四自由度的工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)【沖壓送料】
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編號(hào)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯
（譯文）
題 目： 搬運(yùn)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)
負(fù)荷分析和設(shè)計(jì)方法
院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名： 呂 強(qiáng)
學(xué) 號(hào)： 1000110125
指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院
姓 名： 唐 焱
職 稱(chēng)： 副教授
題目類(lèi)型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā)
2014年5月25日
搬運(yùn)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)負(fù)荷分析和設(shè)計(jì)方法
Jong Hwi Seo1,香港Yim2 Jae、*、Jae Hwang1柳、甬贏得
摘要
本研究的目的是建立一個(gè)設(shè)計(jì)方法,使大型重型機(jī)器人因LCD(液晶顯示器)構(gòu)件系統(tǒng)模塊加工環(huán)境的暴露而產(chǎn)生的振動(dòng)和應(yīng)力水平達(dá)到設(shè)計(jì)要求。部件結(jié)構(gòu)的振動(dòng)對(duì)運(yùn)動(dòng)精度造成重大的影響和疲勞損傷。為了分析和設(shè)計(jì)一個(gè)重型搬運(yùn)機(jī)器人，F(xiàn)E和多體動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)已被使用。機(jī)器人的鏈接采用模態(tài)坐標(biāo)來(lái)建造柔體。在柔性多體動(dòng)力學(xué)模型中要考慮非線性力學(xué)性能例如摩擦力、依從性的減速機(jī)和軸承。通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真模型，研究中的各種設(shè)計(jì)方案得以用來(lái)改善設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性能。對(duì)振動(dòng)和應(yīng)力進(jìn)行靈敏度分析從而得到最優(yōu)設(shè)計(jì)。例如一個(gè)8 G(8th代)LTR(LCD搬運(yùn)機(jī)器人)實(shí)例證明了這個(gè)提出的方法。最后,通過(guò)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到了驗(yàn)證,包括振動(dòng)測(cè)試。
1.介紹
液晶顯示器也廣泛應(yīng)用于電視、電腦、手機(jī)等等,因?yàn)樗麄兲峁┝艘恍┱嬲某^(guò)一般的顯示技術(shù)。他們是更輕、更薄,耗電更少。最近,大小的玻璃原料已大幅增加新一代LCD(液晶)顯示技術(shù)。為了處理越來(lái)越大、越來(lái)越重的儀器,有必要開(kāi)發(fā)一個(gè)大型LTR(LCD搬運(yùn)機(jī)器人)來(lái)支持各種錯(cuò)綜復(fù)雜的LCD制造流程。它會(huì)造成許多困難的設(shè)計(jì)問(wèn)題,如振動(dòng)、處理精度和由于動(dòng)態(tài)負(fù)荷加重的高應(yīng)力惡化,導(dǎo)致不正確的傳動(dòng)和造成疲勞裂紋。因此,有必要使用虛擬計(jì)算機(jī)仿真模型建立一個(gè)方法來(lái)預(yù)測(cè)撓度、振動(dòng)、動(dòng)態(tài)應(yīng)力和時(shí)間歷程。一個(gè)完整的設(shè)計(jì)仿真方法驗(yàn)證對(duì)基線設(shè)計(jì)和改進(jìn)新設(shè)計(jì)非常有用。提出的一種集成的計(jì)算機(jī)仿真方法，預(yù)測(cè)了撓度、動(dòng)態(tài)應(yīng)力，應(yīng)歸功于基于現(xiàn)有的有限元方法和柔性體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的振動(dòng)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到LTR處理7 ~ 8克液晶屏幕。振動(dòng)分析和驗(yàn)證并進(jìn)行振動(dòng)模態(tài)測(cè)試,識(shí)別并重新恢復(fù)系統(tǒng)的原有現(xiàn)象。一些撓性部件在LTR可能經(jīng)歷劇烈振動(dòng)，從而引起動(dòng)態(tài)負(fù)載帶來(lái)的大疲勞損壞。模態(tài)特性用于考慮在柔性多體動(dòng)力學(xué)的模擬的柔性結(jié)構(gòu)。末端終結(jié)器撓度的計(jì)算可以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否能達(dá)到要求。動(dòng)態(tài)載荷和動(dòng)態(tài)應(yīng)力歷史可從動(dòng)態(tài)仿真中獲得。研究關(guān)鍵地區(qū)的應(yīng)力水平可以預(yù)測(cè)可能發(fā)生的疲勞斷裂。如果應(yīng)力水平不在安全范圍,設(shè)計(jì)變更應(yīng)基于計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果和設(shè)計(jì)靈敏度的研究。然后構(gòu)建一個(gè)原型LTR設(shè)計(jì)來(lái)測(cè)試驗(yàn)證。闡述其耐久性分析CAE-based正在實(shí)施,研發(fā)三星、預(yù)測(cè)疲勞損傷相應(yīng)的耐久性試驗(yàn)。在早期設(shè)計(jì)階段，該方法可用于開(kāi)發(fā)一個(gè)新的大型搬運(yùn)機(jī)器人
2.LCD搬運(yùn)機(jī)器人的介紹
圖1顯示的各種類(lèi)型的激光目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)。折疊型機(jī)器人擁有一個(gè)基礎(chǔ)構(gòu)架，一個(gè)R-型構(gòu)架,兩個(gè)Z型構(gòu)架,兩個(gè)擁有纖細(xì)的手指的機(jī)械手臂,如圖1(a)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由鑄鐵和鋁構(gòu)成。纖細(xì)的手指是由手輕質(zhì)復(fù)合材料。它也有兩只手臂(上下手臂)來(lái)操作兩個(gè)儀器同時(shí)進(jìn)行。有一個(gè)圓柱形的LTR工作空間，轉(zhuǎn)移各種制造工藝流程的儀器。對(duì)操作儀器的精密控制,靜態(tài)變形的頂端手指必須小于10毫米。因?yàn)殛P(guān)節(jié)連接武器和連接包括軸承和齒輪減速機(jī),在預(yù)測(cè)頂端的變形量時(shí)必須考慮到關(guān)節(jié)的順暢。在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種情況下的變形,手臂的靈活性本身是同樣重要的，因?yàn)槭直凼且环N有一個(gè)大的集總質(zhì)量在頂端的懸臂式結(jié)構(gòu)。
在現(xiàn)實(shí)生活中LTR應(yīng)該是數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的周期重復(fù)執(zhí)行LCD制造流程的搬運(yùn)機(jī)器人。因此, 當(dāng)受到靜態(tài)和循環(huán)載荷，它必須通過(guò)身體檢查,以確保其機(jī)器人系統(tǒng)的耐受性。耐久性試驗(yàn)裝置,是在一個(gè)循環(huán)荷載作用下評(píng)估部件結(jié)構(gòu)的耐受性的裝置。在許多不同的測(cè)試中,其中最關(guān)鍵的一條就是拉伸運(yùn)動(dòng)和z-frame垂直運(yùn)動(dòng)。臨界運(yùn)動(dòng)模擬支架當(dāng)運(yùn)行大裝載儀器受沖擊和扭轉(zhuǎn)時(shí)的經(jīng)歷. 手臂和手是同步的速度移動(dòng),大約4米/秒。
如果機(jī)器人的各種配置進(jìn)行成千上萬(wàn)次重復(fù)的特定裝卸, 在一個(gè)重要的應(yīng)力區(qū)域可能會(huì)導(dǎo)致疲勞斷裂。本文以靜態(tài)和動(dòng)態(tài)變形來(lái)預(yù)測(cè)在手指頂端的臨界應(yīng)力,包括呈現(xiàn)出LTR的振動(dòng)和模擬柔性多體動(dòng)力學(xué)。連接構(gòu)架,雙臂以柔體建模。因此,在線性彈性范圍內(nèi)，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)變形假設(shè)是很小的。為了展現(xiàn)出其靈活性，要從有限元靜校正分析和對(duì)每一個(gè)靈活部件的靜態(tài)分析獲得振動(dòng)模態(tài)和靜態(tài)模態(tài)。為了呈現(xiàn)出聯(lián)合合規(guī)，彈簧和阻尼力元素要用運(yùn)動(dòng)連接元素來(lái)代替。
3.柔性多體動(dòng)力學(xué)
在柔性多體動(dòng)力學(xué)利用模態(tài)坐標(biāo)的主要好處是減少在分析中必須包括的廣義坐標(biāo)的數(shù)目。在柔性多體動(dòng)力學(xué)[1,2] 組件 模態(tài)綜合法中兩種模式都在使用。一個(gè)是普通模式。另一個(gè)是靜態(tài)的模式。所有使用的模態(tài)和靜態(tài)模式必須規(guī)范化，具有相同的大小和彼此獨(dú)立正交化。
3.1柔性構(gòu)件的動(dòng)力學(xué)
在圖2顯示了一個(gè)典型的柔性構(gòu)件。柔性構(gòu)件i 表面有大量的有限元素。P點(diǎn)的定位在柔性部件i中可以被認(rèn)為是
是以X’-Y’-Z’體的參考坐標(biāo)的矢量方向來(lái)定位的，而的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣是從體參考坐標(biāo)對(duì)全局慣性坐標(biāo)，的初始位置的矢量方向是點(diǎn)p的體參考坐標(biāo)，而因?yàn)樽冃蔚奈灰剖噶?。的位移矢量方向近似為線性組合的變形模式就像Eq
而是一個(gè)矩陣，而是柔性部件i的相對(duì)變形模式。的矢量模態(tài)方向和是相對(duì)坐標(biāo)，M是坐標(biāo)模態(tài)的數(shù)目。變形模式可能是一般模式，或者正常和靜態(tài)模式的組合。M模式的使用彼此線性無(wú)關(guān)。
3.2 柔性多體動(dòng)力學(xué)方程
正如圖2所示，一個(gè)靈活部件i的點(diǎn)P的全球位置的節(jié)點(diǎn)位移矢量。典型的p點(diǎn)在全球參考框架將因此而被寫(xiě)成的Eq等式，通過(guò)使用Eq等式
當(dāng)和節(jié)點(diǎn)P的回轉(zhuǎn)位移量被所定義。多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和傳動(dòng)約束的組合設(shè)置可以寫(xiě)成這種形式。當(dāng)廣義坐標(biāo)，t是時(shí)間，是約束方程式。利用拉格朗日乘數(shù)定理,變分方程的多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)可以獲得所有的身體和總結(jié)約束系統(tǒng)的矩陣表格式。
這是一個(gè)混合系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程的微分考慮彈性效應(yīng)的機(jī)械系統(tǒng)。為了解決混合微分代數(shù)方程問(wèn)題,許多數(shù)值算法已被開(kāi)發(fā)[3]。使用等式(5) 可以計(jì)算一個(gè)靈活的部件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力歷史。
4.搬運(yùn)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)建模
圖中顯示了一個(gè)8G-折疊式搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)
1(a)可以精確地模擬出86剛體,30柔韌,運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié),強(qiáng)制元素[3]。靈活的身體看作是多體動(dòng)力學(xué)仿真命名為圖1(a)所示的。圖3顯示了8G折疊式搬運(yùn)機(jī)器人的柔性多體仿真模型。
對(duì)于手指和支撐架的平行直線運(yùn)動(dòng),對(duì)每個(gè)手臂系統(tǒng)的正時(shí)皮帶進(jìn)行了建模使其在一個(gè)恒定的速度比。如圖所示,為了顯示彈性及阻尼皮帶，彈簧和阻尼力與位移和速度的長(zhǎng)度變化帶近似成正比。甚至對(duì)軸承和齒輪減速機(jī)聯(lián)合的符合性與以類(lèi)似彈簧回轉(zhuǎn)和減震器原理類(lèi)似的方式進(jìn)行建模。設(shè)備的制造商的實(shí)驗(yàn)值都顯示在表1。
主要部件如手臂和鏈接構(gòu)架是由鑄鐵或鑄鋁組成的。在正常操作當(dāng)中那些結(jié)構(gòu)性組件可以被假定是線性的彈性。然而,這樣的一個(gè)小彈性變形可能引起振動(dòng)和重復(fù)動(dòng)態(tài)應(yīng)力，從而導(dǎo)致不正確的傳動(dòng)和疲勞裂紋。因此,有必要運(yùn)用一個(gè)虛擬的計(jì)算機(jī)仿真模型建立一個(gè)方法來(lái)預(yù)測(cè)變形、振動(dòng)和動(dòng)態(tài)應(yīng)力時(shí)間歷程。
在上一節(jié)中已經(jīng)闡述的合成技術(shù)組成模式[1],可用于高效的計(jì)算機(jī)，模擬有小彈性形變的大型剛體運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榻M件模式雇用模態(tài)坐標(biāo)法合成考慮柔韌的彈性變形,它可能會(huì)更有效地利用少量的精選模式執(zhí)行一個(gè)大型多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)分析。
圖5顯示圖1(a)中折疊式搬運(yùn)機(jī)器人第一個(gè)柔性部件的振動(dòng)模態(tài)。同時(shí),圖5顯示一個(gè)典型的組成模式和對(duì)模式柔性多體動(dòng)力學(xué)分析使用的分力合成方法模式的數(shù)量。
5 LTR的分析和設(shè)計(jì)改進(jìn)
5.1 8 G-telescopic LTR的模態(tài)分析
因?yàn)橹饕Y(jié)構(gòu)如手臂和連接構(gòu)架是以柔體,適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)和力量的元素, 可以進(jìn)行整個(gè)LTR系統(tǒng)調(diào)查的基本振動(dòng)模式建模。計(jì)算出的振動(dòng)模式分析可用于尋找結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn),用來(lái)解釋在前一章的柔性多體動(dòng)力學(xué)仿真。圖6顯示了從振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)B(tài)變形的LTR系統(tǒng)。分析振動(dòng)模式的動(dòng)態(tài)仿真模型計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果,方為有效。比較與模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明,仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)。從分析的結(jié)果
試驗(yàn)?zāi)B(tài)變形后,我們發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)是R-frame。這個(gè)信息對(duì)降低系統(tǒng)的振動(dòng)是非常重要的,在接下來(lái)的部分里會(huì)解釋。
5.2 振動(dòng)分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)問(wèn)題,如尖撓度和疲勞裂紋，可以用一個(gè)有效的仿真模型進(jìn)行研究。在眾多的過(guò)程事件中， LCD屏幕傳動(dòng)，裝載儀器的手部的拉伸運(yùn)動(dòng)是引起支持支架結(jié)構(gòu)嚴(yán)重的振動(dòng)和高應(yīng)力的最關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)。采用該柔性多體仿真技術(shù)的關(guān)鍵,是研究操作是產(chǎn)生的大撓度和應(yīng)力。因?yàn)槲覀冇幸粋€(gè)有效的仿真模型,我們可以研究各種各樣的設(shè)計(jì)建議。開(kāi)發(fā)了原型機(jī)器人后,機(jī)器人在導(dǎo)軌上運(yùn)行時(shí)要觀察測(cè)量點(diǎn)的不良振動(dòng),如圖7顯示。從圖7研究系統(tǒng)模態(tài)分析的變形,如前一節(jié)中解釋的一樣，可以知道振動(dòng)的原因是R-frame剛度不足。換句話(huà)說(shuō),Rframe在LTR的基地上被認(rèn)為是一個(gè)關(guān)鍵組件振動(dòng)。為了增加彎扭剛度，要增大梁橫截面高度和寬度，增加肋骨如圖7中解釋的一樣。甚至鋁材可用高強(qiáng)度鋼材代替來(lái)增加彈性模量。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)修正要使用動(dòng)態(tài)仿真模型。
圖8顯示了在原有的基線設(shè)計(jì)和改進(jìn)后的新設(shè)計(jì)模擬運(yùn)動(dòng)之間振動(dòng)位移的比較。在關(guān)鍵的5 ~ 10秒的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)期，觀測(cè)到超過(guò)50%的振動(dòng)水平減少，即使在如圖8的樣機(jī)試驗(yàn),。
5.3應(yīng)力分析和改進(jìn)設(shè)計(jì)
因?yàn)樵计聊坏拇笮「呄蛴诰哂懈?jìng)爭(zhēng)力生產(chǎn)率和制造成本,LTR機(jī)器人需要更快更大更高的速度來(lái)處理更大和更重的屏幕。這可能導(dǎo)致動(dòng)態(tài)荷載從而引起動(dòng)態(tài)應(yīng)力帶來(lái)的疲勞裂紋。圖9顯示了一個(gè)在支持arm-frame結(jié)構(gòu)因動(dòng)態(tài)載荷帶來(lái)的疲勞裂紋。應(yīng)用柔性多體動(dòng)力學(xué)仿真，在實(shí)際前的位置可以分析疲勞裂紋的原因及影響。為了降低了臨界區(qū)一定的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，在仿真模型的基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)的形態(tài)和厚度必須重新設(shè)計(jì)驗(yàn)證。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證在虛擬電腦仿真預(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力的精確性,如圖10所示。結(jié)果與破裂發(fā)生的觀點(diǎn)是完全相同的。
圖11表明了設(shè)計(jì)修改。減少應(yīng)力集中系數(shù)、矩形形狀與棱角改為一個(gè)圓的形狀,和肋骨都改變了。
圖12顯示最大動(dòng)應(yīng)力的比較之間的形狀和原始形狀的修改與各種不同的金屬厚度。在圖10中壓力測(cè)量角度的部分則是圓形圖中虛線區(qū)域。這個(gè)結(jié)果表明是設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行了合理的修改。實(shí)際上, 在實(shí)際的位置的修改設(shè)計(jì)采用了7 G-Gate LTR。
5.4處理精度和優(yōu)化設(shè)計(jì)
如果動(dòng)態(tài)載荷增加, 由于主要結(jié)構(gòu)成分[6]的撓度和變形，它可能惡化精密傳動(dòng)的精度。圖13顯示8 G-Telecscopic LTR的設(shè)計(jì)基線，在手指頂端的分垂直撓度。LTR的尖撓度原設(shè)計(jì)是42毫米。這超過(guò)了LCD要求為10毫米的制備工藝的設(shè)計(jì)規(guī)范,并可能導(dǎo)致卡座和機(jī)器人手部之間的碰撞。偏斜的原因是機(jī)器人的結(jié)構(gòu)非常大,而沉重。結(jié)果,必須利用動(dòng)態(tài)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)降低撓度和增加傳遞精度。為了減少動(dòng)態(tài)的偏斜,要使用一個(gè)薄的圓錐型的圓板,我們稱(chēng)為客輪,如圖14所示。
對(duì)降低撓度和優(yōu)化轉(zhuǎn)移的準(zhǔn)確性來(lái)說(shuō)三個(gè)襯墊的組合是非常重要。所以我們用動(dòng)態(tài)模擬和將E(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì))進(jìn)行優(yōu)化。圖15表明該仿真方法可以用來(lái)減少手指尖端的偏差。目標(biāo)函數(shù)是圖13四分制的垂直Z位移量的最小化差異。 將使用艾凡桌子上是一個(gè)擁有三行三列的中心復(fù)合設(shè)計(jì)表格。表2顯示了回歸分析的結(jié)果(方差分析表)。
通過(guò)在回歸分析[7]的基礎(chǔ)上計(jì)算出的響應(yīng)面模型,優(yōu)化襯墊厚度為t1 = 0.50),t2 = 0.48),t3 = 0.78毫米。優(yōu)化變量(班輪厚)的仿真結(jié)果如圖16所示的。撓度只有降低了5.8毫米。但42毫米偏差發(fā)生在基線的撓度設(shè)計(jì)上,如圖13所示。
實(shí)驗(yàn)測(cè)試中使用激光跟蹤進(jìn)行了優(yōu)化,驗(yàn)證了仿真的結(jié)果。如圖17所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果大約6.1毫米。動(dòng)態(tài)撓度的模擬的結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)非常相似，這意味著我們鋼筋結(jié)構(gòu)剛度不需要任何額外的費(fèi)用了。
6 結(jié)論
一個(gè)計(jì)算機(jī)仿真方法,給出了LTR系統(tǒng)的振動(dòng)和疲勞分析。多軸加載條件的振幅變量可以產(chǎn)生來(lái)調(diào)查任何結(jié)構(gòu)的撓度、振動(dòng)、動(dòng)態(tài)應(yīng)力。柔體因合成技術(shù)采用組件模式而被仿制。為了表示聯(lián)合合規(guī)和帶彈性，彈簧和阻尼器強(qiáng)制元素要進(jìn)行適當(dāng)近似的介紹。為了有一個(gè)有效的模型,要進(jìn)行總LTR系統(tǒng)的模擬振動(dòng)模式和模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果的比較。比較分析和試驗(yàn)結(jié)果表明他們互相關(guān)聯(lián)。終端效應(yīng)器的頂端的偏差用提出的方法來(lái)研究。為了減少尖端偏差,要用仿真模型建立一個(gè)良好的設(shè)計(jì)。與動(dòng)應(yīng)力相關(guān)的疲勞裂紋失效可用基線設(shè)計(jì)來(lái)。為了防止疲勞斷裂發(fā)生在臨界區(qū),要通過(guò)改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)減少應(yīng)力。在測(cè)試中虛擬耐久性評(píng)估的結(jié)果非常的好,而且顯示出失敗地區(qū)良好的相關(guān)關(guān)系。能夠預(yù)測(cè)的值基于專(zhuān)門(mén)在虛擬域獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是顯而易見(jiàn)的。該設(shè)計(jì)方法可以用來(lái)發(fā)展另一種類(lèi)型的LTR系統(tǒng)。
感謝
這項(xiàng)工作部分是由首爾研究及商務(wù)發(fā)展計(jì)劃(批準(zhǔn)號(hào)10583)和2007在韓國(guó)國(guó)民大學(xué)科研項(xiàng)目支持。
參考文獻(xiàn)
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模具的發(fā)展
1 模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位
模具是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。采用模具生產(chǎn)零部件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點(diǎn)，用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。
現(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，因此模具工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展將起越來(lái)越大的作用。1989年3月國(guó)務(wù)院頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，把模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建設(shè)序列的第二位(僅次于大型發(fā)電設(shè)備及相應(yīng)的輸變電設(shè)備)，確立模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。1997年以來(lái)，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入了《當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵(lì)外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年到2000年，對(duì)80多家國(guó)有專(zhuān)業(yè)模具廠實(shí)行增值稅返還70%的優(yōu)惠政策，以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。所有這些，都充分體現(xiàn)了國(guó)務(wù)院和國(guó)家有關(guān)部門(mén)對(duì)發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。目前全世界模具年產(chǎn)值約為600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床工業(yè)，從1997年開(kāi)始，我國(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值也超過(guò)了機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，在家電、玩具等輕工行業(yè)，近90％的零件是綜筷具生產(chǎn)的；在飛機(jī)、汽車(chē)、農(nóng)機(jī)和無(wú)線電行業(yè)，這個(gè)比例也超過(guò)60％。例如飛機(jī)制造業(yè)，某型戰(zhàn)斗機(jī)模具使用量超過(guò)三萬(wàn)套，其中主機(jī)八千套、發(fā)動(dòng)機(jī)二千套、輔機(jī)二萬(wàn)套。從產(chǎn)值看，80年代以來(lái)，美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床行業(yè)，并又有繼續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。據(jù)國(guó)際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到2000年，產(chǎn)品盡件粗加工的75%、精加工的50％將由模具完成；金屬、塑料、陶瓷、橡膠、建材等工業(yè)制品大部分將由模具完成，50％以上的金屬板材、80％以上的塑料都特通過(guò)模具轉(zhuǎn)化成制品。
2 模具的歷史發(fā)展
模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器和青銅器鑄造，但其大規(guī)模使用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的掘起而發(fā)展起來(lái)的。
19世紀(jì)，隨著軍火工業(yè)(槍炮的彈殼)、鐘表工業(yè)、無(wú)線電工業(yè)的發(fā)展，沖模得到廣泛使用。二次大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，它又成了大量生產(chǎn)家用電器、汽車(chē)、電子儀器、照相機(jī)、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看，當(dāng)時(shí)美國(guó)的沖壓技術(shù)走在前列——許多模具先進(jìn)技術(shù)，如簡(jiǎn)易模具、高效率模具、高壽命模具和沖壓自動(dòng)化技術(shù)，大多起源于美國(guó)；而瑞士的精沖、德國(guó)的冷擠壓技術(shù)，蘇聯(lián)對(duì)塑性加工的研究也處于世界先進(jìn)行列。50年代，模具行業(yè)工作重點(diǎn)是根據(jù)訂戶(hù)的要求，制作能滿(mǎn)足產(chǎn)品要求的模具。模具設(shè)計(jì)多憑經(jīng)驗(yàn)，參考已有圖紙和感性認(rèn)識(shí)，對(duì)所設(shè)計(jì)模具零件的機(jī)能缺乏真切了解。從1955年到1965年，是壓力加工的探索和開(kāi)發(fā)時(shí)代——對(duì)模具主要零部件的機(jī)能和受力狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分橋，并把這些知識(shí)不斷應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，使得沖壓技術(shù)在各方面有飛躍的發(fā)展。其結(jié)果是歸納出模具設(shè)計(jì)原則，并使得壓力機(jī)械、沖壓材料、加工方法、梅具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動(dòng)化裝置等領(lǐng)域面貌一新，并向?qū)嵱没姆较蛲七M(jìn)，從而使沖壓加工從儀能生產(chǎn)優(yōu)良產(chǎn)品的第一階段。
進(jìn)入70年代向高速化、啟動(dòng)化、精密化、安全化發(fā)展的第二階段。在這個(gè)過(guò)程中不斷涌現(xiàn)各種高效率、商壽命、高精度助多功能自動(dòng)校具。其代表是多達(dá)別多個(gè)工位的級(jí)進(jìn)模和十幾個(gè)工位的多工位傳遞模。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出既有連續(xù)沖壓工位又有多滑塊成形工位的壓力機(jī)—彎曲機(jī)。在此期間，日本站到了世界最前列——其模具加工精度進(jìn)入了微米級(jí)，模具壽命，合金工具鋼制造的模具達(dá)到了幾千萬(wàn)次，硬質(zhì)合金鋼制造的模具達(dá)到了幾億次p每分鐘沖壓次數(shù)，小型壓力機(jī)通常為200至300次，最高為1200次至1500次。在此期間，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新快、用期短(如汽車(chē)改型、玩具翻新等)的需要，各種經(jīng)濟(jì)型模具，如鋅落合金模具、聚氨酯橡膠模具、鋼皮沖模等也得到了很大發(fā)展。
從70年代中期至今可以說(shuō)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代。隨著模具加工精度與復(fù)雜性不斷提高，生產(chǎn)周期不斷加快，模具業(yè)對(duì)設(shè)備和人員素質(zhì)的要求也不斷提高。依靠普通加工設(shè)備，憑經(jīng)驗(yàn)和手藝越來(lái)越不能滿(mǎn)足模具生產(chǎn)的需要。90年代以來(lái)，機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合，發(fā)展了NC機(jī)床，如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花機(jī)床、數(shù)控銑床、數(shù)控坐標(biāo)磨床等。而采用電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程、控制的CNC機(jī)床提高了數(shù)控機(jī)床的使用效率和范圍。近年來(lái)又發(fā)展出由一臺(tái)計(jì)算機(jī)以分時(shí)的方式直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床的NNC系統(tǒng)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)也逐步進(jìn)入模具生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，包括設(shè)計(jì)、制造、管理等。國(guó)際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到2000年，作為設(shè)計(jì)和制造之間聯(lián)系手段的圖紙將失去其主要作用。模具自動(dòng)設(shè)計(jì)的最根本點(diǎn)是必須確立模具零件標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。要擺脫過(guò)去以人的思考判斷和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為中心所組成的設(shè)計(jì)方法，就必須把過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)和思考方法，進(jìn)行系列化、數(shù)值化、數(shù)式化，作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)中。因?yàn)槟＞邩?gòu)成元件也干差萬(wàn)別，要搞出一個(gè)能適應(yīng)各種零件的設(shè)計(jì)軟件幾乎不可能。但是有些產(chǎn)品的零件形狀變化不大，模具結(jié)構(gòu)有一定的規(guī)律，放可總結(jié)歸納，為自動(dòng)設(shè)計(jì)提供軟件。如日本某公司的CDM系統(tǒng)用于級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)與制造，其中包括零件圖形輸入、毛坯展開(kāi)、條料排樣、確定模板尺寸和標(biāo)準(zhǔn)、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序(為數(shù)控加工中心和線切割編程)等，所用時(shí)間由手工的20%、工時(shí)減少到35小時(shí)；從80年代初日本就將三維的CAD／CAM系統(tǒng)用于汽車(chē)覆蓋件模具。目前，在實(shí)體件的掃描輸入，圖線和數(shù)據(jù)輸入，幾何造形、顯示、繪圖、標(biāo)注以及對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)編程，產(chǎn)生效控機(jī)床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達(dá)到較高水平；計(jì)算機(jī)仿真(CAE)技術(shù)也取得了一定成果。在高層次上，CAD／CAM／CAE集成的，即數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的，可以互相直接傳輸信息．實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。目前．國(guó)外僅有少數(shù)廠家能夠做到。
3 我國(guó)模具工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”的企業(yè)特征，我國(guó)大部分企業(yè)均設(shè)有模具車(chē)間，處于本廠的配套地位，自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)化這個(gè)概念。生產(chǎn)效率不高，經(jīng)濟(jì)效益較差。模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂，跨行業(yè)、投資密集，專(zhuān)業(yè)化、商品化和技術(shù)管理水平都比較低。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)現(xiàn)有模具專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車(chē)間（分廠）近17000家，約60萬(wàn)從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達(dá)200億元人民幣。但是，我國(guó)模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿(mǎn)足需求量的60％左右，還不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。目前，國(guó)內(nèi)需要的大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命的模具還主要依靠進(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，1997年進(jìn)口模具價(jià)值6.3億美元，這還不包括隨設(shè)備一起進(jìn)口的模具；1997年出口模具僅為7800萬(wàn)美元。目前我國(guó)模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造能力，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。
3.1 模具工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀
按照中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)的劃分，我國(guó)模具基本分為10大類(lèi)，其中，沖壓模和塑料成型模兩大類(lèi)占主要部分。按產(chǎn)值計(jì)算，目前我國(guó)沖壓模占50％左右，塑料成形模約占20％，拉絲模（工具）約占10％，而世界上發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模具產(chǎn)值的40％以上。
我國(guó)沖壓模大多為簡(jiǎn)單模、單工序模和符合模等，精沖模，精密多工位級(jí)進(jìn)模還為數(shù)不多，模具平均壽命不足100萬(wàn)次，模具最高壽命達(dá)到1億次以上，精度達(dá)到3～5um，有50個(gè)以上的級(jí)進(jìn)工位，與國(guó)際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬(wàn)次相比，處于80年代中期國(guó)際先進(jìn)水平。
我國(guó)的塑料成形模具設(shè)計(jì)，制作技術(shù)起步較晚，整體水平還較低。目前單型腔，簡(jiǎn)單型腔的模具達(dá)70％以上，仍占主導(dǎo)地位。一模多腔精密復(fù)雜的塑料注射模，多色塑料注射模已經(jīng)能初步設(shè)計(jì)和制造。模具平均壽命約為80萬(wàn)次左右，主要差距是模具零件變形大、溢邊毛刺大、表面質(zhì)量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴(yán)重、模具排氣不暢和型腔易損等，注射模精度已達(dá)到5um以下，最高壽命已突破2000萬(wàn)次，型腔數(shù)量已超過(guò)100腔，達(dá)到了80年代中期至90年代初期的國(guó)際先進(jìn)水平。
3.2 模具工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
我國(guó)模具工業(yè)目前技術(shù)水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來(lái)講，與發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家及港臺(tái)地區(qū)先進(jìn)水平相比，還有較大的差距。
在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術(shù)設(shè)計(jì)與制造模具方面，無(wú)論是應(yīng)用的廣泛性，還是技術(shù)水平上都存在很大的差距。在應(yīng)用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)模具方面，僅有約10%的模具在設(shè)計(jì)中采用了CAD，距拋開(kāi)繪圖板還有漫長(zhǎng)的一段路要走；在應(yīng)用CAE進(jìn)行模具方案設(shè)計(jì)和分析計(jì)算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動(dòng)畫(huà)游戲階段；在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面，一是缺乏先進(jìn)適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設(shè)備（包括近10多年來(lái)引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備）或因計(jì)算機(jī)制式（IBM微機(jī)及其兼容機(jī)、HP工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運(yùn)算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設(shè)備近年來(lái)才開(kāi)展這項(xiàng)工作；在應(yīng)用CAPP技術(shù)進(jìn)行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進(jìn)行大量的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)工作；在模具共性工藝技術(shù)，如模具快速成型技術(shù)、拋光技術(shù)、電鑄成型技術(shù)、表面處理技術(shù)等方面的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用在我國(guó)才剛起步。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的軟件開(kāi)發(fā)，尚處于較低水平，需要知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累。我國(guó)大部分模具廠、車(chē)間的模具加工設(shè)備陳舊，在役期長(zhǎng)、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車(chē)、銑、刨、鉆、磨設(shè)備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備簡(jiǎn)陋，能耗高。設(shè)備更新速度緩慢，技術(shù)改造，技術(shù)進(jìn)步力度不大。雖然近年來(lái)也引進(jìn)了不少先進(jìn)的模具加工設(shè)備，但過(guò)于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設(shè)備的一些先進(jìn)功能也未能得到充分發(fā)揮。
缺乏技術(shù)素質(zhì)較高的模具設(shè)計(jì)、制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人，尤其缺乏知識(shí)面寬、知識(shí)結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才。中國(guó)模具行業(yè)中的技術(shù)人員，只占從業(yè)人員的8%~12%左右，且技術(shù)人員和技術(shù)工人的總體技術(shù)水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術(shù)人員和技術(shù)工人知識(shí)老化，知識(shí)結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專(zhuān)業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)匱乏，動(dòng)手能力差，不安心，不愿學(xué)技術(shù)。近年來(lái)人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質(zhì)水平下降，而且人才結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設(shè)計(jì)、制造的技術(shù)水平難以提高。
3.3 模具工業(yè)配套材料，標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
近10多年來(lái)，特別是“八五”以來(lái)，國(guó)家有關(guān)部委已多次組織有關(guān)材料研究所、大專(zhuān)院校和鋼鐵企業(yè)，研究和開(kāi)發(fā)模具專(zhuān)用系列鋼種、模具專(zhuān)用硬質(zhì)合金及其他模具加工的專(zhuān)用工具、輔助材料等，并有所推廣。但因材料的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，缺乏必要的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，規(guī)格品種較少，大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應(yīng)上，解決用戶(hù)的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾，尚未得到有效的解決。另外，國(guó)外模具鋼材近年來(lái)相繼在國(guó)內(nèi)建立了銷(xiāo)售網(wǎng)點(diǎn)，但因渠道不暢、技術(shù)服務(wù)支撐薄弱及價(jià)格偏高、外匯結(jié)算制度等因素的影響，目前推廣應(yīng)用不多。
模具加工的輔助材料和專(zhuān)用技術(shù)近年來(lái)雖有所推廣應(yīng)用，但未形成成熟的生產(chǎn)技術(shù)，大多仍還處于試驗(yàn)摸索階段，如模具表面涂層技術(shù)、模具表面熱處理技術(shù)、模具導(dǎo)向副潤(rùn)滑技術(shù)、模具型腔傳感技術(shù)及潤(rùn)滑技術(shù)、模具去應(yīng)力技術(shù)、模具抗疲勞及防腐技術(shù)等尚未完全形成生產(chǎn)力，走向商品化。一些關(guān)鍵、重要的技術(shù)也還缺少知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。
我國(guó)的模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)，80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn)，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋面約占20%，從市場(chǎng)上能配到的也只有約30個(gè)品種，且僅限于中小規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)凸凹模、熱流道元件等剛剛開(kāi)始供應(yīng)，模架及零件生產(chǎn)供應(yīng)渠道不暢，精度和質(zhì)量也較差。
3.4 模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
我國(guó)的模具工業(yè)相對(duì)較落后，至今仍不能稱(chēng)其為一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)。我國(guó)目前的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類(lèi)：專(zhuān)業(yè)模具廠，專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)外供模具；產(chǎn)品廠的模具分廠或車(chē)間，以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務(wù)；三資企業(yè)的模具分廠，其組織模式與專(zhuān)業(yè)模具廠相類(lèi)似，以小而專(zhuān)為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)，與專(zhuān)業(yè)模具廠相類(lèi)似。其中以第一類(lèi)數(shù)量最多，模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。我國(guó)的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個(gè)大行業(yè)部門(mén)制造和使用模具，沒(méi)有統(tǒng)一管理的部門(mén)。僅靠中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)籌規(guī)劃，集中攻關(guān)，跨行業(yè)，跨部門(mén)管理困難很多。
模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn)，而我國(guó)技術(shù)改造投資向大中型企業(yè)傾斜時(shí)，中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車(chē)間、分廠在內(nèi)，技術(shù)改造后不能很快收回其投資，甚至負(fù)債累累，影響發(fā)展。
雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車(chē)間、分廠技術(shù)力量強(qiáng)，設(shè)備條件較好，生產(chǎn)的模具水平也較高，但設(shè)備利用率低。
我國(guó)模具價(jià)格長(zhǎng)期以來(lái)同其價(jià)值不協(xié)調(diào)，造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟(jì)效益小，社會(huì)效益大”的現(xiàn)象?！案赡＞叩牟蝗绺赡＞邩?biāo)準(zhǔn)件的，干標(biāo)準(zhǔn)件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類(lèi)不正?，F(xiàn)象存在。
4 模具的發(fā)展趨勢(shì)
4.1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
（1）模具軟件功能集成化
模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時(shí)各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測(cè)試及生產(chǎn)管理的全過(guò)程，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的目的。如英國(guó)Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計(jì)高級(jí)渲染、塑料模設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動(dòng)編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測(cè)量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國(guó)內(nèi)有上海交通大學(xué)金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。
（2）模具設(shè)計(jì)、分析及制造的三維化
傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計(jì)、分析、制造的三維化、無(wú)紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺(jué)來(lái)設(shè)計(jì)模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評(píng)價(jià)和數(shù)控加工、成形過(guò)程模擬及信息的管理與共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點(diǎn)，從而使模具并行工程成為可能。另外，Cimatran公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D專(zhuān)業(yè)注塑模設(shè)計(jì)軟件，可進(jìn)行交互式3D型腔、型芯設(shè)計(jì)、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。澳大利亞Moldflow公司的三維真實(shí)感流動(dòng)模擬軟件MoldflowAdvisers已經(jīng)受到用戶(hù)廣泛的好評(píng)和應(yīng)用。國(guó)內(nèi)有華中理工大學(xué)研制的同類(lèi)軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學(xué)的Z-mold軟件。面向制造、基于知識(shí)的智能化功能是衡量模具軟件先進(jìn)性和實(shí)用性的重要標(biāo)志之一。如Cimatron公司的注塑模專(zhuān)家軟件能根據(jù)脫模方向自動(dòng)產(chǎn)生分型線和分型面，生成與制品相對(duì)應(yīng)的型芯和型腔，實(shí)現(xiàn)模架零件的全相關(guān)，自動(dòng)產(chǎn)生材料明細(xì)表和供NC加工的鉆孔表格，并能進(jìn)行智能化加工參數(shù)設(shè)定、加工結(jié)果校驗(yàn)等。
（3）模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)
隨著模具在企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)、合作、生產(chǎn)和管理等方面的全球化、國(guó)際化，以及計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)使得在模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì)、敏捷制造技術(shù)既有必要，也有可能。美國(guó)在其《21世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略》中指出，到2006年要實(shí)現(xiàn)汽車(chē)工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案，使汽車(chē)開(kāi)發(fā)周期從40個(gè)月縮短到4個(gè)月。
4.2 模具檢測(cè)、加工設(shè)備向精密、高效和多功能方向發(fā)展
（1）模具檢測(cè)設(shè)備的日益精密、高效
精密、復(fù)雜、大型模具的發(fā)展，對(duì)檢測(cè)設(shè)備的要求越來(lái)越高?，F(xiàn)在精密模具的精度已達(dá)2～3μm，目前國(guó)內(nèi)廠家使用較多的有意大利、美國(guó)、日本等國(guó)的高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，并具有數(shù)字化掃描功能。如東風(fēng)汽車(chē)模具廠不僅擁有意大利產(chǎn)3250mm×3250mm三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，還擁有數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀，率先在國(guó)內(nèi)采用數(shù)碼攝影、光學(xué)掃描作為空間三維信息的獲得手段，從而實(shí)現(xiàn)了從測(cè)量實(shí)物→建立數(shù)學(xué)模型→輸出工程圖紙→模具制造全過(guò)程，成功實(shí)現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。這方面的設(shè)備還包括：英國(guó)雷尼紹公司第二代高速掃描儀(CYCLON SERIES2)可實(shí)現(xiàn)激光測(cè)頭和接觸式測(cè)頭優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，激光掃描精度為0.05mm，接觸式測(cè)頭掃描精度達(dá)0.02mm。另外德國(guó)GOM公司的ATOS便攜式掃描儀，日本羅蘭公司的PIX-30、PIX-4臺(tái)式掃描儀和英國(guó)泰勒·霍普森公司TALYSCAN150多傳感三維掃描儀分別具有高速化、廉價(jià)化和功能復(fù)合化等特點(diǎn)。
（2）數(shù)控電火花加工機(jī)床
日本沙迪克公司采用直線電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驅(qū)動(dòng)反應(yīng)快、傳動(dòng)及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。瑞士夏米爾公司的NCEDM具有P-E3自適應(yīng)控制、PCE能量控制及自動(dòng)編程專(zhuān)家系統(tǒng)。另外有些EDM還采用了混粉加工工藝、微精加工脈沖電源及模糊控制(FC)等技術(shù)。
（3）高速銑削機(jī)床(HSM)
銑削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速銑削具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質(zhì)量好、加工效率高(為普通銑削加工的5～10倍)及可加工硬材料(<60HRC)等諸多優(yōu)點(diǎn)。因而在模具加工中日益受到重視。瑞士克朗公司UCP710型五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，其機(jī)床定位精度可達(dá)8μm，自制的具有矢量閉環(huán)控制電主軸，最大轉(zhuǎn)速為42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速銑床，其加工范圍達(dá)2500mm×5000mm×1800mm，轉(zhuǎn)速達(dá)20500r/min，切削進(jìn)給速度達(dá)20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽車(chē)覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可達(dá)0.01mm。
4.3 快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)
縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期是贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的有效手段之一。與傳統(tǒng)模具加工技術(shù)相比，快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)具有制模周期短、成本較低的特點(diǎn)，精度和壽命又能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，是綜合經(jīng)濟(jì)效益比較顯著的模具制造技術(shù)，具體主要有以下一些技術(shù)。
（1）快速原型制造技術(shù)(RPM)。它包括激光立體光刻技術(shù)(SLA) ；疊層輪廓制造技術(shù)(LOM) ；激光粉末選區(qū)燒結(jié)成形技術(shù)(SLS) ；熔融沉積成形技術(shù)(FDM) 和三維印刷成形技術(shù)(3D-P)等。
（2）表面成形制模技術(shù)。它是指利用噴涂、電鑄和化學(xué)腐蝕等新的工藝方法形成型腔表面及精細(xì)花紋的一種工藝技術(shù)。
（3）澆鑄成形制模技術(shù)。主要有鉍錫合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、樹(shù)脂復(fù)合成形模具技術(shù)及硅橡膠制模技術(shù)等。
（4）冷擠壓及超塑成形制模技術(shù)。
（5）無(wú)模多點(diǎn)成形技術(shù)。
（6）KEVRON鋼帶沖裁落料制模技術(shù)。
（7）模具毛坯快速制造技術(shù)。主要有干砂實(shí)型鑄造、負(fù)壓實(shí)型鑄造、樹(shù)脂砂實(shí)型鑄造及失蠟精鑄等技術(shù)。
（8）其他方面技術(shù)。如采用氮?dú)鈴椈蓧哼叀⑿读?、快速換模技術(shù)、沖壓?jiǎn)卧M合技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)及實(shí)型鑄造沖模刃口鑲塊技術(shù)等。
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