数控逐次塑性成形系统的开发及成形试验

发布时间:2019-07-11 08:06 文章来源:未知 阅读次数:

  板材塑性成形用于制作各种各样的零件,例如汽车、飞机、电器、家庭用品、工艺美术品、医疗器具等零件。传统的塑性加工生产方式是先设计、制造模具,然后用模具加工出产品,它是一种适合于品种单一、大批量、产品更新换代周期长的生产方式。但是,当今社会对产品要求曰益多样化,产品更新换代快,产品的生命周期越来越短,要求产品的设计不断创新,而产品的生产要多品种、少批量。因此,传统的塑性加工方式在现代生产中就表现出了自身严重的不足,例如它不利于产品的创新设计,不适合产品频繁地更新换代的需要,更不能满足缩短交货时间方面的需要。为了适应市场的需求,近年来出现了一些柔性的塑性加工方法,即不需要设计、制造模具,而是使用增量成形的方式直接制作零件。这种新的加工技术有别于传统的“先设计、制造模具,然后进行冲压成形”的塑性加工技术,它是将数控技术、CAD技术和金属塑性成形技术相结合的先进智能化制造技术。

  我们在对逐次塑性成形进行了一些研究的基础上3,开发了板材数控逐次塑性成形系统,它是用于实现上述柔性塑性加工的系统。该系统由计算机、数控机床、形状简单的工具、结构简单的工件夹持装置有机地组合起来。利用该系统进行板材逐次塑性成形时,首先根据要求在计算机上利用三维软件进行产品的立体造型,并进一步按照产品的成形要求编制出数控机床的控制程序,利用数控机床的进给系统,使板料按照给定轨迹逐步进行增量成形最终达到所要求的形状。这种方法不需要进行传统的模具设计与制造,因而能够快速响应市场的需要,有利于产品的创新设计,特别适合于小批量、多品种、形状复杂零件的生产。

  2系统的构成及工作原理由于逐次塑性成形是利用形状简单的工具使材料逐次进行局部变形而最终形成所需要的零件,即以工具的运动所形成的包结面来成形零件的成形方法。因此,本研究的板材数控逐次塑性成形系统主要由数控机床、形状简单的工具、结构简单的工件夹持装置以及普通的计算机所构成。为了利用现有的资源,在本次实验中,数控机床暂时选用加工中心。工作时,把金属板材装在工件夹持装置上;同时以形状简单的塑性成形工具代替加工中心原来的刀具;根据对产品的三维造型和分层切片所获得的有关数据控制加工中心各轴的运动,使金属板材按一定的轨迹运动,而工具除了自身的运动外也按一定的规律进给,从而使板材逐步产生塑性变形而形成所需形状和尺寸的零件。

  在软件方面,主要利用三维CAD/CAM软件MasterCAM或Pro/Engineer.通过选择合适的加工方式,定义加工参数,形成工具路径,经过后处理生成NC代码,传入加工中心,对金属板材铝进行了数控逐次塑性成形实验。

  广东省自然科学基金资助项目蹁号:90546)收稿曰期:2001―08―28司开发的基于微机平台的CAD/CAM集成系统w,是目前在机械加工行业使用非常普遍,且相当成功的软件。它是CAD和CAM集成在一起的一套非常芫整的软件,既能在Mastercam的CAD部分绘制二维和三维零件图形,又能在Mastercam的CAM部分对零件图形直接编制工具路径5CI Mastercam8.0的CAD模块,它广泛地提供了绘制几何图形的能力,包拮点、线、圆弧、聚合线、曲面、椭圆、文字和基本的实体。能在任何平面和视角中,包拮在等轴测视图中绘制立体图形,能编制标签、注释和标注尺寸,也能动态旋转、平移、比例、放大。系统中曲面模组化已经能够芫整准确地绘制一个特别复杂工件的外形。可以用昆氏和举升等方式构造板材件各种形状的曲面模型。

  对于复杂的曲面形状,也可以采用Pro/Engi-neer或其他软件进行造型,然后用IES文件输出曲面和线框模型,转入Mastercam中生成加工程序。

  3工具轨迹的形成Mastercam系统侧重于数控加工编程,其曲线、曲面设计功能是为数控加工编程服务的,具有2~5坐标数控铣削加工编程能力、线切割加工编程能力和车削加工编程能力。

  在本研究的实验中,板材塑性成形的工具路径按照切削加工的编程方式产生,用工具运动轨迹所形成的包结面代替模具的型面而成形零件。

  塑性成形虽然是以切削方式得到工具路径,但成形中利用的只是刀具的轨迹。由于在板材的数控塑性成形实验中,使用了自制的塑性成形工具代替了数控机床原来的刀具,并在数控机床上安装新研制的专门夹持装置,将板材夹在中间,并在底部留一定的塑性变形空间。这样,保证在成形过程中,沿着刀具的轨迹,金属板材发生的是塑性变形,而不是切削。

  用MasterCAM曲面加工功能中的挖槽方式对板材平面进行粗加工,然后可以用流水线、等高线等多种方式进行精加工。当然,这里的粗加工并不等同于真正的挖槽,只是利用了挖槽方式的轨迹。是在MasterCAM中用挖槽方式走出的粗加工轨迹。轨迹线是从上到下,在同一层则是从内向外。是成形出的一些钼制件。

  4结束语板材的数控逐次塑性成形把CAD技术、数控技术和金属塑性成形技术结合起来,不用模具就能把金属板材直接成形为所需的制品,创造了一种新的塑性加工方法。它能快速响应市场和用户的需要,真正适应现代制造业的需要,满足产品不断更新换代的需求,满足产品不断创新设计、多品种、少批量的要求。本文利用了计算机、数控机床和塑性成形技术,将计算机、加工中心以及形状简单的工具、结构简单的夹具组成了一个数控逐次塑性成形系统,并对板材的数控逐次塑性成形进行了初步研究,成功地加工了一些形状各异的制件,而且其成形极限有所提高。

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