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1、,第3章 模具数控加工,模具制造技术,教学内容与要求：,模具制造技术,模具制造技术,模具制造技术,3.1模具数控加工的基础知识 3.1.1数控加工的基本概念,模具制造技术,1.数控与数控机床 数字控制（Numerical Control，NC）是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。是一种自动控制技术。 数控机床就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。只需编写好数控程序，机床就能够把零件加工出来。,模具制造技术,2.数控加工 数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。 数控加工与普通加工方法的区别: 在普通机床上进行加工时，机床动作的先后顺序和各运动
2、部件的位移都是由人工直接控制。 在数控机床上加工时，所有这些都由预先按规定形式编排井输入到数控机床控制系统的数控程序来控制。 实现数控加工的关键是数控编程。,3.数控加工研究的主要内容 （1）数控加工工艺设计 1）选择并决定零件的数控加工内容； 2）零件图纸的数控加工艺性分析； 3）数控加工的工艺路线设计； 4）数控加工的工序设计； 5）数控加工专用技术文件的编写。,模具制造技术,（2）对零件图形的数学处理并编写数控加工程序单。 （3）程序的校验与修改并首件试切加工与现场问题处理。 （4）数控加工工艺技术文件的定型与归档。,模具制造技术,3.1.2数控机床的工作原理与分类 1.数控机床的工作原
3、理 数控机床加工零件时，首先要根据加工零件的图样与工艺方案，按规定的代码和程序格式编写零件的加工程序单，这是数控机床的工作指令。通过控制介质将加工程序输入到数控装置，由数控装置将其译码、寄存和运算之后，向机床各个被控量发出信号，控制机床主运动的变速、起停、进给运动及方向、速度和位移量，以及刀具选择交换，工件夹紧松开和冷却润滑液的开、关等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。,模具制造技术,2.数控机床的组成 数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分组成。,模具制造技术,图3.1数控机床的组成 图3.2开环
4、、闭环和半闭环,（1）控制介质 控制介质是用于记载各种加工信息（如零件加工工艺过程、工艺参数和位移数据等）的媒体，经输入装置将加工信息送给数控装置。 常用的控制介质有标准的纸带、磁带和磁盘等。 （2）数控装置 数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理之后，发出相应的脉冲送给伺服系统，通过伺服系统控制机床的各个运动部件按规定要求动作。,模具制造技术,（3）伺服系统 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给伺服系统和主轴伺服系统，根据数控装置的
5、指令，前者控制机床各轴的切削进给运动，后者控制机床主轴的旋转运动。 伺服系统有开环、闭环和半闭环之分。,模具制造技术,开环、闭环和半闭环,（4）机床本体 数控机床的本体包括：主运动部件，进给运动部件如工作台，刀架及传动部件和床身立柱等支撑部件，此外还有冷却、润滑、转位、夹紧等辅助装置。对加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。,模具制造技术,模具制造技术,3.数控机床的分类 按机械运动的轨迹可分为点位控制系统、直线控制系统和轮廓控制系统。 按伺服系统的类型可分为开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。 按控制坐标轴数可分为两坐标数控机床、三坐标数控机床和多坐标数控
6、机床。 按数控功能水平可分为高档数控机床、中档数控机床和低档数控机床。 按照数控机床的加工方式 金属切削类数控机床（如数控车床、数控铣床等）。 金属成形类数控机床（如数控折弯机、数控冲床等）。 特种加工类数控机床（有数控电火花线切割机床、数控电火花成形机床等）。,模具制造技术,3.1.3 数控加工的特点与应用 1.数控加工的特点 （1）加工精度高 数控机床是精密机械和自动化技术的综合，数控机床的定位精度可达0.005mm，重复定位精度为0.002mm。 （2）自动化程度高和生产率高 数控加工是按事先编好的程序自动完成零件加工任务。 （3）适应性强 改变加工零件时，只需更换加工程序，就可改变加工
7、工件的品种。,模具制造技术,（4）有利于生产管理现代化 用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。 （5）减轻劳动强度,改善劳动条件 操作者不需繁重而又重复的手工操作。 （6）成本高 数控加工初始投入资金大（数控设备及计算机系统），复杂零件的编程工作量也大.,模具制造技术,2.数控加工的应用 适合加工多品种、中小批量以及结构形状复杂、加工精度要求高的零件；特别是加工需频繁变化的模具零件。 3.数控加工技术的发展 数控加工技术是综合运用了微电子、计算机、自动控制、自动检测和精密机械等多学科的最新技术； 高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及
8、开放性等方向发展。,3.2数控机床加工的编程基础,模具制造技术,模具制造技术,3.2.1程序编制的基本方法 1.程序编制的基本步骤与方法 程序编制是指从零件图样到制成控制介质的过程。 程序编制的步骤如图3.3所示。,图3.3程序编制的一般过程,模具制造技术,（1）确定工艺过程 在制订零件加工工艺时，应根据图样的形状、技术条件、毛坯及工艺方案等进行详细分析，从而确定加工方法。 （2）运动轨迹的坐标值计算 如运动轨迹的起点和终点、圆弧的圆心等坐标尺寸。 （3）编写加工程序单 按照数控装置规定使用的功能指令代码及程序格式，逐段编写加工程序单。 （4）制备控制介质 程序单的内容制成穿孔纸带、磁盘等，作
9、为数控装置的输入信息。 （5）程序校验和首件试切 程序单和所制备的控制介质必须经过校验和试切削才能正式使用。,2.数控机床的坐标系 JB30511999数控机床坐标和运动方向的命名标准。 （1）坐标轴的命名 标准的坐标系（又称基本坐标系）采用右手直角笛卡尔坐标系，如图3.4所示。,模具制造技术,图3.4右手直角笛卡儿坐标系,（2）机床坐标轴的确定 确定机床坐标轴时，一般是先确定z轴，再确定x轴和y轴。 1）Z轴 对于有主轴的机床，如卧式车床、立式升降台铣床等，则以主轴轴线方向作为z轴方向。 2) X轴 一般位于与工件安装面相平行的水平面内。 3) Y轴 根据已选定的Z、X轴按右手直角笛卡尔坐标
10、系来确定.,模具制造技术,4) 附加坐标轴 如果机床除有x、y、z主要坐标轴外，还有平行于它们的坐标轴，可分别指定为U、V、W。如果还有第三组运动，则分别指定为P、Q、R。 5) 旋转运动 A、B、C相应表示围绕x、y、z三轴轴线的旋转运动，其正方向分别按x、y、z轴右螺旋法则判定。 6) 主轴回转运动方向 主轴顺时针回转运动的方向是按右螺旋进入工件的方向。,模具制造技术,（3）机床原点与机床坐标系 机床原点（M）又称机床零点，是机床上的一个固定点，由机床生产厂在设计机床时确定，原则上是不可改变的。 以机床原点为坐标原点的坐标系就称为机床坐标系。机床原点是工件坐标系、编程坐标系、机床参考点的基
11、准点。,图3.5数控车床坐标系 图3.6卧式加工中心坐标系,（4）机床参考点 机床参考点（R）是机床坐标系中一个固定不变的位置点, 是由机床制造厂人为定义的点，是用于对机床工作台、滑板与刀具之间相对运动的测量系统进行标定和控制的点。 机床参考点相对于机床原点的坐标是一个已知定值。 （5）工件原点与工件坐标系 数控编程时，首先应该确定工件坐标系和工件原点。编程人员以工件图样上的某一点为原点建立工件坐标系。 工件随夹具安装在机床上后，这时测得的工件原点与机床原点间的距离称为工件原点偏置，操作者要把测得的工件原点偏置量存储到数控系统中。,模具制造技术,（6）编程原点 编程原点是程序中人为采用的原点。
12、一般取工件坐标系原点为编程原点。 图3.7所示，M为机床原点，W为工件原点，P为编程原点。,模具制造技术,图3.7数控机床的圆点偏置,模具制造技术,（7）刀位点、对刀点和换刀点 对于立铣刀来说，刀位点是刀具的轴线与刀具底平面的交点；对球头铣刀来说是球头部分的球心；对车刀来说是刀尖；对钻头来说是钻尖。 对刀点是数控加工时刀具（刀位点）运动的起点。对刀点确定后，刀具相对编程原点的位置就确定了。,图3.8卧式加工中心坐标系,模具制造技术,换刀点是在为数控车床、数控钻镗床、加工中心等多刀加工的机床编制程序时设定的，用以实现在加工中途换刀。 换刀点常常设在被加工工件的外面，并要远离工件。,1.准备功能“
13、G”指令 它是由字母“G”和其后的二位数字组成，从G00至G99共有100条指令，见表3.1。 这些指令主要是命令数控机床进行何种运动，为控制系统的插补运算作好准备。所以，一般它们都位于程序段中坐标数字指令的前面。,模具制造技术,3.2.2数控程序的指令和代码,2.辅助功能“M”指令 辅助功能M指令是由字母“M”和其后的二位数字组成，从M00至M99共100条指令，见表3.2。 这些指令与数控系统的插补运算无关，主要是为了数控加工、机床操作而设定的工艺性指令及辅助功能。,模具制造技术,3.其他功能指令 （1）进给功能指令F 该指令用来指定切削进给速度，其单位为（mm/min)或(mm/r)。F
14、地址后跟的数值有直接指定法和代码指定法。 现在一般都使用直接指定，即F后的数字直接指定进给速度，如“Fl20”即为进给量120mm/min，“F0.2”为O.2mm/r。 （2）主轴转速功能指令S 该指令用以指定主轴转速，其单位为r/min。现在数控机床的主轴都用高性能的伺服驱动，可用直接法指定任何一种转速，如“S2000”即为主轴转速2000r/min。,模具制造技术,（3）刀具功能指令T 该指令用以指定刀号及其补偿号。T地址后跟的数字有二位(如Tll)和四位(如T0lOl)之分。对于四位，前二位为刀号，后二位为刀补寄存器号。 如TO202,O2为2号刀，02为从02号刀补寄存器取出事先存入
15、的补偿数据进行刀具补偿。 （4）坐标功能指令 坐标功能指令(又称为尺寸功能指令）)用来设定机床各坐标的位移量。它一般使用X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C等地址符为首，在地址后紧跟着“”或“”及一串数字。该数字以系统脉冲当量为单位,数字前的正负号代表移动方向。,模具制造技术,（5）程序段号功能指令N 该指令用以指定程序段名,由N地址及其后的数字组成。习惯上按顺序并以5的倍数编程，以备插入新的程序段。如“N1O”表示第一条程序段,“N20”表示第二条程序段等。,模具制造技术,3.2.3数控加工程序的结构与格式 1.程序结构 一个完整的加工程序由程序号、若干程序段及程序结束指令组成。
16、程序号又称程序名，置于程序的开头，用作一个具体加工程序存储、调用的标记。程序号一般由字母、或符号“%”、“:”后加24位数组成。 程序段是由一个或若干字组成，每个字又由字母和它后面的数字数据组成（有时还包括代数符号）,每个字母、数字、符号都称为字符。,模具制造技术,模具制造技术,例如加工程序: O020 N010 G92 X200 Z200 ； NO20 G00 X80 Z3 S300 T0101 M03 M08； N030 G01 Z-60 F0.2； NO40 X100； N550 G00 X200 Z200 T0100 M09； N560 M02,2.程序段格式 程序段格式就是一条程序段中字、字符及数据的排列形式。 N G X Y Z R F S T M 国际标准化组织已对这种可变程序段字一地址格式制定了ISO6983
