高速加工技术在中国模具制造业中的应用

　　近年来,尤其是在加入世贸组织后，中国高速发展的国民经济使人们对其工具及模具行业的高速发展充满了期待。1999年其产值已达30亿美元，据估计其年均成长率可达15%。相应地，人们对扩大高速加工技术应用的兴趣以及积累自身在这一技术领域内的专门知识的需求也越来越大，这一点从中国在这一领域内明显增强的科研活动就可见一斑。我们同我们的合作伙伴，上海同济大学现代制造技术研究所，早在1986年就已经开始不断地在机床开发及高速加工领域开展广泛而深入的合作。

　　然而中国的用户对于应用高速加工技术还相对缺乏经验。此外，不仅德方，即便是中方也对其高速加工市场缺乏足够的了解。德方的高速加工技术及产品供应商到目前为止在中国还没有做足够的宣传工作。

　　这一新的合作项目的目的在于，为中国的合作企业和高校应用及研究高速加工技术提供支持，并由此促进该技术在生产企业，用户及高校中的推广。项目合作各方基于共同的科研工作进一步提高各自的技术，工艺及生产管理水平。

　　项目的另一重要目标是加强中德双方的企业及高校间的联系，比如互换访问学者。

　　项目的合作企业来自于中德双方的工业领域。德方为十六家机床、主轴、刀具、控制系统、软件及刀夹具供应商。中方共十家合作企业，既有机床及刀具生产商，又有高速加工技术的应用企业（部分来自于汽车制造及航空、航天领域）。

　　项目规划：首先通过市场调研了解高速加工技术在中国模具制造业中的应用现状，对其生产，应用及研究领域存在的问题与不足加以分析，找出原因并对目前高速加工技术应用的经济性加以评价。在此基础上与合作企业共同确定双方研究的重点，然后才能通过接下来的研究工作有的放矢地对存在的问题加以解决。

　　此外，计划在上海筹建一个高速加工技术的培训中心。一方面这一培训中心可以对大学及企业的工作人员进行技术培训。另一方面在此不仅可以介绍并展示先进的加工方法、刀具、机床部件以及工艺流程，而且可以通过加工实例演示高速加工生产链（生产的组织、CAD/CAM、数控编程、试件加工、过程及质量控制等），并为更多潜在的中方用户及决策者们提供了一个认识及了解德国高速加工产品的优点及其实际应用状况的机会。此外还可将其作为工艺中心，双方共同进行面向实际应用的研究工作。

　　项目的成果，即工艺信息及中国的市场信息（供应商、用户、研究机构等），最终将被汇总成工艺数据库。

　　2004年开始的合作研究重点为

　　◆机床设计的优化

　　◆常用材料高速加工的工艺优化/过程优化

　　◆高速硬切削加工，干加工及微量润滑加工

　　◆刀具优化

　　◆提高机床的应有效率及经济性

　　◆筹建上海的高速加工技术培训中心

　　◆开发高速加工工艺数据库

　　不仅仅是快—高速加工过程链

　　研究所在高速加工领域的研究工作

　　生产管理工艺及机床研究所在高速加工技术领域进行了25年以上的研究。七个研究小组密切合作，研究范围覆盖了高速加工的各个环节。他们不仅进行高速加工的基础研究，而且同工业伙伴共同进行应用研究。

　　如果对从产品的涉及到生产的整个过程进行分析，要将告诉加工技术有效地应用起来需要一系列的步骤。CAM系统的作用在于将设计同生产安排有效地联系起来。

　　PTW研究所数字化小组的研究重点是基于自由曲面模块化设计基础上的CAM编程以及工艺知识在CAM系统中的集成，其目的在于将高速加工的工艺知识尽早地应用到制造过程中去。

　　高速加工对机床、机床部件也提出了特殊的要求。其对驱动系统高动态相应的要求可以通过应用直线电机得到解决。另为高速加工中经常使用电主轴，以便在高转速下能够提供足够的输出功率。与此类似的课题在PTW研究所由其机床机、机床部件小组进行研究。

　　为将高速加工技术最好地应用起来无疑需要满足许多工艺上的要求。高性能材料的使用需要工艺，加工参数，刀具及机床相互间最佳的匹配。这些是工艺小组研究的内容。

　　项目实例

　　高速加工在模具制造中的应用IV

　　项目的目标是，与用户刀具和机床生产商以及CAD/CAM开发商合作对模具制造中的实际问题加以解决，以对其现今的和长远的发展进行研究，最终将研究成果转化到生产实践中去。其研究重点可划分为CAD/CAM和工艺两部分，具体包括：

　　★自由曲面的模块化编程

　　★缩短模具的生产链

　　★加工工艺优化

　　★整个生产链的经济性分析

　　项目中研究新的模块化结构，而且尝试将其集成到CAD/CAM系统中，并最终通过试件来验证。这一结果是面向高速加工的数控编程技术的基础。通过这一研究使高速加工过程的稳定性进一步提高，从而能够更好地发挥这一技术的潜力。

　　缩短生产过程链是研究的中心议题。在这一领域对下列内容进行了研究：通过专门的加工策略最小化准精加工。通过以STEP为基础的过程链来实现数据传递的优化。采用NURBS插补算法对一些特定的工件型面加工进一步优化。工序的优化当然一直十分重要。此外，对五轴加工进行了进一步的研究，因为到目前为止高速的五轴加工在模具制造中还很少采用。

　　模具制造业中越来越多地应用难切削材料。在这一项目中进一步延伸对上述材料的工艺研究。不仅对新开发的刀具进行测试，更寻求为不同的加工寻找到最佳的刀具基体材料，涂层及几何形状的组合。此外，尝试寻求一种简洁有效的方法来替代现有的费时的工艺实验方法。在这一领域中还对微量润滑的使用进行系统的实验。

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