现代模具制造技术及设备评述

作者：第十届中国国际模展模具评定评述专家组

欢迎访问e展厅 展厅 1 塑料模具展厅 注塑模具, 吹塑模具, 挤出模具, 吸塑模具, 瓶胚模具, ... 摘要：通过对第十届中国国际模具技术和设备展览会中模具加工技术及关键设备、测量仪器、模具的 CAD/CAM技术等评述，介绍了现代模具制造技术的现状、特点和发展趋势。 关键词：加工中心 数控铣床 特种加工机床 数控雕刻机 测量仪器 模具 CAD/CAM/CAE技术 第十届中国国际模具技术和设备展览会（模展）于2004年5月12～16日在上海举行，本届模展展览面积超过35000ｍ2，共展出各种模具加工设备288台，精品、名品、新品精彩纷呈，展况空前。在模具制造技术及设备方面，国内外知名厂商都参加了展出，体现了模具制造技术的当代先进水平及其发展趋势，显示了模展的强大生命力，必将对我国模具工业发展起到积极的促进和推动作用。 本文就本届模展中的现代模具制造技术及关键设备进行评述。 一、加工中心与数控铣床 本届模展共展出各种加工中心和数控铣床60余台。分别来自瑞士、德国、意大利、美国、日本、西班牙和我国台湾省及香港地区的厂商，国内有部分机床厂产品参展。 展品仍以高速铣削机床（HSM）为主，国外展品全部是高速铣，国内只有合资和独资企业有来件组装或按国外图纸生产的高速铣展出 , 我国台湾厂商的高速铣多于上届。从总体上看本届展品的技术水平高于上届，表现在：多次展出的产品技术上更加成熟，首次展出的新产品技术水平更高。纵观参展产品都各有特色，由于不少展品在上届或前几届展出和评论过，现只对首次展出的新产品介绍如下： 德国的德马吉公司历来是展品最多的展商之一，本届共展出各种模具加工设备9台，其中加工中心6台，2台是首展。其一为 DMC 75V立式加工中心，该产品就是继上届展出的 DMC 64 之后进一步改进完善的X 、Y 、Z 三个坐标均由直线电机驱动的立式加工中心。 DMC 75V 立式加工中心 X 、 Y 、 Z 三个坐标行程为 750（ 885 ）/600/560 （ 600 ）mm ，主轴转速 18000 r/min ，主轴功率 35kw ，最大扭矩 119/85N.m ， X 、 Y 、 Z 三向快速进给均为 90m/min ，加速度 2g ，刀柄 SK63 ，刀库容量 30 把。该机床是专门针对模具行业开发的，机床立柱采用龙门结构， X 轴导轨在立柱上面， Y 轴在床身上，工作台前后移动时重心始终在导轨范围内。系统为 Heidenhain ITNC530 ，具有很快的处理速度。该机床还有五轴联动的派生产品，可借助主轴头的回转摆动与数控回转工作台实现五轴联动加工。为降低部件高速运动时的温升和热变形，该机床在三个运动部件上装有温度传感器，对温度进行监测和位置补偿。由于三轴速度匹配得当，故三维加工时切削进给速度可以达到 30 ～ 40 m/min ，并保持很高的加工精度。 另一台首展的是 DMC 60T 是一台高精度并有自适应功能的立式加工中心，是一个由模块化组成的系列，由 DMV 60/80/100 等机床组成。展出的 DMC 60T X 、 Y 、 Z 三个坐标行程为 630/560/560mm ，主轴电机 15kw ，主轴转速 12000 r/min ，刀柄 SK40 ，快速进给三轴均为 50m/min ，加速度 6m/s2。高速型为 24000 r/min ，最高 42000 r/min 。该机床还可以提供一种自适应功能软件 ATC ，这是用于模具加工工艺的一种专家系统，是针对“表面质量”、“精度”、“速度（效率）”三种加工目的而设置的专家系统软件，可帮助操作者优选最佳工艺参数，以实现最佳加工效果。 瑞士阿奇夏米尔公司是瑞士有名的电加工机床生产厂，这次除展出多台精密电火花机床外，同时还展出了一台高速铣削中心（ HSM ）。 2000 年瑞士生产精密机床的米克朗公司并入了该集团，这次展出的是米克朗公司并入该集团后开发的 HSM800 加工中心。从某种意义上体现了该集团的经营思想：模具加工的成套性。因为 EDM 和 HSM 两者是模具精加工不可或缺的加工设备。米克朗公司这次展出的 HSM800 主轴转速为 36000 r/min ，主轴功率为 32kw ，加工范围 X/Y/Z 为 800 × 600 × 500mm ，承载 1000kg 是该系列最大的一种。 米克朗公司以生产精密机床著称，所开发的 HSM400U 获 2002 年度欧洲高速加工奖第一名。其产品能保证工件最佳精度的主要原因是：机床选用高阻尼材料作床身，从而使机床刚性和抗震性好。采取的主要措施有：封闭的 O 形龙门结构、人造大理石的床身、 Y-Z 溜板高强度的铸造结构、高速电主轴采用负载能力高、使用寿命长的陶瓷混合球轴承，并装有用于热补偿的温度传感器和矢量控制系统，以及安装在三轴上的精密光栅尺，以保证加工精度。另外电主轴还装有恒温水冷装置及高压喷射干式或湿式冷却剂的装置和良好的防护，保证高速加工时冷却剂不会泄漏。除上述结构上的保证外，为了使操作人员能根据加工主要目标优选出最佳工艺参数进行加工，从而达到最佳加工效果，米克朗公司开发了 Cyclone 专家系统 MCE 。该系统针对“短的加工时间”、“最高的精度”和“最佳的表面质量”这三个高速切削机床加工的目标而开发的。操作人员可通过三角形显示界面确定并设置参数，参数显示直观操作方便，故操作人员经短期培训即可掌握。例如主要目标是粗加工，效率当是关键，操作人员只需将加工时间设为最优先级，则专家系统将会放宽公差带，并在转角和曲线处只粗略的切出轮廓，机床会提供尽可能大的进给速度，从而获得高的切削效率。如果主要目标是精加工，其精度和表面质量是重点，若要求最高精度，则系统会为之设定较窄的公差带，同时进给传动机构在尖角和曲线处减速，以免过切，但在保证精度的前提下，仍尽可能采用最大进给速度。除此之外，米克朗公司还提供一个选择功能，即机床与手机连接的功能。在操作人员离岗，设备处于无人管理时，一旦有问题会自动通过手机向操作者报警。像这种有针对性地提供工艺软件的还有美国赫克（ Hurco ）公司，该公司提供的“提升速度控制软件 AVC ”和“表面加工软件 ASF ”，可自动选择曲面各点达到最好表面质量时的进给速度，从而加工出最好的表面。 日本牧野公司展出了包括电火花机床和数控磨刀机在内的 7 台机床，其中加工中心 3 台（ V22 、 V33 和 V56 ）。 V22 加工中心为首次展出，是一台小型立式加工中心。主轴电机 8.4kw, 转速 400 ～ 40000 r/min ，扭矩 2Nm ，进给速度 20m/mm ，适合于电极及淬硬钢小模具的高速精铣。 V33 上届展出过，并已做过简单介绍。 V56 工作台 550 × 1050mm ， X/Y/Z 三向行程为： 900 × 550 × 450mm ，承载重量 800kg ，主轴转速 20000 r/min ，最大进给速度 20m/mm ，主轴锥孔 7/24 40 号， HSK 为可选，主轴热变形量 ± 1 μ m ，主轴振幅小于 ± 2μ m ，在恒温条件下切园精度 0.004/250mm 。牧野机床高速加工效果好，如加工手机壳模，使用 Ra0.3mm 球头刀 , 主轴转速 20000 r/min ，进给速度 300mm/min ，加工材料硬度 HRC52, 加工表面粗糙度 Ra0.4 μ m ，且换刀无接刀痕。 V56 立式加工中心的结构设计采用龙门式立柱结构， X 向导轨置于立柱上方， Z 轴导轨置于 X 轴滑板上，使 Z 轴无悬臂现象，从而保证在全行程内的优异加工精度。 Y 轴在床身上，工作台前后移动时重心始终在导轨范围内，所以机床整体刚性好。主轴采用中心冷却和内压润滑系统及热变形补偿技术，可以最大限度降低机床热变形的影响。从而使 V56 机床即使长时间高速运转也可以保证加工工件的高精度。机床热稳定控制系统（选项）可以使冷却油流经立柱，从而降低立柱的热变形量。除此还有主轴载荷监控功能和牧野专家控制系统等。总之 V56 机床结构是针对高速铣削加工而精心设计制造的，十分适合模具高速加工。 特别值得一提的是德国科恩（ KERN ）公司生产的 HSPC2825 超高速精密小型加工中心（有加工实物样品，机床未参展），最高主轴转速 160000 r/min ，据称为世界之最。五轴五联动，定位精度 ± 1.0 μ m ，分辨率 0. 1μ m ，加工零件精度可达 ± 2 .0 μ m ，最高加工工件硬度为 HRC57 ，最小可加工 Ф 0.03mm 的小孔，能加工淬火钢、硬质合金、陶瓷材料，最佳表面粗糙度 Ra0.2 μ m ，刀具采用在线测量，可消除主轴高速旋转和静止时对刀具长度的影响。可加工硬质合金刀片模等各类精密小型模具。 这次五联动的加工中心展品多于上届，德马吉展出 2 台，其余斯宾纳、海默、 ALZMETALL 及菲迪亚公司各展出 1 台，不少厂家在其样本资料中明确有五轴联动高速铣削机床供应。如米克朗公司、日本牧野公司以及西班牙德克雷亚公司等。这说明模具加工对五联动机床的需求日益增多，特别是三维型面加工的高速铣削只有保持刀具轴线与被加工型面间一定的倾角才能获得好的表面加工质量，因此需要五联动机床。 我国内地和台湾省厂商的加工中心和数控铣大都为普通结构，其主轴转速一般为 6000 ～ 8000 r/min 超过 10000 r/min 的展品不多。原因是传统结构的主机其刚性、精度及抗振性等均不适应高速铣削加工需要。展品中也有专为高速铣削设计的国产机床，但都是合资和外商独资企业的产品，如沈阳菲迪亚高速机床有限公司的 HS664 及 D165 高速立式加工中心完全是按 FIDIA 公司图纸制造并配用 FIDIACI 控制系统，还有德马吉公司在中国生产的 DMC64V 和 DMC63 高速立式加工中心，系统为西门子 810D 售价 89.99 万元。台湾厂商本次展出的高速铣床有冠德机械有限公司的 GT-66V S30B 立式加工中心，该机工作台面积 500 × 700mm ，主轴 20kw ，转速最高 30000 r/min ，采用水冷温控系统，快速进给 30m/min ，加速度分别为 X-0.8G, Y-0.9G,Z-1G 以上。机床结构布局于日本牧野 V56 相似，也是龙门型立柱，工作台在床身上做 Y 向运动等。台湾快捷机械股份有限公司展出的 GTV-96 高速立式加工中心，其主轴 24000 r/min ，功率 29kw ，切削进给速度 20m/min ，最高 40m/min （选项）， X/Y/Z 行程为 900/600/500mm 。 GTV-96 造型独特，立柱和床身铸为一体，且立柱三面呈“ 冂”型，在这一机身的顶面装有直线导轨，可移动的横梁在其上做 X运动，而Y向滑板沿横梁导轨运动，主轴箱滑体在Y轴滑板上运动的桥式结构，所以刚性较好。这种结构的机床工作台不动，所以承载能力大，占地面积小，机床各主要参数适合进行高速铣削。展机所切样件 粗糙度为 Ra0.8 μ m ，可以满足模具加工的需要。 从上述展品的特点中可知，适应高速铣削的机床不是主轴转速高就能进行高速铣削的，真正能做高速铣精加工的机床除主轴转速高、进给速度快、加速度大外，机床要高精度、高韧性、高阻尼及良好的抗振性，且运动部件发热少、热变形小、传动平稳等。这些要求一般只有新设计才好解决，在原有产品上改造很难实现。展出的高速铣削机床基本上是国外产品。国内还没有真正自主产权的 HSM ，虽然不少主机厂近年来也为模具加工开发了不少新产品，如：汉川机床有限责任公司展出的 XH714 、 715 等，但尚无高速铣削面世。而先进的日益成熟的高速铣削加工技术已在模具制造中引起越来越广泛的关注，这项技术也是现代机械加工业值得推广的一项高新技术，希望我国机床制造厂能早日开发出具有自主产权的 HSM 及数控铣床，为提升我国模具制造的总体技术水平服务。 二、特种加工机床 本届模展中用于模具加工的特种加工机床主要是电火花线切割加工机床展品（ WEDM ）、电火花成型加工机床（ SEDM ）、高速小孔电火花加工机床（ HSEDM ）、快速成型机床（ RPM ）等。根据现场统计，本届模展共展出特种加工机床 128 台，其中国内的低速走丝电火花线切割机床（ LSWEDM ）约 13 台，国内的数控电火花成型机床（ NCSEDM ）及普通电火花成型机床（ SEDM ）约 47 台，国内的 HSEDM 约 15 台，其它 1 台，国外的低速走丝电火花线切割机床（ LSWEDM ）约 9 台，数控电火花成型机床（ NCSEDM ）约 6 台，精密微细电火花加工机 1 台， HSEDM 1 台、快速成型机床（ RPM ） 5 台。特种加工机床参展的规模之大、数量之多、品种之全，参展厂商之踊跃，充分证明特种加工机床在模具制造业的重要地位和作用。 1、电火花线切割加工机床—以割代磨的时代即将到来 我国年产 HSEDM 约 25000 台，市场较大。这次参展的苏州沙迪克三光机电有限公司、苏州金马机械电子有限公司、苏州新火花机床有限公司、杭州机床集团、北京市电加工研究所、杭州华方数控机床有限公司、泰州冬庆数控机床有限公司、江苏三星机械制造有限公司、上海汇盛机电有限公司、上海大量电子设备有限公司、北京阿奇夏米尔工业电子有限公司的产品等都有一定的技术进步。例如：上海大量电子设备有限公司参展的 TP 系列机床采用超短程往复走丝模式，可加工出无黑白条纹、色泽均匀的工件，研制的耐磨性导向装置，能进行精度为 ± 0.006mm 较高精度加工，据该公司介绍，机床还能进行多次切割，以提高加工精度，改善表面粗糙度（ Ra ≤ 1 μ m ）；又例如，泰州冬庆数控机床有限公司生产的 DK7780Z 机床，采用了大偏距单立柱设计， U 、 V 轴大行程锥度装置，上出式偏置伸缩摆杆组件等关键技术，实现了切割厚度 250mm 时锥度为 60 ° ，切割厚度 600mm 时锥度为 30 °的 大厚度大锥度切割，为国内领先水平等等。但是总体来说， HSWEDM 目前很难实现高精度加工，模具的精密加工还要依靠 LSWEDM 来完成。 我国的 LSWEDM 近几年来已有长足的进步，本届模展中也能充分的体现我国 LSWEDM 的水平。目前，具有代表性的北京阿奇夏米尔工业电子有限公司、苏州沙迪克三光机电有限公司、汉川机床有限责任公司、苏州电加工机床研究所等企业，所生产的 LSWEDM 其加工工艺水平为：最大切割速度 150 ～ 250mm 2 /min ，加工精度 0.005 ～ 0.01mm ，最佳表面粗糙度 Ra0.5 ～ 0.8 μ m ，基本功能齐备，有的还具有无电解电源。在这次模展上，新出现生产 LSWEDM 的厂商有：杭州机床集团、杭州瑞鹏机电有限公司、上海京美电脑机械有限公司等，预计还有一些企业将进入 LSWEDM 的开发生产行列。说明我国 LSWEDM 市场前景看好。但是我国的 LSWEDM 与国外先进水平的 LSWEDM 相比还有较大差距，能真正用于模具精密加工以实现以割代磨的还是国外高水平的 LSWEDM 。 本届模展，国外一些知名厂商都有 LSWEDM 展出，代表了当今 LSWEDM 的先进水平。例如日本沙迪克公司的 AQ550L 、 AQ325L 以及加工精度更高的 AP200L 等；日本三菱公司的 FA20S （大连生产）、 FA20V （日本生产），其中 FA20V 利用 Ф 0.36mmV 型高速丝，其最大切割速度可达 500mm 2 /min ，利用 SL 控制功能，提高了加工精度，直线度为 2 μ m ，转角精度 1 μ m ，（未注工件尺寸）；日本牧野展出的 SP43 ，在异型切割时，经三次切割、平均切割速度 94 mm 2 /min ， Ra0.5 μ m ；瑞士阿奇夏米尔公司展出 ROBOFIL380 、 AGIE CUT PRDGRESS 。该公司的 CC 电源机床，在切割厚度为 60mm 的异型工件时，切割速度可达 400 mm 2 /min ，在精加工时，加工精度为 ± 2 μ m ， Ra ≤ 0.2 μ m ，变质层 ≤ 1μ m 。该公司首次展出的 PRDGRESS 机床，最大切割速度为 500 mm 2 /min ，开发的 e-CUT 新型电源，在一次切割的情况下其表面粗糙度可达 Ra ≤ 0.8 μ m ，切割速度为 300 mm 2 /min ，减少了多次切割次数，使整体切割效率与没有 e-CUT 新型电源相比，提高 200% ，而且减少了滤芯、树脂及电极丝的消耗。该机床精加工的轮廓精度为 3 μ m ，最小 Ra ≤ 0.2 μ m 。 在这次展览会的技术讲座上，瑞士阿奇夏米尔公司介绍的 AGIE CUT VERTEX LSWEDM 是一台国际领先水平的高精度机床。机床处于封闭的恒温（ 20 ℃± 1°）状态下工作，具有双丝切割交换系统（相当于电极库），进行全自动穿丝，细丝切割为 Ф 0.02mm 。可实现轮廓精度 1 ～ 2 μ m ， Ra ≤ 0.05 μ m ，转角精度 ≤ 1μ m 的精密加工。例如：加工高 30mm 钢冲头， Ra0.051 μ m ，直线度 ± 1μ m ，轮廓精度 T f < 2 μ m 。 在冲压模加工中，过去 WEDM一直受到坐标磨（JG）的质疑，认为WEDM加工的模具往往具有微观裂纹或变质层，影响模具的寿命。因此，认为冲压模的精密加工必须由连续轨迹坐标磨（NCJG）来完成，而对具有内清角或NCJG难于成形磨削的凹模采用镶拼结构，拼块由光曲磨或成型磨来加工完成。因而WEDM在精密模具加工中，只用于半精加工。随着WEDM的发展，特别是LSWEDM的技术进步，其中主要是精密机床设计制造技术、机床的恒温技术或热隔离、热平衡技术、脉冲放电能量的优化及防电解电源技术、电极丝自动交换及细丝切割技术、完善的分门别类的专家系统，以及表面完整性技术等一系列技术进步，使LSWEDM逐渐步入精密加工领域，即使加工硬质合金也没有微观裂纹，表面变质层≤1μ m ，实验证明，所加工的模具寿命等于或超过 NCJG加工的模具寿命，说明在冲压模加工中以割代磨的时代即将到来。 (1)LSWEDM可实现30°/400mm大锥度大厚度加工，而NCJG难于实现。 (2)LSWEDM 可实现上下异型切割，而NCJG难于实现。 (3)LSWEDM 对超硬材料加工，其技术经济性能优于NCJG。 (4)NCJG 型孔加工，需要进行预加工，然后进行精加工。LSWEDM可以进行整体加工（只需打穿丝孔），所以LSWEDM效率高于NCJG。 (5)LSWEDM加工的表面质量已达到磨削质量等。 本届模展是国内最大的模展，但不论是国外或国内都没有 NCJG（JG）展出，而LSWEDM国内外参展共有22台之多，这充分说明以割代磨的时代即将来临。 2.2、电火花成型机床—与高速铣（HSM）相辅相成 本届模展中，SEDM展出的数量最多，国内外共计53台。日本沙迪克公司AQ系列及AM3L NCSEDM；日本牧野的EDGE 系列NCSEDM；瑞士阿奇夏米尔公司的ROBOFORM23、AGIETRON ADVANCE；日本三菱公司的EA12D等都是具有先进水平的NCSEDM。这些机床以往参展过程中大多已予报导。值得一提的是二个方面：一是主轴高速跳跃功能。日本沙迪克公司的直线电机主轴的高速跳跃性能，为深槽、窄缝加工创造了良好的条件，并由于改变排屑方式改善了加工工艺。.现在日本牧野、三菱、瑞士阿奇夏米尔公司NCSEDM都开发了主轴高速跳跃功能。这是与HSM竞争的重要功能。二是混粉加工技术。日本三家公司都开发了混粉加工技术，以实现大面积镜面加工，其表面粗糙度达到 Ra 0.1～0.2 μm。这也是近几年与HSM竞争开发的新技术。 这次国内展出的 NCSEDM（SEDM）明显的特点是大型和混粉加工。上海京美电脑机械有限公司展出的RNC307大型双头NCSEDM，具有二个主轴头及二个电源（150A×2）、三轴联动，工作台尺寸为3100×1000mm，X/Y轴行程为3115/720mm，Z轴行程为500mm，可进行汽车覆盖件模等加工，为这次模展的最大NCSEDM。常州第二机床厂展出的D7190K双主轴头机床，工作台面积为1400×900mm，主轴行程500mm，可进行大型模具加工。还有香港精品机械有限公司展出的英格索尔公司生产的GANTRY系列大型龙门式NCSEDM，这样本届模展共展出了三台大型NCSEDM。另外北京机床研究所精密机电有限公司也开发生产了AUTO FORM 71100D双头大型NCSEDM（未参展）等，说明了HSM发展的今天，大型NCSEDM仍有一定的市场。国内混粉加工的NCSEDM为首次展出。北京市电加工研究所展出BM30混粉加工NCSEDM，可进行 Ra ≤0.1μm的镜面加工；哈尔滨工业大学麦克瑞自动化设备有限公司展出的HQSF大面积镜面加工SEDM，在100×100mm的工件平面上加工出 Ra 0.107μm的表面粗糙度。 以上说明： (1)本届模展展出的 NCSEDM（SEDM）数量最多，说明该机床在模具制造业中具有良好的市场前景，即使在HSM发展的今天，仍有着不可替代的作用。 (2)HSM更适合于加工浅型腔、型面过渡较为平滑的型腔，对这些大、中型模具加工具有一定的优势，但对于具有深槽窄缝的型腔，具有内清角的型腔、棱边清晰的型腔、微细、复杂、精密的型腔、深型腔（L/D≥5），则应该是NCSEDM的特长。在大中型型腔模中，这些深槽窄缝、R＜0.3mm的内清角、清晰的棱边、局部微细、复杂、精密的型腔等都大量存在，有大量的加工需要NCSEDM去完成。这次模展中，一些大型NCSEDM参展，这说明中、大型腔模，如果不是NCSEDM直接加工，就是在HSM加工之后还离不开NCSEDM进行局部加工。这是这次模展中大型NCSEDM“东山再起”的主要原因。 (3)NCSEDM主轴高速跳跃功能具有重要应用价值，这也是与HSM竞争中开发的。当前中大型型腔中精密深槽窄缝有日益增加的趋势，它一般形成制品的加强筋和风冷翅片，过去这种深槽窄缝的深度一般为50mm，近来不少为100mm，这是HSM无法加工的，只有用NCSEDM。且具有适应控制的主轴高速跳跃功能，才能完美地完成所有的深槽窄缝加工。本届模展中，特别是国外NCSEDM基本都具有主轴高速跳跃功能，就是基于这方面的原因。 (4)SEDM（NCSEDM）的镜面加工受到面积的限制。开发的混粉加工技术虽然还存在一些问题，但它可以进行大面积镜面加工，其表面粗糙度可达 Ra ≤0.1μm，并具有良好的表面质量。国外生产混粉加工机床已有多年历史，国内则第一次展出。国外专家认为：在模具加工中，最后加工的表面粗糙度要求为 Ra ≥0.6μm，可以直接由HSM加工完成，最后加工表面粗糙度 Ra ＜0.6μm，则先由HSM加工并留0.05～0.10mm余量，然后用SEDM（NCSEDM）混粉加工工作液进行精加工，去掉HSM的刀痕，可达到 Ra 0.08～0.10μm。 (5)本届模展中，日本牧野公司展出了一台加工电极的 HSM。专用于加工石墨电极的HSM，国外已有产品供应，国内正在开发，目前用于加工石墨电极的HSM虽然价格比较昂贵，但由于HSM加工凸形工件的优越性，推动了电极制造技术的进步，这种机床越来越受到重视，具有一定的市场容量。在比较有规模的型腔模厂、点中，都具备HSM、大中型NCSEDM及专用于石墨电极加工的HSM成套设备，这方面联合加工模具的实例不胜枚举，预示着型腔模具加工的发展方向。 以上都证明了 HSM与NCSEDM（或SEDM）是相辅相成，共同发展，谁也不能替代谁的结论。 3、六轴数控精密微细电火花机床—微型精密模具及零件加工的新技术 瑞士 SARIX公司展出的SX-200-HPM六轴（X/Y/Z/C/A/B）数控精密微细电火花机床，X/Y/Z轴行程为350/200/200mm，X/Y轴的定位的精度最高达±1μm，分辨率为0.1μm，工作台上装有电极修整（制作）装置，采用线电极等方式进行修整，通过X·Y·Z·C等相关轴的联动，进行各种形状电极的反拷贝加工。利用Z/C/A/B轴可进行复杂的空间位置或多工位微小孔加工，可加工 Ф ≤0.02mm的微孔，例如可进行硬质合金集成电路模具的穿丝孔加工等。也可以通过数控轴联动进行异形孔加工，进行微小型模具及微小零件加工（例如齿宽为0.02mm小齿轮加工等）。该机床还可以进行电火花铣削加工，用 Ф 0.045mm（展位上介绍为 Ф 0.02mm）至 Ф 3.0mm的棒状或管状电极进行微小型、精密、复杂、超硬材料模具和零件的铣削加工。该机床加工的最佳表面粗糙度 Ra 0.05～0.1μm。这是在我国首次展出的高新技术设备。 4、金属模具快速成形机床（ RPM ）—新概念模具制造设备 快速成形（ RP）是八十年代末发展起来的先进制造技术，它是一种由CAD模型直接驱动的快速制造复杂形状实体的技术，由于它采用离散/堆积原理，因此理论上可以制造任意复杂形状的实体。又由于它成形加工无需专用夹具和工具，加工过程中无人干预等一系列优越性，国内外都在研究直接利用RP技术加工金属模具的可能性，但在国内还没有成功的先例。在国外德国优思（EOS）公司在这方面处于领先水平。据介绍该公司的金属粉末材料是关键技术。本届模展德国优思公司带来了由该公司金属粉末激光快速成形系统制造的金属模具样品，给精密模具制造提供了一个全新的手段，是模具制造技术重要的发展方向之一。 德国优思公司的金属粉末激光快速成形系统，使用 200W激光器，光斑直径 0.1 mm，烧结层厚度0.02～0.05mm，可烧结钢粉及铜粉，烧结密度99.8%，烧结的钢模具硬度为HRC45，烧结精度可控制在±0.03 mm以内（工件尺寸不详），这是模具制造技术的新动向。 三、数控雕刻机 在本届模展上国内外厂商展出的展品显示出数控雕刻机随着高速电主轴技术、高速刀具技术、逆向工程（ RE）技术、CAD/CAM技术、激光加工技术的发展从应用于文字标牌面板的雕刻加工、印刷滚筒、压纹压花滚筒、铸币模具、轮胎模具、鞋模模具的加工发展到对石墨电极进行加工，并向高精度、高速度、高自动化方向发展的趋势，还融入了新的加工技术—激光加工、超声震动加工，因此倍受模具制造业的关注。 本届模展上德国 LANG公司展出了IMPALA400S高速数控雕刻机，其主轴转速为60000r/min，主轴功率为2.6kw，可加工硬度为HRC64的硬质钢模具。该机的定位精度为±0.003 mm ，重复定位精度为±0.002 mm，并配有刀库（5～96把可选）和用于检测刀具长度、刀具直径和刀具破损的非接触激光对刀测头。展示了该机的高精度、高速度、高自动化雕刻加工的水平。为增强市场竞争力，该公司还生产专用型、经济型数控雕刻机及激光雕刻机以适应不同用户的需求。 意大利 VENTUKE公司展出了BLACKSTONE 五轴联动数控雕刻机，其主轴转速为60000r/min，主轴功率2.6kw，刀库容量为7把，带有可倾斜±90°和 旋转360°的工作台，实现五轴加工，还可配激光扫描头。展示了数控雕刻机集成RE技术、CAD/CAM技术 向五轴雕铣加工中心发展的趋势。 德国 DMG公司展出了适用于深度雕刻的DML40激光雕刻机，该机采用功率为100W的YAG激光器，Q开关装置发出的激光脉冲功率可达200kw，激光束的直径为0.04 mm，可加工槽宽为0.04 mm的深槽，机床还配有CCD摄像头，用于工件定位。其Laser Soft 3D 软件可直接调用CAD的STL图形文件生成控制程序，采用分层去除材料的方式对工件进行精密加工，表面光洁度 Ra＜1 μm。DMG公司还展出了用于对玻璃、陶瓷、硬质合金等难加工材料进行零件加工的DMS35 ultrasnic 超声振动加工机。其超声振动功率为1.5kw，频率为17.5～21.5kHz。表面光洁度 Ra＜ 0.2μm。 国内北京精雕科技有限公司展出了两台雕刻机，其主轴转速为 24000 r/min，该公司的JD Paint 精雕软件具有丰富的功能，使其具有高效的特点；洛克机电系统工程（上海）有限公司展出了三台啄木鸟雕刻机，其主轴转速为24000 r/min；台湾全量工业股份有限公司展出了CL系列高速数控雕刻机，其主轴转速为50000 r/min，主轴功率为1.5kw，刀库容量为14把。 四、测量仪器 本届模展上，德国、英国、日本、意大利、美国、法国、比利时和国内海克斯康测量技术（青岛）有限公司（原青岛前哨朗普测量技术有限公司）中测院测量技术研究所等世界著名的测量仪器制造厂商展出了近 40台三座标测量机、便携式CMM扫描仪、便携式扫描仪、形象测量仪、激光跟踪仪等测量仪器。展示了应用新材料、新技术不断向高精、高效、多功能复合化的成果。 1、三座标测量机 本届模展上英国 LK公司展出了evolution 系列高精度三座标测量机。该机采用比一般工业陶瓷刚度质量比更高的单晶陶瓷材料制作横梁和主轴，配置SP25M点测和扫描一体化的测头，采用自动温度补偿技术、测头动态补偿技术，使其可在15℃～30℃温度范围内实现高精度的点接触和扫描测量。Evolution plus 的空间测量精度MPE E 为1.2+L/400（μm）。LK公司在G90C/CS大规模的三座标测量机上还采用了双电机驱动、双光栅检测技术，减少由导轨直线度误差引起的阿贝误差，保证大型零件的空间测量精度。 德国蔡司（ ZEISS）公司展出了Prismo Vario三座标测量机。该测量机的三个轴均采用防倾斜和防扭曲的四面环抱式空气轴承，主轴和横梁均用陶瓷材料制作，使其具有更高的刚度和精度，可配置VAST XT 点接触和扫描一体化的测头，还可配RDS旋转装置，RDS旋转装置的二个旋转轴均可旋转360°，在旋转装置上可安装接触时测量的RST-P、TP6、TP20、TP200测头和非接触式测量的Viscan光学形像测头、DTS二极管光学测头，扩大了三座标测量机应用范围。其Prismo Vario 5 的空间测量精度MPEPE E 为1.7+L/300（μm）。 美国 Gidding & Lewis Sheffield公司展出了Endeanor系列三座标测量机。该测量机采用直线电机直接驱动，减少由传动引起的误差，采用全自动温度补偿技术使其在环境温度变化±5℃的范围内仍能保证测量精度。 日本三丰精密测量仪公司展出了 Beyond-Crysta系列高精度三座标测量机。该测量机的温度补偿系统由安装在各坐标轴尺上的温度传感器和安装在工件上的温度传感器组成，独特的结构设计使测量机在温度偏离20℃时，在测量空间上有相似的变形，从而使测量机在16℃～26℃温度范围内保证空间测量精度。测量精度为2.5+L/250（μm），测量速度（探针接触工件的速度）为480mm/min，也可配各种接触式和非接触式测量的测头，其测量螺纹有效深度的测头可测量M4～M20的螺纹。 国内著名的海克斯康测量技术（青岛）有限公司展出了 PMM-C系列（德国LEITZ公司）、GLOBL IMAGE 系列（意大利DDEA公司）、MICRO-HITE 3D（瑞士TESA公司）等7台三座标测量机。GLOBL IMAGE可配置触发式测头完成箱体类零件的单点测量，也可配置扫描测头和非接触式光学测头完成复杂轮廓曲面的扫描测量.PMM-C 600P超高精度三座标测量机的测量精度MPE E 为0.6+L/600（μm）。 青岛雷顿数控设备有限公司展出了可配置 RENISHAW公司全系列接触式测头,LS系列激光线扫描测头,激光点扫描测头和高分辨率CCD光学形像测头的NC系列复合式测量机,配有可支撑以上各种测头的ULTRA-DMIS测量软件,可直接读取CAD数据,生成工件检测程序,完成箱体类零件和复杂零件的轮廓形状及自由区面的检测。其LeaderSoft Gear 齿轮测量软件使三座标测量机也可用于检测渐开线圆柱齿轮的周节误差、齿形误差和齿向误差，展示了现代测量机的多功能复合化，它既是一台传统的三座标测量机，又是一台激光扫描仪和形像测量仪。 2、便携式 CMM 、便携式扫描仪、激光跟踪仪 本届模展上美国 FARO公司、CIMCORE公司、德国GOM公司、法国ROME公司分别展出了用于生产现场测量的便携式CMM、便携式扫描仪。值得指出的是我国中测院测量仪器研究所展出了填补国内空白的LSC便携式CMM。 比利时 KPYPTON公司展出了采用红外线发光二极管摄像技术的K600-CMM便携式CMM，测量精度为0.07 mm。 美国 API自动精密工程公司、FARO公司分别展出了适用于大型工件现场测量的激光跟踪仪。其中API公司展出了配有数码摄像机的第三代激光跟踪仪。新增加的数码摄像机用来帮助操作人员确定远距离的测点目标，操作人员只要用鼠标点击摄像图形中的测点目标，控制智能软件会自动搜索测点目标并对其进行测量，使仪器的操作更简易、快捷。 意大利 LTF S、P、A 公司展出了CYCLOP-1型二维轮廓投影测量仪，该投影仪具有水平透射测量、垂直透射测量和反射测量功能。还可配P4-N测头/仿形装置，用于测量叶片，仪器的测量精度为2.5+L/100（μm）。 纵观本届模展上测量仪器采用新技术的成果，显示出测量仪器随着高分辨率 CCD摄像装置、激光线扫描测头、激光点扫描测头等非接触式测量的测头技术、图像处理技术以及支持各种测头的测量软件技术的发展不断向高精度、高速度、高效率、多功能复合化方向发展，这也为我国对非接触式测量技术、图形处理技术、测量软件技术的研究开发提供了借鉴。 五、模具 CAD/CAM/CAE 技术 参加本届模展的 CAD/CAM/CAE 软件开发厂商主要有英国 DELCAM （中国）有限公司，其系列化产品包括 2 ～ 5 轴高速加工系统 Power Mill 、 CAD 设计系统 Power SHAPE 、逆向工程系统 Copy CAD 、模具检测系统 Power INSPECT 、立体浮雕系统 Art CAM 、 CAD 数据接口模块 PS-Exchange 和协同合作管理系统 PS-Team 等。法国 Missler Software 公司，其系列化产品包括注塑模具设计制造软件 Topsolid/Mold 和冲压级进模设计制造软件 Top Progress ；以色列 Cimatron 公司，其集成化的 CAD/CAM 产品包括产品设计、工模具设计、专项模块（造型、鞋模、数据交换、逆向工程和产品数据管理）和数控编程；日软信息科技（上海）公司、其 Space-E CAA V5 软件，对 CATIA V5 软件的模具型芯和型腔设计和制造进行了功能扩充；美国 Neil soft 公司，其金属压铸模三维设计软件包括计算充模参数、设计浇注系统、设计软件系统和计算冷却过程参数等；澳大利亚 Mold flow 公司，其系列化的塑料注射成型过程模拟软件包括快速试模分析 MPA 、高级分析 MPI 和品质控制专家 MMS ；上海交通大学申模计算机系统集成有限公司，其CAD/CAE/CAM 系统能用于模具数字化和智能化； CAXA 软件服务制造公司，其系列产品包括设计软件 CAXA 电子图板（二维）和 CAXA 实体设计（三维）、数控加工软件、协同管理软件、工艺软件、编程系统和铣雕机床；华中科技大学模具技术国家重点实验室，其系列化产品包括三维注塑成型模拟系统 HSCAE 3D （流动、保压、冷却、应力分析、翘曲预测和注塑机过程仿真）、板料冲压成形与模具设计快速分析软件 Fast AMP 。 以上参展项目基本上代表了当前国外和国内的先进水平和发展趋势，具体体现在如下三个方面。 1、模具 CAD/CAM 系统专用化程度不断提高 随着模具工业的飞速发展以及 CAD/CAM技术的重要性被模具界所认可，针对各类模具的模具专用系统更加宜人化、集成化和智能化。例如Cimatron公司，其集成的CAD/CAM 产品（5.1版本）包括的软件功能十分齐全，能为模具行业的整个工作流程提供一个完整、全面的解决方案，该产品能在统一的系统环境下，使用统一的数据库，完成产品设计、生成实体模型、自动生成凸凹模、进行模具的结构设计并方便地对模具的工作部位进行数控加工。又如英国的Power SHAPE 软件中的PS-Moldmaker模块，可自动地产生模具分模面、进行模具结构的设计，其加工信息被自动封装，可直接输出到Power Mill模块进行高速数控加工。法国Missler software 公司在其三维实体造型系统中加入了用于注塑模和级进模设计制造的软件Top Mold和Top Progress。能方便地用于注塑模和冷冲级进模的三维设计和制造。 2、塑性成型过程计算机模拟技术进步显著 塑性成型过程计算机模拟技术内容十分广泛，这次参展的项目主要涉及到塑料注射成型过程仿真和金属体积成型、板料成型过程仿真。塑料注射成型过程仿真属于机械、力学、材料和计算机交叉的新兴学科，软件开发难度较大，虽然世界各国研究的单位很多，但最终能形成有影响的商品化系统为数不多，这次参展的有 Mold flow 公司的产品、我国台湾科盛科技股份公司的产品 Mddex 3D 和华中科技大学的产品 HSCAE 3D ，他们共同的特点是从中面流（二维）发展到双面流（二维半）再发展到实体流（三维），由过去仅能分析薄壁件扩大到能分析壁厚不均匀的注塑件，由单纯的数值计算发展到数值计算与人工智能相结合的优化工具。我们欣喜的看到，华中科技大学模具技术国家重点实验室的三维实体流的系列软件已包括流动、保压、冷却、应力、翘曲等一套完整的模块，并独创出注塑机全过程仿真模块和工艺参数优化模块，这标志着我国在该领域已达到了当今国际的先进水平。 上海交通大学申模计算机系统集成有限公司开发的金属塑性成形三维有限元仿真系统中的刚（粘）塑性有限元分析和动态边界处理软件；华中科技大学模具技术国家重点实验室最新推出的基于有限元逆算法用于板料冲压成形与模具设计快速分析的软件都具有当前国际先进水平，可适用于机械、材料、航空航天、造船、汽车、家电和轻工等涉及锻压模具加工的各个领域。 3、面向模具企业的系统集成日益重要 近几年来，模具界对 CAD/CAM/CAE 系统的要求已从单纯的建模工具转变为要求支持从设计、分析、管理和加工全过程的产品信息管理集成化系统。 这次参展的我国 CAXA 公司的表现十分引人注目，他们提出的目标是面向大市场（长江三角洲和珠江三角洲）、迈向国际化（国际合作、战略联盟）和实现大跨越。所谓大跨越是指从 CAD/CAM 单元软件产品向产品全生命周期管理（ PLM ）制造业信息化集成解决方案跨越。近两年来中国制造业的迅速崛起和 IT 应用的不断深入和成熟，制造企业信息化已从局部和单元的 CAD/CAM 应用迅速延伸， PLM 市场快速形成，成为了继 ERP 之后企业信息化的最大热点。因此，如何将 CAD 、 CAM 、 CAE 、 CAT （计算机辅助测试）和 PDM （产品数据管理）进行系统集成，以获得为模具企业需求的完整全面的解决方案是目前 IT 领域中的一个重要发展方向。我国模具行业在系统集成和数字化分析技术方面尚处于起步阶段，在近几年内可望在家电和汽车工业中首先取得突破。 第十届国际模展模具评定评述专家组名单： 叶 军(组长) 单秉俊(副组长) 张孝民(副组长) 陈德忠(副组长) 李德群 安文宝 吴玉道 郑义和 马颖生 张华禹 张顺福 邹云甫 蔡紫金 谢小华 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (10/18/2004)