MG132320-W型采煤左牵引部机壳的加工工艺规程及数控编.doc

MG132320-W型采煤左牵引部机壳的加工工艺规程及数控编程(论文+DWG图纸)摘要采煤机直接用于煤炭的地下开采，是煤炭生产中最重要的机械设备之一。进入20世纪90年代后，随着煤炭生产向集约化方向发展，减员提效、提高工作面单产成为煤炭发展的主流，发展高产高效工作面势在必行。我国是一个发展中国家，改革开放以来，采煤机研发有了长足的发展，尤其国产电牵引采煤机发展速度很快，应该说跟上了世界采煤机发展的方向。机械设备的先进性、品种、质量、可靠性、适应程度以及寿命是衡量一个采煤国家的采煤机技术水平的标准。本次设计的主要任务是对MG132/320-W型采煤机左牵引部机壳进行加工工艺规程设计以及数控程序的编制。关键字： 采煤机 加工工艺规程 数控程序编制Abstract :Exploit in the mining machine underground used in the coal directly, it is one of the most important mechanical equipment in production on the coal. After entering 1990s, as coal production was developed toward intensification, cut personnel result of proposing , raise working range per unit area yield become coal mainstream of development, it is imperative to develop the high-efficient working range of high yield. Our country is a developing country, since reform and opening-up, the mining machine has researched and developed and got considerable development, domestic electricity draw person who mine develop very fast , should catch up with world direction of development of mining etc. especially. Advance , variety , quality , dependability of mechanical equipment, intensity of meeting and life-span to weigh one mine coal mining machine standard of engineering level of country.The main task that design chassis carry on preparation method rules design and numerical control establishment of procedure to MG132/320-W left person who draw of mining etc.Key word:Mining machine Rules of preparation method The numerical control procedure works out 目 录摘要 Abstract第一章 绪论 1第二章 采煤机简介及结构组成 42.1 MG132/320-W系列采煤机简介42.2 采煤机主要特点42.3 采煤机的组成部分及其作用 52.4 主要技术参数及配套设备 6第三章 MG132/320-W型采煤机牵引部箱体的工艺分析 8 3.1采煤机箱体的功用与结构特点 8 3.2箱体加工工艺规程分析 93.2.1 MG132/320-W牵引部箱体的工艺分析及工艺规程 93.2.2 箱体加工误差分析 11 第四章 MG132/320-W牵引部箱体数控加工工艺分析及程序的编制 144.1 数控加工工艺分析 144.1.1 牵引部箱体数控加工内容 144.1.2 数控机床的选择 154.1.3 加工刀具的选择 184.1.4 走刀路线的选择 184.1.5 工件的装夹与定位 194.2 数控加工程序的编制 20 4.2.1 编程坐标图 20 4.2.2 刀具卡片 21 4.2.3 加工程序及说明 21 4.2.4 铣槽走刀路线图 22第五章 工艺过程技术经济分析 23第六章 绿色设计与生产 26第七章 高速加工技术在模具工业的应用 28结论 35致谢 36参考文献 37附录1英文翻译（汉） 39英文翻译（英）43附录2数控程序单49附录3加工工艺规程 70第一章 绪 论一、我国主要煤机装备的现状和水平，改革开放二十多年来，特别近10年来，在原煤炭部、国家煤炭工业局的领导和大力扶持下，我国煤矿机械制造企业经过改革、改组、改造、强化管理和技术创新，煤机产品有了较快的发展，在产品品种、技术水平和质量等方面都有了长足的进步。随着一批具备国际技术水平的采煤机械产品相继开发成功，2000年我国综采工作面平均年产为87.24万吨，比1990年的54.77万吨，提高了约60%。综采装备能力已经达到日产万吨的水平。此外，国产煤机装备还出口印度、俄罗斯、土耳其等国家，取得了较好的经济效益。目前国产煤机装备基本满足了国内煤矿生产建设的需要，部分产品达到了国际九十年代末期水平。主要体现： 电牵引采煤机：已成功开发出直流调速型、交流变频调速型、开关磁阻调速型、电磁调速型四种形式约30余种不同型号的电牵引采煤机，并全部实现机载，装机功率最高可达1250Kw，电压3.3Kv。液压支架：能基本满足不同地质条件的煤矿需求。最大支护高度达到5米，最大缸径为380毫米，最大工作阻力为11000KN，部分支架寿命试验超过35000次，快速移架的液压系统已使支架完成降移升循环时间缩短至12-15秒，并与外商合作制造出电液控制系统。尽管"九五"期间煤机产品在技术质量性能等方面取得了长足的进步，但与国际先进水平相比还存在着差距，主要反映在拥有自主知识产权的产品少，质量不稳定，可靠性不高等问题。二、"九五"煤机企业技术创新的基本经验 自从1992年煤炭工业开展高产高效矿井建设以来，特别是1994年原煤炭部作出关于加快高产高效矿井建设的决定以来，我国煤炭工业机械化、现代化建设有了较快的发展。煤炭工业的技术进步有力促进了煤机产品的发展。"九五"以来，我国主要煤机企业面对严峻的市场形势，努力克服重重困难，大力抓好技术创新，瞄准国际煤机制造的先进水平，研制开发了一批大型国有重点煤矿企业急需的具有自主知识产权和核心技术、达到国际先进水平的创新产品，为煤炭工业的生产建设提供了大量的技术装备，为促进我国煤炭工业的结构调整、技术升级做出了新贡献。三、"十五"我国煤机企业的发展 我国加入世界贸易组织后将为我国煤机企业的发展注入新的活力，同时也使我国煤机企业面临着新的机遇和挑战，面临着更加激烈的竞争。目前煤机企业正处在改革攻坚，机制转换，结构调整和建立现代企业制度的关键时期，相当一部分煤机企业正在为生存而拼搏,因而前景相当严峻。 对煤机企业自身来说，要在日趋激烈的国际竞争中立于不败之地，关键在于尽快提高企业的综合素质和竞争能力新世纪我国煤炭工业的健康、持续发展将为煤机制造业的发展提供坚实的基础和广阔的市场。我们将进一步深化改革，强化管理，大力抓好技术创新，提高企业核心竞争力，不断满足煤炭工业发展对装备的需求，为新世纪煤炭工业的更快发展作出新贡献。四、今后我国电牵引采煤机的研究目标与目前国外最先进的的电牵引采煤机相比，国内电牵引采煤机在总体参数性能方面尚有较大差距，某些关键部件的性能、功能、适应范围还亟待完善和提高，尤其是线监测，故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器等智能化技术和机械部件的可靠性、寿命与国外相比差距甚远。根据我国煤炭生产要求和采煤机技术发展趋势。以及针对国内电牵引采煤机存在的差距，今后主要研究内容如下： 进一步完善和提高交流变频调速系统的可靠性。重点完善和提高系统装置的抗震、散热和防潮性能；研究可靠的微机电气控制系统，重点提高猜枚机电控制系统的抗干扰、抗热效应的能力；开发或者增强电控制系统的监控功能，重点研究故障诊断与专家系统、工况监测、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行控制系统、自适应变频电路的漏电检测与保护技术、摇臂自动调高系统等；开发四象限运行的矿用交流变频调速装置，使采煤机能适应较大倾角煤层开发的需求；开发单机功率600KW，总装机功率1500KW的大功率电牵引采煤机；电牵引采煤机的可利用率、可靠性和寿命的研究。提高交流电牵引采煤机的可靠性、安全性、可维护性、自动化程度及设备的可利用率，为实现顺槽以及地面控制奠定良好的技术基础，使我国电牵引采煤机研究技术达到国际20世纪90年代末期的先进水平，为我国双高综采工作面和双高矿井的建设，提供了技术先进、性能可靠的滚筒采煤机。我设计的是MG132/320W型采煤机的牵引部箱体的加工工艺以及数控加工。工艺的创新之处是采用了数控机床替代传统机床加工，加工中涉及到数控机床的选用、工艺分析、数控编程以及绿色生产等技术，希望能对采煤机的发展起到一定的作用。第二章 采煤机简介及结构组成2.1 MG132/320W系列采煤机简介MG132/320W采用一种电机横向布置、无底托架结构；牵引采用液压牵引；摇臂调高采用液压传动；滚筒的落煤、装煤采用齿轮传动。该机生产率达669t/h，牵引速度可达7.34m/min。该机在很薄的机身上采用1140V直接供电的开关磁阻调速方式，省去了一个变压器增加了采煤机对工作面条件的适应性；控制方式采用了计算机控制；行走轮的支承采用自润滑轴承结构，使维修工作量大大降低。该机可开采煤、盐岩、页岩、钾盐等卜氏系数3的有用矿层。适应采高1.43.2m。它完全符合井下爆炸性环境要求。 2.2采煤机主要特点1. 本采煤机采用多部电机横向布置的结构方式，各部件纵向之间没有直接的动力传动，各部件的机 械传动分别独立，改善了受力条件，提高了传动件的运动精度，并且简单可靠，大大提高了机械传 动效率，降低了机体的发热程度，从根本上克服了电机纵向布置传动形式存在的漏油、噪声大等诸 多不足。 2. 为了增强机身的整体刚性及部件强度，液压传动部和电控箱合二为一设计，采用轧制钢板焊接结 构，组焊后箱体整体回火处理，从而有效地增强了机身整体刚性和部件强度。  3. 整机无底托架，机身三大部件之间采用大直径双定位销和四个楔形亚铃销以及螺钉联接紧固，该结构连接牢固可靠，同时降低了采煤机的高度，增加了过煤空间。 4. 液压系统与MG150/375W型采煤机完全相同，工作原理简单，液压元件可靠性高，系统工作裕度 大，故障率低。 5. 摇臂内传动件全部借用MG150/375W型采煤机，裕度大，可靠性高。 6. 调高油缸与液压锁采用分体式设计，方便故障处理及零部件的更换。 7. 操纵灵活方便，机身中间设有牵引，调高操作手把，机身两端设有液控调高按钮和急停按钮。 8. 拖缆架采用可翻转式设计，有效地解决了较薄煤层工作面出现的电缆弯转与拖缆架干涉的问题。 缆架干涉的问题。 9. 行走箱内的行走轮采用了可实现自润滑的轴承代替原钢套或铜套的结构，可不用注油润滑，减 少了维护的工作量，且提高了可靠性。 10. 牵引电机，截割电机冷却水冷却电机后自由流出，提高了电机冷却的可靠性，使电机工作更加 可靠。 11. 将管路尽可能布置在机壳内部，使胶管的防护可靠，整机无护罩。 12. 机面高度低，对开采较薄煤层有良好的适应性。 13.通过更换中间箱和液压马达，本采煤机即可改装为电牵引形式的采煤机。2.3采煤机的组成部分及其作用采煤机由截割部、牵引部、电器设备以及辅助装置四大部分组成：1、 截割部主要包括螺旋滚筒，弧形挡煤板，固定减速箱（大摇臂）以及滚筒跳高装置。螺旋滚筒是一个带有螺旋叶片的圆形滚筒，叶片上装有截齿，滚筒旋转时截齿就将煤破落。弧形滚筒是一个半圆形挡煤板，位在滚筒后面。滚筒旋转时，破落的煤炭在滚筒的螺旋叶片和弧形挡煤板的共同作用下装入运输机溜槽。固定减速箱体内装有四级减速齿轮和液压传动装置，电动机经四级齿轮减速后带动螺旋滚筒旋转。液压传动装置包括柱塞泵、安全阀、分配阀、液压锁、油缸、活塞杆、小摇臂以及油管接头。当活塞杆推动小摇臂时，大摇臂就以固定减速箱为点上、下摆动，从而实现滚筒跳高。2、 牵引部主要包括减速箱、牵引卷筒、导绳轮和操作手把。减速箱内装有液压传动装置与减速齿轮装置。液压传动装置是采煤机牵引动力的动力来源，它包括叶片油泵、叶片马达、单向阀组、安全阀、分配阀以及液压管路和接头等。采煤机牵引速度的调节就是借液压传动系统的油泵流量变化来实现的。齿轮减速装置由四级减速齿轮组成，其高速端与液压马达输出轴相连，低速端与牵引卷筒相连。牵引卷筒主要作用是实现钢丝绳摩擦牵引。钢丝绳在卷筒上缠绕3-4圈摩擦后，引出两个头，并分别经截割部与牵引部的导向滑轮，沿整个工作面的长度在运输机两段固定。操作手把和一组按钮。3 、辅助装置主要包括电缆架、喷雾装置与绳索装置。电缆架胶接在牵引部底托架后面，采煤机采煤时，电缆盘绕在架上。喷雾装置用于灭尘，保障生产安全和矿工健康。紧绳装置包括两个弹簧筒，两根拉杆和一台紧绳铰车或专用紧绳卡具。4 、电器设备包括电动机和操作保护电器设备。2.4 主要技术参数及配套设备最大生产能力（t/h）：550； 采高（m）：1.22.7  滚筒直径（m）：1.25 1.4 ； 截深（m）：0.6 滚筒转速（r/min）：46 52 ； 机面高度（m）：0.97 牵引速度（m/min）：05.5； 卧底量（mm）：134209 过煤高度（mm）：330； 最大牵引力（KN）：300 液压系统最大工作压力（MPa）： 12.5； 电压（V）：1140 灭尘方式 ：内外喷雾； 外型尺寸 （mm）：5894×975×735 重量（T）：17.717（不含滚筒和挡煤板） 最大不可拆卸部件为中间箱，其尺寸及重量如下：长×宽×高（mm）：2530×940×650 重量（T）：4.5; 配套运输机型号：SGD630/220W SGZ630/220； 配套供水管型号：KJR25 配套电缆型号：UCPQ3×70+1×16+3×6； 配套电气开关型号：DQZBH300/1140 截割电机型号：YBRB132； 牵引电机型号：YBRB55 主泵型号：ZB125； 调高泵型号：A2F10R4P1； 马达型号：A2F107  第三章MG132/320-W型采煤机牵引部箱体的工艺分析3.1 采煤机箱体的功用与结构特点箱体是部件和组件的基础零件，它把许多的零件连接成一体，使各个零件之间具有确定的相对位置和相对运动关系，这就组成了具有一定功能的箱体部件，如机床主轴箱部件，各类减速器部件等。箱体零件的结构形式和加工质量对于整个机器的使用性能，如振动、噪声、发热、寿命、效率、工作精度等都要很大的影响，所以对于箱体零件的设计和制造，人们总是给予很高的重视。箱体的结构形式一般有两种：一种是整体式的，如机床主轴箱箱体，另一种是剖分式的，如各类减速箱箱体。箱体零件的结构一般都比较复杂。壳臂较薄，内部成腔形。箱体上的外臂和内腔常常设置加强筋和隔板，以便增强刚度和改善散热条件。箱体零件一般具有精度要求较高的平行孔等加工表面。矿井用箱体零件的特点：由于井下空间小，箱体工作载荷大，工作条件差，并常有煤块，岩石撞击等，因而要求箱体的尺寸小，结构紧凑，并具有足够的强度。所以一般都采用铸钢件或球墨铸铁件作为井下箱体零件材料。同铸铁相比，铸钢的铸造性能和加工性能较差。由于井下煤尘和瓦斯的存在，井下工作机械的防爆面必须具有很高的防爆性能，以防止火花逸出而引起爆炸。具体要求为：不动防爆面的表面粗糙度Ra值应小于5um，活动防爆面的表面粗糙度Ra值应小于2.5 um；防爆面要有足够的接触长度和较小的配合间隙；防爆腔必须做水压实验，确保在8个大气压的条件下持续一分钟不致发生渗漏。防爆面上的气孔和砂眼要进行焊接和填补。第五章 工艺过程技术经济分析1.项目的研究意义依靠科技进步，发展高产高效综采工作面关键技术与装备，走生产集约化，大幅度提高工作面单产，是当今世界各主要产煤国家发展煤炭工业，增产提效的主要途径。自八十年代以来，各主要采煤国家都在积极开发和应用新型高效、大功率、高可靠性的采煤机，并都取得了良好的效果。建设一批高产，高效的现代化矿区采煤机在我国综合机械化采煤技术中起主导作用，对我国煤炭产业经济的发展具有重要的现实意义，从而促进国民经济的发展和社会的稳定。2.国内外的科技现状国外现状：为了提高工作面的单产，世界主要产煤国家的工作面主要设备之一-采煤机，大多采用多电机驱动，截割电机横轴布置的大功率电牵引采煤机，集机电一体化，性能完善，可靠性高，装机功率大。世界上具有代表性的几家采煤机生产公司如美国的久益；日本的三井三池；德国的艾柯夫；英国的安德森等先后都推出了各种型号的适合中厚和厚煤层的采煤机，且性能日趋完善，装机功率越来越大，生产能力越来越强。但对于较薄煤层大功率采煤机的开发却很少。国内现状：我国薄煤层资源丰富，分布面广，而且煤质好。据统计全国薄煤层的储量占全部可采储量的21。许多煤区有大量的解放层也急待开发。因此，搞好薄煤层采煤机械化，提高薄煤层的生产效率，已成为我国能源工业的重要任务。根据现状，我国的采煤机生产中，中厚和厚煤层采煤机的发展突飞猛进，日新月异，基本上达到了九十年代的国际先进水平。根据现在国内外采煤机发展趋势和用户的强烈要求，针对上述情况，需开发一种功率大、性能先进可靠性高的用于高档普采工作面，并兼顾综采的多电机横向布置，多点驱动的机内载电牵引采煤机，采高范围1.93.8米,机面高度在0.85米左右,最小过机间隙0.15米,最小过煤高度0.28米,煤质硬度在4左右，煤层倾角不大于40°。3.经济效益与社会效益预算该型采煤机用于较薄煤层高档普采或综采工作面，而该种工作面大多为解放层。根据我国煤炭资源战略，节约煤炭资源，提高煤炭的回采率和煤炭质量，其社会效益是显而易见的。因此开发此采煤机市场前景非常广阔，无论对煤炭企业还是采煤机生产企业都具有很好的社会效益和经济效益。单位：万元年份 项目20052006200720082009合计生产台数 3510151548产值单 价280280280280280总 值840140028004200420013440利税利润（14%） 117.6196392 588 588 1881.6税金（10%）84140280 420 4201344总 值201.633667210081008 3225.64、项目资金 1）、总资金包括以下内容 单位： 万元（1）调研、咨询、协作费用 10（2）攻关费用 70（3）电机开发费用 60（4）样机试制费用 2×200=400（5）设备改造费用 20（6）试验费用 40（7）不可预见费用 10总计 6102）、年度资金使用预算 2004年 1602006年 4505、项目承担本项目由鸡西煤矿机械有限公司和平煤集团共同承担，由鸡西煤矿机械有限公司采煤机研究所设计，鸡西煤矿机械有限公司试制，平煤集团做井下工业性试验。6、国产化程度MG132/320-W型采煤机加工件均由鸡西煤机厂自行生产，液压件、电气件（除变频器主要电气元件外）、其它标准件均由国内定点专业生产厂配套。综上，目前随着煤炭工业的发展和煤炭开采技术的进步，特别是新的采煤方法的出现，煤矿对采煤工作面的技术性能、质量和使用可靠性的要求也越来越高，该型采煤机用于较薄煤层高档普采或综采工作面，而该种工作面大多为解放层。根据我国煤炭资源战略，节约煤炭资源，提高煤炭的回采率和煤炭质量，其社会效益是显而易见的。而作为采煤机重要工作机构的牵引部，其机壳加工工艺的改进及其数控程序编制不仅能大大降低生产成本，更能极大的提高采煤机的使用性能，这些都必将为企业带来可观的经济效益和社会效益。第六章 绿色设计与生产1、绿色设计产生的背景自20世纪70年代以来，工业污染所导致全球性环境恶化达到了前所未有的程度，生态危机日益严重，人们不得不重视这种环境污染的现实。在工业发达国家，产品的绿色标志制度相继建立，凡标有“绿色标志”的产品，表明该产品从生产到使用、回收的整个过程符合环境保护要求，对生态环境无害或危害极小，可以实现资源的再生与回收，这中产品大大地提高了在国际市场的竞争力。与经济发达国家相比，我国工业的技术水平还有较大的差距，工业产品还存在着资源和原料消耗大、环境污染严重、国际市场竞争能力相对较弱等问题。为了解决上述问题的可行途径，就是通过绿色设计与绿色制造技术，大力发展绿色产品，尽可能减少对环境的污染和资源的浪费，全面提高产品的竞争力。2、绿色设计原则1）、资源利用最佳原则2）、能量消耗最少原则3）、“零污染”原则4）、“零损害”原则5）、技术先进原则6）、生态经济效益最佳原则人类社会的发展，特别是工业化进程的推进和城市化规模的扩大，造成环境污染、生态破坏、资源枯竭，已经严重危及人类的生存和可持续发展。未来产品设计中应着眼于设计出健康、保健、安全和易于操作的设备或产品，使这些设备或产品的零部件易于取代和重复使用，尽量节约资源和能源，减少对环境的污染。绿色设计顺应了历史发展趋势，强调了资源的有效利用，减少废弃物排放，追求生命周期中对环境污染的最小化，对生态环境的无害化。所以采煤机在整个生产周期中应遵循绿色生产原则，减少对环境的污染；在使用环节中对煤炭资源达到合理的开采，走可持续发展的道路。第7章 专题论文高速加工技术在模具工业的应用摘要：本文介绍高速加工技术的主要特点，论述用于模具工业的高速机床、高速刀具和高速CAD/CAM系统等关键技术，列举一些应用实例和使用效果，指出高速加工技术在模具工业中广阔的应用前景。关键词 ： 高速加工 高速机床 高速刀具正文：模具是制造业中使用量大、影响面广的工具产品。没有型腔模、压铸模、铸模、深拉模和冲压模，就无法生产出被广泛应用和具有竞争价格的塑料件、合金压铸件、钢板件和锻件。在现代批量生产中，没有高水平的模具，就没有高质量的产品，它对企业提高生产效率、降低生产成本也有重要的作用。据国外最新统计分析，金属零件粗加工的75%、精加工的50%和塑料零件的90%是用模具加工完成的。因此，模具工业也被称为“皇冠工业”。如今，模具制造已成为先进制造技术的一个重要组成部分。 制造模具的材料通常是一类难加工材料，目前国内模具型腔一般都釆用电火花加工（EDM）成型。但电加工的生产效率很低，不论在模具开发速度方面还是模具制造质量方面，都不能满足现代批量生产的要求。 高速加工技术的出现，为模具制造技术开辟了一条崭新的道路。尽可能用高速加工来代替电加工，是加快模具开发速度、提高模具制造质量的必然趋势。 模具高速加工的优越性 不论是冲压模具还是塑料模具（包括注射模、挤压模、吹塑模等），为了提高其使用寿命，构成模具型腔的有关零件一般都用高强度的耐磨材料制造（如各种牌号的合金结构钢、合金工具钢和不锈钢等），这些材料经过热处理後硬度很高，很难用常规的机械加工方法进行加工。几十年来，对付这类难加工材料的最好办法就是釆用特种加工。 在中国，模具的型腔加工至今仍然是电火花加工一统天下，电火花加工（包括成形加工和线切割）在模具制造中一直起着十分重要的作用。 生产的发展和产品更新换代速度的加快，对模具的生产效率和制造质量提出了越来越高的要求，于是电火花加工存在的问题就逐渐暴露出来。从物理本质上说，电火花加工是一种靠放电烧蚀的“微切削”工艺，加工过程非常之缓慢；在电火花对工件表面进行局部高温放电烧蚀过程中，工件材料表面的物理-机械性能会受到一定程度的损伤，常常会在型腔表面产生微细裂纹，表面粗糙度也达不到模具的要求，因而经过电加工後的型腔类零件一般还要进行费力、费时的手工研磨和抛光。因此，电火花加工的生产效率很低，制造质量不稳定，在许多场合，模具已成为影响新产品开发速度的一个关键因素。 20世纪90年代以来，在国外模具工业中开始逐渐应用高速切削(HSC)方法进行型腔的加工，并且取得了很好的效果。和电火花加工相比，高速加工的主要优点是： （1）产品质量好高速切削以高于常规切速10倍左右的切削速度对零件进行高速加工，毛坯材料的馀量还来不及充分变形就在瞬间被切离工件，工件表面的残馀应力非常小；切削过程中产生的绝大多数热量（95%以上）被切屑迅速带走，工件的热变形小；高速加工过程中，机床主轴以极高的转速（1000080000 r/min）运转，激振频率远远离开了“机床刀具工件”系统的固有频率范围，零件加工过程平稳无冲击。因此零件的加工精度高，表面质量好，粗糙度可达Ra 0.6m以上。经过高速铣削的型腔，表面质量能达到磨削的水平，故常常可省去後续的许多精加工工序。 （2）生产效率高用高速加工中心或高速铣床加工模具，可以在工件一次装夹中，完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的机械加工，即所谓“一次过”技术（One Pass Machining），切削速度很高，加工过程本身的效率比电加工要高出好几倍。除此以外，它既不要做电极，常常也不需要後续的手工研磨与抛光，又容易实现加工过程自动化。因此，高速加工技术的应用，使模具的开发速度大为提高。 （3）能加工形状复杂的硬质零件和薄壁零件由高速切削机理可知，高速切削时，切削力大为减少，切削过程变得比较轻松。高速切削可以加工淬火钢，材料硬度可高达60HRC以上，加工过程甚至可以不用切削液，这就是所谓的硬切削（Hard Machining）和乾切削(Dry Machining)。尤其可贵的是，在高速加工中，横向切削力（Py）很小，这就有利于加工复杂模具型腔中一些细筋和薄壁，其壁厚甚至可以小于1mm。图1所示为高速加工方法加工出的零件，其各个薄壁的壁厚分别为0.2mm、0.3mm和0.4mm，薄壁高度为20mm。 高速加工制造薄壁零件近几年来，高速加工技术在国外已广泛用于模具工业。在工业发达国家，据统计目前有85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在国际模具制造工艺中的主流地位已经确立。原来一些从事电加工设备制造的着名公司（如瑞士Agie公司），已敏感地看到这一技术发展趋势，为了不被模具设备巿场淘汰出局，已釆取了与高速机床制造厂家（如瑞士Mikron）联手合并的措施。 模具工业中的高速机床 对模具工业中使用的高速机床主要有下列要求： （1）主轴转速高、功率大为了适应模具型腔曲面的高速加工，刀具的半径应小于型腔曲面的最小圆角半径，以免加工过程中刀具与工件发生“干涉”（实际上是过切），所以加工中常用小直径的球头铣刀。由于刀具直径小（112mm），因此要求主轴的转速非常高，有的高达20000-80000 r/min，以便实现高速切削；型腔的粗、精加工常常在工件一次装夹中完成，故主轴功率要大，中等尺寸加工中心的主轴功率常为10KW到40KW，有的甚至更高。 （2）机床刚度好模具材料的强度和硬度都很高，加上常常釆用伸长量较大的小直径端铣刀加工模具型腔，因此加工过程容易发生颤振，一般都釆用精度高、刚度大的高速电主轴。为了确保零件的加工精度和表面质量，用于模具制造的高速机床必须有很高的静、动刚度，以提高机床的定位精度、跟踪精度和抗振能力。 （3）主轴转动和工作台（溜板）直线运动都要有极高的加速度主 轴从启动加速到最高转速（一般高于10000 r/min），通常只用12秒的时间。工作台的加、减速度也从常规数控机床的0.1g0.2g 提高到15g（g为重力加速度，g=9.81m/s2），以便可靠地实现小圆角半径曲面的高速加工，并达到必要的型面几何精度。在模具制造中，对机床的进给速度则不要求太高，一般有30m/min即可。近年来，矢量控制的变频调速永磁式主轴电动机和大推力、大行程直线电动机在高速机床上的应用，为模具制造中广泛釆用高速加工技术提供了更加有利的条件。 对于一些复杂模具的制造，可以釆用五轴联动加工中心。这种机床除三个坐标的直线运动外，主轴头上的刀具还可实现两个旋转坐标的圆周进给运动。铣头和工作台可以实现多轴联动，特别适用于加工具有复杂型腔曲面的模具零件。对于大型复杂模具，还可釆用龙门式五轴加工中心。 瑞士Mikron公司的HSM600U型高速加工中心，机床加工范围800mm×600mm×5000mm，主轴可选用Step-Tec公司最高转速为30000r/min、36000r/min、42000r/min或60000r/min的高速电主轴，当釆用36000r/min电主轴时，功率为32KW(40%ED)/24KW(100%ED)。主轴用氮化硅（Si3N4）陶瓷球轴承，配以油气润滑。进给速度40m/min，加速度1.7g，刀库容量为1568把刀，立柱釆用龙门式框架结构，刚度高，特别适用于模具制造。 模具制造中的高速刀具 在高速切削应用于模具工业的历程中，刀具的地位举足轻重。高速切削时产生的切削热和对刀具的磨损比普通速度切削时要高得多，因此高速切削对刀具材料的性能有更高的要求。要求刀具材料：（1）硬度高、强度高、耐磨性好；（2）韧度高、抗冲击能力强；（3）热硬性和化学稳定性好，抗热冲击能力强。在工程实际中，同时满足这些要求的刀具材料至今还没有找到。目前，一般都在有较高抗冲击能力刀具材料的基体上，覆盖一层或多层具有高热硬性和高耐磨性的涂层，做成高速刀具。另外，也可将CBN或金刚石等超硬材料烧结在硬质合金或陶瓷材料的基体上，形成综合性能非常好的高速加工刀具。刀具材料主要根据工件材料、加工工序、加工精度与表面质量的要求来选择。 除了正确选择刀具材料以外，刀具结构与精度、切削刃的几何参数、排屑与断屑功能、刀具的动平衡等对高速切削的生产效率、表面质量、刀具寿命等也有很大的影响，必须精心设计或选择。至于刀具和机床的连接方式，目前在高速加工中已基本上不用传统的7：24长锥度刀柄，而广泛釆用锥部与主轴端面同时接触的HSK空心刀柄，其锥度为1：10，以确保高速运转刀具的安全和轴向加工精度。 型腔的粗加工、半精加工和精加工一般釆用球头铣刀，球头铣刀的直径一般从1mm到12mm。最终的精加工应尽可能用同一把球头铣刀连续完成整个型面的加工，其直径应小于模具型腔曲面的最小曲率半径。 用球头铣刀，既可避免和模具型腔几何曲面发生干涉，又可避免一般铣刀中心区的切削速度等于零造成的麻烦。模具零件平面的粗、精加工则可采用带转位刀片的端铣刀。 高速铣削是目前高速切削技术中应用最多的一种工艺技术，所用的刀具包括端铣刀、立铣刀和球头铣刀，这类刀具以瑞典Sandvik公司和美国Kennametal公司的产品最为有名，中国也开始生产这类刀具。以往有不少企业家只重视机床设备的投资，却忽视了与之配套的高速刀具的购置，结果使高速机床不能充分发挥作用，这是认识上的一个误区，应该予以纠正。 CAD/CAM在模具工业中的应用 模具制造业是最早应用计算机技术来提高设计、制造水平的机械行业之一。自从高速加工技术被引进模具工业以来，计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助测量（CAT）、反求工程（RE）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助制造（CAM）和快速原型制造（RP）等在模具制造中获得了广泛而有效的应用。下面只简要介绍高速加工中CAD技术和CAM技术的应用情况。 计算机辅助设计（CAD）主要用来解决产品造型设计问题，可完成模具设计和产品可装配性检查等工作。常用的软件有UG，Pro/Engineer，Mastercam和Cimatron等，这些软件都具有模具设