2010 Siemens PLM博客大赛:数字化制造在刀具生产中的应用
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数字化制造在刀具生产中的应用
宋 步 光
(株洲钻石切削刀具股份有限公司  湖南·株洲  412007)
摘要:本文将结合最新的参数化CAD\CAM\CAPP技术、数控系统技术、数控机床技术向工具界的朋友们介绍一种数字化的刀具制造技术。通过将产品建立参数化CAD模型、应用CAM\CAPP技术对产品进行编程和仿真分析后,输出数控机床控制系统能识别的加工程序,实现刀具与工件的相对运动,完成产品的加工。该技术的应用加快了新产品研发速度,提高了生产线的效率,稳定了产品质量,缩短了产品交货周期。
关键词:CAD\CAM\CAPP技术;数控系统;数控机床;数字化刀具制造
1、 数字化刀具制造技术的应用背景
随着市场经济的发展,企业竞争越来越激烈,要求企业必须缩短产品的开发周期、生产周期、降低生产成本、提高产品质量,实现新产品的快速开发、原有产品的快速交货。企业要实现这一目标,必须改进传统的产品设计制造方法,掌握数字化制造技术,才能够掌握市场的主动。、
参数化CAD\CAM\CAPP技术是基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改的全数字化计算机辅助实体造型、计算机辅助编程、计算机辅助仿真分析技术。数字控制(Numerical Control)是近代发展起来的一种自动控制技术,是用数字化的信息实现机床控制的一种方法。数字控制机床(Numerically Controlled Machina Tool)是采用了数字控制技术的机床。数控系统是一种控制系统,该系统能逻辑地处理具有使用数字号码或其它符号编码指令规定的程序,它能自动完成信息的输入、译码、运算,从而控制机床的运动,实现刀具与工件的相对运动,完成产品的加工。
我公司是国内最大的切削刀具专业生产厂家,湖南省制造业信息化建设示范企业,成功应用SAP系统、OA系统、UG CAD\CAM系统,VERCUT CAPP系统,大量采用数控机床生产。较早采用数字化刀具制造技术,形成了生产高度自动化,产品高精度高性能,新产品开发周期短等竞争优势,保持了企业在该领域的领导地位。
2、数字化刀具制造技术应用实例
下面以高性能大进给模具铣削刀具开发制造过程为例,阐述数字化刀具制造技术在我公司的应用情况。其基本过程为:应用 UG NX5.0软件建立参数化实体模型、进行模型的结构和工艺分析、编写刀路文件,应用 VERICUT 6.0软件进行加工仿真,输出适用于SIEMENS 840D数控系统的程序后,在DMU60P五轴五联动机床上进行加工。
① 、析市场同类产品结构,确定开发方案,应用 UG NX5.0 CAD模块建立参数化实体模型。   
    大进给铣刀的推出解决了高速切削条件下对钢和铸铁进行粗加工的问题,世界领先刀具制造商如:SANDVICK、ISCAR、MITSUBISHI都有相应的产品;以下是他们的产品形式:
    Sandvik coromill210系列


   

 

 

 


     ISCAR FEEDMILL
  

 

 

 


MITSUBISHI

 

 

 

 

 

从竞争对手的结构分析来看,该类刀具相关的专利申请很多,从实现一刀多用和解决现在开粗刀具切削力大、振动大的缺陷出发,拟订设计一款分屑刀具,并能实现螺旋插补 加工,侧壁加工能够保证表面竖直。
建立参数化三维模型如下:


该模型采用四边型结构刀片,有四个切削刃,自台阶断屑形式,切屑成多段排出,压块和螺钉复合压紧刀片,防止强力切削时刀片翻转,刀体带有内冷流道,可将切削液直接喷到刀尖,冷却效果极佳。
② 、根据产品功能需要和现有装备条件对进行模型的结构和加工工艺进行分析、应用 UG NX5.0 CAM模块编写刀路文件。
 
先用¢16立铣刀对容屑槽部分进行加工,¢3的铣刀在冷却孔位置铣一个小平台,再用¢2.5的钻头钻冷却孔,¢4铣刀粗加工刀片槽,¢6定心钻预钻孔,¢3.3的加长钻头钻孔,M4的加长丝锥攻丝,最后用¢3铣刀精加工刀片槽。依据淬火后40CrNiMo材料给定相关切削参数
     从结构上看,该产品刀片与螺钉孔采用偏心结构,偏心量为0.2mm,M4的螺钉和压块同时压紧刀片,可以达到“防止强力切削时刀片翻转”的效果;
③、应用 UG NX5.0 POST BUILDER功能制作适用于SIEMENS 840D数控系统、DMU60P五轴五联动机床的后置处理程序
机床不同有不同的特殊指令,数控系统不同相关数控代码的表达形式也不一样,刀路文件只有通过一定的后置处理才能生成适合一定机床和系统的NC代码。
 

④、应用 UG NX5.0 CAM模块输出加工程序,刀具清单等车间工艺文件
 
 
所有刀路达到要求后就用做好的后置处理程序将刀路文件转换成DMU60P机床SIEMENS840D数控系统能接受的NC文件,并将要用的刀具、夹具等信息用车间工艺文件的形式表达出来,供操作员工使用。

⑤应用 VERICUT 6.0 CAE软件对加工程序进行加工仿真,查看有无过切、碰撞、干涉等情况发生,优化加工刀路和切削参数。
 

 

 

 

 


⑥、通过以太网将编好的加工程序输送到DMU60P五轴五联动机床进行加工(毛坯制作等过程省略)、利用探针在线检验、在线修正。
⑦、将加工合格的程序通过以太网传回程序库进行保存,方便再次加工该产品时调用。


三、 数字化刀具制造技术的优点
数字化刀具制造技术是一种集合CAD\CAM\CAE技术、数控系统技术、数控机床技术、计算机网络技术等的高效能自动化生产技术,与传统制造方法相比,具有如下特点:
① 、适用性强  数控机床根据数控程序来控制设备执行机构的各种动作,当生产的刀具品种发生改变的时候,只需要更改加工程序、加工刀具、夹具等,而不需要改变机床机械部分和控制部分等硬件,就能适应新的工作。通过从产品设计、建立实体模型到加工制造、检验的全过程数字化,提高了系统响应速度。特别是应用UG NX5.0家族类零件的设计方法,改变几个关键数据就可以成系列的设计制造出一个种类的产品。因此,数字化刀具制造技术可以大大缩短产品研究开发周期,生产准备周期,有利于产品的快速更新换代,实现快速交货。
②  、加工工精度高,质量稳定  DMU60P\HERMLE C600U等设备是目前世界上精度最好的五轴加工设备,重复定位精度在0.01-0.02mm之间。利用UG软件参数化设计、自动编程输出的数控加工程序可以达到0.001mm的精度。产品加工按程序自动运行,避免了因工人情绪变化等人为因素的干扰,加工程序可以长期保存,反复利用。利用探针对产品进行在线检测、在线修正,避免了因刀具磨损、温度变化等对加工精度产生的影响。因此,数字化刀具制造技术可以获得极高的加工精度,极稳定的产品质量。
③ 、生产效率高  数字化制造利用5轴机床、车铣复合中心、红宝石探针等先进生产手段,尽可能的实现了工序集中,省去传统加工过程中的划线、工序切换时的多次装夹定位,反复检测等工序,一次装夹就可以完成多个工步的加工,甚至可以完成工件的全部加工内容。加工机床都有刀具库,加工前可以将需要的刀具预先安装在刀具库中,加工工件时可以通过程序自动换刀,不需要中断加工过程,提高了加工的连续性。因此,数字化刀具制造技术可以获得极高的生产效率。
④ 、可以完成极复杂刀具产品的研发制造  在刀具研发和生产的过程中有许多极复杂产品,如:U钻、刀片三维槽型,超密齿铣刀等,通过普通机床是完全不可能加工出来的,就是有高档数控机床,不实行数字化建模、计算机辅助编程也是不可能加工出来的。应用 CAD\CAM\CAPP技术可以建立参数化实体模型,对产品进行数字化描述,编写出完全符合实体模型的多轴联动加工程序,配合多轴联动机床就能完成极复杂刀具产品的研发制造。因此,数字化刀具制造技术在研发制造国际一流水平的、极复杂刀具产品方面有着不可替代的性能。
⑤ 、劳动强度低、工作环境好  开发设计人员、加工制造人员,摆脱了传统的依靠二维工程图纸交换技术信息的模式,所有工程信息如:产品形状、尺寸、技术要求等都以数字形式存取和交换,使结构设计、工艺分析、数控加工、生产管理都在一个三维模型上进行,形象直观、容易理解。参数化实体模型,极大地解放了设计人员的大脑,可以一次就设计出一系列的产品,还可以在网络上联合设计。数控机床按程序自动化生产,各种机床运动都由伺服电机提供动力完成,工人摆脱了摇手轮、换刀具、装卸机床辅具等繁重的劳动。
⑥ 、集成度高,方便管理  数字化刀具制造技术有效集成了计算机技术、机床技术、控制系统技术等多项最新技术,可以与SAP系统、电子商务系统等实现无缝联接,便于建立网络化系统。通过计算机网络,领导可以实时了解研究开发进展、编程人员工作进展、机床工作情况、生产订单进展等信息,及时做出正确的决策。
四、结束语
随着现代制造技术朝着高速度、高精度、复合化、网络化等方向发展,市场竞争的加剧,产品设计周期的缩短,产品结构变得更加复杂,产品的精度也要求越来越高,供货周期也要求越来越短,传统的制造模式已经不能适应时代的发展。与此同时,技术的不断进步也使数控机床、控制系统、计算机软件与硬件系统的价格不断下降,普通厂家采用数字化制造也变成了可能。与传统刀具制造相比,数字化刀具制造技术有着如此明显的优势,使得广大刀具厂家纷纷采用这一技术,推动企业向自动化生产方向发展,提高企业在市场竞争中的能力。

 

 

发表于: 2010-04-09 20:51 数字化制造 阅读(2186) 评论(4) 收藏 好文推荐
# re: 数字化制造在刀具生产中的应用
2010-04-27 19:48 | 数字化制造 | 1楼
ok
# re: 2010 Siemens PLM博客大赛:数字化制造在刀具生产中的应用
2010-04-28 08:51 | 蔡荣 | 2楼
欢迎来到西门子博客圈~~
# re: 2010 Siemens PLM博客大赛:数字化制造在刀具生产中的应用
2010-04-28 09:16 | 张敏 | 3楼
欢迎交流!有图就更好了.
# re: 2010 Siemens PLM博客大赛:数字化制造在刀具生产中的应用
2010-04-28 09:29 | 知雨 | 4楼
建议先把文本放到写字板里去掉格式,重新粘贴编辑一下。

现在这个字体有点大,不方便阅读,谢谢!

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