模具制造工藝學(xué) 李振平 第二章新

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1、2022-9-181在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：http:/ 更多課程配套課件資源請訪問在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)更多課程配套課件資源請訪問在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)2022-9-182模具制造工藝學(xué)模具制造工藝學(xué)主編李振平參編劉京華王懷亮第二章模具的機(jī)械加工第二章模具的機(jī)械加工制造模具的材料主要是金屬材料。制造模具的方法有很多，將金屬材料加工成模具的方法主要有：機(jī)械加工、特種加工、塑性加工和鑄造等方法。作為生產(chǎn)裝備的模具，它不同于一般機(jī)械產(chǎn)品的制造，由于模具多為單件生產(chǎn)，同時模具還具有使用和制造要求高的特點(diǎn)。因此，模具的加工主要采用機(jī)械加工和特種加工。模具的機(jī)械加工主要有：普通機(jī)床加工、仿形機(jī)床加工、坐標(biāo)機(jī)床加

2、工、數(shù)控機(jī)床加工。第一節(jié)基本機(jī)械加工第一節(jié)基本機(jī)械加工 基本機(jī)械加工是指用通用機(jī)床對模具進(jìn)行加工。常見的加工方法有車削加工、銑削加工、刨削加工、插削加工及磨削加工。利用普通機(jī)床加工，可加工的零件形狀比較簡單，而且效率也不高，但對回轉(zhuǎn)面、平面的加工卻很實用，因此，在板類、盤類零件的外形加工與模具成形面的加工中得到較多的使用。一、一、車削加工車削加工 車削加工是在車床上利用工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和刀具的直線運(yùn)動來改變毛坯的形狀和尺寸，從而得到符合圖樣要求的零件的一種切削加工方法。車床的種類很多，其中臥式車床的通用性最好，所以應(yīng)用最為廣泛。車削時，主運(yùn)動是主軸帶動工件做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；進(jìn)給運(yùn)動是刀架帶動車刀做

3、進(jìn)給運(yùn)動。車削可用于加工內(nèi)、外回轉(zhuǎn)表面，螺旋面，端面，鉆孔，鏜孔，鉸孔及滾花等。模具的車削加工，由于多數(shù)是單件生產(chǎn)，因此，加工過程通常是一次裝夾完成其粗加工、半精加工和精加工。這樣在加工中就應(yīng)盡可能減小切削力、切削熱引起的由機(jī)床-夾具-工件-刀具組成的工藝系統(tǒng)的變形，從而減小加工誤差。具體方法是適當(dāng)?shù)靥岣咔邢魉俣?，選擇小的背吃刀量和進(jìn)給量。對于一些精度和硬度要求較高的零件，車削加工只考慮粗加工和半精加工，零件的精度將由后續(xù)工序來保證。車削加工精車時的尺寸精度可達(dá)ITIT，表面粗糙度為R1.60.8，精密加工和超精密加工的精度會更高。1.回轉(zhuǎn)類零件的加工回轉(zhuǎn)類零件主要指導(dǎo)柱、導(dǎo)套、澆口、頂桿、模

4、柄等零件熱處理前的粗加工，成形零件的回轉(zhuǎn)曲面、型腔、型芯、凸、凹模等零件的粗、精加工。對要求具有較高的尺寸精度、較低的表面粗糙度和高的耐磨性的零件，需在半精車后再熱處理，最后在磨床上磨削。2.局部圓弧面的加工 在模具中經(jīng)常可以看到如圖2-1所示的分型面，為保證模具分型面準(zhǔn)確對合，必須保證對合面圓弧半徑尺寸精度。加工時可在花盤上找正定位，精度由百分表測量控制。有時也可采用先加工一個完整圓盤，再用線切割等方法取出一個或幾個模塊的方法。3.回轉(zhuǎn)曲面的成形加工 圖2-2a所示是采用仿形加工的方法加工大尺寸的曲面；圖2-2b所示是用成形刀加工的方法加工尺寸較小的曲面；圖2-2c所示是對拼型腔在車床上加工

5、時，為了能很好地保證型腔尺寸的準(zhǔn)確對合，通常預(yù)先將各鑲件間的接合面磨平，兩板用銷釘定位，螺釘緊固組成一個整體后才進(jìn)行車削。圖2-1局部圓弧面的加工4.螺紋加工 模具制造中的螺紋加工分為標(biāo)準(zhǔn)螺紋加工和非標(biāo)準(zhǔn)螺紋加工。標(biāo)準(zhǔn)螺紋指的是常用于緊固聯(lián)接的普通螺紋或用于傳遞運(yùn)動和動力的梯形螺紋。非標(biāo)準(zhǔn)螺紋是指模芯、模膛內(nèi)的螺紋模具螺紋。車削螺紋用的刀具稱為螺紋車刀。按加工性質(zhì)螺紋車刀屬于成形刀具，其切削部分的幾何形狀應(yīng)和螺紋牙型的軸向斷面形狀一致。(1)標(biāo)準(zhǔn)螺紋的加工根據(jù)螺紋的螺距和導(dǎo)程大小車削螺紋。采用交換齒輪配齒的方式，按要求調(diào)換，并將進(jìn)給箱上的各個手柄調(diào)整到規(guī)定位置。(2)非標(biāo)準(zhǔn)螺紋的加工由于受到產(chǎn)

6、品材料收縮率的影響，模具螺紋的螺距常大于標(biāo)準(zhǔn)螺距，而且不同的材料有不同的模具螺距。加工模具螺紋的車削方法有：交換齒輪配齒車削加工；靠模法車削加工。(3)螺紋的車削由于車削時需多次重復(fù)的吃刀和進(jìn)給才能完成螺紋的加工，因此，為避免已車出的牙型被切去而出現(xiàn)亂牙現(xiàn)象，車削時必須保證每次進(jìn)給車刀刀尖對準(zhǔn)已車出的螺旋槽。常用的進(jìn)給方式有兩種：1)每次進(jìn)給終了時，橫向退刀，同時提起開合螺母，手動將溜板箱返回到起始位置。調(diào)整背吃刀量，壓下開合螺母重復(fù)進(jìn)給。這種方法可節(jié)省回程時間和減小絲杠的磨損，但只限于絲杠螺距是工件螺距的整數(shù)倍的情況下。2)每次進(jìn)給終了時，先橫向退刀，后反轉(zhuǎn)，使工件和絲杠都反向運(yùn)動。絲杠驅(qū)動

7、溜板箱返回起始位置，調(diào)整背吃刀量，轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，重復(fù)進(jìn)給。由于開合螺母始終與絲杠嚙合，所以刀尖相對于工件的運(yùn)動軌跡是不變的，這樣可以避免當(dāng)絲杠螺距不是工件螺距的整數(shù)倍時而出現(xiàn)的亂牙現(xiàn)象。這種進(jìn)給方式的缺點(diǎn)是絲杠容易磨損，且生產(chǎn)率低。二、銑削加工二、銑削加工 銑削加工是指在銑床上利用刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和工件或刀具的進(jìn)給運(yùn)動來改變毛坯的形狀和尺寸，從而獲得符合圖樣要求的零件的一種切削加工方法。銑床的種類很多，主要有臥式萬能銑、立式銑床、萬能工具銑床、鍵槽銑床等等。銑削時加工的精度較高，一般普通銑削的經(jīng)濟(jì)加工精度為IT9IT8級，表面粗糙度為Ra=12.51.6m。精細(xì)加工時，公差等級可達(dá)IT5級，因此，銑

8、削加工是模具加工的主要方法之一，其銑削工作量占加工總量的5090。1.銑削成形面 在模具加工中銑削平面、斜面、溝槽、型腔的方法如圖2-3所示，其中應(yīng)用最多的是立式銑床。銑削模具型腔通常采用劃線手動進(jìn)給的銑削方式，要求操作者具有熟練的銑削曲邊直線成形面的手動進(jìn)給技巧。2.銑削各種帶圓弧型槽與型面銑削圓弧槽如圖2-4所示。加工時將回轉(zhuǎn)臺安裝在銑床的工作臺面上，工件則安裝在回轉(zhuǎn)臺上。利用回轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)可加工各種帶圓弧的型面與型槽。工件安裝中注意要保證被加工圓弧中心與回轉(zhuǎn)臺的中心重合，利用回轉(zhuǎn)臺相對于主軸的運(yùn)動實現(xiàn)圓弧進(jìn)給。圖2-5所示為利用回轉(zhuǎn)臺銑削圓弧面。圖中圓弧面的加工需要嚴(yán)格控制回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動角度

9、和直線段與圓弧段的平滑連接。這種方法一般用于加工回轉(zhuǎn)體上的分流道和多型腔模具，從而很好地保證上下模具型腔的同心和減小各型腔之間的形狀、尺寸誤差。對于更復(fù)雜的型面，則可利用回轉(zhuǎn)臺與銑床工作臺的組合運(yùn)動實現(xiàn)進(jìn)給。型面的加工通常以模板的精基準(zhǔn)找正、定位或夾緊，并按鉗工的劃線沿線加工，加工時每面留出0.050.1mm的修整量。對于無法銑削到的部位，應(yīng)在銑削工序前或銑削工序后編制相應(yīng)的加工工序進(jìn)行加工。3.銑削有孔間尺寸要求的孔 對于定位精度在0.02mm以內(nèi)的機(jī)床，可用來加工凹模、卸料板等板塊上的孔系。三、刨削和插削加工三、刨削和插削加工 以刨刀的直線往復(fù)移動和工件的移動相配合來進(jìn)行切削加工的方法，稱

10、為刨削。刨削時刨刀(或工件)的往復(fù)直線運(yùn)動為主運(yùn)動，方向與之垂直的工件(或刨刀)的間歇移動為進(jìn)給運(yùn)動。加工中，根據(jù)其切削時的主運(yùn)動方向不同，刨削可分為水平刨削和垂直刨削兩種。水平刨削稱為刨削，垂直刨削稱為插削。刨削(插削)加工范圍廣泛，可用來加工平面、臺階、燕尾槽、V形槽、T形槽、方孔等。刨削(包括插削)加工因加工是斷續(xù)的，所以在加工過程中有一定的沖擊和振動，因此加工精度一般不高，加工精度通常為IT9IT7，表面精糙度Ra為12.53.2m，平面度為0.04/500。在模具加工中主要用于板塊外形的平面、斜面及各種形狀復(fù)雜表面的加工，如圖2-6所示的刨削加工。加工時，使用圓弧面刨削裝置，轉(zhuǎn)動手輪

11、1，蝸桿2帶動蝸輪3旋轉(zhuǎn)，使刀桿4轉(zhuǎn)動，刨刀到蝸輪的轉(zhuǎn)動中心的距離為圓弧半徑。插削加工因是自上而下進(jìn)行加工的，插刀切入處在工件的上端，因此便于觀察和測量。插床的滑枕可以在縱垂直面內(nèi)傾斜，刀架可以在橫垂面內(nèi)傾斜，有些插床的工作臺還可以傾斜一定的角度，因此在插床上能加工不同方向的斜面。圖2-7為插削斜面示意圖。圖2-8所示是加工好的兩種?？虻膶嵗Ｓ捎谒倪叾加行倍?，四角為兩個斜面相交，為保證四角的加工質(zhì)量，可采用四角鉆孔的結(jié)構(gòu)以簡化加工。若四角必須要有斜度時，可按圖示方法將工件用斜度墊塊墊起，使其中一斜面與工作臺垂直，另一面則與工作臺成角度，當(dāng)加工A面時插床可以作直壁加工。加工B面時插床滑枕傾斜角

12、即可加工出理想的角度。四、磨削加工四、磨削加工 磨削加工是在磨床上利用砂輪的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動作主運(yùn)動對工件進(jìn)行的磨削。磨削加工由于加工精度高，可以磨削其他刀具難以加工的高硬度材料(如淬火鋼、硬質(zhì)合金等)，因此，在模具加工中應(yīng)用較為廣泛，是模具表面精加工的常用方法。常用磨削機(jī)床有外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床和工具磨床等。磨削加工精度可達(dá)IT5IT6，表面粗糙度Ra可達(dá)0.8 0.2m。圖2-9示出幾種磨削加工方法。第二節(jié)模具的仿形加工第二節(jié)模具的仿形加工一、一、仿形加工的概念仿形加工的概念 仿形加工是以預(yù)先制成的靠模來控制刀具運(yùn)動軌跡的加工方法。加工時，仿形銷在靠模上作靠模運(yùn)動，刀具自動跟隨仿形銷做

13、同步仿形運(yùn)動。仿形加工的控制方式最常用的是：機(jī)械式、液壓式、電控式。表2-1給出了幾種控制方式的應(yīng)用比較。仿形加工的特點(diǎn)：1)仿形加工由于采用以樣板、模型、靠模作為模具型面加工的依據(jù)，因而跳過了數(shù)學(xué)建模的過程，使復(fù)雜曲面的加工工藝變得簡單。2)靠?？梢杂媚静?、石膏、樹脂等易成形的材料制成，這樣不僅材料的選擇范圍擴(kuò)大了，而且降低了加工成本。3)仿形加工會產(chǎn)生隨動誤差，同時加工過程中產(chǎn)生的熱收縮、刀具的補(bǔ)償問題較難。4)仿形加工的效率是電火花加工的4050倍，由于效率較高，通常用于電火花前的粗加工。二、二、仿形加工仿形加工(一)仿形車削加工 模具中凸模、型腔或型孔的曲線回轉(zhuǎn)面的加工常采用仿形車削。

14、仿形車削機(jī)床是帶有仿形裝置的通用車床或?qū)Ｓ密嚧?。加工中仿形裝置使車刀在縱向進(jìn)給的同時，又使車刀按預(yù)定軌跡橫向進(jìn)給，通過縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給的復(fù)合運(yùn)動，完成復(fù)雜旋轉(zhuǎn)曲面的內(nèi)、外形加工。1.機(jī)械仿形車削加工 靠模板可以安裝在機(jī)床的不同位置上。根據(jù)靠模板的安裝位置不同，機(jī)械仿形加工可分為靠板靠模仿形、刀架靠模仿形和尾座靠模仿形。圖2-10a為靠板靠模仿形車削加工。對普通車床進(jìn)行改裝，將靠模安裝在床身后側(cè)，靠模上有曲線的型槽，型槽的形狀和尺寸與成形表面的型面曲線的形狀和尺寸相同。滾柱2通過聯(lián)接板3與床鞍5聯(lián)接，當(dāng)床鞍作縱向運(yùn)動時，滾柱2在靠模1的型槽內(nèi)移動，通過聯(lián)接板3帶動刀架4，使車刀產(chǎn)生縱、橫向運(yùn)動

15、完成仿形的削加工。圖2-10b為尾座靠模仿形車削。它是拆除臥式車床上的小刀架，將裝有刀桿的板架2裝于中滑板上，靠模4由靠模支架5固定在車床尾座上，車削時中滑板作橫向運(yùn)動，刀桿3在靠模作用下產(chǎn)生縱向運(yùn)動，完成端面的仿形加工。這種機(jī)械仿形加工常用于仿形車削端面的加工。2.液壓仿形車削 圖2-11為液壓式仿形車削加工漱口杯注塑模型芯及型腔。型面用普通車削加工到基本形狀，再留0.52mm單面精加工余量，用于仿形車修光。對要求不高的模具零件，仿形車削后，經(jīng)打磨拋光后即可使用。圖中的靠模4加工時被固定在車床上，托板6安裝在車床床鞍上，仿形銷5與活塞桿7與中滑板相連，仿形銷緊壓靠模4，仿形車削加工時，床鞍車

16、刀作縱向、橫向運(yùn)動，又通過活塞桿帶動中滑板使車刀作相應(yīng)運(yùn)動，完成仿形車削加工。3.電氣仿形車削 圖2-12所示是電氣仿形車削。圖中的電氣仿形車削是通過電氣元件將仿形信號放大后，控制機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)仿形車削的。加工過程中仿形銷5沿靠模型面4運(yùn)動，仿形信號經(jīng)信號放大系統(tǒng)6放大后，傳給電氣控制系統(tǒng)3，再通過機(jī)械傳動帶動車刀2作仿形運(yùn)動，完成仿形車削加工。(二)仿形銑削加工 模具型面的加工常應(yīng)用立體隨動作用式仿形銑床。這種機(jī)床通過隨動系統(tǒng)自動連續(xù)地控制仿形銷、銑刀和模樣之間的相對位置，使刀具自動跟隨仿形銷移動，從而進(jìn)行仿形銑削。1.仿形銑削工作原理 圖2-13是隨動作用式仿形銑床的工作原理，圖2-13

17、a中仿形儀4與主軸箱10是剛性聯(lián)接的，仿形儀4的軸桿5可以相對它的座架運(yùn)動軸向移動或繞其中間球形支承擺動。軸桿左端裝有仿形銷3，右端通過鋼球與仿形儀內(nèi)的信號傳遞元件11相連(如電氣觸頭、感應(yīng)線圈的銜鐵)，當(dāng)利用驅(qū)動裝置6使仿形儀4和主軸箱10隨橫梁相對模樣和工件作垂向主進(jìn)給時，仿形銷將順序地與模樣上的不同部位接觸，隨著接觸部位的改變，仿形銷3所受的作用力的大小、方向也不斷改變，使傳遞元11動作，發(fā)出指揮信號。這時信號通過中間裝置7放大，用來控制驅(qū)動裝置8，使主軸箱10和仿形儀4沿橫梁做橫向隨動進(jìn)給運(yùn)動。模樣2對仿形銷3保持一定的壓緊力，當(dāng)仿形銷3沿上升曲線主進(jìn)給時，所受壓力增大，仿形儀與銑頭向

18、退離模樣方向移動；當(dāng)仿形銷3沿下降曲線主進(jìn)給時，所受壓力減小，仿形儀與銑頭將向接近模樣方向移動。這樣在驅(qū)動裝置6和8的配合下，仿形銷3便連續(xù)自動地摸索模樣表面，而刀具9則跟著做相應(yīng)的移動，從而在工件坯料1上加工出與模樣形狀相同的型面。圖2-11液壓仿形車削加工1工件2鏈輪3液壓系統(tǒng) 4靠模5仿形銷6托板7活塞桿8車刀 仿形銑削機(jī)床，由于信息傳遞的形式和機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動的控制方式不同，有電氣式、機(jī)械式、液壓式和光電式等形式。電氣式仿形銑削加工是伺服電動機(jī)拖動工作臺運(yùn)動，仿形銷通過在靠模上的位移給傳感器一個位移信號，并將其變?yōu)橐粋€電信號。經(jīng)控制部分對信號進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換處理，再控制伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動絲杠以帶

19、動銑刀作相應(yīng)的隨動。電氣式仿形具有操作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，仿形精度可達(dá)IT8級。機(jī)械式仿形銑削加工是仿形銷與銑刀進(jìn)行剛性聯(lián)接，通過機(jī)械式縮放機(jī)構(gòu)實現(xiàn)銑削加工的。由于機(jī)械式仿形銑削結(jié)構(gòu)簡單，需手動或手動與機(jī)動聯(lián)合實現(xiàn)仿形加工，所以適合于加工精度較低的模具型腔。液壓式仿形銑削加工是液壓馬達(dá)拖動工作臺作縱向進(jìn)給運(yùn)動，仿形銷沿靠模實現(xiàn)位移，位移信號使伺服閥的開口量變化，從而改變進(jìn)入液壓系統(tǒng)的液流參數(shù)，這樣執(zhí)行機(jī)構(gòu)便帶動銑刀與仿形銷同步位移。這種隨動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，仿形精度高，工作可靠。光電式仿形銑削加工采用光電跟蹤接受圖樣反射的光信號，經(jīng)光敏元件轉(zhuǎn)換為電信號，送往控制部分，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換處理和放大，分別控

20、制X、Y兩個方向的伺服電動機(jī)帶動工作臺作仿形運(yùn)動。2.模具型腔加工過程(1)模具型腔加工的準(zhǔn)備工作讀圖，清楚模具各部分要求，根據(jù)模具型腔的形狀、精度、表面粗糙度要求及各部分相互關(guān)系來確定仿形銑削加工部分及其他工序間的銜接。其后準(zhǔn)備靠模和仿形銑刀。(2)模具型腔的預(yù)加工用通用設(shè)備進(jìn)行型腔的預(yù)加工，可大大提高生產(chǎn)效率。一般型面留23mm的加工余量。(3)劃線仿形銑削型腔，不需要在工件上劃出輪廓線，只要在靠模、工件毛坯的相應(yīng)位置上劃十字線，工件毛坯上的線要保證能銑出整個型面。十字線中應(yīng)有一條盡可能長些，主要為了方便找正。(4)工件、靠模的定位、裝夾將工件、靠模裝在工作臺上，工件與靠模相對位置應(yīng)保證在

21、主軸中心線與仿形銷中心的最大和最小距離范圍內(nèi)，并使工件、靠模的十字線與工作臺運(yùn)動方向一致，然后將工件、靠模裝夾牢固，加工中不得產(chǎn)生移位，并且要避免工件、靠模的變形。(5)銑刀軸線和仿形銷軸線相對位置定位圖2-14為銑刀軸線和仿形銷軸線相對位置的定位。在銑床主軸和仿形頭上分別裝上找正頂尖，調(diào)整機(jī)床使兩個頂尖同時對準(zhǔn)工件和靠模的十字線支點(diǎn)。位置調(diào)整后應(yīng)鎖緊仿形頭支架。(6)銑刀、仿形銷選擇與調(diào)整首先，根據(jù)模具型腔形狀及銑削余量的大小確定粗銑條件，選擇銑刀、仿形銷形狀及尺寸。銑刀、仿形銷安裝好后，進(jìn)行仿形銷變位量零點(diǎn)校對。將仿形銷趨近到靠模最高點(diǎn)，再按工序余量移動主軸套筒，調(diào)整銑刀與仿形銷的相對高度

22、，使粗加工后表面留有一定的精加工余量。半精加工、精加工時，還要按加工余量的大小改變仿形銷和銑刀的直徑差。為使加工表面留有下一道工序的加工余量，每次要按上述方法調(diào)整仿形銷和銑刀在Z軸方向的相對位置。(7)仿形程序的設(shè)定與調(diào)整根據(jù)模具型腔形狀選擇各加工部位仿形方式，合理地確定工件整個仿形加工步驟，并設(shè)定相應(yīng)加工程序，逐步確定仿形起始定位點(diǎn)、仿形方式、仿形極限、周期進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速及仿形完后Z軸退刀位置，并進(jìn)行必要的調(diào)整。(8)仿形加工加工時先用手動仿形，使型腔各處的加工余量加均勻，然后再進(jìn)行自動仿形加工。自動仿形加工前，要將銑刀移到合適的位置。再如圖2-15所示，按型腔加工精度、表面粗糙度要求，順

23、序進(jìn)行粗加工、半精加和精加工。加工完型腔后還要鏜出動模板、靜模板上的導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔。在一次安裝中加工出型腔與導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔，避免二次裝夾定位誤差，以保證型腔與基準(zhǔn)孔處于正確的相對位置；減小動模、定模的錯位量。三、雕刻加工三、雕刻加工 雕刻加工可用來加工模具型面上帶有的各種文字、數(shù)字和花紋圖案。雕刻的方式有手動雕刻和雕刻機(jī)雕刻。對于字體較大、線條簡單的文字和圖形，常采用手工雕刻。手工雕刻深度一般不超過1mm，而且要在熱處理前進(jìn)行。圖2-16所示為雕刻機(jī)加工。雕刻機(jī)加工常用于加工文字、數(shù)字、刻度和各種凹凸花紋圖案或用于小型模具型腔的加工。雕刻機(jī)主要是通過縮放機(jī)構(gòu)而實現(xiàn)機(jī)械仿形的。圖2-17所示為雕刻機(jī)

24、的縮放機(jī)構(gòu)，它不是直接作用式機(jī)械仿形，而是通過縮放尺進(jìn)行的。加工時，以手動或數(shù)控方式使仿形觸頭沿著靠模表面移動，通過縮放尺使刀具在工件表面作仿形加工?？s放尺的比例是可調(diào)的，根據(jù)加工需要，可將靠模與工件尺寸的比例放大或縮小，縮小比為幾分之一?？磕５姆糯舐试酱螅窨痰幕y就越細(xì)致，精度越高?？s放機(jī)構(gòu)是由四根活絡(luò)連桿組成的，加工時通過調(diào)整連桿的長短，得到不同的比例。雕刻機(jī)的主軸多采用帶傳動，由于所用刻刀直徑小，為使其獲得大的線速度，要求主軸高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速在40006000r/min。在對靠模、刻刀和仿形觸頭的要求方面，雕刻加工與仿形加工相似，為保證加工表面的質(zhì)量，對靠模、刻刀和仿形觸頭都有較嚴(yán)格的要

25、求?？磕？砂?10或放大幾倍，也可縮小幾倍來制作，主要是要據(jù)產(chǎn)品及加工要求而定，放大與縮小的效果不同?？磕２牧贤ǔ２捎媚蛪汉湍湍バ阅芎玫暮铣蓸渲蚪饘俨牧现瞥?。圖2-18所示為雕刻刀的形狀。雕刻刀具常采用單刃刻刀。為保證刻出的花紋圖案精致而又平滑，刻刀刃口要尖細(xì)、鋒利，為保證其要求，要及時刃磨。第三節(jié)精密、坐標(biāo)磨床第三節(jié)精密、坐標(biāo)磨床及孔系加工工藝及孔系加工工藝一、一、坐標(biāo)鏜床加工坐標(biāo)鏜床加工 坐標(biāo)鏜床是一種高精度孔加工的精密機(jī)床，主要用于加工模具零件上的精密孔。采用坐標(biāo)鏜床加工孔具有很高的尺寸精度和幾何形狀精度，而且具有極高的孔距精度?？椎墓畹燃壙蛇_(dá)IT6IT7，表面粗糙度隨著加工方法的不

26、同，一般Ra可達(dá)0.8m，孔距精度可達(dá)0.0050.01mm。坐標(biāo)鏜床還可用于鏜孔、擴(kuò)孔、鉸孔等加工與劃線、測量，所以在模具生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。(一)坐標(biāo)鏜床的結(jié)構(gòu) 模具零件加工中常使用立式坐標(biāo)鏜床。立式坐標(biāo)鏜床有單柱式和雙柱式坐標(biāo)鏜床兩種。圖2-19為雙柱式光學(xué)坐標(biāo)鏜床，機(jī)床的左、右兩立柱5和10固定在機(jī)床床身1上，與頂梁8組成門式框架。橫梁11可沿立柱垂直導(dǎo)軌升降。主軸箱6固定在滑板7上，滑板可在橫梁的導(dǎo)軌上作橫向移動。驅(qū)動主軸運(yùn)動的電動機(jī)裝在主傳動座2內(nèi)，動力經(jīng)主傳動軸輸入到主變速箱4，再經(jīng)輸出軸傳至主軸箱6，帶動主軸18旋轉(zhuǎn)，并使主軸產(chǎn)生垂直進(jìn)給運(yùn)動。工作臺3可作縱向移動。此運(yùn)動由

27、安裝在床身內(nèi)的電動機(jī)帶動，也可用手輪19作快速調(diào)整，或用手鈕20作微量調(diào)整。(二)坐標(biāo)鏜床的主要附件為提高機(jī)床的使用性能，擴(kuò)大機(jī)床的應(yīng)用范圍，坐標(biāo)鏜床常用的機(jī)床附件有：萬能回轉(zhuǎn)臺、光學(xué)中心測定器、鏜刀夾頭等。1.萬能回轉(zhuǎn)臺 圖2-20為萬能回轉(zhuǎn)臺，萬能回轉(zhuǎn)臺由轉(zhuǎn)盤、夾具體、水平回轉(zhuǎn)副、垂直回轉(zhuǎn)副組成。工作時，將回轉(zhuǎn)臺安裝在坐標(biāo)鏜床的工作臺上，工件通過回轉(zhuǎn)臺上的T形槽將工件夾緊在水平回轉(zhuǎn)臺1上，通過轉(zhuǎn)動傾斜手輪3可使圓盤和工件繞垂直軸回轉(zhuǎn)任意角度(0360)，用于加工在圓周上的孔。旋轉(zhuǎn)傾斜手輪2可使圓盤和工件繞水平軸作090的傾斜，便于加工斜面上的孔。2.光學(xué)中心測定器 光學(xué)中心測定器由錐尾和光

28、學(xué)系統(tǒng)兩部分組成，如圖2-21所示，錐尾用于安裝在機(jī)床的主軸錐孔內(nèi)，光學(xué)系統(tǒng)由物鏡、反光鏡、目鏡組成，使目鏡中的視場恰為主軸下方的放大景象。使用時，只要將測定器對準(zhǔn)工件的基準(zhǔn)邊或基準(zhǔn)線，使它們的影像與兩條十字線重合，或處于互相垂直的雙刻線的中間，這樣就使主軸對準(zhǔn)了兩基準(zhǔn)邊或基準(zhǔn)線的交點(diǎn)。利用定位角鐵進(jìn)行找正，可使主軸中心線與工件邊緣重合。定位角鐵兩個內(nèi)表面要互成90，定位角鐵上固定著一個直徑為7mm的鍍鉻鈕，鈕上有一道與角鐵內(nèi)垂直面重合的刻線。工作時，將角鐵的內(nèi)垂直面貼緊工件的基準(zhǔn)面，移動工作臺從目鏡觀察，使角鐵的刻線恰好落在測定器的兩條觀測線之間，從而工件的基準(zhǔn)面就對準(zhǔn)了主軸的中心。3.鏜刀

29、夾頭 鏜刀夾頭由錐尾、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、刀夾三部分組成，如圖2-22所示，它是坐標(biāo)鏜床中最重要的附件之一，它直接影響著加工孔的質(zhì)量高低。錐尾用于插入機(jī)床的主軸錐孔內(nèi)，使夾頭軸線與機(jī)床主軸軸線重合。鏜刀裝在滑塊刀孔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)帶有刻度的螺釘3，可調(diào)整鏜刀的徑向位置，以鏜削各種不同直徑的孔，調(diào)整后用螺釘2將刀夾鎖緊。(三)坐標(biāo)鏜削加工孔坐標(biāo)鏜削主要用于具有位置精度要求的孔系加工，如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、定位銷孔、型腔孔的精加工。加工孔的方法與被加工孔的孔徑大小及尺寸精度、孔距精度要求有著直接的關(guān)系?？椎募庸し椒ㄖ饕校?.用精孔鉆加工 模具零件上經(jīng)常會碰到各種尺寸的小孔，當(dāng)加工中沒有合適的鉸刀進(jìn)行鉸孔，而且用鏜刀鏜孔也

30、有困難時，可用精孔鉆加工孔。精孔鉆是將麻花鉆的切削刃兩邊磨削修整而成的，其規(guī)格有小麻花鉆，直徑為0.2mm，0.25mm，0.3mm，0.35mm，0.4mm，1.5mm，較大的麻花鉆直徑為2mm，2.05mm，2.1mm，2.2mm，2.3mm，8.5mm。利用精孔鉆加工時，采用很低的切削速度(28m/min)和較小的進(jìn)給量進(jìn)行擴(kuò)孔。擴(kuò)孔余量一般為0.10.3mm。精鉆孔的尺寸精度可達(dá)到IT6IT7，表面粗糙度Ra可達(dá)1.60.4m。2.鏜孔加工 利用鏜刀進(jìn)行精鏜的孔，孔的直徑要大于3mm。精鏜孔的步驟是在被加工孔的位置打中心眼、鉆中心孔，再用不同直徑的鉆頭作幾次變徑鉆孔(擴(kuò)孔)，然后用鏜刀

31、精加工。精鏜加工鋼件的加工余量為0.080.14mm。直徑大于20mm的孔,一般應(yīng)在鉆好中心孔后預(yù)先在鉆床、銑床、車床或其他機(jī)床上進(jìn)行孔的粗加工，然后才在坐標(biāo)鏜床上鏜孔，目的是保證坐標(biāo)鏜床的精度及提高生產(chǎn)率。3.鉸孔加工 鉸孔是精加工工序，是在鉆孔、擴(kuò)孔或半精鏜孔之后進(jìn)行的。鉸孔的主要作用是減小孔的表面粗糙度和提高幾何形狀精度。鉸孔工藝是鉆中心孔鉆孔精鉸；鉆中心孔鉆孔半精鏜精鉸。鉸孔常用于直徑小于20mm的孔，孔的尺寸精度達(dá)IT7，表面粗糙度Ra可達(dá)0.80.2m。值得注意的是，鉸孔不能糾正原有孔的位置誤差，所以鉸孔的孔距精度是難以實現(xiàn)坐標(biāo)鏜床固有的坐標(biāo)精度的。因此，鉸孔適于孔距精度要求不太高

32、的場合，要得到孔距精度要求較高的孔，應(yīng)選用坐標(biāo)鏜床加工。圖2-23所示是鑲拼結(jié)構(gòu)的凹模，鑲拼結(jié)構(gòu)的使用主要是解決鏜削后熱處理變形，造成精度下降所帶來的問題。所以，對于精度要求較高的凹模通常設(shè)計成鑲拼結(jié)構(gòu)。固定板1由普通鋼材制成，由坐標(biāo)鏜床加工好各孔，不進(jìn)行熱處理，保證了孔距的精度。凹模鑲件2是在淬火和磨削后分別壓入固定板的各個孔內(nèi)的，這樣能很好地保證孔距精度。二、二、坐標(biāo)磨床加工坐標(biāo)磨床加工 坐標(biāo)磨床是又一精密加工機(jī)床，它是在坐標(biāo)鏜床原理和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。坐標(biāo)磨床由于具有高精度的坐標(biāo)工作臺和高精度的磨削系統(tǒng)，可完成高硬度材料、淬硬鋼等零件的各種磨削加工。坐標(biāo)磨床可用來加工直徑120mm

33、的高精度孔，加工精度可達(dá)5m，表面粗糙度Ra可達(dá)0.80.4m，表面粗糙度最低可達(dá)Ra0.2m。坐標(biāo)磨削可用來加工如圖2-24所示的圓柱孔、圓錐孔、方孔、成形型孔、長槽以及工件外形面等。(一)坐標(biāo)磨床的結(jié)構(gòu)模具加工常用立式坐標(biāo)磨床。圖2-25為單柱立式坐標(biāo)磨床，由底座、坐標(biāo)工作臺、數(shù)字顯示裝置、高速磨頭、立柱和磨頭箱等組成。它與普通立式磨床結(jié)構(gòu)的不同是：工作臺是由一對相互垂直的精密絲杠螺母副驅(qū)動，定位精度可達(dá)0.001mm，并能數(shù)字顯示。工作時，磨頭一方面繞自身軸線作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，另一方面還在主軸和主軸套筒的帶動下作行星運(yùn)動和上、下往復(fù)運(yùn)動，以完成磨削加工。(二)坐標(biāo)磨床磨削機(jī)構(gòu)的三向運(yùn)動坐標(biāo)

34、磨床磨削機(jī)構(gòu)的三向運(yùn)動如圖2-26所示，即砂輪的高速自轉(zhuǎn)；主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；主軸套筒上下往復(fù)運(yùn)動。加工時三個運(yùn)動可同時配合運(yùn)動。1.砂輪的高速自轉(zhuǎn) 高頻電動機(jī)或壓縮氣機(jī)帶動砂輪的主軸作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。一般轉(zhuǎn)速在40008000r/min轉(zhuǎn)的范圍磨頭用高頻電動機(jī)驅(qū)動。轉(zhuǎn)速達(dá)到1000r/min以上時，采用壓縮氣機(jī)驅(qū)動。氣動磨頭具有直接冷卻工作和功率大的特點(diǎn)。2.主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 電動機(jī)通過變速箱直接驅(qū)動主軸，使主軸實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。另一電動機(jī)帶動高速磨頭形成行星式運(yùn)動，主軸轉(zhuǎn)速一般為25300r/min。3.主軸套筒上下往復(fù)運(yùn)動 主軸套筒的上下往復(fù)運(yùn)動是液壓式或氣液聯(lián)合式傳動。上下移動的行程由兩個微動開關(guān)控制

35、。主軸的往復(fù)運(yùn)動次數(shù)可以達(dá)到120次min，最高時可以達(dá)到190次min。(三)坐標(biāo)磨床的磨削加工1.內(nèi)孔磨削圖2-27所示為內(nèi)孔磨削，利用砂輪的高速自轉(zhuǎn)、行星運(yùn)動和軸向的直線運(yùn)動，實現(xiàn)對內(nèi)孔的磨削加工。2.磨削外圓 圖2-28所示為磨削外圓，磨削外圓是利用砂輪的高速自轉(zhuǎn)、行星運(yùn)動和軸向的直線往復(fù)運(yùn)動來實現(xiàn)的，利用行星運(yùn)動直徑的縮小，實現(xiàn)徑向送進(jìn)。3.磨削錐孔 圖2-29所示為磨削錐孔，首先要將砂輪修成所需的角度，然后在砂輪做軸向進(jìn)給的同時連續(xù)改變行星直徑(隨砂輪軸下降而擴(kuò)大)。4.磨削平面 圖2-30所示為磨削平面。磨削平面時，砂輪僅高速自轉(zhuǎn)而不作行星運(yùn)動，用工作臺的移動實現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動，適合于

36、平面輪廓和槽邊的精密磨削。5.磨削端面 圖2-31所示為磨削端面。磨削端面時，為提高磨削效率，應(yīng)將砂輪底部修成凹面，這樣便于排除切屑。砂輪主軸作向下進(jìn)給，用砂輪的底部棱邊進(jìn)行磨削。6.插磨型槽 圖2-32所示為插磨型槽。插磨是使用專門的磨槽附件進(jìn)行的，砂輪在磨槽附件上裝夾和運(yùn)動，插磨可以對槽及帶清角的內(nèi)表面進(jìn)行加工。三、三、成形磨削成形磨削(一)概述 精加工成形表面的其中一種方法就是成形磨削。當(dāng)模具的凸模、凹模等工作零件上的成形面技術(shù)要求很高時，常采用成形磨削加工。成形磨削加工是將被磨削輪廓劃分成單一的直線和圓弧段逐段進(jìn)行磨削，并使它們在銜接處平整光滑，達(dá)到設(shè)計要求。成形磨削可以在成形磨床、平

37、面磨床、萬能工具磨床和工具曲線磨床上進(jìn)行，利用平面磨床和機(jī)床附件聯(lián)合使用，是應(yīng)用得比較廣泛的一種成形磨削。成形磨削加工精度可達(dá)到IT5，粗糙度Ra可達(dá)到0.1m。成形磨削可加工淬硬件及硬質(zhì)合金材料。(二)成形磨削的加工方法1.成形砂輪的磨削法 圖2-33所示為是成形砂輪磨削法。這種方法是將砂輪修整成與工件表面的形狀完全吻合，磨削加工后獲得所需要的成形表面。用成形砂輪磨削加工，首要任務(wù)是將砂輪修整成所需要的形狀，并保證必要的精度。修整砂輪的方法有兩種：(1)用擠輪修整成形砂輪如圖2-34b所示，為用擠輪修整成形砂輪。用一個與砂輪所要求的表面形狀完全吻合的圓盤，并保持適當(dāng)壓力。由擠輪帶動砂輪轉(zhuǎn)動，

38、在擠壓力作用下，砂輪被修整成所要求的成形表面。擠輪的旋轉(zhuǎn)可以機(jī)動或手動，轉(zhuǎn)速一般為50100rmin。擠輪一般用合金鋼或圖2-33成形砂輪的磨削法優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼制造，硬度為 6064HRC，其結(jié)構(gòu)如圖2-34a所示。擠輪上沿圓周不等分分布的斜槽中有一條直槽，用以嵌入薄鋼片，并與擠輪的成形面一起加工，加工后的薄鋼片用于檢查擠輪的形狀。一套擠輪有23個，一個為標(biāo)準(zhǔn)擠輪，其余為工作擠輪。當(dāng)工作擠輪磨損后，用標(biāo)準(zhǔn)擠輪修整的砂輪進(jìn)行修整。采用擠壓方法適合于修整形狀復(fù)雜或帶小圓弧的成形砂輪，尤其適用于難以用金剛石進(jìn)行修整的成形砂輪。但這種方法要設(shè)計和制造擠輪，只宜在加工零件較多的情況下采用。圖2-33成形

39、砂輪的磨削法(2)用金剛石修整成形圖2-35所示為正弦角度修整夾具。螺母11將正弦尺座鎖緊在支架12上，旋轉(zhuǎn)手輪10，使齒輪5轉(zhuǎn)動，帶動齒條4移動，從而帶動滑塊2以及金剛石刀具3沿正弦規(guī)座的導(dǎo)軌作往復(fù)移動，對砂輪進(jìn)行角度修整。如圖2-36所示，修整時將金剛石固定在修整夾具上對砂輪進(jìn)行修整，正弦規(guī)座1繞心軸6旋轉(zhuǎn)至所需要角度。圖2-37所示為修整砂輪圓弧的工具，是一種典型的、廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。圖2-38所示為圓弧修整方法。當(dāng)轉(zhuǎn)動擺動夾具時，金剛石刀尖繞夾具回轉(zhuǎn)軸線運(yùn)動(擺動)，并對砂輪進(jìn)行修整。2.夾具成形磨削法 夾具成形磨削法是借助于夾具，使工件的被加工面處在所要求的空間位置上進(jìn)行磨削。圖2-3

40、9所示為利用正弦平口臺虎鉗磨削工件斜面。圖2-40所示為正弦磁力臺。量塊尺寸按下式計算：式中h量塊尺寸(mm)；L正弦平口虎鉗圓柱中心距(mm)；工件傾斜角度()。圖2-41為萬能夾具，主要由分度部分、裝夾部分、回轉(zhuǎn)部分和十字滑板組成。正弦分度盤7上有刻度，磨削時，如果工件回轉(zhuǎn)角度的精度要求不高，其轉(zhuǎn)過角度數(shù)值可直接利用正弦分度盤上的刻度和由表直接讀出。當(dāng)回轉(zhuǎn)精度要求精確時，可以利用在分度盤上四個正弦圓柱9和基準(zhǔn)板10之間墊量塊的方法來控制夾量具回轉(zhuǎn)角度，精度可達(dá)1030。3.數(shù)控成形磨削 目前，國內(nèi)外已研制出數(shù)控成形磨床，在實際生產(chǎn)應(yīng)用中效果良好。上述成形磨削方法一般都采用手動操作，其加工精

41、度依賴于操作技巧，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。而采用了數(shù)控成形磨床，則能夠解決成形磨削加工中的不足。表2-2所示為數(shù)控成形磨削的三種方式。第一種方式是利用數(shù)控裝置控制安裝在工作臺上的砂輪修整裝置，自動修整出需要的成形砂輪，然后利用成形砂輪磨削工件；第二種方式是利用數(shù)控裝置將砂輪修整成圓弧或雙料邊圓弧形，然后由數(shù)控裝置控制機(jī)床的垂直和橫向進(jìn)給運(yùn)動，完成磨削加工；第三種方式是前兩種方式的組合，即磨削前用數(shù)控裝置將砂輪修整成工件形狀的一部分，并控制砂輪依次磨削工件的不同部位。這種方法適用于磨削具有多處相同形面的工件。第四節(jié)數(shù)控機(jī)床加工第四節(jié)數(shù)控機(jī)床加工一、一、數(shù)控加工的基本概念數(shù)控加工的基本概念 數(shù)控是

42、數(shù)字控制(Numerical Control)的簡稱，通常稱為(NC)技術(shù)，是用數(shù)字化信號對機(jī)床的運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的一種控制方法。采用數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。利用通用計算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)，用控制軟件來實現(xiàn)數(shù)控功能的數(shù)控系統(tǒng)，稱為計算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)。具有數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床一般是由數(shù)控系統(tǒng)(計算機(jī)和接口電路)、驅(qū)動裝置(伺服電路和伺服電動機(jī))、主機(jī)(床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等)、輔助裝置(液壓裝置、氣壓裝置、交換工作臺、刀具及檢測裝置等)等幾部分組成的。1.數(shù)控加工特點(diǎn)(1)加工精度高機(jī)床的數(shù)控裝置可以對機(jī)床運(yùn)動中產(chǎn)生的位移、熱變形等導(dǎo)致的誤差通過測量系統(tǒng)進(jìn)行

43、有效的補(bǔ)償，可以獲得很高和穩(wěn)定的加工精度。另外，數(shù)控機(jī)床是受數(shù)字信息指令控制，并自動進(jìn)行加工，所以減少了操作人員因技術(shù)的高低而產(chǎn)生的人為誤差，提高了同一批零件加工尺寸的一致性，使加工質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率高。(2)生產(chǎn)效率高數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床比，生產(chǎn)效率最高可達(dá)到十幾倍。原因在于數(shù)控機(jī)床的自動化程度較高，簡化了生產(chǎn)工序、夾具設(shè)計制造、多次裝夾定位和檢測等工作所帶來的輔助時間，因而就大大提高了生產(chǎn)效率。(3)適用范圍廣因數(shù)控機(jī)床一次裝夾可完成多道工序的加工，而且加工過程是程序控制的，當(dāng)加工的零件發(fā)生變化時，除更換刀具和夾具外，只需按零件圖的尺寸精度、形位精度和技術(shù)要求編寫出加工程序，輸入數(shù)控系統(tǒng)的

44、計算機(jī)中即可加工，所以數(shù)控加工特別適用于單件小批量生產(chǎn)。(4)勞動強(qiáng)度低數(shù)控機(jī)床一人可操作多臺，工作中，特別是大批量生產(chǎn)中，機(jī)床是自動加工，工人只做一些工件的裝夾及測量工作，除此之外，工人多數(shù)時間是操作控制鍵盤和觀察機(jī)床加工中的機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)，這樣使工人的勞動強(qiáng)度和工作環(huán)境都得到了大大的改善。(5)網(wǎng)絡(luò)化控制一臺計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)可控制多臺數(shù)控機(jī)床，也可實現(xiàn)在多臺數(shù)控機(jī)床間建立通信網(wǎng)絡(luò)，有利于形成計算機(jī)輔助設(shè)計，生產(chǎn)管理和制造一體化的集成制造系統(tǒng)，還可實現(xiàn)無人化生產(chǎn)，使數(shù)控機(jī)床充分發(fā)揮其自動化的優(yōu)勢。2.數(shù)控機(jī)床與模具 模具作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備之一，對提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量起著非常重要的作用

45、。模具生產(chǎn)具有以下一些特點(diǎn)：(1)模具型面復(fù)雜如汽車覆蓋件、飛機(jī)零件、玩具、家用電器等，其表面形狀經(jīng)常是由多種曲面組合而成的，這樣相應(yīng)的模具型腔、型芯也就比較復(fù)雜，甚至某些曲面必須用數(shù)學(xué)計算方法進(jìn)行處理。(2)模具表面質(zhì)量、精度要求高模具通常是由上模、下模和模架組成的，模具中還有許多拼合模塊件。上下模的組合、鑲塊與型面的配合、鑲塊之間的拼合等均要求有很高的加工精度和很低的表面粗糙度值。精密模具的尺寸精度往往要達(dá)到微米級。(3)加工工序多模具的型面復(fù)雜，零件種類多，一套模具需經(jīng)過多道工序完成。(4)生產(chǎn)批量小模具作為零件生產(chǎn)的工藝裝備，屬于單件、小批量生產(chǎn)。(5)模具用材料硬度高、價格貴模具常用

46、材料有Cr12、CrWMn等，其材料對加工工藝有嚴(yán)格的要求。3.數(shù)控機(jī)床的種類1)數(shù)控車床(NC Lathe)。2)數(shù)控銑床(NC Milling Machine)。3)加工中心(Machine Center)。4)數(shù)控鉆床(NC Drill Press)。5)數(shù)控齒輪加工機(jī)床(NC gear Cutting Machine)。6)數(shù)控鏜床(NC Boring Machine)。7)數(shù)控平面磨床(NC Surface Grinding Machine)。8)數(shù)控外圓磨床(NC External Cylindrical Grinder Machine)。9)數(shù)控輪廓磨床(NC Contour G

47、rinding Machine)。10)數(shù)控工具磨床(NC Tool Grinding Machine)。11)數(shù)控坐標(biāo)磨床(NC Jig Grinding Machine)。12)數(shù)控線切割機(jī)床(NC Linear Cutting Machine)。13)數(shù)控電火花加工機(jī)床(NC Die Sinking Electric Discharge)。14)數(shù)控激光加工機(jī)床(NC Laser Beam Machining)。15)數(shù)控沖床(NC Punching Press)。16)數(shù)控超聲波加工機(jī)床(NC Ultrasonic Machine)。17)其他(三坐標(biāo)測量機(jī)等)。二、二、數(shù)控加工的程序

48、編制數(shù)控加工的程序編制 普通機(jī)床上加工零件，通常是由工藝人員按照所拿到的設(shè)計圖樣制定好零件的加工工藝規(guī)程，確定工件的加工工序、切削用量、機(jī)床的規(guī)格及工藝裝備等。由工人按工藝規(guī)程要求完成零件的加工。若在自動和仿形機(jī)床上加工零件，需根據(jù)零件的工藝特點(diǎn)和工藝要求設(shè)計出凸輪和靠模，通過凸輪和靠模進(jìn)行控制，最后加工出零件。自動和仿形機(jī)床加工的特點(diǎn)是：當(dāng)加工零件被改變時，需重新設(shè)計凸輪和靠模。(一)數(shù)控編程的步驟如圖2-42所示，數(shù)控編程的步驟為：分析零件圖樣，確定加工工藝過程，數(shù)值處理，編寫零件加工程序，制備控制介質(zhì)，校驗程序及首件試切。1.分析零件圖樣和確定加工工藝過程1)分析被加工零件的圖樣，明確加

49、工內(nèi)容及技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上確定加工方式、進(jìn)給路線和加工用量。2)工藝參數(shù)確定后為實現(xiàn)零件圖樣上的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度，要制定出零件的定位、夾緊方案，確定對刀點(diǎn)的位置，編制零件的加工工藝過程。3)根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)和零件的具體要求，對刀具、夾具進(jìn)行選用和設(shè)計。2.數(shù)值處理 數(shù)值處理的主要工作是把零件圖中給出的數(shù)據(jù)或給定的表達(dá)式轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床加工時所用的數(shù)據(jù)，為編制零件的加工程序做準(zhǔn)備。編程人員可結(jié)合所使用的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式，算出所需的數(shù)據(jù)。數(shù)值處理的工作量大小隨被加工零件的形狀、加工內(nèi)容、控制系統(tǒng)的功能及計算工具的不同而不同。3.編寫零件加工程序 在完成上述工藝處理和數(shù)

50、值計算之后，編程員使用數(shù)控系統(tǒng)的程序指令，按照程序的程序格式，逐段編寫零件加工程序，編程員應(yīng)對數(shù)控機(jī)床的性能、程序指令及代碼非常熟悉，才能編寫出正確的零件加工程序。4.制備控制介質(zhì)制備控制介質(zhì)，即把編制好的程序單上的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上，作為數(shù)控裝置的輸入信息。5.校驗程序及首件試切 程序單和制備好的控制介質(zhì)上的內(nèi)容輸入到數(shù)控裝置中，讓機(jī)床空轉(zhuǎn)，以坐標(biāo)紙代替工件，畫出加工路線，以檢查機(jī)床的運(yùn)動軌跡是否正確。對于工件精度的檢驗，要通過試切的方式進(jìn)行，對零件進(jìn)行首件試切，發(fā)現(xiàn)加工誤差，分析出現(xiàn)誤差的原因，找出并修正錯誤。(二)數(shù)控編程的方法1.手工編程 從零件圖樣分析、工藝處理、數(shù)值處理、編寫程序

51、單、制備控制介質(zhì)到程序檢驗，均由人工完成，這種完全由手工編制程序的過程為手工編程。2.自動編程 使用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床程序的編制工作，由計算機(jī)自動地進(jìn)行數(shù)值計算，編寫零件加工程序單，自動輸出、打印并將加工程序制成控制介質(zhì)，即數(shù)控機(jī)床編程工作的大部分或全部由計算機(jī)完成的過程，為自動編程。(三)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)及運(yùn)動方向 為便于編程時描述機(jī)床的運(yùn)動，簡化程序的編制方法及保證數(shù)據(jù)的互換性和加工程序的通用性，數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)和運(yùn)動方向均已標(biāo)準(zhǔn)化。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家都先后制定了數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)和運(yùn)動命名的標(biāo)準(zhǔn)。1999年國家機(jī)械工業(yè)局也頒布了JB/T30511999標(biāo)準(zhǔn)。其內(nèi)容如下：1.刀具相

52、對于零件運(yùn)動的原則原則認(rèn)為零件不運(yùn)動，使編程人員能在不知道是刀具移動還是零件移動的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定工件的加工過程。2.標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)(機(jī)床坐標(biāo))系的規(guī)定為了確定機(jī)床上的成形運(yùn)動和輔助運(yùn)動，必須先確定機(jī)床上運(yùn)動的方向和運(yùn)動的距離，這就需要一個坐標(biāo)系，這個坐標(biāo)系就稱為機(jī)床坐標(biāo)系。(1)機(jī)床坐標(biāo)系圖2-43右手笛卡兒直角坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床坐標(biāo)系是一個右手笛卡兒直角坐標(biāo)系，如圖2-43所示，圖中規(guī)定了X、Y、Z三個直角坐標(biāo)軸的方向與機(jī)床的主要導(dǎo)軌相平行，A、B、C三個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的方向由右手螺旋方法確定。(2)運(yùn)動方向機(jī)床某一部件的運(yùn)動正方向規(guī)定為增大零件與刀具之間距離的方向。1)Z坐標(biāo)。Z坐標(biāo)與

53、主軸軸線平行，其正方向是增加刀具和零件之間的距離的方向。如數(shù)控車床的主軸軸線為Z軸，床尾方向為Z向；在鉆鏜加工中，鉆入或鏜入零件的方向是Z的負(fù)方向。2)X坐標(biāo)。X坐標(biāo)是水平的，是刀具或零件定位平面內(nèi)運(yùn)動的主要坐標(biāo)，在零件回轉(zhuǎn)的車床、磨床上，X方向為徑向且平行于橫向滑座，X的正方向是橫向滑座主要刀架上刀具離開零件回轉(zhuǎn)中心的方向；在刀具回轉(zhuǎn)的銑床上，X運(yùn)動的正方向是從主要刀具軸向零件看時的右方；臥式車床與臥式銑床的X坐標(biāo)如圖2-44，2-45所示。3)Y坐標(biāo)。根據(jù)X和Z的運(yùn)動按照右手笛卡兒坐標(biāo)系來確定。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，在圖2-43中A、B、C相應(yīng)地表示其軸線平行于X、Y、Z的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。A、B、C正向為在

54、X、Y、Z方向上，右手螺旋前進(jìn)的方向。4)機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系原點(diǎn)(X0、Y0、C0)也是任意的。機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，其原點(diǎn)在說明書中均有規(guī)定，一般利用機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)線來確定。如有的機(jī)床設(shè)有零位，這個零位就是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。這個機(jī)床零位在機(jī)床制造出來時就已確定，不能隨意改動。5)附加坐標(biāo)。如果在X、Y、Z 主要直線運(yùn)動之外另有第2組平行于它們的運(yùn)動，就稱為附加坐標(biāo)運(yùn)動，它們分別被指定為U、V、W。如還有第3組運(yùn)動，則分別指定為P、Q、R。若有不平行于X、Y、Z的直線運(yùn)動，則可以相應(yīng)地規(guī)定為U、V、W、P、Q、R。6)零件的運(yùn)動。對于移動部分是零件而不是刀具的機(jī)床，必須

55、將前面所介紹的移動部分是刀具的各項規(guī)定，在理論上作相反的安排。引時用帶“”的字母表示零件正向運(yùn)動，如用X，Y，Z表示零件相對于刀具正向運(yùn)動的指令。(四)指令代碼 編制數(shù)控程序，使用G代碼、M代碼及F、S、T代碼，通過這些代碼來描述加工工藝過程和數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動特征。國家機(jī)械工業(yè)局頒布了JB/T 32081999關(guān)于準(zhǔn)備功能G與輔助功能M的代碼標(biāo)準(zhǔn)。1.準(zhǔn)備功能 準(zhǔn)備功能又稱G代碼，用來規(guī)定刀具和工件的相對運(yùn)動軌跡、坐標(biāo)系、坐標(biāo)平面、刀具補(bǔ)償、坐標(biāo)偏置等多種加工操作。ISO標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：G代碼由地址G及后面的兩位數(shù)字組成，從G00到G99共有100種代碼。不同的數(shù)控機(jī)床，由于采用的數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床工藝

56、類別不同，故有些功能指令的定義也會有一些差別，但基本的編程方法是類似的。下面以FANUC系統(tǒng)為例介紹數(shù)控編程方面的內(nèi)容，見表2-3。2.輔助功能 輔助功能又稱M功能、M代碼或M指令，用來指定機(jī)床工作時的各種輔助動作及狀態(tài)，如主軸的轉(zhuǎn)、停，切削液的開、關(guān)，轉(zhuǎn)位部件的夾緊、松開等。常用輔助功能見表2-4。3.F功能F功能用于指定進(jìn)給速度，單位是mm/r或mm/min。F值經(jīng)指定后一直有效，直到的F值取代為止。G00執(zhí)行的是系統(tǒng)設(shè)置的速度，但不會撤消前面所編的F值。4.S功能S功能用于指定主軸轉(zhuǎn)速，單位是r/min，當(dāng)設(shè)定恒速分削時，單位是m/min。6.D功能表示刀具半徑補(bǔ)償量的存儲地址代碼，如D

57、12表示刀補(bǔ)取值為第12號存儲器中的參數(shù)。7.H功能表示刀具長度補(bǔ)償量的存儲器地址代碼，用法同D功能。(五)程序結(jié)構(gòu)與格式1.程序結(jié)構(gòu)一個完整的程序由程序號及組成主體內(nèi)容的程序段組成。程序號相當(dāng)于程序名，是存儲、調(diào)用程序的標(biāo)識，位于程序的開始，由字母O后接4個數(shù)字組成。每個程序都應(yīng)有一個程序號，以便管理與調(diào)用，若缺省程序號，則系統(tǒng)將默認(rèn)程序第一句的段號為程序序號。程序主體由若干程序段組成，程序最后以M02或M30表示結(jié)束。2.程序段格式用米制坐標(biāo)值編程的基本格式為：NGXYZFSTM；說明：N程序段號，由字母N后接15位數(shù)字，表示程序段的先后次序；G、F、S、T、M功能字；X、Y、Z X、Y、

58、Z 坐標(biāo)，系統(tǒng)允許坐標(biāo)值整數(shù)部分最多可有5位，小數(shù)部分3位，即-99999.99+99999.99mm。但機(jī)床的工作臺及行程不可能有這么大，編程時必須仔細(xì)了解機(jī)床參數(shù)，不能超出其范圍。值得注意的是：坐標(biāo)值若是整數(shù)形式，其單位為m；若是小數(shù)形式，其單位為mm。其他坐標(biāo)還有：U、V、W(X、Y、Z 增量坐標(biāo))，A、B、C(繞軸線平行于X、Y、Z 軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角)，I、J、K(圓心的X、Y、Z坐標(biāo))，R(圓弧半徑)，數(shù)值規(guī)定同上。程序段以分號(；)結(jié)束，若不寫分號則該程序段將連續(xù)到下一程序段。(六)數(shù)控車床的編程基礎(chǔ)1.數(shù)控車床的坐標(biāo)系統(tǒng) 數(shù)控車床的機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)如圖2-44所示。機(jī)床坐標(biāo)系的Z軸與主軸

59、軸線重合或者平行，正方向是離開卡盤指向尾座的方向。工件坐標(biāo)系要根據(jù)工藝需要選取，一般Z軸與主軸軸線重合，X軸常取在工件的端面處。大多數(shù)系統(tǒng)的X坐標(biāo)值以直徑值表示，也可改變機(jī)器參數(shù)用半徑值表示。2.編程基礎(chǔ)表2-5為FANUC數(shù)控車床系統(tǒng)的G代碼。(1)快速點(diǎn)定位格式：G00X(U)Z(W)；X、Z：定位點(diǎn)的絕對坐標(biāo)。亦可用U、W按增量坐標(biāo)編程(下同，不再特別指出)。說明：1)X、U坐標(biāo)采用直徑值編程(下同，不再特別指出)。2)G00是以機(jī)器參數(shù)設(shè)定的快速進(jìn)給速度執(zhí)行的，程序中的F值對它不起作用。3)每個軸的快速進(jìn)給速度是獨(dú)立的，兩軸同時移動時，運(yùn)動軌跡不受控制。有的系統(tǒng)在執(zhí)行G00時，刀架先沿

60、X方向快速移動，然后再沿Z方向快速移動到定位點(diǎn)。(2)直線插補(bǔ)格式：G01XZF；X、Z：目標(biāo)點(diǎn)絕對坐標(biāo)。F：進(jìn)給速度，單位mm/r。說明：執(zhí)行G01時，刀架以給定的F值作直線運(yùn)動。當(dāng)兩軸同時運(yùn)行時，其運(yùn)動軌跡是起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的直線。例1由起點(diǎn)快速移動到定位點(diǎn)，再以進(jìn)給量0.3mm/r直線進(jìn)給至目標(biāo)點(diǎn)。圖2-46所示。(4)圓弧插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)有順時針(G02)逆時針(G03)之分。判斷圓弧的順逆向，應(yīng)對著Y軸正向看過去。如圖2-48所示。1)順時針圓弧插補(bǔ)格式：G02XZIKF；或G02XZRF；X、Z：圓弧終點(diǎn)絕對坐標(biāo)。I、K：圓心相對于圓弧起點(diǎn)的X、Z坐標(biāo)。R：圓弧半徑。2)逆時針圓弧插補(bǔ)格

61、式：G03XZIKF或G03XZRF；說明：除了圓弧走向不同，其余與G02相同。(5)暫停格式：G04X(或U)；或G04 P；X、U、P：用以指定暫停時間。說明：X、U的指令值帶小數(shù)點(diǎn)，單位為s。P的指令值為整數(shù)，單位為ms。(6)設(shè)置工件坐標(biāo)系原點(diǎn)格式：G50XZ；X、Z：目前刀尖在新工件坐標(biāo)系中的位置。說明：在G50的程序段中不能編入其他功能。執(zhí)行G50時，刀架不移動，而系統(tǒng)則將后面程序段中的坐標(biāo)值作為新坐標(biāo)中的坐標(biāo)值。如果在刀具補(bǔ)償指令起作用的情況下執(zhí)行G50指令，則所設(shè)置的坐標(biāo)值將被補(bǔ)償值修正。(7)限定主軸最高轉(zhuǎn)速 格式：G50S；S：用于設(shè)置主軸最高轉(zhuǎn)速。用恒線速度切削端面時，在

62、刀具向中心進(jìn)給過程中轉(zhuǎn)速將越來越高，為防止出現(xiàn)意外，需限制主軸的最高轉(zhuǎn)速。(8)螺紋切削1)單刀車削螺紋。格式：G32XZF；(用單刀車削圓柱螺紋格式為：G32ZF；)X、Z：螺紋終點(diǎn)的絕對坐標(biāo)F：螺紋的導(dǎo)程 說明：G32為單刀車削螺紋指令，故在加工時需多次走刀。每次進(jìn)刀后，切削起始點(diǎn)的Z 坐標(biāo)應(yīng)相同，且車削行程最好是導(dǎo)程的整數(shù)倍，以免螺紋亂扣。N170G00X13.6；進(jìn)刀N180G32Z-33.0F2.0；車螺紋N190G00X50.0；徑向退刀N200G00Z50.0；軸向退刀2)螺紋切削循環(huán)。格式：G92XZIF；I：錐螺紋終點(diǎn)與始點(diǎn)的高度差(半徑值)。圓柱螺紋的I值為0，可省略。其余

63、同上。3)螺紋切削組循環(huán)。格式：G76XZIK DFA；K：螺紋高度(半徑值)。D：第一次進(jìn)刀的背吃刀量(半徑值)。A：螺紋牙型角。其余同上。(9)外圓切削組合循環(huán)1)外圓粗車循環(huán)如圖2-50所示。圖2-50外圓粗車循環(huán)格式：G71 PQUWDFS；P、Q：粗車循環(huán)起始及最終程序段號。U、W：X、Z向的精加工余量，其中U用直徑值編程。D：背吃刀量(半徑值)。F、S：循環(huán)切削的進(jìn)給量與主軸轉(zhuǎn)速。2)固定方式粗車循環(huán)如圖2-51所示。圖2-51固定方式粗車循環(huán)格式：G73 PQI KUWDFS；I、K：X、Z向的退刀量，I值采用半徑值。其余同上。3)精車循環(huán)。格式：G70 PQ；P、Q：精車循環(huán)起

64、始及最終程序段號。說明：G71、G73循環(huán)切削的進(jìn)給速度與主軸轉(zhuǎn)速優(yōu)先采用G71、G73程序段中F、S值；而G70則優(yōu)先采用P、Q之間循環(huán)程序中F、S值。三、三、數(shù)控裝置數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，主要由輸入裝置、控制運(yùn)算器、輸出裝置等組成，控制介質(zhì)上的信息經(jīng)過輸入裝置識別與譯碼后，由控制運(yùn)算器進(jìn)行處理與運(yùn)算，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制命令，控制命令由輸出裝置傳送到伺服系統(tǒng)，最終控制機(jī)床各部分按程序的要求運(yùn)動，完成零件加工過程。四、數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)四、數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)是以機(jī)床移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)。在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床主機(jī)的聯(lián)系環(huán)節(jié)，

65、它接收來自插補(bǔ)器的進(jìn)給脈沖，經(jīng)變換放大后轉(zhuǎn)化為機(jī)床工作臺的位移。(一)伺服系統(tǒng)的基本要求 伺服系統(tǒng)數(shù)控裝置與機(jī)床本體間的聯(lián)系環(huán)節(jié)(如圖2-53所示)，它是以機(jī)床移動部件的位置或角度為控制對象的自動控制系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)接受由數(shù)控裝置經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算生成的進(jìn)給脈沖或進(jìn)給位移量指令后，經(jīng)信號變換和功率放大，再由執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動相關(guān)的機(jī)床移動部件按指令要求運(yùn)動。因此，伺服系統(tǒng)的性能在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能。數(shù)控機(jī)床具有高效率、高精度、高柔性的技術(shù)特點(diǎn)，因而對伺服系統(tǒng)的速度控制、位置控制、伺服電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)等方面的要求很高。與之相適應(yīng)對伺服系統(tǒng)的基本要求有：具有足夠的傳動剛性和較高的速度穩(wěn)定性；快速反應(yīng)能

66、力強(qiáng)，而且無超速現(xiàn)象，能靈活地正、反向運(yùn)行；調(diào)速范圍寬，恒功率調(diào)速具有110以上的調(diào)速范圍；可實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)動。(二)伺服系統(tǒng)的控制方式1.開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)系統(tǒng)見圖2-54，開環(huán)控制系統(tǒng)只有指令信號的前向控制通道，沒有位置檢測與反饋控制通道，其驅(qū)動元件主要是步進(jìn)電動機(jī)。它的原理是將指令數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為電動機(jī)的角度位移。實現(xiàn)運(yùn)動和定位，主要靠驅(qū)動裝置和步進(jìn)電動機(jī)本身保證。轉(zhuǎn)過的角度正比于指令脈沖的個數(shù)；運(yùn)動速度由進(jìn)給脈沖的頻率決定。開環(huán)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，但由于沒有位移測量與補(bǔ)償功能，故精度低、低速不夠穩(wěn)定、高速扭矩小。主要用于輕載、負(fù)載變化不大或經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。2.閉環(huán)系統(tǒng) 如圖2-55所示，在被控制的機(jī)床移動部件上裝有直線位移測量裝置，它能將實測位移反饋到數(shù)控裝置中與輸入指令位移值進(jìn)行比較并實行位移補(bǔ)償，直到差值為零。由于增加了檢測、比較和反饋裝置，故精度很高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試較難、成本高，主要用于高精度數(shù)控鏜銑床、數(shù)控磨床、超精數(shù)控車床和加工中心等。3.半閉環(huán)系統(tǒng) 如圖2-56所示，半閉環(huán)系統(tǒng)是用回轉(zhuǎn)型檢測裝置測量、反饋絲杠或電動機(jī)的轉(zhuǎn)動角度，再折算成直線位移