《模具制造工艺学 李振平 第二章新》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模具制造工艺学 李振平 第二章新（235页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、在线教务辅导网：在线教务辅导网：http:/ 更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网2024/8/241模具制造工艺模具制造工艺学学主编李振平参编刘京华王怀亮2024/8/242第二章模具的机械第二章模具的机械加工加工2024/8/243制造模具的材料主要是金属材料。制造模具的方法有很多，将金属材料加工成模具的方法主要有：机械加工、特种加工、塑性加工和铸造等方法。作为生产装备的模具，它不同于一般机械产品的制造，由于模具多为单件生产，同时模具还具有使用和制造要求高的特点。因此，模具的加工主要采用机械加工和特种加工。 模具的机械加工主要有：普通机床加工、仿
2、形机床加工、坐标机床加工、数控机床加工。2024/8/244第一节基本机械第一节基本机械加工加工2024/8/245 基本机械加工是指用通用机床对模具进行加工。常见的加工方法有车削加工、铣削加工、刨削加工、插削加工及磨削加工。利用普通机床加工，可加工的零件形状比较简单，而且效率也不高，但对回转面、平面的加工却很实用，因此，在板类、盘类零件的外形加工与模具成形面的加工中得到较多的使用。2024/8/246一、一、 车削加工车削加工 车削加工是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的直线运动来改变毛坯的形状和尺寸，从而得到符合图样要求的零件的一种切削加工方法。车床的种类很多，其中卧式车床的通用性最好，所
3、以应用最为广泛。 车削时，主运动是主轴带动工件做高速旋转运动；进给运动是刀架带动车刀做进给运动。车削可用于加工内、外回转表面，螺旋面，端面，钻孔，镗孔，铰孔及滚花等。2024/8/247 模具的车削加工，由于多数是单件生产，因此，加工过程通常是一次装夹完成其粗加工、半精加工和精加工。这样在加工中就应尽可能减小切削力、切削热引起的由机床-夹具-工件-刀具组成的工艺系统的变形，从而减小加工误差。具体方法是适当地提高切削速度，选择小的背吃刀量和进给量。对于一些精度和硬度要求较高的零件，车削加工只考虑粗加工和半精加工，零件的精度将由后续工序来保证。车削加工精车时的尺寸精度可达ITIT，表面粗糙度为R1
4、.60.8，精密加工和超精密加工的精度会更高。2024/8/2481.回转类零件的加工回转类零件主要指导柱、导套、浇口、顶杆、模柄等零件热处理前的粗加工，成形零件的回转曲面、型腔、型芯、凸、凹模等零件的粗、精加工。对要求具有较高的尺寸精度、较低的表面粗糙度和高的耐磨性的零件，需在半精车后再热处理，最后在磨床上磨削。2024/8/2492.局部圆弧面的加工 在模具中经常可以看到如图2-1所示的分型面，为保证模具分型面准确对合，必须保证对合面圆弧半径尺寸精度。加工时可在花盘上找正定位，精度由百分表测量控制。有时也可采用先加工一个完整圆盘，再用线切割等方法取出一个或几个模块的方法。2024/8/24
5、103.回转曲面的成形加工 图2-2a所示是采用仿形加工的方法加工大尺寸的曲面；图2-2b所示是用成形刀加工的方法加工尺寸较小的曲面；图2-2c所示是对拼型腔在车床上加工时，为了能很好地保证型腔尺寸的准确对合，通常预先将各镶件间的接合面磨平，两板用销钉定位，螺钉紧固组成一个整体后才进行车削。2024/8/2411图2-1局部圆弧面的加工2024/8/24124.螺纹加工 模具制造中的螺纹加工分为标准螺纹加工和非标准螺纹加工。标准螺纹指的是常用于紧固联接的普通螺纹或用于传递运动和动力的梯形螺纹。非标准螺纹是指模芯、模膛内的螺纹模具螺纹。2024/8/2413车削螺纹用的刀具称为螺纹车刀。按加工性
6、质螺纹车刀属于成形刀具，其切削部分的几何形状应和螺纹牙型的轴向断面形状一致。(1)标准螺纹的加工根据螺纹的螺距和导程大小车削螺纹。采用交换齿轮配齿的方式，按要求调换，并将进给箱上的各个手柄调整到规定位置。2024/8/24142024/8/2415(2)非标准螺纹的加工由于受到产品材料收缩率的影响，模具螺纹的螺距常大于标准螺距，而且不同的材料有不同的模具螺距。加工模具螺纹的车削方法有：交换齿轮配齿车削加工；靠模法车削加工。2024/8/2416(3)螺纹的车削由于车削时需多次重复的吃刀和进给才能完成螺纹的加工，因此，为避免已车出的牙型被切去而出现乱牙现象，车削时必须保证每次进给车刀刀尖对准已车
7、出的螺旋槽。常用的进给方式有两种：1) 每次进给终了时，横向退刀，同时提起开合螺母，手动将溜板箱返回到起始位置。调整背吃刀量，压下开合螺母重复进给。这种方法可节省回程时间和减小丝杠的磨损，但只限于丝杠螺距是工件螺距的整数倍的情况下。2024/8/24172) 每次进给终了时，先横向退刀，后反转，使工件和丝杠都反向运动。丝杠驱动溜板箱返回起始位置，调整背吃刀量，转为正转，重复进给。由于开合螺母始终与丝杠啮合，所以刀尖相对于工件的运动轨迹是不变的，这样可以避免当丝杠螺距不是工件螺距的整数倍时而出现的乱牙现象。这种进给方式的缺点是丝杠容易磨损，且生产率低。2024/8/2418二、铣削加工二、铣削加
8、工 铣削加工是指在铣床上利用刀具的旋转运动和工件或刀具的进给运动来改变毛坯的形状和尺寸，从而获得符合图样要求的零件的一种切削加工方法。铣床的种类很多，主要有卧式万能铣、立式铣床、万能工具铣床、键槽铣床等等。2024/8/2419 铣削时加工的精度较高，一般普通铣削的经济加工精度为IT9IT8级，表面粗糙度为Ra=12.51.6m。精细加工时，公差等级可达IT5级，因此，铣削加工是模具加工的主要方法之一，其铣削工作量占加工总量的5090。1.铣削成形面 在模具加工中铣削平面、斜面、沟槽、型腔的方法如图2-3所示，其中应用最多的是立式铣床。铣削模具型腔通常采用划线手动进给的铣削方式，要求操作者具有
9、熟练的铣削曲边直线成形面的手动进给技巧。2024/8/24202024/8/24212.铣削各种带圆弧型槽与型面铣削圆弧槽如图2-4所示。加工时将回转台安装在铣床的工作台面上，工件则安装在回转台上。利用回转台的旋转可加工各种带圆弧的型面与型槽。工件安装中注意要保证被加工圆弧中心与回转台的中心重合，利用回转台相对于主轴的运动实现圆弧进给。图2-5所示为利用回转台铣削圆弧面。图中圆弧面的加工需要严格控制回转台的转动角度和直线段与圆弧段的平滑连接。这种方法一般用于加工回转体上的分流道和多型腔模具，从而很好地保证上下模具型腔的同心和减小各型腔之间的形状、尺寸误差。对于更复杂的型面，则可利用回转台与铣床
10、工作台的组合运动实现进给。2024/8/2422 型面的加工通常以模板的精基准找正、定位或夹紧，并按钳工的划线沿线加工，加工时每面留出0.050.1mm的修整量。对于无法铣削到的部位，应在铣削工序前或铣削工序后编制相应的加工工序进行加工。2024/8/24233.铣削有孔间尺寸要求的孔 对于定位精度在0.02mm以内的机床，可用来加工凹模、卸料板等板块上的孔系。三、刨削和插削加工三、刨削和插削加工 以刨刀的直线往复移动和工件的移动相配合来进行切削加工的方法，称为刨削。刨削时刨刀(或工件)的往复直线运动为主运动，方向与之垂直的工件(或刨刀)的间歇移动为进给运动。加工中，根据其切削时的主运动方向不
11、同，刨削可分为水平刨削和垂直刨削两种。水平刨削称为刨削，垂直刨削称为插削。刨削(插削)加工范围广泛，可用来加工平面、台阶、燕尾槽、V形槽、T形槽、方孔等。2024/8/2424 刨削(包括插削)加工因加工是断续的，所以在加工过程中有一定的冲击和振动，因此加工精度一般不高，加工精度通常为IT9IT7，表面精糙度Ra为12.53.2m，平面度为0.04/500。 在模具加工中主要用于板块外形的平面、斜面及各种形状复杂表面的加工，如图2-6所示的刨削加工。加工时，使用圆弧面刨削装置，转动手轮1，蜗杆2带动蜗轮3旋转，使刀杆4转动，刨刀到蜗轮的转动中心的距离为圆弧半径。2024/8/24252024/
12、8/2426 插削加工因是自上而下进行加工的，插刀切入处在工件的上端，因此便于观察和测量。插床的滑枕可以在纵垂直面内倾斜，刀架可以在横垂面内倾斜，有些插床的工作台还可以倾斜一定的角度，因此在插床上能加工不同方向的斜面。图2-7为插削斜面示意图。2024/8/24272024/8/2428 图2-8所示是加工好的两种模框的实例。由于四边都有斜度，四角为两个斜面相交，为保证四角的加工质量，可采用四角钻孔的结构以简化加工。若四角必须要有斜度时，可按图示方法将工件用斜度垫块垫起，使其中一斜面与工作台垂直，另一面则与工作台成角度，当加工A面时插床可以作直壁加工。加工B面时插床滑枕倾斜角即可加工出理想的角
13、度。2024/8/24292024/8/2430四、磨削加工四、磨削加工 磨削加工是在磨床上利用砂轮的高速旋转运动作主运动对工件进行的磨削。磨削加工由于加工精度高，可以磨削其他刀具难以加工的高硬度材料(如淬火钢、硬质合金等)，因此，在模具加工中应用较为广泛，是模具表面精加工的常用方法。常用磨削机床有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床和工具磨床等。磨削加工精度可达IT5IT6，表面粗糙度Ra可达0.8 0.2m。图2-9示出几种磨削加工方法。2024/8/24312024/8/2432第二节模具的仿形第二节模具的仿形加工加工2024/8/2433一、一、 仿形加工的概念仿形加工的概念 仿形加工是以预先
14、制成的靠模来控制刀具运动轨迹的加工方法。加工时，仿形销在靠模上作靠模运动，刀具自动跟随仿形销做同步仿形运动。 仿形加工的控制方式最常用的是：机械式、液压式、电控式。表2-1给出了几种控制方式的应用比较。2024/8/24342024/8/2435仿形加工的特点：1) 仿形加工由于采用以样板、模型、靠模作为模具型面加工的依据，因而跳过了数学建模的过程，使复杂曲面的加工工艺变得简单。2) 靠模可以用木材、石膏、树脂等易成形的材料制成，这样不仅材料的选择范围扩大了，而且降低了加工成本。3) 仿形加工会产生随动误差，同时加工过程中产生的热收缩、刀具的补偿问题较难。4) 仿形加工的效率是电火花加工的40
15、50倍，由于效率较高，通常用于电火花前的粗加工。2024/8/2436二、二、 仿形加工仿形加工(一)仿形车削加工 模具中凸模、型腔或型孔的曲线回转面的加工常采用仿形车削。仿形车削机床是带有仿形装置的通用车床或专用车床。加工中仿形装置使车刀在纵向进给的同时，又使车刀按预定轨迹横向进给，通过纵向进给和横向进给的复合运动，完成复杂旋转曲面的内、外形加工。2024/8/24371. 机械仿形车削加工 靠模板可以安装在机床的不同位置上。根据靠模板的安装位置不同，机械仿形加工可分为靠板靠模仿形、刀架靠模仿形和尾座靠模仿形。图2-10a为靠板靠模仿形车削加工。对普通车床进行改装，将靠模安装在床身后侧，靠模
16、上有曲线的型槽，型槽的形状和尺寸与成形表面的型面曲线的形状和尺寸相同。滚柱2通过联接板3与床鞍5联接，当床鞍作纵向运动时，滚柱2在靠模1的型槽内移动，通过联接板3带动刀架4，使车刀产生纵、横向运动完成仿形的削加工。2024/8/2438 图2-10b为尾座靠模仿形车削。它是拆除卧式车床上的小刀架，将装有刀杆的板架2装于中滑板上，靠模4由靠模支架5固定在车床尾座上，车削时中滑板作横向运动，刀杆3在靠模作用下产生纵向运动，完成端面的仿形加工。这种机械仿形加工常用于仿形车削端面的加工。2024/8/24392024/8/24402. 液压仿形车削 图2-11为液压式仿形车削加工漱口杯注塑模型芯及型腔
17、。型面用普通车削加工到基本形状，再留0.52mm单面精加工余量，用于仿形车修光。对要求不高的模具零件，仿形车削后，经打磨抛光后即可使用。图中的靠模4加工时被固定在车床上，托板6安装在车床床鞍上，仿形销5与活塞杆7与中滑板相连，仿形销紧压靠模4，仿形车削加工时，床鞍车刀作纵向、横向运动，又通过活塞杆带动中滑板使车刀作相应运动，完成仿形车削加工。2024/8/24413. 电气仿形车削 图2-12所示是电气仿形车削。图中的电气仿形车削是通过电气元件将仿形信号放大后，控制机械传动机构实现仿形车削的。加工过程中仿形销5沿靠模型面4运动，仿形信号经信号放大系统6放大后，传给电气控制系统3，再通过机械传动
18、带动车刀2作仿形运动，完成仿形车削加工。2024/8/24422024/8/2443(二)仿形铣削加工 模具型面的加工常应用立体随动作用式仿形铣床。这种机床通过随动系统自动连续地控制仿形销、铣刀和模样之间的相对位置，使刀具自动跟随仿形销移动，从而进行仿形铣削。2024/8/24441.仿形铣削工作原理 图2-13是随动作用式仿形铣床的工作原理，图2-13a中仿形仪4与主轴箱10是刚性联接的，仿形仪4的轴杆5可以相对它的座架运动轴向移动或绕其中间球形支承摆动。轴杆左端装有仿形销3，右端通过钢球与仿形仪内的信号传递元件11相连(如电气触头、感应线圈的衔铁)，当利用驱动装置6使仿形仪4和主轴箱10随
19、横梁相对模样和工件作垂向主进给时，仿形销将顺序地与模样上的不同部位接触，随着接触部位的改变，仿形销3所受的作用力的大小、方向也不断改变，使传递元11动作，发出指挥信号。2024/8/2445 这时信号通过中间装置7放大，用来控制驱动装置8，使主轴箱10和仿形仪4沿横梁做横向随动进给运动。模样2对仿形销3保持一定的压紧力，当仿形销3沿上升曲线主进给时，所受压力增大，仿形仪与铣头向退离模样方向移动；当仿形销3沿下降曲线主进给时，所受压力减小，仿形仪与铣头将向接近模样方向移动。这样在驱动装置6和8的配合下，仿形销3便连续自动地摸索模样表面，而刀具9则跟着做相应的移动，从而在工件坯料1上加工出与模样形
20、状相同的型面。2024/8/2446图2-11液压仿形车削加工1工件2链轮3液压系统 4靠模5仿形销6托板7活塞杆8车刀2024/8/24472024/8/2448 仿形铣削机床，由于信息传递的形式和机床进给运动的控制方式不同，有电气式、机械式、液压式和光电式等形式。 电气式仿形铣削加工是伺服电动机拖动工作台运动，仿形销通过在靠模上的位移给传感器一个位移信号，并将其变为一个电信号。经控制部分对信号进行放大和转换处理，再控制伺服电动机转动丝杠以带动铣刀作相应的随动。电气式仿形具有操作灵活，结构紧凑的特点，仿形精度可达IT8级。2024/8/2449 机械式仿形铣削加工是仿形销与铣刀进行刚性联接，
21、通过机械式缩放机构实现铣削加工的。 由于机械式仿形铣削结构简单，需手动或手动与机动联合实现仿形加工，所以适合于加工精度较低的模具型腔。2024/8/2450 液压式仿形铣削加工是液压马达拖动工作台作纵向进给运动，仿形销沿靠模实现位移，位移信号使伺服阀的开口量变化，从而改变进入液压系统的液流参数，这样执行机构便带动铣刀与仿形销同步位移。这种随动系统结构简单，仿形精度高，工作可靠。2024/8/2451 光电式仿形铣削加工采用光电跟踪接受图样反射的光信号，经光敏元件转换为电信号，送往控制部分，经信号转换处理和放大，分别控制X、Y两个方向的伺服电动机带动工作台作仿形运动。 2.模具型腔加工过程(1)
22、模具型腔加工的准备工作读图，清楚模具各部分要求，根据模具型腔的形状、精度、表面粗糙度要求及各部分相互关系来确定仿形铣削加工部分及其他工序间的衔接。其后准备靠模和仿形铣刀。2024/8/2452(2)模具型腔的预加工用通用设备进行型腔的预加工，可大大提高生产效率。一般型面留23mm的加工余量。(3)划线仿形铣削型腔，不需要在工件上划出轮廓线，只要在靠模、工件毛坯的相应位置上划十字线，工件毛坯上的线要保证能铣出整个型面。十字线中应有一条尽可能长些，主要为了方便找正。2024/8/2453(4)工件、靠模的定位、装夹将工件、靠模装在工作台上，工件与靠模相对位置应保证在主轴中心线与仿形销中心的最大和最
23、小距离范围内，并使工件、靠模的十字线与工作台运动方向一致，然后将工件、靠模装夹牢固，加工中不得产生移位，并且要避免工件、靠模的变形。(5)铣刀轴线和仿形销轴线相对位置定位图2-14为铣刀轴线和仿形销轴线相对位置的定位。在铣床主轴和仿形头上分别装上找正顶尖，调整机床使两个顶尖同时对准工件和靠模的十字线支点。位置调整后应锁紧仿形头支架。2024/8/2454(6)铣刀、仿形销选择与调整首先，根据模具型腔形状及铣削余量的大小确定粗铣条件，选择铣刀、仿形销形状及尺寸。铣刀、仿形销安装好后，进行仿形销变位量零点校对。将仿形销趋近到靠模最高点，再按工序余量移动主轴套筒，调整铣刀与仿形销的相对高度，使粗加工
24、后表面留有一定的精加工余量。半精加工、精加工时，还要按加工余量的大小改变仿形销和铣刀的直径差。为使加工表面留有下一道工序的加工余量，每次要按上述方法调整仿形销和铣刀在Z轴方向的相对位置。2024/8/2455(7)仿形程序的设定与调整根据模具型腔形状选择各加工部位仿形方式，合理地确定工件整个仿形加工步骤，并设定相应加工程序，逐步确定仿形起始定位点、仿形方式、仿形极限、周期进给量、主轴转速及仿形完后Z轴退刀位置，并进行必要的调整。2024/8/2456(8)仿形加工加工时先用手动仿形，使型腔各处的加工余量加均匀，然后再进行自动仿形加工。自动仿形加工前，要将铣刀移到合适的位置。再如图2-15所示，
25、按型腔加工精度、表面粗糙度要求，顺序进行粗加工、半精加和精加工。加工完型腔后还要镗出动模板、静模板上的导柱、导套孔。在一次安装中加工出型腔与导柱、导套孔，避免二次装夹定位误差，以保证型腔与基准孔处于正确的相对位置；减小动模、定模的错位量。2024/8/24572024/8/24582024/8/2459三、雕刻加工三、雕刻加工 雕刻加工可用来加工模具型面上带有的各种文字、数字和花纹图案。雕刻的方式有手动雕刻和雕刻机雕刻。对于字体较大、线条简单的文字和图形，常采用手工雕刻。手工雕刻深度一般不超过1mm，而且要在热处理前进行。 图2-16所示为雕刻机加工。雕刻机加工常用于加工文字、数字、刻度和各种
26、凹凸花纹图案或用于小型模具型腔的加工。2024/8/24602024/8/2461 雕刻机主要是通过缩放机构而实现机械仿形的。图2-17所示为雕刻机的缩放机构，它不是直接作用式机械仿形，而是通过缩放尺进行的。加工时，以手动或数控方式使仿形触头沿着靠模表面移动，通过缩放尺使刀具在工件表面作仿形加工。缩放尺的比例是可调的，根据加工需要，可将靠模与工件尺寸的比例放大或缩小，缩小比为几分之一。靠模的放大率越大，雕刻的花纹就越细致，精度越高。2024/8/24622024/8/2463 缩放机构是由四根活络连杆组成的，加工时通过调整连杆的长短，得到不同的比例。雕刻机的主轴多采用带传动，由于所用刻刀直径小
27、，为使其获得大的线速度，要求主轴高速旋转，转速在40006000r/min。在对靠模、刻刀和仿形触头的要求方面，雕刻加工与仿形加工相似，为保证加工表面的质量，对靠模、刻刀和仿形触头都有较严格的要求。靠模可按110或放大几倍，也可缩小几倍来制作，主要是要据产品及加工要求而定，放大与缩小的效果不同。2024/8/2464 靠模材料通常采用耐压和耐磨性能好的合成树脂或金属材料制成。 图2-18所示为雕刻刀的形状。雕刻刀具常采用单刃刻刀。为保证刻出的花纹图案精致而又平滑，刻刀刃口要尖细、锋利，为保证其要求，要及时刃磨。2024/8/24652024/8/2466第三节精密、坐标第三节精密、坐标磨床磨床
28、及孔系加工工艺及孔系加工工艺2024/8/2467一、一、 坐标镗床加工坐标镗床加工 坐标镗床是一种高精度孔加工的精密机床，主要用于加工模具零件上的精密孔。采用坐标镗床加工孔具有很高的尺寸精度和几何形状精度，而且具有极高的孔距精度。孔的公差等级可达IT6IT7，表面粗糙度随着加工方法的不同，一般Ra可达0.8m，孔距精度可达0.0050.01mm。坐标镗床还可用于镗孔、扩孔、铰孔等加工与划线、测量，所以在模具生产中得到了广泛的应用。2024/8/24682024/8/2469(一) 坐标镗床的结构 模具零件加工中常使用立式坐标镗床。立式坐标镗床有单柱式和双柱式坐标镗床两种。图2-19为双柱式光
29、学坐标镗床，机床的左、右两立柱5和10固定在机床床身1上，与顶梁8组成门式框架。横梁11可沿立柱垂直导轨升降。主轴箱6固定在滑板7上，滑板可在横梁的导轨上作横向移动。2024/8/2470 驱动主轴运动的电动机装在主传动座2内，动力经主传动轴输入到主变速箱4，再经输出轴传至主轴箱6，带动主轴18旋转，并使主轴产生垂直进给运动。 工作台3可作纵向移动。此运动由安装在床身内的电动机带动，也可用手轮19作快速调整，或用手钮20作微量调整。2024/8/2471(二)坐标镗床的主要附件为提高机床的使用性能，扩大机床的应用范围，坐标镗床常用的机床附件有：万能回转台、光学中心测定器、镗刀夹头等。 1.万能
30、回转台 图2-20为万能回转台，万能回转台由转盘、夹具体、水平回转副、垂直回转副组成。工作时，将回转台安装在坐标镗床的工作台上，工件通过回转台上的T形槽将工件夹紧在水平回转台1上，通过转动倾斜手轮3可使圆盘和工件绕垂直轴回转任意角度(0360)，用于加工在圆周上的孔。旋转倾斜手轮2可使圆盘和工件绕水平轴作090的倾斜，便于加工斜面上的孔。2024/8/24722024/8/24732.光学中心测定器 光学中心测定器由锥尾和光学系统两部分组成，如图2-21所示，锥尾用于安装在机床的主轴锥孔内，光学系统由物镜、反光镜、目镜组成，使目镜中的视场恰为主轴下方的放大景象。使用时，只要将测定器对准工件的基
31、准边或基准线，使它们的影像与两条十字线重合，或处于互相垂直的双刻线的中间，这样就使主轴对准了两基准边或基准线的交点。2024/8/2474 利用定位角铁进行找正，可使主轴中心线与工件边缘重合。定位角铁两个内表面要互成90，定位角铁上固定着一个直径为7mm的镀铬钮，钮上有一道与角铁内垂直面重合的刻线。工作时，将角铁的内垂直面贴紧工件的基准面，移动工作台从目镜观察，使角铁的刻线恰好落在测定器的两条观测线之间，从而工件的基准面就对准了主轴的中心。2024/8/24752024/8/24763.镗刀夹头 镗刀夹头由锥尾、调节机构、刀夹三部分组成，如图2-22所示，它是坐标镗床中最重要的附件之一，它直接
32、影响着加工孔的质量高低。锥尾用于插入机床的主轴锥孔内，使夹头轴线与机床主轴轴线重合。镗刀装在滑块刀孔内，旋转带有刻度的螺钉3，可调整镗刀的径向位置，以镗削各种不同直径的孔，调整后用螺钉2将刀夹锁紧。2024/8/2477(三)坐标镗削加工孔坐标镗削主要用于具有位置精度要求的孔系加工，如导柱、导套、定位销孔、型腔孔的精加工。加工孔的方法与被加工孔的孔径大小及尺寸精度、孔距精度要求有着直接的关系。孔的加工方法主要有：1.用精孔钻加工 模具零件上经常会碰到各种尺寸的小孔，当加工中没有合适的铰刀进行铰孔，而且用镗刀镗孔也有困难时，可用精孔钻加工孔。2024/8/2478 精孔钻是将麻花钻的切削刃两边磨
33、削修整而成的，其规格有小麻花钻，直径为0.2mm，0.25mm，0.3mm，0.35mm，0.4mm，1.5mm，较大的麻花钻直径为2mm，2.05mm，2.1mm，2.2mm，2.3mm，8.5mm。利用精孔钻加工时，采用很低的切削速度(28m/min)和较小的进给量进行扩孔。扩孔余量一般为0.10.3mm。精钻孔的尺寸精度可达到IT6IT7，表面粗糙度Ra可达1.60.4m。2024/8/24792024/8/24802.镗孔加工 利用镗刀进行精镗的孔，孔的直径要大于3mm。精镗孔的步骤是在被加工孔的位置打中心眼、钻中心孔，再用不同直径的钻头作几次变径钻孔(扩孔)，然后用镗刀精加工。精镗加
34、工钢件的加工余量为0.080.14mm。 直径大于20mm的孔,一般应在钻好中心孔后预先在钻床、铣床、车床或其他机床上进行孔的粗加工，然后才在坐标镗床上镗孔，目的是保证坐标镗床的精度及提高生产率。2024/8/24813.铰孔加工 铰孔是精加工工序，是在钻孔、扩孔或半精镗孔之后进行的。铰孔的主要作用是减小孔的表面粗糙度和提高几何形状精度。铰孔工艺是钻中心孔钻孔精铰；钻中心孔钻孔半精镗精铰。2024/8/2482 铰孔常用于直径小于20mm的孔，孔的尺寸精度达IT7，表面粗糙度Ra可达0.80.2m。值得注意的是，铰孔不能纠正原有孔的位置误差，所以铰孔的孔距精度是难以实现坐标镗床固有的坐标精度的
35、。因此，铰孔适于孔距精度要求不太高的场合，要得到孔距精度要求较高的孔，应选用坐标镗床加工。2024/8/24832024/8/2484 图2-23所示是镶拼结构的凹模，镶拼结构的使用主要是解决镗削后热处理变形，造成精度下降所带来的问题。所以，对于精度要求较高的凹模通常设计成镶拼结构。固定板1由普通钢材制成，由坐标镗床加工好各孔，不进行热处理，保证了孔距的精度。凹模镶件2是在淬火和磨削后分别压入固定板的各个孔内的，这样能很好地保证孔距精度。2024/8/2485二、二、 坐标磨床加工坐标磨床加工 坐标磨床是又一精密加工机床，它是在坐标镗床原理和结构的基础上发展起来的。坐标磨床由于具有高精度的坐标
36、工作台和高精度的磨削系统，可完成高硬度材料、淬硬钢等零件的各种磨削加工。坐标磨床可用来加工直径120mm的高精度孔，加工精度可达5m，表面粗糙度Ra可达0.80.4m，表面粗糙度最低可达Ra0.2m。坐标磨削可用来加工如图2-24所示的圆柱孔、圆锥孔、方孔、成形型孔、长槽以及工件外形面等。2024/8/24862024/8/2487(一)坐标磨床的结构模具加工常用立式坐标磨床。图2-25为单柱立式坐标磨床，由底座、坐标工作台、数字显示装置、高速磨头、立柱和磨头箱等组成。它与普通立式磨床结构的不同是：工作台是由一对相互垂直的精密丝杠螺母副驱动，定位精度可达0.001mm，并能数字显示。工作时，磨
37、头一方面绕自身轴线作高速旋转运动，另一方面还在主轴和主轴套筒的带动下作行星运动和上、下往复运动，以完成磨削加工。2024/8/24882024/8/2489(二)坐标磨床磨削机构的三向运动坐标磨床磨削机构的三向运动如图2-26所示，即砂轮的高速自转；主轴旋转运动；主轴套筒上下往复运动。加工时三个运动可同时配合运动。1. 砂轮的高速自转 高频电动机或压缩气机带动砂轮的主轴作高速旋转运动。一般转速在40008000r/min转的范围磨头用高频电动机驱动。转速达到1000r/min以上时，采用压缩气机驱动。气动磨头具有直接冷却工作和功率大的特点。2024/8/24902. 主轴旋转运动 电动机通过变
38、速箱直接驱动主轴，使主轴实现旋转运动。另一电动机带动高速磨头形成行星式运动，主轴转速一般为25300r/min。3. 主轴套筒上下往复运动 主轴套筒的上下往复运动是液压式或气液联合式传动。上下移动的行程由两个微动开关控制。主轴的往复运动次数可以达到120次min，最高时可以达到190次min。2024/8/2491(三)坐标磨床的磨削加工1.内孔磨削图2-27所示为内孔磨削，利用砂轮的高速自转、行星运动和轴向的直线运动，实现对内孔的磨削加工。2.磨削外圆 图2-28所示为磨削外圆，磨削外圆是利用砂轮的高速自转、行星运动和轴向的直线往复运动来实现的，利用行星运动直径的缩小，实现径向送进。2024
39、/8/24922024/8/24933.磨削锥孔 图2-29所示为磨削锥孔，首先要将砂轮修成所需的角度，然后在砂轮做轴向进给的同时连续改变行星直径(随砂轮轴下降而扩大)。4. 磨削平面 图2-30所示为磨削平面。磨削平面时，砂轮仅高速自转而不作行星运动，用工作台的移动实现进给运动，适合于平面轮廓和槽边的精密磨削。2024/8/24945.磨削端面 图2-31所示为磨削端面。磨削端面时，为提高磨削效率，应将砂轮底部修成凹面，这样便于排除切屑。砂轮主轴作向下进给，用砂轮的底部棱边进行磨削。6.插磨型槽 图2-32所示为插磨型槽。插磨是使用专门的磨槽附件进行的，砂轮在磨槽附件上装夹和运动，插磨可以对
40、槽及带清角的内表面进行加工。2024/8/24952024/8/2496三、三、 成形磨削成形磨削(一)概述 精加工成形表面的其中一种方法就是成形磨削。当模具的凸模、凹模等工作零件上的成形面技术要求很高时，常采用成形磨削加工。成形磨削加工是将被磨削轮廓划分成单一的直线和圆弧段逐段进行磨削，并使它们在衔接处平整光滑，达到设计要求。成形磨削可以在成形磨床、平面磨床、万能工具磨床和工具曲线磨床上进行，利用平面磨床和机床附件联合使用，是应用得比较广泛的一种成形磨削。成形磨削加工精度可达到IT5，粗糙度Ra可达到0.1m。成形磨削可加工淬硬件及硬质合金材料。2024/8/2497(二)成形磨削的加工方法
41、1. 成形砂轮的磨削法 图2-33所示为是成形砂轮磨削法。这种方法是将砂轮修整成与工件表面的形状完全吻合，磨削加工后获得所需要的成形表面。用成形砂轮磨削加工，首要任务是将砂轮修整成所需要的形状，并保证必要的精度。修整砂轮的方法有两种：2024/8/2498(1) 用挤轮修整成形砂轮如图2-34b所示，为用挤轮修整成形砂轮。用一个与砂轮所要求的表面形状完全吻合的圆盘，并保持适当压力。由挤轮带动砂轮转动，在挤压力作用下，砂轮被修整成所要求的成形表面。挤轮的旋转可以机动或手动，转速一般为50100rmin。挤轮一般用合金钢或图2-33成形砂轮的磨削法优质碳素工具钢制造，硬度为 6064HRC，其结构
42、如图2-34a所示。挤轮上沿圆周不等分分布的斜槽中有一条直槽，用以嵌入薄钢片，并与挤轮的成形面一起加工，加工后的薄钢片用于检查挤轮的形状。2024/8/2499 一套挤轮有23个，一个为标准挤轮，其余为工作挤轮。当工作挤轮磨损后，用标准挤轮修整的砂轮进行修整。采用挤压方法适合于修整形状复杂或带小圆弧的成形砂轮，尤其适用于难以用金刚石进行修整的成形砂轮。但这种方法要设计和制造挤轮，只宜在加工零件较多的情况下采用。2024/8/24100图2-33成形砂轮的磨削法2024/8/241012024/8/241022024/8/24103(2)用金刚石修整成形图2-35所示为正弦角度修整夹具。螺母11
43、将正弦尺座锁紧在支架12上，旋转手轮10，使齿轮5转动，带动齿条4移动，从而带动滑块2以及金刚石刀具3沿正弦规座的导轨作往复移动，对砂轮进行角度修整。如图2-36所示，修整时将金刚石固定在修整夹具上对砂轮进行修整，正弦规座1绕心轴6旋转至所需要角度。2024/8/24104 图2-37所示为修整砂轮圆弧的工具，是一种典型的、广泛应用的结构。图2-38所示为圆弧修整方法。当转动摆动夹具时，金刚石刀尖绕夹具回转轴线运动(摆动)，并对砂轮进行修整。2.夹具成形磨削法2024/8/24105 夹具成形磨削法是借助于夹具，使工件的被加工面处在所要求的空间位置上进行磨削。图2-39所示为利用正弦平口台虎钳
44、磨削工件斜面。图2-40所示为正弦磁力台。量块尺寸按下式计算：式中h量块尺寸(mm)；L正弦平口虎钳圆柱中心距(mm)；工件倾斜角度()。2024/8/241062024/8/241072024/8/24108 图2-41为万能夹具，主要由分度部分、装夹部分、回转部分和十字滑板组成。正弦分度盘7上有刻度，磨削时，如果工件回转角度的精度要求不高，其转过角度数值可直接利用正弦分度盘上的刻度和由表直接读出。当回转精度要求精确时，可以利用在分度盘上四个正弦圆柱9和基准板10之间垫量块的方法来控制夹量具回转角度，精度可达1030。2024/8/241092024/8/241102024/8/241113
45、.数控成形磨削 目前，国内外已研制出数控成形磨床，在实际生产应用中效果良好。上述成形磨削方法一般都采用手动操作，其加工精度依赖于操作技巧，劳动强度大，生产效率低。而采用了数控成形磨床，则能够解决成形磨削加工中的不足。表2-2所示为数控成形磨削的三种方式。2024/8/24112 第一种方式是利用数控装置控制安装在工作台上的砂轮修整装置，自动修整出需要的成形砂轮，然后利用成形砂轮磨削工件；第二种方式是利用数控装置将砂轮修整成圆弧或双料边圆弧形，然后由数控装置控制机床的垂直和横向进给运动，完成磨削加工；第三种方式是前两种方式的组合，即磨削前用数控装置将砂轮修整成工件形状的一部分，并控制砂轮依次磨削
46、工件的不同部位。这种方法适用于磨削具有多处相同形面的工件。2024/8/241132024/8/241142024/8/24115第四节数控机床第四节数控机床加工加工2024/8/24116一、一、 数控加工的基本概念数控加工的基本概念 数控是数字控制(Numerical Control)的简称，通常称为(NC)技术，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控制方法。采用数控技术的控制系统称为数控系统。利用通用计算机硬件结构，用控制软件来实现数控功能的数控系统，称为计算机数控(CNC)系统。具有数控系统的机床，称为数控机床。2024/8/24117 数控机床一般是由数控系统(计算机
47、和接口电路)、驱动装置(伺服电路和伺服电动机)、主机(床身、立柱、主轴、进给机构等)、辅助装置(液压装置、气压装置、交换工作台、刀具及检测装置等)等几部分组成的。1.数控加工特点(1)加工精度高机床的数控装置可以对机床运动中产生的位移、热变形等导致的误差通过测量系统进行有效的补偿，可以获得很高和稳定的加工精度。另外，数控机床是受数字信息指令控制，并自动进行加工，所以减少了操作人员因技术的高低而产生的人为误差，提高了同一批零件加工尺寸的一致性，使加工质量稳定，产品合格率高。2024/8/24118(2)生产效率高数控机床与普通机床比，生产效率最高可达到十几倍。原因在于数控机床的自动化程度较高，简
48、化了生产工序、夹具设计制造、多次装夹定位和检测等工作所带来的辅助时间，因而就大大提高了生产效率。(3)适用范围广因数控机床一次装夹可完成多道工序的加工，而且加工过程是程序控制的，当加工的零件发生变化时，除更换刀具和夹具外，只需按零件图的尺寸精度、形位精度和技术要求编写出加工程序，输入数控系统的计算机中即可加工，所以数控加工特别适用于单件小批量生产。2024/8/24119(4) 劳动强度低数控机床一人可操作多台，工作中，特别是大批量生产中，机床是自动加工，工人只做一些工件的装夹及测量工作，除此之外，工人多数时间是操作控制键盘和观察机床加工中的机床运行状态，这样使工人的劳动强度和工作环境都得到了
49、大大的改善。(5)网络化控制一台计算机通过网络可控制多台数控机床，也可实现在多台数控机床间建立通信网络，有利于形成计算机辅助设计，生产管理和制造一体化的集成制造系统，还可实现无人化生产，使数控机床充分发挥其自动化的优势。2024/8/241202.数控机床与模具 模具作为现代工业生产的重要工艺装备之一，对提高产品的产量和质量起着非常重要的作用。模具生产具有以下一些特点：(1)模具型面复杂如汽车覆盖件、飞机零件、玩具、家用电器等，其表面形状经常是由多种曲面组合而成的，这样相应的模具型腔、型芯也就比较复杂，甚至某些曲面必须用数学计算方法进行处理。2024/8/24121(2)模具表面质量、精度要求
50、高模具通常是由上模、下模和模架组成的，模具中还有许多拼合模块件。上下模的组合、镶块与型面的配合、镶块之间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达到微米级。(3)加工工序多模具的型面复杂，零件种类多，一套模具需经过多道工序完成。(4)生产批量小模具作为零件生产的工艺装备，属于单件、小批量生产。(5)模具用材料硬度高、价格贵模具常用材料有Cr12、CrWMn等，其材料对加工工艺有严格的要求。2024/8/241223.数控机床的种类1)数控车床(NC Lathe)。2)数控铣床(NC Milling Machine)。3)加工中心 (Machine Cent
51、er)。4)数控钻床 (NC Drill Press)。5)数控齿轮加工机床 (NC gear Cutting Machine)。6)数控镗床 (NC Boring Machine)。7)数控平面磨床 (NC Surface Grinding Machine)。8)数控外圆磨床 (NC External Cylindrical Grinder Machine)。9)数控轮廓磨床 (NC Contour Grinding Machine)。2024/8/2412310)数控工具磨床 (NC Tool Grinding Machine)。11)数控坐标磨床 (NC Jig Grinding Mac
52、hine)。12)数控线切割机床 (NC Linear Cutting Machine)。13)数控电火花加工机床(NC Die Sinking Electric Discharge)。14)数控激光加工机床 (NC Laser Beam Machining)。15)数控冲床(NC Punching Press)。16)数控超声波加工机床 (NC Ultrasonic Machine)。17)其他(三坐标测量机等)。2024/8/24124二、二、 数控加工的程序编制数控加工的程序编制 普通机床上加工零件，通常是由工艺人员按照所拿到的设计图样制定好零件的加工工艺规程，确定工件的加工工序、切削用
53、量、机床的规格及工艺装备等。由工人按工艺规程要求完成零件的加工。 若在自动和仿形机床上加工零件，需根据零件的工艺特点和工艺要求设计出凸轮和靠模，通过凸轮和靠模进行控制，最后加工出零件。自动和仿形机床加工的特点是：当加工零件被改变时，需重新设计凸轮和靠模。2024/8/24125(一)数控编程的步骤如图2-42所示，数控编程的步骤为：分析零件图样，确定加工工艺过程，数值处理，编写零件加工程序，制备控制介质，校验程序及首件试切。2024/8/241261. 分析零件图样和确定加工工艺过程1)分析被加工零件的图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定加工方式、进给路线和加工用量。2)工艺参数确定后
54、为实现零件图样上的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度，要制定出零件的定位、夹紧方案，确定对刀点的位置，编制零件的加工工艺过程。3)根据数控加工的特点和零件的具体要求，对刀具、夹具进行选用和设计。2024/8/241272. 数值处理 数值处理的主要工作是把零件图中给出的数据或给定的表达式转换成数控机床加工时所用的数据，为编制零件的加工程序做准备。编程人员可结合所使用的数控机床控制系统要求的数据格式，算出所需的数据。数值处理的工作量大小随被加工零件的形状、加工内容、控制系统的功能及计算工具的不同而不同。2024/8/241283.编写零件加工程序 在完成上述工艺处理和数值计算之后，编程员使用数控系统
55、的程序指令，按照程序的程序格式，逐段编写零件加工程序，编程员应对数控机床的性能、程序指令及代码非常熟悉，才能编写出正确的零件加工程序。4.制备控制介质制备控制介质，即把编制好的程序单上的内容记录在控制介质上，作为数控装置的输入信息。2024/8/241295.校验程序及首件试切 程序单和制备好的控制介质上的内容输入到数控装置中，让机床空转，以坐标纸代替工件，画出加工路线，以检查机床的运动轨迹是否正确。对于工件精度的检验，要通过试切的方式进行，对零件进行首件试切，发现加工误差，分析出现误差的原因，找出并修正错误。2024/8/24130(二)数控编程的方法1. 手工编程 从零件图样分析、工艺处理
56、、数值处理、编写程序单、制备控制介质到程序检验，均由人工完成，这种完全由手工编制程序的过程为手工编程。2024/8/241312. 自动编程 使用计算机进行数控机床程序的编制工作，由计算机自动地进行数值计算，编写零件加工程序单，自动输出、打印并将加工程序制成控制介质，即数控机床编程工作的大部分或全部由计算机完成的过程，为自动编程。2024/8/24132(三)数控机床的坐标系统及运动方向 为便于编程时描述机床的运动，简化程序的编制方法及保证数据的互换性和加工程序的通用性，数控机床的坐标和运动方向均已标准化。国际标准化组织和一些工业发达国家都先后制定了数控机床坐标和运动命名的标准。1999年国家
57、机械工业局也颁布了JB/T30511999标准。其内容如下：2024/8/241331. 刀具相对于零件运动的原则原则认为零件不运动，使编程人员能在不知道是刀具移动还是零件移动的情况下，就可以依据零件图样，确定工件的加工过程。2. 标准坐标(机床坐标)系的规定为了确定机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的方向和运动的距离，这就需要一个坐标系，这个坐标系就称为机床坐标系。2024/8/24134(1)机床坐标系图2-43右手笛卡儿直角坐标系标准的机床坐标系是一个右手笛卡儿直角坐标系，如图2-43所示，图中规定了X、Y、Z三个直角坐标轴的方向与机床的主要导轨相平行，A、B、C三个旋转坐
58、标的方向由右手螺旋方法确定。(2)运动方向机床某一部件的运动正方向规定为增大零件与刀具之间距离的方向。2024/8/241352024/8/241361) Z坐标。Z坐标与主轴轴线平行，其正方向是增加刀具和零件之间的距离的方向。如数控车床的主轴轴线为Z轴，床尾方向为Z向；在钻镗加工中，钻入或镗入零件的方向是Z的负方向。2) X坐标。X坐标是水平的，是刀具或零件定位平面内运动的主要坐标，在零件回转的车床、磨床上，X方向为径向且平行于横向滑座，X的正方向是横向滑座主要刀架上刀具离开零件回转中心的方向；在刀具回转的铣床上，X运动的正方向是从主要刀具轴向零件看时的右方；卧式车床与卧式铣床的X坐标如图2
59、-44，2-45所示。2024/8/241372024/8/241383) Y坐标。根据X和Z的运动按照右手笛卡儿坐标系来确定。旋转坐标，在图2-43中A、B、C相应地表示其轴线平行于X、Y、Z的旋转坐标。A、B、C正向为在X、Y、Z方向上，右手螺旋前进的方向。4) 机床坐标系的原点。标准坐标系原点(X0、Y0、C0)也是任意的。机床坐标系是机床上固有的坐标系，其原点在说明书中均有规定，一般利用机床机械结构的基准线来确定。如有的机床设有零位，这个零位就是机床坐标系的原点。这个机床零位在机床制造出来时就已确定，不能随意改动。2024/8/241395) 附加坐标。如果在X、Y、Z 主要直线运动之
60、外另有第2组平行于它们的运动，就称为附加坐标运动，它们分别被指定为U、V、W。如还有第3组运动，则分别指定为P、Q、R。若有不平行于X、Y、Z的直线运动，则可以相应地规定为U、V、W、P、Q、R。2024/8/241406) 零件的运动。对于移动部分是零件而不是刀具的机床，必须将前面所介绍的移动部分是刀具的各项规定，在理论上作相反的安排。引时用带“”的字母表示零件正向运动，如用X，Y，Z表示零件相对于刀具正向运动的指令。2024/8/24141(四)指令代码 编制数控程序，使用G代码、M代码及F、S、T代码，通过这些代码来描述加工工艺过程和数控机床的运动特征。 国家机械工业局颁布了JB/T 3
61、2081999关于准备功能G与辅助功能M的代码标准。2024/8/241421. 准备功能 准备功能又称G代码，用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。ISO标准中规定：G代码由地址G及后面的两位数字组成，从G00到G99共有100种代码。 不同的数控机床，由于采用的数控系统及机床工艺类别不同，故有些功能指令的定义也会有一些差别，但基本的编程方法是类似的。下面以FANUC系统为例介绍数控编程方面的内容，见表2-3。2024/8/241432024/8/241442024/8/241452. 辅助功能 辅助功能又称M功能、M代码或M指令，用来指定机床
62、工作时的各种辅助动作及状态，如主轴的转、停，切削液的开、关，转位部件的夹紧、松开等。常用辅助功能见表2-4。2024/8/241462024/8/241473.F功能F功能用于指定进给速度，单位是mm/r或mm/min。F值经指定后一直有效，直到的F值取代为止。G00执行的是系统设置的速度，但不会撤消前面所编的F值。4.S功能S功能用于指定主轴转速，单位是r/min，当设定恒速分削时，单位是m/min。2024/8/241486.D功能表示刀具半径补偿量的存储地址代码，如D12表示刀补取值为第12号存储器中的参数。7.H功能表示刀具长度补偿量的存储器地址代码，用法同D功能。(五)程序结构与格式
63、1. 程序结构一个完整的程序由程序号及组成主体内容的程序段组成。2024/8/24149 程序号相当于程序名，是存储、调用程序的标识，位于程序的开始，由字母O后接4个数字组成。每个程序都应有一个程序号，以便管理与调用，若缺省程序号，则系统将默认程序第一句的段号为程序序号。程序主体由若干程序段组成，程序最后以M02或M30表示结束。2.程序段格式用米制坐标值编程的基本格式为：NGXYZFSTM；说明：N程序段号，由字母N后接15位数字，表示程序段的先后次序；2024/8/24150G、F、S、T、M功能字；X、Y、Z X、Y、Z 坐标，系统允许坐标值整数部分最多可有5位，小数部分3位，即-999
64、99.99+99999.99mm。但机床的工作台及行程不可能有这么大，编程时必须仔细了解机床参数，不能超出其范围。值得注意的是：坐标值若是整数形式，其单位为m；若是小数形式，其单位为mm。2024/8/24151 其他坐标还有：U、V、W(X、Y、Z 增量坐标)，A、B、C(绕轴线平行于X、Y、Z 轴旋转的转角)，I、J、K(圆心的X、Y、Z坐标)，R(圆弧半径)，数值规定同上。程序段以分号(；)结束，若不写分号则该程序段将连续到下一程序段。2024/8/24152(六)数控车床的编程基础1.数控车床的坐标系统 数控车床的机床坐标系统如图2-44所示。机床坐标系的Z轴与主轴轴线重合或者平行，正
65、方向是离开卡盘指向尾座的方向。工件坐标系要根据工艺需要选取，一般Z轴与主轴轴线重合，X轴常取在工件的端面处。大多数系统的X坐标值以直径值表示，也可改变机器参数用半径值表示。2024/8/241532. 编程基础表2-5为FANUC数控车床系统的G代码。2024/8/24154(1)快速点定位格式：G00X(U)Z(W)；X、Z：定位点的绝对坐标。亦可用U、W按增量坐标编程(下同，不再特别指出)。说明：1) X、U坐标采用直径值编程(下同，不再特别指出)。2) G00是以机器参数设定的快速进给速度执行的，程序中的F值对它不起作用。3) 每个轴的快速进给速度是独立的，两轴同时移动时，运动轨迹不受控
66、制。有的系统在执行G00时，刀架先沿X方向快速移动，然后再沿Z方向快速移动到定位点。2024/8/24155(2)直线插补格式：G01XZF；X、Z：目标点绝对坐标。F：进给速度，单位mm/r。说明：执行G01时，刀架以给定的F值作直线运动。当两轴同时运行时，其运动轨迹是起点和终点之间的直线。例1由起点快速移动到定位点，再以进给量0.3mm/r直线进给至目标点。图2-46所示。2024/8/241562024/8/241572024/8/241582024/8/24159(4)圆弧插补圆弧插补有顺时针(G02)逆时针(G03)之分。判断圆弧的顺逆向，应对着Y轴正向看过去。如图2-48所示。20
67、24/8/241601) 顺时针圆弧插补格式：G02XZIKF；或G02XZRF；X、Z：圆弧终点绝对坐标。I、K：圆心相对于圆弧起点的X、Z坐标。R：圆弧半径。2) 逆时针圆弧插补格式：G03XZIKF或G03XZRF；说明：除了圆弧走向不同，其余与G02相同。2024/8/24161(5)暂停格式：G04X(或U)；或G04 P；X、U、P：用以指定暂停时间。说明： X、U的指令值带小数点，单位为s。 P的指令值为整数，单位为ms。2024/8/24162(6)设置工件坐标系原点格式：G50XZ；X、Z：目前刀尖在新工件坐标系中的位置。说明： 在G50的程序段中不能编入其他功能。 执行G5
68、0时，刀架不移动，而系统则将后面程序段中的坐标值作为新坐标中的坐标值。 如果在刀具补偿指令起作用的情况下执行G50指令，则所设置的坐标值将被补偿值修正。(7)限定主轴最高转速 格式：G50S；S：用于设置主轴最高转速。用恒线速度切削端面时，在刀具向中心进给过程中转速将越来越高，为防止出现意外，需限制主轴的最高转速。2024/8/24163(8)螺纹切削1) 单刀车削螺纹。格式：G32XZF；(用单刀车削圆柱螺纹格式为：G32ZF；)X、Z ：螺纹终点的绝对坐标F：螺纹的导程 说明：G32为单刀车削螺纹指令，故在加工时需多次走刀。每次进刀后，切削起始点的Z 坐标应相同，且车削行程最好是导程的整数
69、倍，以免螺纹乱扣。2024/8/241642024/8/24165N170G00X13.6；进刀N180G32Z-33.0F2.0；车螺纹N190G00X50.0；径向退刀N200G00Z50.0；轴向退刀2) 螺纹切削循环。格式：G92XZIF；I：锥螺纹终点与始点的高度差(半径值)。圆柱螺纹的I值为0，可省略。其余同上。2024/8/241662024/8/241673) 螺纹切削组循环。格式：G76XZIK DFA；K：螺纹高度(半径值)。D：第一次进刀的背吃刀量(半径值)。A：螺纹牙型角。其余同上。2024/8/24168(9)外圆切削组合循环1) 外圆粗车循环如图2-50所示。图2-
70、50外圆粗车循环格式：G71 PQUWDFS；P、Q：粗车循环起始及最终程序段号。2024/8/241692024/8/24170U、W：X、Z向的精加工余量，其中U用直径值编程。D：背吃刀量(半径值)。F、S：循环切削的进给量与主轴转速。2) 固定方式粗车循环如图2-51所示。图2-51固定方式粗车循环格式：G73 PQI KUWDFS；I、 K：X、Z向的退刀量，I值采用半径值。其余同上。2024/8/241713) 精车循环。格式：G70 PQ；P、Q：精车循环起始及最终程序段号。说明：G71、G73循环切削的进给速度与主轴转速优先采用G71、G73程序段中F、S值；而G70则优先采用P
71、、Q之间循环程序中F、S值。2024/8/241722024/8/24173三、三、 数控装置数控装置 数控装置是数控机床的核心，主要由输入装置、控制运算器、输出装置等组成，控制介质上的信息经过输入装置识别与译码后，由控制运算器进行处理与运算，并产生相应的控制命令，控制命令由输出装置传送到伺服系统，最终控制机床各部分按程序的要求运动，完成零件加工过程。2024/8/24174四、数控机床的伺服系统四、数控机床的伺服系统 数控机床伺服系统是以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。在数控机床中，伺服系统是数控装置和机床主机的联系环节，它接收来自插补器的进给脉冲，经变换放大后转化为机床工
72、作台的位移。2024/8/24175(一)伺服系统的基本要求 伺服系统数控装置与机床本体间的联系环节(如图2-53所示)，它是以机床移动部件的位置或角度为控制对象的自动控制系统，伺服系统接受由数控装置经插补运算生成的进给脉冲或进给位移量指令后，经信号变换和功率放大，再由执行机构驱动相关的机床移动部件按指令要求运动。因此，伺服系统的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。2024/8/241762024/8/24177 数控机床具有高效率、高精度、高柔性的技术特点，因而对伺服系统的速度控制、位置控制、伺服电动机、传动机构等方面的要求很高。与之相适应对伺服系统的基本要求有：具有足够的传动刚性和较高的
73、速度稳定性；快速反应能力强，而且无超速现象，能灵活地正、反向运行；调速范围宽，恒功率调速具有110以上的调速范围；可实现低速大转矩运动。2024/8/24178(二)伺服系统的控制方式1.开环控制系统 开环系统见图2-54，开环控制系统只有指令信号的前向控制通道，没有位置检测与反馈控制通道，其驱动元件主要是步进电动机。它的原理是将指令数字脉冲信号转换为电动机的角度位移。实现运动和定位，主要靠驱动装置和步进电动机本身保证。转过的角度正比于指令脉冲的个数；运动速度由进给脉冲的频率决定。2024/8/24179 开环结构的特点是结构简单，易于控制，但由于没有位移测量与补偿功能，故精度低、低速不够稳定
74、、高速扭矩小。主要用于轻载、负载变化不大或经济型数控机床上。2024/8/241802.闭环系统 如图2-55所示，在被控制的机床移动部件上装有直线位移测量装置，它能将实测位移反馈到数控装置中与输入指令位移值进行比较并实行位移补偿，直到差值为零。由于增加了检测、比较和反馈装置，故精度很高，但其结构复杂、调试较难、成本高，主要用于高精度数控镗铣床、数控磨床、超精数控车床和加工中心等。3.半闭环系统 如图2-56所示，半闭环系统是用回转型检测装置测量、反馈丝杠或电动机的转动角度，2024/8/24181 再折算成直线位移量，是间接地测量丝杠和螺母间的直线位移，但不能补偿丝杠螺母副的传动误差，故精度
75、比闭环控制系统低，而比开环控制系统高。其结构比闭环控制系统简单，调试方便、稳定性好，适用于中档数控机床。2024/8/241822024/8/24183(三)伺服系统的驱动部件为使伺服系统实现精度高、稳定性好、响应快速、调速范围宽、低速大转矩等要求，伺服系统的执行元件伺服电动机应具备如下要求：1)能平稳运转、转矩波动小，特别是在低速运转时，不应有爬行现象。2) 为满足低速大转矩的传动要求，电动机应具有较大的、较长时间的抗过载能力。3) 为了实现快速响应，电动机应具有较小的转动惯量和较大的、较长时间的抗过载能力。4) 能承受频繁起动、制动和反转。2024/8/24184常用的伺服驱动电动机类型有
76、：步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、直接驱动电动机。(1) 步进电动机是由脉冲信号控制的，它可将电脉冲信号转换成相应的角位移，角位移量与电脉冲数成正比，转速与电脉冲频率成正比，通过变频可调节其转速。步进电动机结构简单、控制方便、价格较低，但步进电动机的最大缺点是容易失步，尤其在大负载和高转速的情况下，更易失步，故一般多用于经济型数控机床、开环系统中。2024/8/24185(2) 直流伺服电动机直流伺服电动机具有良好的起动、制动和调速特性，可很方便地在较宽范围内实现平滑的无级调速。动态响应特性和稳定性好，可适应频繁起动、反向、制动等工作状况，多用于调速性能要求较高的闭环、半闭环系统中
77、。直流伺服电动机按励磁方式不同，有永久式和电磁式之分；按转速高低及转子的转动惯量大小，有高速、小转动惯量和低速、大转动惯量之分。(3) 交流伺服电动机交流伺服电动机几乎具有直流伺服电动机的所有优点，结构简单，制造、维护简单，具有调速范围宽、稳速精度高、动态响应特性更好等特点，可达到更大的功率和更高的转速。2024/8/24186 随着计算机控制技术、电子技术的发展，交流伺服电动机已广泛取代直流伺服电动机。交流伺服电动机有异步型和同步型之分，常用的分别是笼型异步交流感应伺服电动机和永磁式同步交流伺服电动机；笼式异步交流感应伺服电动机结构简单、坚固，过载能力强，但实现大范围平滑调速较困难，控制系统
78、复杂；永磁同步交流伺服电动机结构稍复杂，但比直流伺服电动机简单，没有电刷，可靠性强，效率高，加、减速能力强，转子转动惯量较小，可高速运转。2024/8/24187(4) 直接驱动电动机直接驱动电动机和被驱动部件是直接联系的，中间没有其他的机械传动装置，是一种较为理想的驱动方式，具有机械结构简单、伺服刚度高、传动效率高、动态响应快、精度高的技术特点，这也是机电一体化产品的最新成果，目前受到技术条件限制，应用的还不是很多。2024/8/24188第五节模具第五节模具CAD/CAMCAD/CAM2024/8/24189一、一、 CAD/CAM CAD/CAM的组成及其应用的组成及其应用 随着产品更新
79、换代速度的加快，产品正向多品种、高质量和交货期短的方向发展，这就要求模具生产要缩短制造周期、降低成本和提高质量。依赖于经验与手工技能的传统模具设计与制造方式已远不能满足这些要求，因而CAD/CAM(Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing)，即计算机辅助设计与计算机辅助制造技术应运而生。2024/8/24190 CAD是指工程技术人员在人和计算机组成的系统中，以计算机为辅助工具，通过计算机和CAD软件对设计产品进行分析、计算、仿真、优化与绘图。在整个过程中，CAD将设计人员的设计思想与计算机强大的记忆、数值计算、信息检索等能力相结合，
80、各尽所长，完成产品的设计、分析、绘图等工作。2024/8/24191 CAM是应用计算机进行产品制造的统称。它是利用机算机进行零件的工艺规划、数控程序编制、加工过程仿真等程序的编制，对零件进行数控加工。1.模具CAD/CAM系统的组成模具CAD/CAM系统是由计算机硬件系统和软件系统组成。硬件系统主要包括计算机和外部设备；软件系统是由系统软件、应用软件和专业软件组成，如图2-57所示。2024/8/241922024/8/24193 外部设备主要包括绘图仪、打印机、显示器、鼠标、数控机床。系统软件是应用软件的开发环境，任何应用软件的编写、编译和运行都是在系统软件的支持下进行的。专业软件是市场上
81、供应的各种商品化的CAD/CAM软件。应用软件是在模具设计制造过程中用于特定任务的设计程序，如冲裁模设计程序、塑料模设计程序。2024/8/241942.CAD/CAM技术在模具行业中的应用 模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。2024/8/24195(1)CAD/CAM技术在冷冲模中的应用冷冲模CAD/CAM在设计与制造中的应用主要有下列几个方面：1) 利用几何造型技术完成复杂模具几何设计。2) 完成工艺分析计算，辅助成形工艺的设计。3)
82、建立标准模具零件和结构的图形库，提高模具结构和模具零件设计效率。4) 辅助完成绘图工作，输出模具零件图和装配图。2024/8/241965) 利用计算机完成有限元分析和优化设计等数值计算工作。6) 辅助完成模具加工工艺设计和NC编程。(2)CAD/CAM技术在塑料模中的应用塑料成型模具具有形状复杂、计算分析量大、加工难的特点，因此，应用CAD/CAM技术具有重大意义。 注射模作为塑料模具中广泛应用的一类模具，模具CAD/CAM技术应用更为突出。2024/8/24197注射模具CAD/CAM技术的应用如下：1) 在计算机中生成塑料制品的几何模型，进行塑料制品的几何造型。2) 模具型腔表面形状的生
83、成。3) 模具结构方案设计。利用CAD/CAM软件确定型腔的个数、位置、浇注系统、冷却系统和顶出机构。4) 标准模架的选择。利用标准件库进行模架的选择，从而实现模具标准化、模具零件标准化、结构标准化和工艺参数标准化等。2024/8/241985) 部件装配图和总装图的生成。据模具部装图和模具总装图以及相应的图形库，完成模具零件的设计、绘图。6) 模具零件图的生成。完成模具零件的设计、绘图。7) 注射流程及保压过程模拟。用有限元方法来模拟熔体的充模和保压过程，提供不同时刻熔体及制品在型腔内各处的温度、压力、剪切速率、切应力及所需的最大锁模力等。2024/8/241998) 冷却过程分析。预测结果
84、有助于缩短模具冷却时间，改善制品在冷却过程中的温度分布不均匀性。9) 力学分析。检验模具的刚度和强度能否保证模具的正常工作，以便在模具制造前采取补救措施。10) 数控加工。CAD/CAM软件能生成机床所需的数控加工代码，实现数控的加工。2024/8/24200二、二、 模具模具CAD/CAMCAD/CAM系统系统(一)冷冲模CAD/CAM系统冷冲模CAD/CAM系统各功能模块如图2-58所示。2024/8/242011.冲裁模系统功能模块内容(1)系统总控模块对模具CAD/CAM系统的运行进行管理，通过调用操作系统命令、各功能子模块，进行数据的存取操作及对程序的批处理或覆盖，完成模具设计，并实
85、现用户界面、显示和外设管理等。(2)图形处理模块具有完善的工程绘图、尺寸标注和文字处理功能，交互式地定义、参数化几何、产生标准件、典型模具结构等图形库装配图设计等功能。冲裁模利用二维设计功能，将图形输入、数据转换。2024/8/24202(3)工艺计算分析模块冲裁件工艺性分析，结构尺寸判断，冲压工序方案确定；毛坯排样优化设计，冲孔顺序、级进模工步安排；冲裁力和压力中心计算；压力机选型及模具工作部分的强度校核。(4)模具设计与分析模块模具结构形式的确定，凸、凹模刃口形状、结构形式、尺寸的设计；顶杆、卸料板及定位装置的设计；选择标准件。2024/8/24203(5)数据库、图形库处理模块常用数表及
86、线图；材料性能参数；压力机技术参数；标准模架、标准件参数及图形关系式或程序及数控加工设备性能参数。冲裁模的典型结构形式参数表；冲裁模刃口间隙值；冲裁搭边值；冲压件的工艺参数、精度等级等。(6)数控加工模块利用零件设计的几何图形，进行2坐标和4坐标线切割、加工复杂零件的自动编程；2坐标数控铣削和车削加工自动编程；数控加工模拟仿真。2024/8/242042.冲裁模CAD/CAM流程图冲裁模CAD/CAM系统与手工冲裁模设计过程相同，其设计流程见图2-59。(二)注射模CAD/CAM系统 注射模具最大的特点就是具有复杂的三维形状，由于形状复杂，所以在整个设计与制造过程中影响因素也就多。注射模具的C
87、AD/CAM系统不仅具有一般的结构设计、计算功能，而且还需要有一些专用的模拟软件，从而优化模具结构、注射工艺条件、加工过程和制品质量。这样大大提高了一次试模的成功率，使生产成本得到降低。2024/8/242051.注射模充模过程与流动模拟软件2024/8/242062024/8/24207 流动模拟软件主要是用来预测熔合纹位置，确定排气孔部位，对注射不足、压力过大和过热的缺陷能够及时的发现；可以优化浇注系统的位置、数量和一模多腔模的流道系统；优化工艺参数，改进制品的质量，优化注射工艺。流动模拟分析软件由数据库、几何构型和条件设置、流动分析程序、结果显示等四个部分组成。2024/8/242082
88、.注射模冷却系统模拟软件 注射模冷却系统软件主要用来检验人员设计的冷却系统是否合理，预知模具随时间变化的温度场分布状态及不同时刻制件表面温度和模具极限温度点的位置。模拟试模过程，优化冷却系统和工艺参数。注射模冷却系统模拟软件由数据库、几何构型和条件设置、冷却分析程序、分析结果显示、辅助程序等五个部分组成。2024/8/242093.注射模压实过程模拟软件注射模压实过程模拟软件主要用于注射成型过程的填充和保压、压实阶段的动态分析。压实过程模拟软件由数据库、几何造型条件设置、填实、保压、压实分析软件及结果显示四个部分组成。4.注射模结构CAD 注射模CAD主要功能是通过输入制件图形，确定型腔的形状
89、和尺寸，拟定型腔布置方案；选择典型模具系列；初步设计浇注系统、冷却系统和顶出机构；选择其他所有模具零件；进行模具的结构和工艺验证。2024/8/242105.注射模CADCAM系统流程图图2-60是注射模CADCAM系统流程图。(三)常用CAD/CAM软件 CAXA是国产CAD/CAM软件，设计人员通过软件可进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计。 开目CAD是基于微机平台的CAD和图样管理软件。开目CAD支持多种几何约束种类及多视图同时驱动，具有局部参数化的功能，能够处理设计中的过约束和欠约束的情况，开目实现了CAD、CAPP、CAM的集成。2024/8/24211 Solidedge
90、是三维CAD系统，它向用户提供了从三维零件建模、装配设计到最终的二维图制作的一整套完善的CAD工具。 Pro/Engineer简称Pro/E，是一个面向机械工程的CAD系统。它的关于单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念。UG是一个集CAD、CAE、CAM于一体的机械工程辅助系统，它为用户提供了一个全面的产品建模系统。2024/8/24212 SurfCAM是基于Windows的能够自动生成零件刀具轨迹，以及进行零件加工的NC的加工代码，具有强大的通用后置处理模块的辅助制造软件。 Mastercam为PC级CAM软件，Mastercam包括了铣削加
91、工、车削加工、线切割加工等主要模块，适于机械设计与制造的各个领域。Cimatron系统是以色列的CAD/CAE/PDM产品，该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。2024/8/242132024/8/242142024/8/242152024/8/242162024/8/242172024/8/242182024/8/24219馋死2024/8/242202024/8/242212024/8/242222024/8/242232024/8/242242024/8/242252024/8/242262024/8/242272024/8/242282024/8/242292024/8/242302024/8/242312024/8/24232PPT研究院P O W E R P O I N T ACADEMY2024/8/242332024/8/242342024/8/24235
