1、YCF正版可修改PPT（中職）模具制造技術(shù)第五章模具先進(jìn)制造技術(shù)教學(xué)課件第五章 模具先進(jìn)制造技術(shù)第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)第三節(jié) 快速成型技術(shù)第五章 模具先進(jìn)制造技術(shù)本章概述本章簡(jiǎn)要敘述了三種模具先進(jìn)制造技術(shù):數(shù)控加工技術(shù)、模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和制造(CAM)技術(shù)以及快速成型制造技術(shù)的定義、特點(diǎn)、組成及應(yīng)用。三種新工藝的內(nèi)容較多，要想系統(tǒng)講述每一項(xiàng)都可以單獨(dú)出書。由于篇幅限制，本章沒有展開講述，如果同學(xué)們感興趣可以參考其他書籍或者文獻(xiàn)。本章的目的旨在讓大家對(duì)這三項(xiàng)技術(shù)有個(gè)初步的了解。下一頁(yè)返回第五章 模具先進(jìn)制造技

2、術(shù)教學(xué)目標(biāo)1.了解數(shù)控加工機(jī)床的特點(diǎn)、原理、組成及分類。2.了解數(shù)控程序編制的內(nèi)容和步驟。3.了解CAD/CAM的基本概念。4.了解CAD/CAM系統(tǒng)的作用及信息的處理方式。5.了解快速成型技術(shù)的原理及應(yīng)用。6.了解快速成型制造技術(shù)工藝的類型及特點(diǎn)。上一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)一、數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品多樣化的要求日益強(qiáng)烈，產(chǎn)品更新越來(lái)越快，多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加，同時(shí)隨著汽車工業(yè)和輕工業(yè)消費(fèi)品的高速增長(zhǎng)，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，其精度日趨提高，性能不斷改善，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期越來(lái)越短，傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法已難以適應(yīng)

3、這種多樣化、柔性化、高效和高質(zhì)量復(fù)雜零件加工要求。因此，對(duì)制造機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備機(jī)床，必然會(huì)相應(yīng)地提出高效率、高精度和高自動(dòng)化的要求。數(shù)控機(jī)床就是為了解決單件、小批量，特別是高精度、復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)1.數(shù)控機(jī)床的定義國(guó)際信息處理聯(lián)盟IFIP (International Federation of Information Processing)將數(shù)控機(jī)床定義為:數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制的機(jī)床，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作按照這種程序系統(tǒng)發(fā)出的特定代碼和符號(hào)編碼組成的指令進(jìn)行。國(guó)標(biāo)GB8129-1987將“數(shù)控”定義為:用數(shù)字化信息對(duì)

4、機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。2.數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)(1)加工精度數(shù)控機(jī)床是按數(shù)字形式給出的指令進(jìn)行加工的。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。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)(2)對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)在數(shù)控機(jī)床上改變加工零件時(shí)，只需重新編制(更換)程序，輸入新的程序就能實(shí)現(xiàn)對(duì)新的零件的加工，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。(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)完成的，操作者除了安放穿孔帶或操作

5、鍵盤、裝卸工件、關(guān)鍵工序的中間檢測(cè)以及觀察機(jī)床運(yùn)行之外，不需要進(jìn)行繁雜的重復(fù)性手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度與緊張程度均可大為減輕，加上數(shù)控機(jī)床一般都具有較好的安全防護(hù)、自動(dòng)排屑、自動(dòng)冷卻和自動(dòng)潤(rùn)滑裝置，操作者的勞動(dòng)條件也大為改善。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)(4)生產(chǎn)效率高數(shù)控機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的變化范圍比普通機(jī)床大，因此，數(shù)控機(jī)床每一道工序都選用最有利的切削用量。由于數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛性好，因此允許進(jìn)行大切削量的強(qiáng)力切削，這就提高了數(shù)控機(jī)床的切削功率，節(jié)省了機(jī)動(dòng)時(shí)間。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，故節(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，一般只做首件檢驗(yàn)和

6、工序間關(guān)鍵尺寸的抽樣檢驗(yàn)，因此節(jié)省了停機(jī)檢驗(yàn)時(shí)間。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)(5)良好的經(jīng)濟(jì)效益在單件、小批量生產(chǎn)的情況下，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)省了直接生產(chǎn)費(fèi)用;使用數(shù)控機(jī)床加工零件一般不需要制作專用夾具，節(jié)省了工藝裝備費(fèi)用;數(shù)控機(jī)床加工精度穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。(6)有利于現(xiàn)代化管理采用數(shù)控機(jī)床加工，能準(zhǔn)確地計(jì)算出零件加工工時(shí)和費(fèi)用，并有效地簡(jiǎn)化了檢驗(yàn)夾具、半成品的管理工作，這些特點(diǎn)都有利于現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)3.數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺

7、服系統(tǒng)和機(jī)床本體組成。機(jī)床的組成如圖5-1所示。(1)輸入輸出設(shè)備完成程序、參數(shù)等信息的輸入;完成打印、CRT顯示等功能。(2)數(shù)控裝置數(shù)控機(jī)床的控制核心，其主要功能如下:多坐標(biāo)控制(多軸聯(lián)動(dòng));插補(bǔ)功能;程序輸入、編輯和修改功能;補(bǔ)償功能;信息轉(zhuǎn)換功能;多種加工方式選擇;輔助功能;顯示功能以及通信和聯(lián)網(wǎng)等功能。(3)伺服系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行和反饋裝置。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求與位置、速度反饋信號(hào)相比較后帶動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件或執(zhí)行部件動(dòng)作，加工出符合圖樣要求的零件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)(4)機(jī)床本體數(shù)控機(jī)床的實(shí)體，完成實(shí)際切

8、削加工的機(jī)械部分，它包括床身、底座、工作臺(tái)、床鞍、主軸等。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比較有所改進(jìn)，具有以下特點(diǎn):數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短。機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形小。更多地采用高效傳動(dòng)部件。(5)輔助裝置主要包括換刀機(jī)構(gòu)、工件自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)、工件夾緊機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置、照明裝置、排屑裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、過(guò)載保護(hù)與限位保護(hù)裝置等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)4.數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床按控制運(yùn)動(dòng)的方式和進(jìn)給伺服系統(tǒng)有不同的分類方法。(1)按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床這類機(jī)床只控制運(yùn)動(dòng)部件從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)

9、確位置，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行加工，對(duì)兩點(diǎn)間的移動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)軌跡沒有嚴(yán)格要求，可以沿多個(gè)坐標(biāo)同時(shí)移動(dòng)，也可以沿各個(gè)坐標(biāo)先后移動(dòng)。采用點(diǎn)位控制的機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏗床、數(shù)控沖床和數(shù)控測(cè)量機(jī)等。直線控制數(shù)控機(jī)床這類機(jī)床不僅要控制點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，而且要控制(或工作臺(tái))以一定的速度沿與坐標(biāo)軸平行的方向進(jìn)行切削加工。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)輪廓控制數(shù)控機(jī)床這類機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的平面或空間運(yùn)動(dòng)軌跡能滿足零件輪廓的要求。輪廓控制數(shù)控機(jī)床有數(shù)控銑床、車床、磨床和加工中心等。(2)按所用進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類開環(huán)數(shù)控機(jī)床開環(huán)數(shù)控機(jī)床采用

10、開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)，伺服驅(qū)動(dòng)部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是按閉環(huán)原理工作的，帶有直線位移檢測(cè)裝置，直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移量進(jìn)行檢測(cè)。伺服驅(qū)動(dòng)部件通常采用直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床這類控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別在于采用角位移檢測(cè)元件，檢測(cè)反饋信號(hào)不是來(lái)自工作臺(tái)，而是來(lái)自與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)系的角位移檢測(cè)元件。5.數(shù)控機(jī)床的工作原理根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝規(guī)程，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序;將所編程序指令輸入機(jī)床數(shù)控裝置;數(shù)控裝置將程序(代碼)進(jìn)行譯碼、運(yùn)算之后，向機(jī)床各個(gè)

11、坐標(biāo)的伺服機(jī)構(gòu)和輔助控制在發(fā)出信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)機(jī)床的各運(yùn)動(dòng)部件，并控制所需要的輔助動(dòng)作，最后加工出合格的零件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)二、數(shù)控加工程序的編制1.數(shù)控程序編制的內(nèi)容及步驟數(shù)控編程是指從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全部工作過(guò)程。數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床是不一樣的。它是按照事先編制好的加工程序，自動(dòng)地對(duì)被加工零件進(jìn)行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量、切削參數(shù)，按照數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把這程序單中的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上，然后輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，從而指揮機(jī)床加工零件。如圖5-2所示，編程工作主要包括:上一

12、頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)(1)分析零件圖案和制訂工藝方案這項(xiàng)工作的內(nèi)容包括:對(duì)零件圖樣進(jìn)行分析，明確加工的內(nèi)容和要求;確定加工方案;選擇適合的數(shù)控機(jī)床;選擇或設(shè)計(jì)刀具和夾具;確定合理的走刀路線及選擇合理的切削用量等。這一工作要求編程人員能夠?qū)α慵D樣的技術(shù)特性、幾何形狀、尺寸及工藝要求進(jìn)行分析，并結(jié)合數(shù)控機(jī)床使用的基礎(chǔ)知識(shí)，如數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、性能、數(shù)控系統(tǒng)的功能等，確定加工方法和加工路線。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)(2)數(shù)學(xué)處理在確定了工藝方案后，就需要根據(jù)零件的幾何尺寸、加工路線等，計(jì)算刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡，以獲得刀位數(shù)據(jù)。數(shù)控系統(tǒng)一般均具有直線插補(bǔ)與圓弧插

13、補(bǔ)功能，對(duì)于加工由圓弧和直線組成的較簡(jiǎn)單的平面零件，只需要計(jì)算出零件輪廓上相鄰幾何元素交點(diǎn)或切點(diǎn)的坐標(biāo)值，得出各幾何元素的起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓弧的圓心坐標(biāo)值等，就能滿足編程要求。當(dāng)零件的幾何形狀與控制系統(tǒng)的插補(bǔ)功能不一致時(shí)，就需要進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算，一般需要使用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，否則難以完成。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)(3)編寫零件加工程序在完成上述工藝處理及數(shù)值計(jì)算工作后，即可編寫零件加工程序。程序編制人員使用數(shù)控系統(tǒng)的程序指令，按照規(guī)定的程序格式，逐段編寫加工程序。程序編制人員應(yīng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的功能、程序指令及代碼十分熟悉，才能編寫出正確的加工程序。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零

14、件的數(shù)控加工技術(shù)(4)程序檢驗(yàn) 將編寫好的加工程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，就可控制數(shù)控機(jī)床的加工工作。一般在正式加工之前，要對(duì)程序進(jìn)行檢驗(yàn)。通常可采用機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)的方式，來(lái)檢查機(jī)床動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)軌跡的正確性，以檢驗(yàn)程序。在具有圖形模擬顯示功能的數(shù)控機(jī)床上，可通過(guò)顯示走刀軌跡或模擬刀具對(duì)工件的切削過(guò)程，對(duì)程序進(jìn)行檢查。對(duì)于形狀復(fù)雜和要求高的零件，也可采用鋁件、塑料或石蠟等易切材料進(jìn)行試切來(lái)檢驗(yàn)程序。通過(guò)檢查試件，不僅可確認(rèn)程序是否正確，還可知道加工精度是否符合要求。若能采用與被加工零件材料相同的材料進(jìn)行試切，則更能反映實(shí)際加工效果，當(dāng)發(fā)現(xiàn)加工的零件不符合加工技術(shù)要求時(shí)，可修改程序或采取尺寸補(bǔ)償?shù)却胧?。上一?yè)下一

15、頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)2.數(shù)控編程的方法數(shù)控加工程序的編制方法主要有兩種:手工編制程序和自動(dòng)編制程序。手工編程指主要由人工來(lái)完成數(shù)控編程中各個(gè)階段的工作。如圖5-3所示。一般對(duì)幾何形狀不太復(fù)雜的零件，所需的加工程序不長(zhǎng)，計(jì)算比較簡(jiǎn)單，用手工編程比較合適。手工編程的特點(diǎn):耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，無(wú)法勝任復(fù)雜形狀零件的編程。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)采用手工編程時(shí)，一段程序的編寫時(shí)間與其在機(jī)床上運(yùn)行加工的實(shí)際時(shí)間之比，平均約為30 : 1。而數(shù)控機(jī)床不能開動(dòng)的原因中有20%30%是由于加工程序編制困難，編程時(shí)間較長(zhǎng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)自動(dòng)編程是指在編程過(guò)程中，

16、除了分析零件圖樣和制訂工藝方案由人工進(jìn)行外，其余工作均由計(jì)算機(jī)輔助完成。采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程時(shí)，數(shù)學(xué)處理、編寫程序、檢驗(yàn)程序等工作是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成的，由于計(jì)算機(jī)可自動(dòng)繪制出刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡，使編程人員可及時(shí)檢查程序是否正確，需要時(shí)可及時(shí)修改，以獲得正確的程序。又由于計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程代替程序編制人員完成了煩瑣的數(shù)值計(jì)算，可提高編程效率幾十倍乃至上百倍，因此解決了手工編程無(wú)法解決的許多復(fù)雜零件的編程難題。因而，自動(dòng)編程的特點(diǎn)就在于編程工作效率高，可解決復(fù)雜形狀零件的編程難題。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)根據(jù)輸入方式的不同，可將自動(dòng)編程分為圖形數(shù)控自動(dòng)編程、語(yǔ)言數(shù)控自動(dòng)編程和語(yǔ)音數(shù)控

17、自動(dòng)編程等。圖形數(shù)控自動(dòng)編程是指將零件的圖形信息直接輸入計(jì)算機(jī)，通過(guò)自動(dòng)編程軟件的處理，得到數(shù)控加工程序。目前，圖形數(shù)控自動(dòng)編程是使用最為廣泛的自動(dòng)編程方式。語(yǔ)言數(shù)控自動(dòng)編程指將加工零件的幾何尺寸、工藝要求、切削參數(shù)及輔助信息等用數(shù)控語(yǔ)言編寫成源程序后，輸入到計(jì)算機(jī)中，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理得到零件加工程序。語(yǔ)音數(shù)控自動(dòng)編程是采用語(yǔ)音識(shí)別器，將編程人員發(fā)出的加工指令聲音轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸こ绦?。上一?yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)3.數(shù)控機(jī)床的適用范圍數(shù)控機(jī)床是一種可編程的通用加工設(shè)備，但是因設(shè)備投資費(fèi)用較高，還不能用數(shù)控機(jī)床完全替代其他類型的設(shè)備，因此，數(shù)控機(jī)床的選用有其一定的適用范圍。圖5-

18、4可粗略地表示數(shù)控機(jī)床的適用范圍。從圖5-4(a)可看出，通用機(jī)床多適用于零件結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜、生產(chǎn)批量較小的場(chǎng)合;專用機(jī)床適用于生產(chǎn)批量很大的零件;數(shù)控機(jī)床對(duì)于形狀復(fù)雜的零件盡管批量小也同樣適用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)隨著數(shù)控機(jī)床的普及，數(shù)控機(jī)床的適用范圍也愈來(lái)愈廣，對(duì)一些形狀不太復(fù)雜而重復(fù)工作量很大的零件，如印制電路板的鉆孔加工等，由于數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)率高，也已大量使用。因而，數(shù)控機(jī)床的適用范圍已擴(kuò)展到圖5 -4(a)中陰影所示的范圍。圖5 -4(b)表示當(dāng)采用通用機(jī)床、專用機(jī)床及數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，零件生產(chǎn)批量與零件總加工費(fèi)用之間的關(guān)系。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)生產(chǎn)批量在100件以

19、下，用數(shù)控機(jī)床加工具有一定復(fù)雜程度零件時(shí)，加工費(fèi)用最低，能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第一節(jié) 模具零件的數(shù)控加工技術(shù)由此可見，數(shù)控機(jī)床最適宜加工以下類型的零件:生產(chǎn)批量小的零件;需要進(jìn)行多次改型設(shè)計(jì)的零件;加工精度要求高、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件，如箱體類，曲線、曲面類零件;需要精確復(fù)制和尺寸一致性要求高的零件;價(jià)值昂貴的零件，這種零件雖然生產(chǎn)量不大，但是如果加工中因出現(xiàn)差錯(cuò)而報(bào)廢，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。上一頁(yè)返回第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)一、CAD/CAM概述計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)，是指人們利用計(jì)算機(jī)處理各種信息，進(jìn)行從產(chǎn)品設(shè)

20、計(jì)到產(chǎn)品制造全過(guò)程的信息集成和信息流自動(dòng)化。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造是彼此相對(duì)獨(dú)立的工作，而CAD/CAM技術(shù)將其作為一個(gè)整體來(lái)考慮，實(shí)現(xiàn)信息處理的高度一體化。下一頁(yè)返回第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)CAD是指工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為輔助工具，完成產(chǎn)品的數(shù)值計(jì)算、產(chǎn)品性能分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)輔助繪圖、仿真及動(dòng)態(tài)模擬工作，從而提高了設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。CAM有廣義和狹義兩種定義。廣義的CAM是指利用計(jì)算機(jī)輔助完成制造信息處理的全過(guò)程，包括工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)過(guò)程控制和質(zhì)量監(jiān)控

21、等。狹義的CAM是指NC程序編制，包括刀具路徑規(guī)嚨組、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真及數(shù)控代碼的生成。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)二、模具CAD/CAM系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.模具CAD/CAM系統(tǒng)CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用到模具領(lǐng)域后，出現(xiàn)了模具的CAD和CAM，實(shí)現(xiàn)了模具設(shè)計(jì)和制造的一體化。模具CAD/CAM系統(tǒng)包括型面數(shù)字模型的描述和設(shè)計(jì)方案的確定，沖壓工藝和結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析計(jì)算，模具結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的選擇，自動(dòng)繪圖，數(shù)控機(jī)床的加工等，這些工作都可以由計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)數(shù)控輔助或自動(dòng)完成。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)2

22、.模具CAD/CAM系統(tǒng)的作用(1)縮短了模具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期模具屬于單件、小批量產(chǎn)品，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)約為模具總工時(shí)的20%，模具設(shè)計(jì)工作量大，周期長(zhǎng)。引入模具CAD技術(shù)以后，設(shè)計(jì)工作可以借助計(jì)算機(jī)完成，并自動(dòng)繪制模具裝配圖和零件圖，大大縮短了模具制造周期。(2)提高了模具精度和設(shè)計(jì)質(zhì)量模具CAM技術(shù)可以完成形狀復(fù)雜的模具型腔的自動(dòng)加工、計(jì)算機(jī)輔助編程、工藝準(zhǔn)備和生產(chǎn)準(zhǔn)備過(guò)程等工作，減少了人為主觀因素的影響，提高了模具精度和設(shè)計(jì)質(zhì)量。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)(3)可以積累模具設(shè)計(jì)與制造的經(jīng)驗(yàn)及便于檢索資料使用模具CAD/CAM系統(tǒng)后，可

23、以將每一種模具設(shè)計(jì)的圖紙、NC數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)等資料自動(dòng)存儲(chǔ)起來(lái)，以備再次進(jìn)行類似模具設(shè)計(jì)時(shí)使用。(4)降低了模具成本使用模具CAD/CAM系統(tǒng)可以大大降低人力、物力的投入，降低了模具成本，同時(shí)也增強(qiáng)了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力及應(yīng)變能力。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)3.模具CAD/CAM系統(tǒng)處理的信息模具CAD/CAM系統(tǒng)的程序是:產(chǎn)品圖形輸入零件工藝審核工藝計(jì)算排樣優(yōu)化凸、凹模設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形庫(kù)打印和自動(dòng)繪圖數(shù)控加工。在整個(gè)過(guò)程中，模具CAD/CAM系統(tǒng)都必須進(jìn)行信息分析、信息處理和信息傳遞。模具CAD/CAM系統(tǒng)必須處理的信息有三類:數(shù)據(jù)信息、圖

24、形信息和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)信息，如圖5-5所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)(1)數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息是最容易處理的信息，只要將所建立的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)送至中央處理單元(CPU)，進(jìn)行加工，最后以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式輸出所需的數(shù)據(jù)。(2)圖形信息圖形信息又稱為幾何信息，處理這類信息首先必須解決圖數(shù)轉(zhuǎn)換手段(即圖形輸入)，并建立適合于圖形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，送至CPU進(jìn)行加工后，再通過(guò)數(shù)圖轉(zhuǎn)換手段(即圖形輸出)，在圖形終端或繪圖機(jī)輸出所需的圖形。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)(3)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)信息設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)信息涉及許多人工智能問(wèn)題，如沖

25、裁工藝分析、沖模類型和典型組合的選定以及修改設(shè)計(jì)等。有些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)信息經(jīng)過(guò)處理后可直接送至CPU進(jìn)行加工，有些甚至不可能數(shù)據(jù)化，必須通過(guò)人為干預(yù)，進(jìn)行人一機(jī)對(duì)話式的交互設(shè)計(jì)，使人的智慧和計(jì)算機(jī)的功能均能充分發(fā)揮，以達(dá)到最優(yōu)化和最佳效率的設(shè)計(jì)。因此，必須認(rèn)真總結(jié)，積累經(jīng)驗(yàn)，并盡量使其數(shù)據(jù)化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。我國(guó)目前已進(jìn)行了沖裁模CAD/CAM、注塑模CAD/CAM、精沖模CAD/CAM等的研究工作，并且已取得顯著成果。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)4. CAD/CAM技術(shù)集成集成化是CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的一個(gè)最為顯著的趨勢(shì)。它是指把CAD,CAE,

26、CAPP,CAM以至PPC(生產(chǎn)計(jì)劃與控制)等各種功能不同的軟件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來(lái)組織各種信息的提取、交換、共享和處理，保證系統(tǒng)內(nèi)部信息流的暢通并協(xié)調(diào)各個(gè)系統(tǒng)有效地運(yùn)行。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)國(guó)內(nèi)外大量的經(jīng)驗(yàn)表明，CAD系統(tǒng)的效益往往不是從其本身，而是通過(guò)CAM和PPC系統(tǒng)體現(xiàn)出來(lái);反過(guò)來(lái)，CAM系統(tǒng)如果沒有CAD系統(tǒng)的支持，花巨資引進(jìn)的設(shè)備往往很難得到有效的利用;PPC系統(tǒng)如果沒有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及時(shí)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)作為計(jì)劃的依據(jù)，訂出的計(jì)劃也較難貫徹執(zhí)行，所謂的生產(chǎn)計(jì)劃和控制將得不到實(shí)際效益。因此，

27、人們著手將CAD,CAE,CAPP,CAM和PPC等系統(tǒng)有機(jī)地、統(tǒng)一地集成在一起，從而消除“自動(dòng)化孤島”，取得最佳的效益。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)建立統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM技術(shù)集成化的必要條件。復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)需要不同企業(yè)、部門的分工協(xié)作完成。由于產(chǎn)品信息是在不同的地點(diǎn)、不同的計(jì)算機(jī)和不同的CAD/CAM系統(tǒng)中產(chǎn)品，造成同一產(chǎn)品的信息表達(dá)差異。產(chǎn)品信息在各系統(tǒng)之間的集成現(xiàn)在主要采用標(biāo)準(zhǔn)格式交換法，如IGES標(biāo)準(zhǔn)、PDDI標(biāo)準(zhǔn)、PDES標(biāo)準(zhǔn)和STEP標(biāo)準(zhǔn)等。但是在朝著集成化目標(biāo)發(fā)展的過(guò)程中，尤其是在解決面向CAD/CAE

28、/CAPP/CAM,CIM,CE等的集成(信息交換、語(yǔ)義集成、功能集成)方面，遇到了很大的困難:上一頁(yè)下一頁(yè)返回第二節(jié) 模具零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和制造（CAM）技術(shù)以IGES為代表的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，盡管在支持幾何數(shù)據(jù)的交換方面已達(dá)到實(shí)用程度，但它只支持物理層上的數(shù)據(jù)交換，難以滿足信息集成的需要;發(fā)展中的STEP盡管克服了IGES的不足，從理論上解決了同時(shí)支持物理層和邏輯層的數(shù)據(jù)交換，即實(shí)現(xiàn)信息交換的方法，但由于其剛剛起步，在其資源的定義、程序?qū)崿F(xiàn)、面向具體應(yīng)用領(lǐng)域的參照模型的建立、特征造型的實(shí)施以及對(duì)象庫(kù)的管理和使用等許多方面還遠(yuǎn)沒有達(dá)到實(shí)用程度。上一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)

29、一、快速成型制造技術(shù)概述快速成型技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱RP)是一種集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、精密機(jī)械、數(shù)控激光技術(shù)和材料學(xué)為一體的新興技術(shù)，它采用離散堆積原理，將所設(shè)計(jì)物體的CAD模型轉(zhuǎn)化成實(shí)物樣件。由于RP技術(shù)采用將三維形體轉(zhuǎn)化為二維平面分層制造的原理，對(duì)物體構(gòu)成復(fù)雜性不敏感，因此物體越復(fù)雜越能體現(xiàn)它的優(yōu)越性?？焖俪尚图夹g(shù)是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一種全新概念的制造技術(shù)，被認(rèn)為是近年來(lái)制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大創(chuàng)新，是先進(jìn)制造技術(shù)的前沿。該技術(shù)問(wèn)世以來(lái)發(fā)展迅速，并在工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。它打破了傳統(tǒng)的制造模式，利用離散/堆積的成型原理，無(wú)須任何工、模具，由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，快速完成任意復(fù)雜形狀的原型和零件，從

30、而大大縮短了新產(chǎn)品開發(fā)的周期，極大增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)1.快速成型技術(shù)的特點(diǎn)(1)技術(shù)的高度集成快速成型技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)與材料技術(shù)的綜合集成。在成型概念上，它以離散/堆積為指導(dǎo)，在控制上以計(jì)算機(jī)和數(shù)控為基礎(chǔ)，以最大的柔性為目標(biāo)。(2)快速性快速成型技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是其快速性。由于激光快速成型是建立在高度技術(shù)集成的基礎(chǔ)之上，從CAD設(shè)計(jì)到原型的加工完成只需幾小時(shí)至幾十小時(shí)，比傳統(tǒng)的成型方法速度要快得多，因此，這一特點(diǎn)尤其適合于新產(chǎn)品的開發(fā)與管理。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)(3)高度柔性快速成型技術(shù)的最突出特點(diǎn)就是柔性好，

31、它取消了專用工具，在計(jì)算機(jī)管理和控制下可以制造出任意復(fù)雜形狀的零件，把可重編程、重組、連續(xù)改變的生產(chǎn)裝備用信息方式集成到一個(gè)制造系統(tǒng)中。(4)設(shè)計(jì)制造一體化快速成型技術(shù)的另一個(gè)顯著特點(diǎn)就是CAD/CAM一體化。在傳統(tǒng)的CAD,CAM技術(shù)中，由于成型思想的局限性，致使設(shè)計(jì)制造一體化很難實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于快速成型技術(shù)來(lái)說(shuō)，由于采用了離散堆積分層制造工藝，能夠很好地將CAD,CAM結(jié)合起來(lái)。(5)材料的廣泛性由于各種RP工藝的成型方式不同，因而材料的使用也各不相同，如金屬、紙、塑料、光敏樹脂、蠟、陶瓷，甚至纖維等材料在快速成型領(lǐng)域已有很好的應(yīng)用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)2.快速成型制造技術(shù)

32、的類型快速成型制造技術(shù)從廣義上可以分成兩類:材料累積和材料去除。但是，目前人們談及的快速原型制造方法通常指的是累積式的成型方法，而累積式的快速原型制造方法通常是依據(jù)原型使用的材料及其構(gòu)建技術(shù)進(jìn)行分類的，如圖5-6所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)二、快速成型制造工藝隨著技術(shù)的快速發(fā)展，目前有十余種比較成熟的快速成型工藝方法，我們只選擇了以下四種具有代表性的工藝:光敏樹脂液相固化成型、疊層實(shí)體制造成型、熔絲堆積成型和選擇性激光燒結(jié)成型進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。以下對(duì)這四種工藝的原理、特點(diǎn)等分別進(jìn)行闡述。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)1.光敏樹脂液相固化成型光敏樹脂液相固化成型(Ster

33、eo Lithography, SL或SLA)由美國(guó)的Charles Hul發(fā)明并于1984年獲美國(guó)專利。198SL具有以下優(yōu)點(diǎn):8年，美國(guó)3D系統(tǒng)公司推出商品化的世界上第一臺(tái)快速原型成型機(jī)。SL方法是目前RP技術(shù)領(lǐng)域中研究得最多的方法，也是技術(shù)上最為成熟的方法。SL工藝成型的零件精度較高。多年的研究改進(jìn)了截面掃描方式和樹脂成型性能，使該工藝的精度能達(dá)到或小于0. 1 mm。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)SL工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長(zhǎng) = 325 nm)和功率(P=30 mW)的紫外激光的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，相對(duì)分子質(zhì)量急劇增大，材料也就

34、從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)，如圖5 -7所示為SL工藝原理圖。液槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，激光束在偏轉(zhuǎn)鏡作用下，在液體表面上掃描，掃描的軌跡及激光的有無(wú)均由計(jì)算機(jī)控制，光點(diǎn)掃描到的地方，液體就固化。成型開始時(shí)，工作平臺(tái)托盤5在液面下一個(gè)確定的深度，液面始終處于激光的焦點(diǎn)平面內(nèi)，聚焦后的光斑在液面上按計(jì)算機(jī)的指令逐點(diǎn)掃描即逐點(diǎn)固化。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)當(dāng)一層掃描完成后，未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂。然后升降臺(tái)帶動(dòng)托盤5平臺(tái)使其高度下降一層(約0. 1 mm )，已成型的層面上又布滿一層液態(tài)樹脂，刮板將黏度較大的樹脂液面刮平，然后再進(jìn)行下一層的掃描，新的一層固體牢固地黏在前一層上，如此重復(fù)，直

35、到整個(gè)零件制造完畢，得到一個(gè)三維實(shí)體原型。SL具有以下優(yōu)點(diǎn):上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)成型過(guò)程自動(dòng)化程度高，SL系統(tǒng)非常穩(wěn)定，加工開始后，成型過(guò)程可以完全自動(dòng)化，直至原型制作完成;尺寸精度高，SL原型的尺寸精度可以達(dá)到0. 1 mm;表面質(zhì)量好，雖然在每層固化時(shí)側(cè)面及曲面可能出現(xiàn)臺(tái)階，但上表面仍可得到玻璃狀的效果;能夠制造形狀特別復(fù)雜(如空心零件)、特別精細(xì)(如首飾、工藝品等)的零件;可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失型。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)和其他幾種快速成型方法相比，該方法也存在著許多缺點(diǎn)，主要有以下幾方面:成型過(guò)程中伴隨著物理和化學(xué)變化，所以

36、制件較易彎曲，需要支撐，否則會(huì)引起制件變形;設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高，由于液態(tài)樹脂材料和激光器的價(jià)格較高，并且為了使光學(xué)元件處于理想的工作狀態(tài)，需要進(jìn)行定期的調(diào)整，費(fèi)用較高;可使用的材料種類較少，目前可用的材料主要為感光性液態(tài)樹脂材料，并且在大多數(shù)情況下，不能進(jìn)行杭力和熱量的剛試;上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)液態(tài)樹脂具有氣味和毒性，并且需要避光保護(hù)，以防止提前發(fā)生聚合反應(yīng)，選擇時(shí)有局限性;需要二次固化，在很多情況下，經(jīng)快速成型系統(tǒng)光固化后的原型樹脂并未完全被激光固化，所以通常需要二次固化;液態(tài)樹脂固化后的性能尚不如常用的工業(yè)塑料，一般較脆，易斷裂，不便進(jìn)行機(jī)加工。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三

37、節(jié) 快速成型制造技術(shù)2.疊層實(shí)體制造成型疊層實(shí)體制造成型(Lamin ated Object Manufacturing, LOM)又稱薄片分層疊加成型，是幾種最成熟的快速成型制造技術(shù)之一，由美國(guó)Helisys公司于1986年研制成功，并推出商品化的機(jī)器。疊層實(shí)體制造工藝的原理:LOM工藝采用薄片材料(如紙、塑料薄膜等)作為成型材料，片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時(shí)，用COZ激光器在計(jì)算機(jī)控制下按照CAD分層模型軌跡切割片材，然后通過(guò)熱壓輥熱壓，使當(dāng)前層與下面已成型的工件層黏結(jié)，從而堆積成型。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)圖5-8所示是LOM工藝的原理圖。用CO:激光器在剛黏結(jié)的

38、新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并將無(wú)輪廓區(qū)切割成小方網(wǎng)格以便在成型之后能剔除廢料，如圖5-9所示。激光切割完成后，升降工作臺(tái)帶動(dòng)已成型的工件下降，與帶狀片材分離;供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)收料軸和供料軸，帶動(dòng)片材移動(dòng)，使新層移到加工區(qū)域;升降工作臺(tái)上升到加工平面，熱壓輥熱壓，再在新層上切割截面輪廓。如此反復(fù)直至零件的所有截面切割、黏結(jié)完，得到完整的三維實(shí)體零件。LOM有以下的特點(diǎn):上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個(gè)截面，因此易于制造大尺寸制件;工件外框與截面輪廓之間的多余材料在加工中起到了支撐作用，因此無(wú)需設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu);原型精度較高(小于0.

39、 15 mm) ;原材料價(jià)格便宜，原型制作成本低;制件能承受200的溫度，有較高的硬度和較好的力學(xué)性能，可進(jìn)行各種切削加工;設(shè)備采用了高質(zhì)量的元器件，有完善的安全、保護(hù)裝置，因而能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，可靠性高，壽命長(zhǎng)。但是，LOM工藝也有不足之處:不能直接制作塑料工件;工件(特別是薄壁件)的拉伸強(qiáng)度和彈性不夠好;工件易吸濕膨脹，成型后應(yīng)盡快進(jìn)行表面防潮處理;工件表面有臺(tái)階紋，成型后需進(jìn)行表面打磨。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)3.熔絲堆積成型熔絲堆積成型(Fused Deposition Modeling, FDM)又叫熔融沉積快速成型，是繼光敏樹脂液相固化成型和疊層實(shí)體快速成型工藝后的

40、另一種應(yīng)用比較廣泛的快速原型制造工藝。該工藝方法由美國(guó)學(xué)者Dr. Scott Crump于1988年研制成功，并由美國(guó)Stratasys公司推出商品化的機(jī)器。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)熔絲堆積成型工藝的原理:熔絲堆積成型工藝是將絲狀的熱熔性材料加熱熔化，通過(guò)帶有一個(gè)微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來(lái)。噴頭可沿著X軸方向移動(dòng)，而工作臺(tái)則沿Y軸方向移動(dòng)。如果熱熔性材料的溫度始終稍高于固化溫度，而成型部分的溫度稍低于固化溫度，就能保證熱熔性材料擠噴出噴嘴后，隨即與前一層面熔結(jié)在一起。一個(gè)層面沉積完成后，工作臺(tái)按預(yù)定的增量下降一個(gè)層的厚度，再繼續(xù)熔噴沉積，直至完成整個(gè)實(shí)體造型。FDM工藝的基本原理如

41、圖5-10所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)該工藝不用激光，而是采用熱融擠壓頭技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，運(yùn)行安全;成型速度快，用熔融沉積方法生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品，不需要SLA中的刮板再加工這一道工序。系統(tǒng)校準(zhǔn)為自動(dòng)控制;用石蠟成型的零件原型可以直接用于失蠟鑄造;可以成型任意復(fù)雜程度的零件，常用于成型具有很復(fù)雜的內(nèi)腔、孔等零件;原材料在成型過(guò)程中無(wú)化學(xué)變化，制件的翹曲變形小;原材料利用率高，且材料壽命長(zhǎng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)當(dāng)然，F(xiàn)DM成型工藝與其他快速成型工藝相比，也存在著許多缺點(diǎn)，如需要設(shè)計(jì)與制作支撐結(jié)構(gòu);需要對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描涂覆，成型時(shí)間較長(zhǎng);成型件的表面有

42、較明顯的條紋;沿成型軸垂直方向的強(qiáng)度比較弱;原材料價(jià)格較貴等。4.選擇性激光燒結(jié)成型選擇性激光燒結(jié)工藝(Selective Laser Sintering, SIS)又稱為選區(qū)激光燒結(jié)，由美國(guó)得克薩斯大學(xué)的C. R. Dechard于1989年研制成功，該方法已被美國(guó)DTM公司商品化。SLS的原理與SL十分相像，主要區(qū)別在于所使用的材料及其形狀不同。SL所用的材料是液態(tài)的光敏樹脂，而SLS則使用粉狀的材料。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)選擇性激光燒結(jié)工藝的原理:SLS工藝是利用粉末材料(金屬粉末或非金屬粉末)在激光照射下燒結(jié)的原理，在計(jì)算機(jī)控制下層層堆積成型。如圖5-11所示，此法采

43、用C02激光器作能源，目前使用的造型材料多為各種粉末材料。在工作臺(tái)上均勻鋪上一層很薄(0. 1一0. 2 mm)的粉末，激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進(jìn)行燒結(jié)，一層完成后再進(jìn)行下一層燒結(jié)。全部燒結(jié)完后去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨、烘干等處理便獲得零件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)選擇性激光燒結(jié)工藝和其他快速原型工藝相比，其最大的特點(diǎn)是能夠直接制作金屬制品，同時(shí)該工藝還具有如下一些優(yōu)點(diǎn):材料適應(yīng)面廣，從原理上說(shuō)，這種方法可采用加熱時(shí)黏度降低的任何粉末材料，不僅能制造塑料模具，還能制造陶瓷、石蠟等材料的零件;制造工藝簡(jiǎn)單，由于可用多種材料，選擇性激光燒結(jié)工藝按采用的原料不

44、同可以直接生產(chǎn)復(fù)雜形狀的原型、型腔模三維構(gòu)件或部件及工具;無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)，可以燒結(jié)制造空心、多層鏤空的復(fù)雜零件;上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)高精度，依賴于使用的材料種類和粒度、產(chǎn)品的幾何形狀和復(fù)雜程度，該工藝一般能夠達(dá)到工件整體范圍內(nèi)士(0. 05 2. 5)mm的公差。當(dāng)粉末粒度為0. 1 mm以下時(shí)，成型后的原型精度可達(dá)士1%;材料利用率高，價(jià)格便宜，成本低。但是，選擇性激光燒結(jié)工藝也有能量消耗高、原型表面粗糙疏松多孔以及對(duì)某些材料需要單獨(dú)處理等缺點(diǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)三、快速成型制造技術(shù)的應(yīng)用1. RP技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用由于RP技術(shù)徹底摒棄了傳統(tǒng)的加工

45、模式，其加工難易程度與產(chǎn)品復(fù)雜程度無(wú)關(guān)，其加工成本與批量無(wú)關(guān)，其加工過(guò)程與刀具、夾具、模具無(wú)關(guān)，從而使得原來(lái)過(guò)于復(fù)雜而無(wú)法加工的結(jié)構(gòu)變得容易加工，原來(lái)追求個(gè)性化而帶來(lái)的小批量、高成本的問(wèn)題迎刃而解，原來(lái)不合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和裝配結(jié)構(gòu)變得合理。通過(guò)快速制造出物理原型，可以盡早地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，縮短設(shè)計(jì)反饋的周期，方便而又快速地進(jìn)行多次設(shè)計(jì)，大大提高了產(chǎn)品開發(fā)的成功率，開發(fā)成本大大降低，總體的開發(fā)時(shí)間也大大縮短。RP技術(shù)在快速產(chǎn)品開發(fā)方面的應(yīng)用如圖5-12所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)2.用于鑄造工藝RP技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，除了在新產(chǎn)品開發(fā)階段具有較為廣泛的需求外，一直在鑄造領(lǐng)域有著比較活躍

46、的應(yīng)用。在典型鑄造工藝如熔模鑄造等工藝中為單件或小批量鑄造產(chǎn)品的制造帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。熔模鑄造也稱為失蠟鑄造，是一種可以由幾乎所有的合金材料制造金屬制件的精密鑄造工藝，尤其適合于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的薄壁件的制造?？焖俪尚图夹g(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，為熔模精密鑄造消失型的制作提供了速度更快、精度更高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的保障。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)3.醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用人體的骨骼和內(nèi)部器官具有極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，要真實(shí)地復(fù)制人體內(nèi)部的器官構(gòu)造，反應(yīng)病變特征，快速成型技術(shù)幾乎是唯一的方法。以醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)(CT和MRI)為基礎(chǔ)，利用RP方法制作人體器官模型有極大的應(yīng)用價(jià)值，如可作為醫(yī)療專家組的可視模型進(jìn)行模擬

47、手術(shù)，還可作特殊病變部位的修補(bǔ)，如顱骨損傷、耳損傷等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回第三節(jié) 快速成型制造技術(shù)首先，RP原型可以作為硬拷貝數(shù)據(jù)提供視覺和觸覺的信息，以及作為診斷和治療的依據(jù)，它能夠促進(jìn)醫(yī)生和醫(yī)生之間、醫(yī)生與病人之間的溝通;其次，RP原型可以作為復(fù)雜外科手術(shù)模擬的模型。由于用快速原型可以把模型做得和真實(shí)的人體器官一樣(尺寸大小一樣，并能用顏色區(qū)分各種不同組織)，有助于快速制訂復(fù)雜的外科手術(shù)計(jì)劃。例如，復(fù)雜的上領(lǐng)面、頭蓋骨修補(bǔ)外科手術(shù)等。術(shù)前的模擬手術(shù)會(huì)大大增強(qiáng)醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)的信心，大幅度減少手術(shù)時(shí)間，同時(shí)也減少了病人的痛苦。最后，RP原型能夠直接制造成植入物植入人體，基于RP制造的植入體具有相當(dāng)準(zhǔn)

48、確的適配度，能夠提高美觀度、縮短手術(shù)時(shí)間、減少術(shù)后并發(fā)癥。上一頁(yè)返回小錦囊 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。現(xiàn)在CAD/CAM主要運(yùn)行在工作站或微機(jī)平臺(tái)上。工作站雖然性能優(yōu)越，圖形處理速度快，但價(jià)格卻十分昂貴，這在一定程度上限制了CAD/CAM技術(shù)的推廣。隨著Pentium芯片和Windows NT操作系統(tǒng)的出現(xiàn)并流行，以前只能運(yùn)行在工作站上的CAD/CAM軟件現(xiàn)在也可以運(yùn)行在微機(jī)上。所以，微機(jī)平臺(tái)為普及CAD應(yīng)用創(chuàng)造了絕好的條件。在此基礎(chǔ)上，CAD/CAM軟件廠商展開了新一輪的競(jìng)爭(zhēng)。一方面工作站上著名的CAD/CAM的軟件(如UG, CATI

49、A)全功能地移植到微機(jī)平臺(tái)，使微機(jī)完全對(duì)等地實(shí)現(xiàn)了工作站環(huán)境的處理能力;另一方面CAD/CAM軟件打破了原有Unix環(huán)境的桂格，在Windows平臺(tái)上全面拓展。Pentium以上處理器和NT環(huán)境已經(jīng)或者正在成為CAD/CAM軟件運(yùn)行和應(yīng)用的主流平臺(tái)。下一頁(yè)返回小錦囊當(dāng)今CAD/CAM軟件動(dòng)態(tài)如下:一、使用微機(jī)作為開發(fā)和應(yīng)用平臺(tái)微機(jī)平臺(tái)的CAD/CAM軟件的特點(diǎn)是:1.采用Windows環(huán)境采用Windows NT操作系統(tǒng)是新一代推出的微機(jī)CAD/CAM軟件的共同特點(diǎn)?，F(xiàn)在，個(gè)人計(jì)算機(jī)已經(jīng)具備了與中低檔工作站競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力，再加上其價(jià)格低廉，使得普及CAD應(yīng)用成為可能。Windows平臺(tái)上的新一代CAD/CAM軟件基本上都采用典型的Windows界面和操作規(guī)范，同時(shí)由