數(shù)控加工技術(shù)講義課件

1、專題一 現(xiàn)代模具制造技術(shù)專題一 現(xiàn)代模具制造技術(shù)1 數(shù)控加工技術(shù)2 快速原型制造技術(shù)RPM3 高速切削技術(shù)HSM1數(shù)控加工技術(shù)1數(shù)控加工技術(shù)一、數(shù)控加工機(jī)床二、數(shù)控機(jī)床編程基礎(chǔ)三、數(shù) 控 車 削四、數(shù) 控 銑 削五、加 工 中 心六、模具數(shù)控加工工藝三、 數(shù) 控 車 削1、數(shù)控車床的應(yīng)用（1）加工精度要求高和表面粗糙度值低的回轉(zhuǎn)體零件。 尺寸加工精度IT6IT5。表面粗超度Ra1.6以下。數(shù)控車加工的特點(diǎn)加工精度高能做直線和圓弧插補(bǔ)在加工過(guò)程中能自動(dòng)變速1、數(shù)控車床的應(yīng)用 （2）加工輪廓形狀復(fù)雜的零件。 任意復(fù)雜回轉(zhuǎn)體零件的車削；例如：圖1-1、1-2所示，飲料瓶的吹塑模等。圖1-1 吹塑模型

2、芯的加工圖1-2 塑料燈座壓制模型腔數(shù)控車床的應(yīng)用（3）加工特殊類型的螺紋。 車非標(biāo)準(zhǔn)螺紋圖1-3 變導(dǎo)程螺紋的加工 車削中心與數(shù)控車床的主要區(qū)別在于：（1）動(dòng)力刀具功能車削中心在刀架部分增加了驅(qū)動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)的裝置，因此它除了可以裝夾內(nèi)、外圓車刀以外，還可裝夾自驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)刀具，如銑刀、鉆頭、絲錐等。2、車削中心2、車削中心（2）C軸位置控制功能該功能可以達(dá)到很高的角度定位分辨率（一般為0.001），還能使主軸和卡盤按進(jìn)給脈沖做任意低速的回轉(zhuǎn)，這樣車床就具有X, Z, C三個(gè)坐標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)兩聯(lián)動(dòng)控制。2、車削中心X-C坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)可以在工件端面上進(jìn)行銑削。Z-C坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)可以在工件外圓上進(jìn)行銑削。可

3、銑削凸輪槽和螺旋槽。2、車削中心觀看視頻：車削中心四、 數(shù) 控 銑 削1. 數(shù)控銑床簡(jiǎn)介 四、 數(shù) 控 銑 削1. 數(shù)控銑床簡(jiǎn)介（1）立式數(shù)控銑床 立式數(shù)控銑床在模具加工中應(yīng)用最為廣泛。立式銑床按數(shù)控裝置可控軸數(shù)（即機(jī)床數(shù)控裝置能夠控制的坐標(biāo)數(shù)目）分為兩軸半、三軸、四軸、五軸等數(shù)控立式銑床。（2）臥式數(shù)控銑床1. 數(shù)控銑床簡(jiǎn)介能完成銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋及自動(dòng)工作循環(huán)，基本能滿足模具制造的所有切削需要。1. 數(shù)控銑床簡(jiǎn)介一般數(shù)控銑床的坐標(biāo)定位精度為0.01mm，重復(fù)定位精度為0.005mm。（1）輪廓加工。采用數(shù)控銑床可以輕松地實(shí)現(xiàn)模具的輪廓加工，提高加工效率。例如：沖頭、凹模的加工，注塑模

4、鑲塊、型芯的加工等。2. 數(shù)控銑床的應(yīng)用2. 數(shù)控銑床的應(yīng)用（2）曲面加工。曲面加工是數(shù)控銑削最擅長(zhǎng)的加工領(lǐng)域。在塑料模中用到最多的就是型腔、型芯的加工，以及電極、鑲塊的加工。2. 數(shù)控銑床的應(yīng)用（3）孔系加工。加工型腔、型芯的固定孔；導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔；推桿孔、拉桿孔；以及其他有配合要求的孔及孔系。一方面易于保證尺寸精度和位置精度，另一方面也可以減少重復(fù)安裝找正的時(shí)間，有利于縮短模具制造周期。 五、 加 工 中 心五、 加 工 中 心具有自動(dòng)交換刀具的功能（刀庫(kù)）的數(shù)控設(shè)備。車削中心：以回轉(zhuǎn)體零件為加工對(duì)象立式和臥式加工中心：以非回轉(zhuǎn)體零件為加工對(duì)象。1、立式加工中心盤、套、板類零件的加工應(yīng)用廣泛

5、不能加工太高的零件2、臥式加工中心除安裝面及頂面外4個(gè)面的加工（箱體類零件）帶有自動(dòng)交換工作臺(tái)3、加工中心的主要加工對(duì)象箱體類零件復(fù)雜曲面：各種曲面成形模具如注塑模、橡膠模、壓鑄模等異形件盤、套、板類零件（1）換刀方式 1）機(jī)械手換刀 2）主軸換刀 4、自動(dòng)換刀4、自動(dòng)換刀（2）刀具識(shí)別 1）刀座編碼 （刀具號(hào)與刀座號(hào)一致）2）刀柄編碼（刀柄感應(yīng)器） 5、機(jī)外對(duì)刀圖1-4 CCD投影式刀具預(yù)調(diào)儀 5、機(jī)外對(duì)刀刀具預(yù)調(diào)儀是一種可預(yù)先調(diào)整和測(cè)量刀尖直徑、裝夾長(zhǎng)度，并能將刀具數(shù)據(jù)輸入加工中心數(shù)控程序的測(cè)量裝置。預(yù)先測(cè)量使用的每把刀具的長(zhǎng)度，并在CNC中設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)刀具的長(zhǎng)度和每把刀具的長(zhǎng)度之間的差，即使

6、刀具改變了，也不需要更換程序便可實(shí)現(xiàn)加工。該功能稱為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。6、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償圖1-5 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償 因?yàn)榈毒哂邪霃?，所以刀具中心（刀位點(diǎn)）的軌跡相對(duì)于工件的輪廓偏移了一個(gè)刀具的半徑。如果刀具半徑儲(chǔ)存在CNC中的話，刀具可離開(kāi)加工零件形狀為刀具半徑的軌跡移動(dòng)。該功能稱為刀具半徑補(bǔ)償。7、刀具半徑補(bǔ)償圖1-6 刀具半徑補(bǔ)償六、模具數(shù)控加工工藝（一）模具數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)步驟1研究、消化零件的圖樣，并對(duì)其進(jìn)行工藝分析，確定數(shù)控加工內(nèi)容。2選擇與確定切削加工的數(shù)控機(jī)床。3制定數(shù)控加工工藝路線，確定加工工序和工步。4數(shù)控加工的刀具、夾具和量具的選擇及調(diào)整。模具數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)5對(duì)零件的圖形進(jìn)行數(shù)學(xué)處

7、理，計(jì)算和優(yōu)化加工軌跡。6編寫（自動(dòng)生成）數(shù)控程序并對(duì)程序進(jìn)行校驗(yàn)及修訂。7首件試制與現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題處理。8根據(jù)試制反饋的問(wèn)題進(jìn)行數(shù)控加工工藝的修訂、定型及歸檔。1、模具零件數(shù)控加工工藝性分析（1）數(shù)控加工零件圖尺寸數(shù)據(jù)的分析（2）數(shù)控加工零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性分析（1）數(shù)控加工零件圖尺寸數(shù)據(jù)的分析分析零件圖上尺寸的標(biāo)注是否適應(yīng)數(shù)控加工的特點(diǎn) 數(shù)控加工最傾向于以同一基準(zhǔn)標(biāo)注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸，因?yàn)檫@樣的尺寸標(biāo)注既方便編程，又方便尺寸之間的相互協(xié)調(diào)，能較好地保持設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、檢測(cè)基準(zhǔn)與編程原點(diǎn)設(shè)置的一致性。實(shí)際生產(chǎn)零件圖（1）數(shù)控加工零件圖尺寸數(shù)據(jù)的分析分析構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件是

8、否充分 自動(dòng)編程時(shí)，要對(duì)構(gòu)成零件輪廓的所有幾何元素進(jìn)行定義，手工編程時(shí)，要計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，圖紙中無(wú)論哪一點(diǎn)定義不明確或不確定，編程都無(wú)法進(jìn)行。（2）數(shù)控加工零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性分析零件各加工面的凹圓弧不應(yīng)過(guò)于零亂 零件內(nèi)腔和外型上的凹圓弧半徑不要過(guò)于零亂，最好能夠采用統(tǒng)一的幾何尺寸；以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)；使編程簡(jiǎn)單方便，使生產(chǎn)效益提高，同時(shí)還可提高零件表面的質(zhì)量。（2）數(shù)控加工零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性分析內(nèi)槽圓角半徑不應(yīng)太小 內(nèi)槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，受刀具直徑的限制，內(nèi)槽圓角的半徑不應(yīng)太小。刀具剛性好刀具剛性差（2）數(shù)控加工零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性分析槽底圓角半徑

9、不應(yīng)過(guò)大 銑削底平面時(shí)，零件槽底圓角半徑r不應(yīng)過(guò)大。2、工序的劃分（數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計(jì)） 在數(shù)控機(jī)床上特別是在加工中心上加工零件，工序十分集中，許多零件只需在一次裝夾中就能完成全部工序。 工序的劃分?jǐn)?shù)控加工工序的劃分刀具集中分序法 粗、精加工分序法 按加工部位分序法 工序的劃分刀具集中分序法 即按所用刀具劃分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位，再用第二把刀、第三把刀完成它們可以完成的其它部位。 特點(diǎn)： 這種分序法可以減少換刀次數(shù)，壓縮空程時(shí)間，減少不必要的定位誤差。 工序的劃分粗精加工分序法 這種分序法是根據(jù)零件的形狀、尺寸精度等因素，按照粗、精加工分開(kāi)的原則進(jìn)行分序。對(duì)單個(gè)零

10、件或一批零件先進(jìn)行粗加工、半精加工，而后精加工。 注意： 粗精加工之間，最好隔一段時(shí)間，以使粗加工后零件的變形得到充分釋放，再進(jìn)行精加工，以提高零件的加工精度。 工序的劃分按加工部位分序法 即先加工平面、定位面，再加工孔； 先加工簡(jiǎn)單的幾何形狀，再加工復(fù)雜的幾何形狀；先加工精度比較低的部位，再加工精度要求較高的部位。工序的劃分原則 1、零件材料變形小，加工余量均勻，可以采用刀具集中分序法，以減少換刀時(shí)間和定位誤差； 2、若零件材料變形較大，加工余量不均勻，且精度要求較高，則應(yīng)采用粗精加工分序法。3、數(shù)控加工工序的設(shè)計(jì)在完成數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計(jì)后，各道數(shù)控加工工序的加工內(nèi)容就基本確定了下來(lái)，接

11、著便可以進(jìn)行數(shù)控加工工序的設(shè)計(jì)。3、數(shù)控加工工序的設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序是指一個(gè)零件在一次裝夾中連續(xù)自動(dòng)加工直至結(jié)束的所有工藝內(nèi)容。它包括零件的裝夾方法、刀具的選擇、夾具的選用、確定合適的對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)、走刀路線、切削用量選擇等具體的加工內(nèi)容。（1）數(shù)控刀具的選擇數(shù)控加工對(duì)刀具的特殊要求 要求數(shù)控刀具的強(qiáng)度、剛度、可靠性、耐用度、精度都要高，而且還要求其尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。立銑刀工件彎斜量曲面工件立銑刀干涉區(qū)立銑刀工件加工盲區(qū)abc刀具干涉實(shí)例可靠的斷屑 數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)自動(dòng)化機(jī)床一樣，切屑不斷屑、切屑堆積、切屑纏繞都會(huì)影響加工的正常進(jìn)行，因此，應(yīng)合理選用斷屑槽的形狀、尺寸與切削用量，保證斷屑的可

12、靠。（2）、走刀路線與加工參數(shù)走刀路線走刀路線是刀具在整個(gè)加工工序中相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡(它泛指刀具從對(duì)刀點(diǎn)或機(jī)床固定原點(diǎn)開(kāi)始，到返回該點(diǎn)并結(jié)束加工程序所經(jīng)過(guò)的所有路徑)。走刀路線不僅包括了工步的內(nèi)容，也反映出了工步的順序。走刀路線數(shù)控加工走刀路線的確定是非常重要的，它不僅影響加工零件的尺寸精度、位置精度與表面粗糙度;而且還影響數(shù)控機(jī)床與刀具的壽命，影響數(shù)控編程的數(shù)學(xué)計(jì)算。 走刀路線在確定走刀路線時(shí)，主要應(yīng)考慮I 保證加工零件的精度與表面粗糙度由于該零件的余量不均勻，其粗加工的合理走刀路線如圖中雙點(diǎn)劃線所示分為4段；在依次加工完成后，換精車刀一次精車全部外表面；這樣的走刀路線既保證了零件的加工

13、效率，又避免了分段粗加工時(shí)的接刀痕，保證了零件的加工精度。走刀路線II 力求走刀路線最短 數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床是典型的點(diǎn)位控制機(jī)床。這類機(jī)床多用在平面上加工孔，孔的定位精度較高。對(duì)于點(diǎn)陣孔群的加工路線，應(yīng)力求保證各點(diǎn)間刀具運(yùn)動(dòng)路線的總和最短，以減少空程時(shí)間，提高加工效率。點(diǎn)位控制加工路線的確定a） b）圖1-7 最短加工路線的設(shè)計(jì)以圖1-7所示孔群的加工為例，按習(xí)慣，一般都是先加工一圈均布于圓上的8個(gè)孔，然后加工另一圈，如圖a）所示。但對(duì)于數(shù)控加工來(lái)說(shuō)，這并不是最好的加工路線。若按b）所示的路線加工，比圖a）要減少大約一半的空程時(shí)間。由此可見(jiàn)，圖b）的加工路線最佳。走刀路線III 合理選擇銑削內(nèi)

14、輪廓的走刀路線行切法，路線雖短，但工件輪廓周邊有較大的殘留余量 環(huán)切法，路線較長(zhǎng)且計(jì)算較復(fù)雜 先用行切法粗銑，最后用環(huán)切法精銑內(nèi)輪廓一周，既保證了加工質(zhì)量，路線也較短，計(jì)算又簡(jiǎn)單，是最佳方案。走刀路線 IV 切入點(diǎn)和切出點(diǎn)所謂切入點(diǎn)和切出點(diǎn)就是一次切削的起始點(diǎn)和終了點(diǎn)。IV 切入點(diǎn)和切出點(diǎn)數(shù)控加工輪廓完成時(shí)的最后一刀，一般都是連續(xù)加工而成；這時(shí)要確定好刀具的切入點(diǎn)和切出點(diǎn)位置，盡量不要在連續(xù)表面上安排切入和切出或者換刀與停刀；否則，會(huì)在光滑表面上留下接刀痕和滯留刀痕，影響表面質(zhì)量。IV 切入點(diǎn)和切出點(diǎn)銑削平面零件外輪廓時(shí)，應(yīng)沿切削起始點(diǎn)延伸線或輪廓曲線延長(zhǎng)線的切向逐漸切入工件，以保證零件曲線的

15、平滑過(guò)渡，同樣，在切離工件時(shí)，也應(yīng)避免在切削終點(diǎn)處直接拾刀，要沿著切削終點(diǎn)延伸線或切線方向逐漸切離工件 IV切入點(diǎn)和切出點(diǎn)用圓弧插補(bǔ)方式銑削外整圓時(shí)，在整圓加工完畢后不得在切點(diǎn)處而應(yīng)沿切線方向讓刀具多行一段距離，以免取消刀具補(bǔ)償時(shí)，刀具與工件表面發(fā)生碰撞，造成工件報(bào)廢IV切入點(diǎn)和切出點(diǎn)。ABC應(yīng)盡量避免在連續(xù)幾何圖素的中間切入雖然是兩幾何圖素的交點(diǎn)，但在這里刀具沿切線方向切出后將影響已加工表面精度可沿圖形輪廓切向切入切出，且保證輪廓封閉IV切入點(diǎn)和切出點(diǎn)銑削封閉的內(nèi)輪廓表面時(shí)，同銑削外輪廓一樣，刀具同樣不能沿輪廓曲線的法向切入和切出，由于內(nèi)輪廓曲線無(wú)法外延，此時(shí)刀具可以沿一過(guò)渡圓弧切入和切出工

16、件輪廓 數(shù)控加工工藝文件的種類和形式有多種，不同的企業(yè)，其具體內(nèi)容也有所差異。但是，都應(yīng)包含以下基本內(nèi)容：1數(shù)控加工工序卡；2數(shù)控刀具調(diào)整卡；3數(shù)控機(jī)床調(diào)整卡；4數(shù)控加工程序單。6、數(shù)控加工工藝文件數(shù)控刀具調(diào)整卡數(shù)控加工對(duì)刀具的要求十分嚴(yán)格，一般要在機(jī)外對(duì)刀儀上預(yù)先調(diào)好刀具的長(zhǎng)度和直徑。數(shù)控刀具調(diào)整卡是指導(dǎo)機(jī)外對(duì)刀、預(yù)置、調(diào)整或修改刀具尺寸的工藝性文件。2 高速切削技術(shù)高速切削技術(shù)一、高速加工技術(shù)二、高速加工的優(yōu)點(diǎn)三、高速加工設(shè)備與CAM系統(tǒng)四、高速加工應(yīng)用一、 高速加工技術(shù)（一） 高速切削原理與特點(diǎn)高速加工（High Speed Machine，HSM）：是指使用超硬材料刀具，在高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)

17、給速度下提高加工效率和加工質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。（一） 高速切削原理與特點(diǎn)在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，隨著切削速度的增大，切削溫度隨之提高；例如圖1-8 Salomon曲線 的A區(qū)對(duì)每一種工件材料存在一個(gè)速度范圍，切削加工不能進(jìn)行的死區(qū)，如圖1-8 B區(qū)圖1-8 Salomon曲線 （一） 高速切削原理與特點(diǎn)Salomon指出：但當(dāng)切削速度增大到某一數(shù)值Vc后，切削速度再增大，切削溫度反而降低，同時(shí)切削力也會(huì)大幅度降低。如圖1-8Vc的值與工件材料的種類有關(guān)。（一） 高速切削原理與特點(diǎn)切削速度提高，切削過(guò)程產(chǎn)生的切削熱來(lái)不及傳于工件和刀具，而被切屑帶走。（加工質(zhì)量高，刀具耐用度高）切削剪切區(qū)溫度升高

18、，材料屈服強(qiáng)度降低。（切削力降低）（二）、高速加工的優(yōu)點(diǎn)（1）加工效率高（2）加工質(zhì)量高（3）刀具磨損小 （1）加工效率高高的切削速度，較大的進(jìn)給速度，單位材料切除率大。硬度HRC62以下均可加工，可整體熱處理后，粗、精加工一次完成。加工精度高，減少研磨拋光時(shí)間。（2）加工質(zhì)量高切削力低（比常規(guī)可降低30%），可減少工件變形；熱量95%以上被切屑帶走， 工件熱變形??；加工過(guò)程平穩(wěn)，振動(dòng)小， 可實(shí)現(xiàn)高精度、低粗超度加工。（加工質(zhì)量可與磨削加工相當(dāng)）（3）刀具磨損小切削力小，切削熱少，刀具耐用度高常用陶瓷、立方氮化硼、涂層硬質(zhì)合金等刀具刀具耐用度高。二、高速銑削高速銑削與常規(guī)銑削方式工藝參數(shù)選擇：

19、常規(guī)銑削方式：低進(jìn)給速度和大切削參數(shù)。高速銑削方式：高進(jìn)給速度和小切削參數(shù)。高速銑削的工藝特點(diǎn)（1）主軸轉(zhuǎn)速（切削速度v）高（一般在20000r/min以上）；（2）進(jìn)給速度快（最近研究可達(dá)60m/min，甚至可達(dá)120m/min）（3）切削深度小ap（一般在0.30.6之間）（4）切削行距小f（一般在0.2mm一下）1高速加工設(shè)備 （1）床身本體 ：人造花崗巖床身，龍門式結(jié)構(gòu)；（2）主軸單元：將主軸電機(jī)與主軸合二為一，制成電主軸三、高速加工設(shè)備與CAM系統(tǒng)電主軸 1-編碼盤 2-電主軸殼體 3-冷卻水套 4-電動(dòng)機(jī)定子 5-油氣噴嘴 6-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子 7-階梯過(guò)盈套 8-平衡盤 9-角接觸陶瓷球軸承（2）電主軸技術(shù)瑞士FISCHER AG公司的SC 1060-0A電主軸：轉(zhuǎn)速范圍60000