板材塑性成形用于制作各種各樣的零件，例如汽車、飛機、電器、家庭用品、工藝美術(shù)品、醫(yī)療器具等零件。傳統(tǒng)的塑性加工生產(chǎn)方式是先設(shè)計、制造模具，然后用模具加工出產(chǎn)品，它是一種適合于品種單一、大批量、產(chǎn)品更新?lián)Q代周期長的生產(chǎn)方式。但是，當(dāng)今社會對產(chǎn)品要求曰益多樣化，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，產(chǎn)品的生命周期越來越短，要求產(chǎn)品的設(shè)計不斷創(chuàng)新，而產(chǎn)品的生產(chǎn)要多品種、少批量。因此，傳統(tǒng)的塑性加工方式在現(xiàn)代生產(chǎn)中就表現(xiàn)出了自身嚴(yán)重的不足，例如它不利于產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，不適合產(chǎn)品頻繁地更新?lián)Q代的需要，更不能滿足縮短交貨時間方面的需要。為了適應(yīng)市場的需求，近年來出現(xiàn)了一些柔性的塑性加工方法，即不需要設(shè)計、制造模具，而是使用增量成形的方式直接制作零件。這種新的加工技術(shù)有別于傳統(tǒng)的“先設(shè)計、制造模具，然后進行沖壓成形”的塑性加工技術(shù)，它是將數(shù)控技術(shù)、cad技術(shù)和金屬塑性成形技術(shù)相結(jié)合的*智能化制造技術(shù)。
我們在對逐次塑性成形進行了一些研究的基礎(chǔ)上3，開發(fā)了板材數(shù)控逐次塑性成形系統(tǒng)，它是用于實現(xiàn)上述柔性塑性加工的系統(tǒng)。該系統(tǒng)由計算機、數(shù)控機床、形狀簡單的工具、結(jié)構(gòu)簡單的工件夾持裝置有機地組合起來。利用該系統(tǒng)進行板材逐次塑性成形時，首先根據(jù)要求在計算機上利用三維軟件進行產(chǎn)品的立體造型，并進一步按照產(chǎn)品的成形要求編制出數(shù)控機床的控制程序，利用數(shù)控機床的進給系統(tǒng)，使板料按照給定軌跡逐步進行增量成形*終達到所要求的形狀。這種方法不需要進行傳統(tǒng)的模具設(shè)計與制造，因而能夠快速響應(yīng)市場的需要，有利于產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，特別適合于小批量、多品種、形狀復(fù)雜零件的生產(chǎn)。
2系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理由于逐次塑性成形是利用形狀簡單的工具使材料逐次進行局部變形而*終形成所需要的零件，即以工具的運動所形成的包結(jié)面來成形零件的成形方法。因此，本研究的板材數(shù)控逐次塑性成形系統(tǒng)主要由數(shù)控機床、形狀簡單的工具、結(jié)構(gòu)簡單的工件夾持裝置以及普通的計算機所構(gòu)成。為了利用現(xiàn)有的資源，在本次實驗中，數(shù)控機床暫時選用加工中心。工作時，把金屬板材裝在工件夾持裝置上；同時以形狀簡單的塑性成形工具代替加工中心原來的刀具；根據(jù)對產(chǎn)品的三維造型和分層切片所獲得的有關(guān)數(shù)據(jù)控制加工中心各軸的運動，使金屬板材按一定的軌跡運動，而工具除了自身的運動外也按一定的規(guī)律進給，從而使板材逐步產(chǎn)生塑性變形而形成所需形狀和尺寸的零件。
在軟件方面，主要利用三維cad/cam軟件mastercam或pro/engineer.通過選擇合適的加工方式，定義加工參數(shù)，形成工具路徑，經(jīng)過后處理生成nc代碼，傳入加工中心，對金屬板材鋁進行了數(shù)控逐次塑性成形實驗。
廣東省自然科學(xué)基金資助項目蹁號：90546）收稿曰期：2001―08―28司開發(fā)的基于微機平臺的cad/cam集成系統(tǒng)w，是目前在機械加工行業(yè)使用非常普遍，且相當(dāng)成功的軟件。它是cad和cam集成在一起的一套非常芫整的軟件，既能在mastercam的cad部分繪制二維和三維零件圖形，又能在mastercam的cam部分對零件圖形直接編制工具路徑5ci mastercam8.0的cad模塊，它廣泛地提供了繪制幾何圖形的能力，包拮點、線、圓弧、聚合線、曲面、橢圓、文字和基本的實體。能在任何平面和視角中，包拮在等軸測視圖中繪制立體圖形，能編制標(biāo)簽、注釋和標(biāo)注尺寸，也能動態(tài)旋轉(zhuǎn)、平移、比例、放大。系統(tǒng)中曲面模組化已經(jīng)能夠芫整準(zhǔn)確地繪制一個特別復(fù)雜工件的外形。可以用昆氏和舉升等方式構(gòu)造板材件各種形狀的曲面模型。
對于復(fù)雜的曲面形狀，也可以采用pro/engi-neer或其他軟件進行造型，然后用ies文件輸出曲面和線框模型，轉(zhuǎn)入mastercam中生成加工程序。
3工具軌跡的形成mastercam系統(tǒng)側(cè)重于數(shù)控加工編程，其曲線、曲面設(shè)計功能是為數(shù)控加工編程服務(wù)的，具有2~5坐標(biāo)數(shù)控銑削加工編程能力、線切割加工編程能力和車削加工編程能力。
在本研究的實驗中，板材塑性成形的工具路徑按照切削加工的編程方式產(chǎn)生，用工具運動軌跡所形成的包結(jié)面代替模具的型面而成形零件。
塑性成形雖然是以切削方式得到工具路徑，但成形中利用的只是刀具的軌跡。由于在板材的數(shù)控塑性成形實驗中，使用了自制的塑性成形工具代替了數(shù)控機床原來的刀具，并在數(shù)控機床上安裝新研制的專門夾持裝置，將板材夾在中間，并在底部留一定的塑性變形空間。這樣，保證在成形過程中，沿著刀具的軌跡，金屬板材發(fā)生的是塑性變形，而不是切削。
用mastercam曲面加工功能中的挖槽方式對板材平面進行粗加工，然后可以用流水線、等高線等多種方式進行精加工。當(dāng)然，這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軌跡。是在mastercam中用挖槽方式走出的粗加工軌跡。軌跡線是從上到下，在同一層則是從內(nèi)向外。是成形出的一些鉬制件。
4結(jié)束語板材的數(shù)控逐次塑性成形把cad技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和金屬塑性成形技術(shù)結(jié)合起來，不用模具就能把金屬板材直接成形為所需的制品，創(chuàng)造了一種新的塑性加工方法。它能快速響應(yīng)市場和用戶的需要，真正適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)的需要，滿足產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代的需求，滿足產(chǎn)品不斷創(chuàng)新設(shè)計、多品種、少批量的要求。本文利用了計算機、數(shù)控機床和塑性成形技術(shù)，將計算機、加工中心以及形狀簡單的工具、結(jié)構(gòu)簡單的夾具組成了一個數(shù)控逐次塑性成形系統(tǒng)，并對板材的數(shù)控逐次塑性成形進行了初步研究，成功地加工了一些形狀各異的制件，而且其成形極限有所提高。