数字化技术在轮胎模具设计制造中的应用

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摘　要: 介绍了数字制造技术的概念、理论基础,分析了轮胎模具的现状与发展,讨论了轮胎模具的数字制造技术。
) i, d# l7 G; {. a% v关键词: 轮胎模具;数字制造;理论基础
中图分类号: TP391 　　　　　　文献标识码: A
Abstract : The concept and basic theories of digital manufacturing technology are int roduced. The situations and development s about wheel mould are analyzed. At last digital manufacturing tech nology in wheel mould applications is discussed.
Key words : wheel mould ; digital manufacturing ; basic theory
　引言
随着数字制造的迅猛发展以及计算机技术的广泛应用,轮胎模具的设计、制造提出了更加严格的要求,传统的轮胎模具设计方法受到了一定程度的挑战,合乎传统设计原则的设计在今天已经成为不合理的设计,在现代技术迅猛发展的今天, 要比较圆满地完成一副美观、实用、经济的轮胎模具的设计,除了需要有模具设计有关方面的知识外,还应全面掌握与模具制造有关方面的数字制造新技术。
7 v" y8 n# @* c4 Q2 ~1 　数字化制造技术的概念
  U- J% L( W3 O( r* N' J8 v21 世纪是一个数字化的世纪,一系列数字概念如数字图书馆、数码城等等与日俱增,同时促使制造业发生革命性的变化。所谓数字制造,指的是在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下,根据用户的需求,迅速收集资源信息,对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组,实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造,进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造过程。也就是说,数字制造实际上就是在对制造过程进行数字化的描述而建立数字空间中完成产品的制造过程。
由于计算机的发展以及计算机图形学与机械设计技术的结合,产生了以数据库为核心,以交互图形系统为手段,以工程分析计算为主体的一体化计算机辅助设计(CAD) 系统。CAD 系统能够在二维与三维的空间精确地描述物体,大大地提高了生产过程中描述产品的能力和生产率。正如数控技术与数控机床一样,CAD 的产生和发展, 为制造业产品的设计过程数字化和自动化打下了基础。
5 K5 l- u0 p0 H" X1 }1 K& R将CAD 的产品设计信息转换为产品的制造、工艺规则等信息,使加工机械按照预定的工序和工步的组合和排序,选择刀具、夹具、量具,确定切削用量,并计算每个工序的机动时间和辅助时间, 这就是计算机辅助工艺规划(CAPP) 。将包括制造、检测、装配等方面的所有规划,以及面向产品设计、制造、工艺、管理、成本核算等所有信息数字化。转换为计算机所理解,并被制造过程的全阶段所共享,从而形成了所谓CAD/ CAM/ CAPP。这就是基于产品设计的数字制造观。
+ L/ ^( l! A7 p( t: ~/ Q从数字制造的要领出发,可以清楚地看到,数 字制造是计算机数字技术、网络信息技术与制造技术不断融合、发展和应用的结果,也是制造企业、制造系统和生产系统不断实现数字化的必然。对制造设备而言,其控制参数均为数字信号。对制造企业而言,各种信息(包括图形、数据,甚至知识和技能) 均以数字的形式通过数字网络在企业内部传递。对全球制造业而言,用户通过数字网络发布需求信息,各大中小型企业则通过数字网络根据需求,优势互补,动态组合,迅速敏捷地协同设计制造出相应的产品。在数字制造环境下, 在广域内形成了一个由数字织成的网,个人、企业、车间、设备、经销商和市场成为网上的一个个结点,由产品在设计、制造、销售过程中所赋予的数字信息成为主宰制造业最活跃的驱动因素。另一方面,数字制造包含了以控制设计和管理为中心的数字制造。当前,网络制造是数字制造的全球化实现,虚拟制造是数字工厂和数字产品的一种具体体现,而电子商务制造是数字制造的一种动态联盟。
7 b6 e# A3 B& P  A/ D2 　数字化制造技术的理论基础
数字化制造技术与传统制造的本质区别在于: 数字制造将力图从离散的、系统的、动力学的、非线性的和时变的观点来系统研究制造工艺、装备、技术、组织、管理、营销和控制等一系列问题。数字制造的本质是制造信息的数字化,而数字化的核心则是离散化。其本质是如何将制造的连续物理现象、模糊的不确定现象、制造过程的物理量和伴随制造过程而出现和产生的几何量、企业环境、个人的知识、经验和能力离散化,进而实现数字化。离散化和数字化的过程,将涉及一系列理论基础问题,计算制造学是最核心的理论基础。这里,计算制造学就是建立各种制造计算模型,通过计算制造中计算几何理论基础,采用相关的基于数值计算的智能方法,利用计算机对制造过程和制造系统中力、热、声、振动、速度、误差等物理量,加工误差和位移等几何量,过程建模、控制规划、调度和管理等有关计算问题及复杂性问题分析等一系列事件进行数字表示、数字计算、定性推理和形式处理,最终使制造系统中种种问题归结为计算机可形式化的计算模型,进而实现其可计算性、可控性和可预测性。
: v% p% g4 G4 |计算制造学的理论涉及范围很广,其中最为重要的理论基础应该是计算机几何的数据融合。计算机几何与代数几何、组合几何、凸分析、数据结构、复杂性分析等都是实现制造中几何问题分析的基础,并已成为解决制造系统中诸多难题的有力工具。其理论框架包括几何模型、计算机表示与空间推理的理论和方法等。数据与信息融合层次。一般来说,数据与信息融合本质上是一个由低层至顶层对多元信息进行整合,逐层抽象的信息处理过程。数字制造的数据融合既包含多传感器在空间或时间上的冗余信息或互补信息依据某种准则来进行组合,以获得比其它多组成部分的子集所构成的系统具有更优越的性能。后者则将获取的领域主导知识、专家、操作者、维修与个人的技能、经验等知识,采取有效合理的提取、组合,进行综合分析与判断,进而得出合理、最优的决策方法。
/ S$ c3 y! X8 \$ r计算制造学的方法论,主要是基于数值计算的智能方法。它既与数字建模的方法与手段密切相关,又与各种智能计算方法有关。对于前者,面向对象的方法与Pet ri 网建模目前仍是被成功用于现代制造系统乃至数字制造系统的建模,它们既支持模型的动态属性和模块化特征,又很好地解决了系统内部的协同、冲突和并行问题。对于后者,则主要包括进化计算、神经网络和模糊决策系统等,进化计算基于自然突变、自然选择的生物进化思想,将复杂的制造系统的自组织行为能力与分布协同等问题提供了新的思路和方法。神经网络由于具有分布式、全息性、进行性、鲁棒性和冗余性等特点,从而在解决制造过程中的组合大爆炸、最优求解、推理学习、自动决策与控制和诊断有着重要的意义。
数字制造系统的信息与知识的处理。通过应用虚拟现实、快速成形和计算机集成制造技术,并借助数据库、网络和多媒体等计算机信息处理手段,数字制造系统对整个制造业中庞大的制造资源和信息进行有机地采集、管理和规划,使制造过程融入一个宏观的“制造坐标系”中,通过基于该 “制造空间”的计算和重组,迅速完成产品的设计和生产。在此过程中,由于涉及到信息数据类型繁多、层次结构复杂、数据间语义联系复杂、数据载体介质多、数据量大,而且企业内部和企业之间均存在设备异构现象,因此在数字制造环境中,为了对分布在不同部门、不同地区的数据信息进行统一管理,必须建立分布式异构动态的数据信息库,以解决企业内部和企业之间的信息集成、交换、共享和管理的问题。对此,可将web 技术与传统的产品数据管理技术融合,建立基于web 的客户机/ 服务器体系结构,对采集到的数据进行分析、运算、过滤、重组,并在制造系统中引入人式智能,形成数字制造系统的知识库和模型库,组成各个领域的制造专家系统,并在此基础上集成相应的决策系统,达到区域乃至全球制造过程的模拟、仿真和实现。
3 　轮胎模具制造技术的现状与发展 80 年代以来,中国轮胎模具工业发展十分迅速,国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求,也为其发展提供了动力,轮胎模具业在近几年中进入了一个更新设备、产品升级上档次的发展时期。它们革新了传统的手工刻模的模具加工工艺,代之以电火花蚀刻工艺加工模具,随着科技的发展,特别是微机控制在模具加工上的应用,配置先进的软件与设备,运用先进的三维 CAD/ CAM 技术,曲面造型由微机进行加工仿真和刀路校验,对三维实体进行模拟加工,丰富的加工策略支持三轴数控机床完成电极与模具加工。其中全自动数控电火花机床的分度误差≤±20″, 深度误差≤0. 01mm ,以其先进的设计,先进的加工手段确保模具的高精度和高档次。
模具CAD/ CAM 系统通过特征识别或图形交互输入的方法,获取特征信息,从而迅速设计出相应部件,基于尺寸驱动的参数化造型技术,使模具总体结构设计修改改变快捷方便,模具质量更为可靠,并缩短了生产周期,使企业能够快速适应市场变化,大大增强了应变能力。
6 K: d7 }4 z8 c: Q4 　轮胎模具的数字化制造技术轮胎模具的数字制造系统如图1 所示,由数据库、计算机网络、设计中心、三座标测量仪、数控机床、电火花加工机床、雕刻机、加工中心等组成。
图1 　轮胎模具的数字制造系统 4.1 　快速原型体系
轮胎结构由三座标测量仪直接获得,将需要加工轮胎置于三座标测量仪工作台面上,取各离散点,由测量头测得坐标值( x i , yi , z i ) 输入数据库。
4.2 　数据库体系
: M$ N7 z+ d( {6 O# t" y由三座标测量仪读取的各组轮胎离散参数, 存放在网络数据库内。
3 R+ B2 z6 l7 v: Q1 G3 B4.3 　产品设计中心
, D: I8 r' h% v, |! V/ s设计中心根据数据库模具信息,虚拟出不同的轮胎模具并仿真。
4.4 　电极加工
6 @. e6 C6 u3 i4 C" ]" J通过网络输送,将数据库中数据在网络终端进行处理,由先进的软件处理系统在计算机上进行加工仿真和刀路检验,在EV180 加工中心或 KB1000CNC 数控铣床进行电极的加工,操作人员不必编程,只要输入命令,就可完成电极整体的三座标加工。
4.5 　电火花滚花
在淘汰了手工刻模的基础上,滚花技术由兴起不久的HY - 100A 单板机控制的半自动电火花机床又进一步提高到了全自动电火花技术。常用的有SD - 006 电火花机床。除了装卸工件由人工完成外,其余均由计算机控制,可实现一人多机甚至无人管理的现代化体系,大大降低了劳动力成本。
( J& {! ~7 |; {) X( E4.6 　雕刻机刻字
$ N% [9 m5 _! s0 f  Z轮胎模具上的尺寸标注和厂名同样采用雕刻机直接在滚花后的工件上雕刻而成,在提高了劳动生产率的基础上也降低了废品率。
5 　结论
/ k$ k# B0 J5 A& A$ u  v6 j5 G, Y模具工业在现代制造工业占越来越重要地位,数字制造技术引入模具工业具有特别重要的意义,虽然我国的轮胎模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展,但与国外工业发达国家还有差距。

wonder

就这些？？？    ？？

Ash

什么意思，说得很潦草阿