極制造工藝(參見(jiàn)圖1~3)。目前車胎模具制造企業(yè)已廣泛應(yīng)用加工中心來(lái)加工各種型面復(fù)雜的電極,加工中心有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu),比傳統(tǒng)的銑削加工速度快,全自動(dòng)化,重復(fù)生產(chǎn)的精度高,可加工較復(fù)雜的形狀。近年四軸以上高速加工中心出現(xiàn),勝任形狀更復(fù)雜的車胎花紋電極的制造,如車胎模具制造工具,網(wǎng)紋滾花輪,為車胎模具制造電極和工具提供了完美的技術(shù)解決方案,采用快速裝夾定位系統(tǒng)來(lái)制造電極是電火花成型加工的一種先進(jìn)方法,將電極坯料裝夾在加工機(jī)床的裝夾系統(tǒng)上制造,完成制造后,可直接將電極裝夾到電火花機(jī)床的快速裝夾系統(tǒng)上進(jìn)行電火花加工,給加工操作帶來(lái)了很大的方便,提高了電極的制造效率,確保了電極的裝夾、定位精度。

        圖1 應(yīng)用CAD/CAM軟件設(shè)計(jì)的產(chǎn)品三維輪廓圖

        3.1.2車胎模具數(shù)控電火花成型加工

        可采用數(shù)控電火花輪胎模具加工機(jī),所帶電參數(shù)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控分度控制,保證花紋位置精度,定位精度的提高和提高加工精度,實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化,同時(shí)也提高加工質(zhì)量和效率。

        圖2 應(yīng)用CAD/CAM軟件對(duì)網(wǎng)紋滾花輪進(jìn)行四軸仿真加工

        圖3 應(yīng)用CAD/CAM軟件對(duì)花紋輪廓進(jìn)行仿真加工

        采用電火花成形加工的原理,為輪胎模具環(huán)形花紋的加工而研制的專用設(shè)備。

        數(shù)控電火花加工技術(shù)不斷發(fā)展,電火花加工過(guò)程的復(fù)雜和各種零件加工情況的差異,有必要對(duì)電火花加工工藝進(jìn)行研發(fā),對(duì)車胎模具電火花加工工藝的深入研究,在現(xiàn)有數(shù)控電火花加工技術(shù)的基礎(chǔ)上,不斷開(kāi)發(fā)新工藝,使數(shù)控電火花機(jī)床在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理、脈沖電源的開(kāi)發(fā)更優(yōu)化, 在保證加工性能情況下,同時(shí)考慮降低機(jī)床制造成本.實(shí)現(xiàn)數(shù)控電火花加工機(jī)床制造專機(jī)化,使操作更方便,控制技術(shù)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化.目前,車胎模具電火花加工已向?qū)C(jī)化發(fā)展,國(guó)內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)出數(shù)控電火花輪胎模具加工機(jī),已在車胎模具加工中發(fā)揮作用。

        數(shù)控電火花輪胎模具加工機(jī)的主要性能:

        (1)采用工控機(jī)控制。

        (2) Z軸位控,自動(dòng)轉(zhuǎn)換加工規(guī)準(zhǔn)。

        (3)轉(zhuǎn)臺(tái)自動(dòng)分度、轉(zhuǎn)位。

        (4)除更換電極外,自動(dòng)完成加工過(guò)程。

        (5)顯示加工參數(shù),坐標(biāo)位置等信息

        (6)可加工半鋼,全鋼子午線輪胎模具。

        (7)高效率,低損耗。

        (8)數(shù)字化脈沖電源,可采用紫銅或石墨電極進(jìn)行加工。

        數(shù)控電火花加工技術(shù)可提高加工質(zhì)量、提高加工效率,降低加工成本,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。車胎模具電火花加工技術(shù)已取得了突破性的進(jìn)展,不僅現(xiàn)在和將來(lái)車胎模具制造中廣泛應(yīng)用,今后電火花加工技術(shù)不斷發(fā)展和完善, 在車胎模具加工中,發(fā)揮重要作用。

        3.2數(shù)控車床加工車胎模具

        傳統(tǒng)加工方法,采用普通車床走手控制車削輪廓精度,對(duì)操作技能要求高,加工質(zhì)量和效率受到制約。

        采用高精度、高剛性和高效率,主要針對(duì)盤套類、短軸類零件的粗、精加工的數(shù)控車床,X、Z向移動(dòng)采用精確導(dǎo)軌,保證機(jī)床移動(dòng)的精度;床身主體為結(jié)構(gòu)保證機(jī)床整體剛性;車床主軸采用高精度軸承及高剛性主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并配置國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng),利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造軟件精確編程,能使機(jī)床實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高精度切削加工,如車外圓、車孔、車平面、車定位錐面,特別適合車胎型腔面,解決了車胎型腔面復(fù)雜加工,加工技術(shù)要求高的難題.并大幅度提高加工質(zhì)量和效率,目前數(shù)控車床廣泛應(yīng)用于車胎模具車削加工中。

        3.3數(shù)控電火花線切割加工

        對(duì)于車胎模具部分復(fù)雜形狀鑲拼嵌件部位、輪廓樣板、成型刀具、高硬材料的工具可以采用數(shù)控電火花線切割加工。

        3.4車胎模具商標(biāo)字體數(shù)控雕刻加工

        數(shù)控雕刻加工已廣泛應(yīng)用在模具業(yè)和廣告業(yè)等有對(duì)字體和圖案的加工中,車胎模具上商標(biāo)、字體、圖案, 也適合采用數(shù)控雕刻加工,數(shù)控雕刻在加工方法有特色,精雕細(xì)刻、形態(tài)豐富,小區(qū)域和尖角加工,可采用小尺寸刀具結(jié)合CAD/CAM軟件的功能,先用CAD/CAM軟件編程,進(jìn)行模擬加工,確認(rèn)無(wú)誤后,連接計(jì)算機(jī)進(jìn)行DNC加工,保證了加工的準(zhǔn)確性,同時(shí)結(jié)合高速雕刻加工技術(shù),實(shí)現(xiàn)在模具上加工精細(xì)、清晰的文字和圖案。參見(jiàn)圖4。

        圖4 應(yīng)用CAD/CAM軟件對(duì)產(chǎn)品商標(biāo)字樣進(jìn)行仿真雕刻加工

        4 結(jié)束語(yǔ)

        數(shù)控加工技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù);是車胎模具制造實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ);是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率必不可少的技術(shù)手段;也是車胎產(chǎn)品提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要技術(shù)保證;是國(guó)家實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的重要技術(shù);當(dāng)今先進(jìn)國(guó)家的制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù),以提高制造能力和水平,提高對(duì)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。數(shù)控技術(shù)是關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力水平的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè),其水平高低是衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化程度核心標(biāo)志,體現(xiàn)一個(gè)企業(yè)制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志,實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過(guò)程數(shù)控化,是當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。因此,制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng),數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用起著關(guān)鍵的作用,應(yīng)用好數(shù)控技術(shù),是車胎模具制造提高質(zhì)量、提高生產(chǎn)率的關(guān)鍵。

        [1]模具制造手冊(cè)編寫組.模具制造手冊(cè), 1982.

        [2]赴萬(wàn)生.電火花加工技術(shù)工人培訓(xùn)自學(xué)教材, 2000.

        [3]馬斯明.MasterCam X6 快速入門、進(jìn)階與精通, 2014.

        [4]王樹(shù)勛,林法禹,魏華光.實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造, 1992.

        [5]曾向陽(yáng),王學(xué)平,謝國(guó)明.UGNX基礎(chǔ)及應(yīng)教程, 2003.

        [6]顧松.UG多軸銑制造過(guò)程培訓(xùn)教程, 2002.

        [7]曾志新,林穎,孫延明.Pro/ENGINEER2000i2入門及應(yīng)用,2001.

        [8]上海交通大學(xué),模具技術(shù), 2008,(03),(06).

        [9]王愛(ài)玲,沈興全. 現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)及應(yīng)用, 2002.

        (R-01)

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        燕豐 供稿

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        燕豐 供稿

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        燕豐 供稿

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        燕豐 供稿

        (R-01)

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        潘景洪,男,工程師,1979年參加工作,從事機(jī)械設(shè)計(jì)和設(shè)備管理、車胎和橡膠制品模具設(shè)計(jì)及制造工作。

        2016-02-22

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