模具制造工藝學(xué)第四章

mjgy04一、數(shù)控加工基本概念1.數(shù)控與數(shù)控機床數(shù)字控制(NumericalControl)是用數(shù)字化信號對機床的運動及其加工過程進行控制的一種方法，簡稱為數(shù)控(NC)，它是一種自動控制技術(shù)。數(shù)控機床就是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。

2.數(shù)控加工數(shù)控加工是指在數(shù)控機床上進行零件切削加工的一種工藝方法。數(shù)控加工與普通加工方法的區(qū)別在于控制方式。在普通機床上進行加工時，機床動作的先后順序和各運動部件的位移都是由人工直接控制。

3.數(shù)控加工研究的主要內(nèi)容

(1)數(shù)控加工工藝設(shè)計工藝設(shè)計是對工件進行數(shù)控加工的前期工藝準(zhǔn)備工作，它必須在程序編制工作以前完成，因為只有工藝設(shè)計方案確定以后，程序編制工作才有依據(jù)。

1)選擇并決定零件的數(shù)控加工內(nèi)容。

2)零件圖紙的數(shù)控加工工藝性分析。

3)數(shù)控加工的工藝路線設(shè)計。第四章模具數(shù)控加工mjgy04一、數(shù)控加工基本概念4)數(shù)控加工的工序設(shè)計。

5)數(shù)控加工專用技術(shù)文件的編寫。

(2)對零件圖形的數(shù)學(xué)處理。

(3)編寫數(shù)控加工程序單。

(4)按程序單制作控制介質(zhì)。

(5)程序的校驗與修改。

(6)首件試切加工與現(xiàn)場問題處理。

(7)數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔。c)數(shù)控機床加工

自動化程度高，生產(chǎn)率高；加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定；

適應(yīng)性強。為單件、小批、試制產(chǎn)品（主要是模具）提供了

較大的便利。

數(shù)控銑床、數(shù)控磨床主要有數(shù)控通用磨床、數(shù)控

成形磨床、連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床

三種。加工中心:加工中心機床

即是多工序可自動換刀的數(shù)控

鏜銑床。①根據(jù)工件形狀和尺寸、材料、技術(shù)要求，進行程序設(shè)

計；通過數(shù)控裝置的變換，發(fā)出相應(yīng)的指令，控制機床的動作。原理：②特點：③常用數(shù)控機床分類：mjgy04二、數(shù)控機床的工作原理與分類1.數(shù)控機床的工作原理圖4-1數(shù)控機床的組成mjgy04二、數(shù)控機床的工作原理與分類2.數(shù)控機床的組成

(1)控制介質(zhì)控制介質(zhì)是用于記載各種加工信息(如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)等)的媒體，經(jīng)輸入裝置將加工信息送給數(shù)控裝置。

(2)數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行譯碼、運算和邏輯處理之后，發(fā)出相應(yīng)的脈沖送給伺服系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)控制機床的各個運動部件按規(guī)定要求動作。mjgy04二、數(shù)控機床的工作原理與分類(3)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電動機和伺服驅(qū)動裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。

(4)機床本體數(shù)控機床的本體包括：主運動部件，進給運動部件如工作臺，刀架及傳動部件和床身立柱等支撐部件，此外還有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位、夾緊等輔助裝置。

3.數(shù)控機床的分類

(1)金屬切削類屬于此類的有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床和加工中心等。mjgy04二、數(shù)控機床的工作原理與分類(2)金屬成形類屬于此類的有數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控沖床、數(shù)控旋壓機等。

(3)特種加工類屬于此類的有數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控電火花成形機床及數(shù)控激光切割焊接機等。

(4)其他類屬于此類的有數(shù)控火焰切割機床、數(shù)控激光熱處理機床、三坐標(biāo)測量機等。mjgy04三、數(shù)控加工的特點與應(yīng)用1.數(shù)控加工的特點

(1)加工精度高數(shù)控機床是精密機械和自動化技術(shù)的綜合，所以機床的傳動精度與機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計都考慮到要有很高的剛度和熱穩(wěn)定性，它的傳動機構(gòu)采用了減小誤差的措施，并由數(shù)控裝置補償，所以數(shù)控機床有較高的加工精度。mjgy04三、數(shù)控加工的特點與應(yīng)用(2)自動化程度高和生產(chǎn)率高數(shù)控加工是按事先編好的程序自動完成零件加工任務(wù)的，操作者除了安放控制介質(zhì)及操作鍵盤、裝卸零件、關(guān)鍵工序的中間測量以及觀察機床的運動情況外，不需要進行繁重的重復(fù)性手工操作，因此自動化程度很高，管理方便。

(3)適應(yīng)性強當(dāng)改變加工零件時，只需更換加工程序，就可改變加工工件的品種，這就為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的單件，小批量生產(chǎn)以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利，特別是普通機床很難加工或無法加工的精密復(fù)雜型面。mjgy04三、數(shù)控加工的特點與應(yīng)用(4)有利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化用數(shù)控機床加工零件，能準(zhǔn)確地計算零件的加工工時，并有效地簡化了檢驗和工夾具、半成品的管理工作。

(5)減輕勞動強度，改善勞動條件操作者不需繁重而又重復(fù)的手工操作，勞動強度和緊張程度大大改善，另外工作環(huán)境整潔，勞動條件也相應(yīng)改善。

(6)成本高數(shù)控加工不僅初始投入大(數(shù)控設(shè)備及計算機系統(tǒng))，而且復(fù)雜零件的編程工作量也很大，從而增加了它的生產(chǎn)成本。

2.數(shù)控加工的應(yīng)用從數(shù)控加工的一系列特點可以看出，數(shù)控加工有一般機械加工所不具備的許多優(yōu)點，所以其應(yīng)用范圍也在不斷地擴大。但目前它并不能完全代替普通機床，也還不能以最經(jīng)濟的方式解決機械加工中的所有問題。mjgy04三、數(shù)控加工的特點與應(yīng)用3.數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展

(1)高速度高精度化速度和精度是數(shù)控加工的兩個重要技術(shù)指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

(2)智能化智能化是體現(xiàn)數(shù)控加工運用高技術(shù)的重要標(biāo)志，它表現(xiàn)在運用自適應(yīng)控制技術(shù)；運用人機會話自動編程功能，建立切削用量專家系統(tǒng)和示教系統(tǒng)；運用自診斷功能；運用模式識別技術(shù)。

(3)小型化CNC系統(tǒng)體積的小型化便于將機、電裝置揉合為一體。mjgy04三、數(shù)控加工的特點與應(yīng)用(4)提高可靠性數(shù)控系統(tǒng)比較貴重，用戶期望發(fā)揮投資效益，要求設(shè)備可靠，特別是對要用在長時間無人操作環(huán)境下運行的數(shù)控系統(tǒng)，可靠性成為人們最為關(guān)注的問題。

(5)具有更高的通信功能為適應(yīng)FMC、FMS以及進一步聯(lián)網(wǎng)組成CIMS的要求，一般的數(shù)控系統(tǒng)都具有RS—232C和RS—422高速串行接口，高檔的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有DNC接口。

(6)具有開放性傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)是一種專用封閉式系統(tǒng)，各個廠家的產(chǎn)品之間以及與通用計算機之間不兼容，維修、升級困難，越來越難以滿足市場對數(shù)控技術(shù)的要求。mjgy04第二節(jié)數(shù)控加工程序編制基礎(chǔ)一、程序編制的基本步驟與方法

二、數(shù)控機床的坐標(biāo)系

三、數(shù)控程序的指令代碼

四、數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式

五、手工編程與自動編程mjgy04一、程序編制的基本步驟與方法圖4-2程序編制的一般過程mjgy04一、程序編制的基本步驟與方法圖4-3右手直角笛卡兒坐標(biāo)系mjgy04二、數(shù)控機床的坐標(biāo)系1.坐標(biāo)軸的命名標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系(又稱基本坐標(biāo)系)采用右手直角笛卡爾坐標(biāo)系，如圖4-3所示。

2.機床坐標(biāo)軸的確定

(1)z軸對于有主軸的機床，如臥式車床、立式升降臺銑床等，則以主軸軸線方向作為z軸方向。

(2)x軸x軸一般位于與工件安裝面相平行的水平面內(nèi)。

(3)y軸y軸方向可根據(jù)已選定的z、x軸按右手直角笛卡爾坐標(biāo)系來確定。

(4)附加坐標(biāo)軸如果機床除有x、y、z主要坐標(biāo)軸以外，還有平行于它們的坐標(biāo)軸，可分別指定為U、V、W。mjgy04二、數(shù)控機床的坐標(biāo)系(5)旋轉(zhuǎn)運動A、B、C相應(yīng)表示圍繞x、y、z三軸軸線的旋轉(zhuǎn)運動，其正方向分別按x、y、z軸右螺旋法則判定。

(6)主軸回轉(zhuǎn)運動方向主軸順時針回轉(zhuǎn)運動的方向是按右螺旋進入工件的方向。

3.機床原點與機床坐標(biāo)系

4.機床參考點圖4-4數(shù)控車床坐標(biāo)系mjgy04二、數(shù)控機床的坐標(biāo)系圖4-5臥式加工中心坐標(biāo)系mjgy04二、數(shù)控機床的坐標(biāo)系5.工件原點與工件坐標(biāo)系圖4-6立式加工中心坐標(biāo)系mjgy04二、數(shù)控機床的坐標(biāo)系圖4-7夾具上的對刀點6.起刀點與對刀點mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼1.準(zhǔn)備功能“G”指令

2.輔助功能“M”指令mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼表4-1準(zhǔn)備功能G代碼mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼表4-1準(zhǔn)備功能G代碼mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼2.如在直線切削控制中沒有刀具補償，則G43到G52可指定作其他用途。

3.在表中左欄括號中的字母(d)表示可以被同欄中沒有括號的字母d所注銷或代替，亦可被有括號的字母(d)所注銷或代替。

4.G45到G52的功能可用于機床上任意兩個預(yù)定的坐標(biāo)。

5.控制機上沒有G53到G59和G63功能時，可以指定作其他用途。mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼表4-2輔助功能M代碼mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼表4-2輔助功能M代碼mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼表4-2輔助功能M代碼mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼表4-2輔助功能M代碼mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼2.M90～M99可指定為特殊用途。

3.其他功能指令

(1)進給功能指令F該指令用以指定切削進給速度，其單位為(mm/min)或(mm/r)。

(2)主軸轉(zhuǎn)速功能指令S該指令用以指定主軸轉(zhuǎn)速，其單位為r/min。

(3)刀具功能指令T該指令用以指定刀號及其補償號。

(4)坐標(biāo)功能指令坐標(biāo)功能指令(又稱為尺寸功能指令)用來設(shè)定機床各坐標(biāo)之位移量。mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼(5)程序段號功能指令N該指令用以指定程序段名，由N地址及其后的數(shù)字組成。mjgy04四、數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式1.程序結(jié)構(gòu)

4-8.TIFmjgy04四、數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與格式4-9.TIF2.程序段格式

mjgy04五、手工編程與自動編程1.手工編程手工編程就是程序編制的全部或主要由人工完成，有時也借助于通用計算機進行一些復(fù)雜的數(shù)值計算。

2.自動編程

(1)批處理方式編程批處理方式即數(shù)控語言輸入方式。圖4-10語言編程過程mjgy04五、手工編程與自動編程(2)交互式編程交互式編程即交互式圖形編程。

1)幾何造型。

2)刀具路徑的產(chǎn)生。

3)后置處理。mjgy04第三節(jié)數(shù)控加工的程序編制一、數(shù)控銑削加工

二、加工中心切削加工mjgy04一、數(shù)控銑削加工1.數(shù)控銑削的工藝性分析

1)圖樣尺寸的標(biāo)注方法是否方便編程，構(gòu)成工件輪廓圖形的各種幾何元素的條件是否充分，各幾何元素的相互關(guān)系(如相切、相交、垂直和平行等)是否明確等。

2)零件所要求的加工精度、尺寸公差是否可以得到保證，絕對不可以認(rèn)為數(shù)控機床加工精度高就放棄這種分析。

3)內(nèi)槽及緣板之間的內(nèi)接圓弧是否太??？因為這種內(nèi)圓弧半徑R常常限制刀具的直徑。mjgy04一、數(shù)控銑削加工4)零件銑削面的槽底圓角或腹板與緣板相交處的圓角半徑r是否太大？當(dāng)r越大，銑刀端刃銑削平面的能力越差，效率也越低。

5)零件圖中各加工面的凹圓弧(R與r)是否過于零亂，是否可以統(tǒng)一？因為在數(shù)控銑床上多次換刀要增加不少的新問題，如增加銑刀規(guī)格、計劃停機次數(shù)及其對刀次數(shù)等，不但給編程帶來許多麻煩，增加生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，而且也會因頻繁換刀增加加工面上的接刀印而影響表面質(zhì)量。mjgy04一、數(shù)控銑削加工6)零件上有無統(tǒng)一基準(zhǔn)，如何保證兩次裝夾加工后其相對位置的正確性？為了減少兩次裝夾誤差，最好采用統(tǒng)一基準(zhǔn)定位，因此零件上最好有合適的孔作定位基準(zhǔn)孔，或是專門設(shè)置工藝孔作為定位基準(zhǔn)。

7)分析零件的形狀及材料的熱處理狀態(tài)，會不會在加工過程中變形？通常，要采取一些必要的工藝措施進行預(yù)防，如對鋼件進行調(diào)質(zhì)處理，對鑄鋁進行退火處理，或是用粗、精加工方法等。39

美、德、日等世界制造業(yè)發(fā)達的國家無一例外都是刀具工業(yè)先進的國家。先進刀具不但是推動制造技術(shù)發(fā)展進步的重要動力，還是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低加工成本的重要手段。刀具與機床一直是互相制約又相互促進的。今天先進的數(shù)控機床已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)的主要裝備，它與同步發(fā)展起來的先進刀具一起共同推動了加工技術(shù)的進步，使制造技術(shù)進入了數(shù)控加工的新時代。通過本章的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握正確選用數(shù)控刀具所必備的基礎(chǔ)知識。40切削刀具由傳統(tǒng)的機械工具實現(xiàn)了向高科技產(chǎn)品的飛躍，刀具的切削性能有顯著的提高。切削技術(shù)由傳統(tǒng)的切削工藝向創(chuàng)新制造工藝的飛躍，大大提高了切削加工的效率。刀具工業(yè)由脫離使用、脫離用戶的低級階段向面向用戶、面向使用的高級階段的飛躍，成為用戶可利用的專業(yè)化的社會資源和合作伙伴。切削刀具從低值易耗品過渡到全面進入“三高一專（高效率、高精度、高可靠性和專用化）”的數(shù)控刀具時代，實現(xiàn)了向高科技產(chǎn)品的飛躍；成為現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)；與現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展緊密相連，是應(yīng)用材料科學(xué)、制造科學(xué)、信息科學(xué)等領(lǐng)域的高科技成果的結(jié)晶。數(shù)控刀具的類型與特點41數(shù)控刀具的類型與特點數(shù)控刀具的基本特征數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點，一般應(yīng)包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。42數(shù)控刀具的類型與特點43按照刀具結(jié)構(gòu)分：整體式：鉆頭、立銑刀等鑲嵌式：包括刀片采用焊接和機夾式數(shù)控刀具的類型與特點特殊形式：復(fù)合式、減振式等機夾可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛應(yīng)用，數(shù)量上已達到整個數(shù)控刀具的30%~40%，金屬切除率占總數(shù)的80%~90%44按照切削工藝分：車削刀具：外圓、內(nèi)孔、螺紋、成形車刀等銑削刀具：面銑刀、立銑刀、螺紋銑刀等數(shù)控刀具的類型與特點鉆削刀具：鉆頭、鉸刀、絲錐等鏜削刀具：粗鏜刀、精鏜刀等車削刀具圖片銑削刀具圖片鉆削刀具圖片鏜削刀具圖片45外圓車刀內(nèi)孔車刀螺紋車刀數(shù)控刀具的類型與特點常用車刀46面銑刀方肩銑刀仿形銑刀三面刃和螺紋銑刀整體硬質(zhì)合金銑刀數(shù)控刀具的類型與特點常用銑刀47鉸刀鉆頭絲錐數(shù)控刀具的類型與特點鉆削刀具48粗鏜刀精鏜刀數(shù)控刀具的類型與特點鏜削刀具49數(shù)控刀具的材料切削刀具材料的硬度和韌性

1923年發(fā)明的硬質(zhì)合金(WC-Co)，其后因添加了TiC、TaC而改善了耐磨性，1969年開發(fā)了CVD技術(shù)，使涂層硬質(zhì)合金快速普及。自1974年起，開發(fā)了TiC-TiN系金屬陶瓷50數(shù)控刀具的材料一、刀具材料應(yīng)具備的性能（1）高硬度刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。刀具材料最低硬度應(yīng)在60HRC以上。對于碳素工具鋼材料，在室溫條件下硬度應(yīng)在62HRC以上；高速鋼硬度為63HRC～70HRC；硬質(zhì)合金刀具硬度為89HRC～93HRC。51數(shù)控刀具的材料（2）足夠的強度和韌性刀具材料在切削時受到很大的切削力與沖擊力。如車削45鋼，在背吃刀量ap＝4㎜，進給量f＝0.5㎜/r的條件下，刀片所承受的切削力達到4000N，可見，刀具材料必須具有較高的強度和較強的韌性。一般刀具材料的韌性用沖擊韌度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。52數(shù)控刀具的材料（3）高的耐熱性與耐磨性A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相組織中硬質(zhì)點（如碳化物、氮化物等）越多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具耐磨性越好。B、刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性。刀具材料高溫硬度越高，則耐熱性越好，在高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強。53數(shù)控刀具的材料（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性刀具導(dǎo)熱性好，表示切削產(chǎn)生的熱量容易傳導(dǎo)出去，降低了刀具切削部分溫度，減少刀具磨損。刀具材料導(dǎo)熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱裂紋性能也強。54數(shù)控刀具的材料（5）良好的工藝性與經(jīng)濟性刀具不但要有良好的切削性能，本身還應(yīng)該易于制造，這要求刀具材料有較好的工藝性，如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高溫塑性變形等功能。經(jīng)濟性也是刀具材料的重要指標(biāo)之一，選擇刀具時，要考慮經(jīng)濟效果，以降低生產(chǎn)成本。55數(shù)控刀具的材料二、常用刀具材料1、高速鋼刀具

高速鋼(HSS)刀具過去曾經(jīng)是切削工具的主流，隨著數(shù)控機床等現(xiàn)代制造設(shè)備的廣泛應(yīng)用，大力開發(fā)了各種涂層和不涂層的高性能、高效率的高速鋼刀具，高速鋼憑藉其在強度、韌性、熱硬性及工藝性等方面優(yōu)良的綜合性能，在切削某些難加工材料以及在復(fù)雜刀具，特別是切齒刀具、拉刀和立銑刀造中仍有較大的比重。但經(jīng)過市場探索一些高端產(chǎn)品逐步已被硬質(zhì)合金工具代替。56數(shù)控刀具的材料57數(shù)控刀具的材料高速鋼是一種含有較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。其強度、韌性較好,刃磨后切削刃鋒利，故又稱“鋒鋼”。

熱處理后硬度可達62～66HRC,抗彎強度約3.3GPa，有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性。切削溫度在500～650°C時仍能進行切削。由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。58數(shù)控刀具的材料高速鋼的分類

按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝可分為:熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學(xué)成份可分為:鎢系和鉬系。59數(shù)控刀具的材料常見高速鋼的特性

A、鎢系高速鋼（簡稱W18）優(yōu)點：鋼磨削性能和綜合性能好，通用性強。缺點：碳化物分布常不均勻，強度與韌性不夠強，熱塑性差，不宜制造成大截面刀具。

B、鎢鉬鋼（將一部分鎢用鉬代替所制成的鋼）優(yōu)點：減小了碳化物數(shù)量及分布的不均勻性。缺點：高溫切削性能和W18相比稍差。

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C、高性能高速鋼

優(yōu)點：具有較強的耐熱性，刀具耐用度是普通高速鋼的1.5～3倍。

缺點：強度與韌性較普通高速鋼低，高釩高速鋼磨削加工性差。適合加工的零件：奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強度鋼等難加工材料。

數(shù)控刀具的材料61數(shù)控刀具的材料D、粉末冶金高速鋼優(yōu)點：無碳化物偏析，提高鋼的強度、韌性和硬度，硬度值達69～70HRC；保證材料各向同性，減小熱處理內(nèi)應(yīng)力和變形；磨削加工性好，磨削效率比熔煉高速鋼提高2～3倍；耐磨性好。適于制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀和插齒刀），精密刀具和磨加工量大的復(fù)雜刀具。622、硬質(zhì)合金刀具普通硬質(zhì)合金數(shù)控刀具的材料新型硬質(zhì)合金超細晶粒硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金金屬陶瓷

粒徑在1μm以下，這種材料具有硬度高、韌性好、切削刀可靠性高等優(yōu)異性能保持了普通硬質(zhì)合金機體的強度和韌性，又使表面有很高的硬度和耐磨性TiC(N)基硬質(zhì)合金，其性能介于陶瓷和硬質(zhì)合金之間63數(shù)控刀具的材料硬質(zhì)合金的組成：硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點的金屬碳化物(碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等)和金屬粘結(jié)劑(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工藝制成。64數(shù)控刀具的材料硬質(zhì)合金的性能：硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為71～76HRC，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達800～1000°C。硬質(zhì)合金被廣泛用作刀具材料。如大多數(shù)車刀、端銑刀及深孔鉆、鉸刀、齒輪刀具等。它還可用于加工高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高5～10倍?？箯潖姸容^高速鋼低，沖擊韌性差，切削時不能承受大的振動和沖擊負(fù)荷。碳化物含量較高時，硬度高，但抗彎強度低；粘結(jié)劑含量較高時，抗彎強度高，但硬度低。65數(shù)控刀具的材料硬質(zhì)合金的分類

按其化學(xué)成分的不同可分為：①、鎢鈷類（WC+Co）（合金代號為YG，對應(yīng)于國標(biāo)K類）合金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加工；適于短切屑的黑色金屬，有色金屬及非金屬的加工。常用的牌號有：YG8、YG6、YG3，它們制造的刀具依次適用于粗加工、半精加工和精加工。數(shù)字表示Co含量的百分?jǐn)?shù)，YG6即含Co為6%，含Co越多，則韌性越好。66數(shù)控刀具的材料②鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）（合金代號為YT，對應(yīng)于國標(biāo)P類）此類合金有較高的硬度和耐熱性，主要用于加工切屑成呈狀的鋼件等塑性材料。適于長切屑的黑色金屬的加工。常用的牌號有：YT5、YT15、YT30等，其中的數(shù)字表示碳化鈦含量的百分?jǐn)?shù)，碳化鈦的含量越高，則耐磨性較好、韌性越低。這三種牌號的硬質(zhì)合金制造的刀具分別適用于粗加工、半精加工和精加工。67數(shù)控刀具的材料③鎢鈦鉭（鈮）鈷類（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（合金代號為YW，對應(yīng)于國標(biāo)M類）適用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼、合金鋼及耐熱合金鋼的半精加工和精加工。適于長切屑或短切屑的黑色金屬和有色金屬的加工。它具有前兩類硬質(zhì)合金的優(yōu)點，用其制造的刀具既能加工脆性材料，又能加工韌性材料。同時還能加工高溫合金、耐熱合金及合金鑄鐵等難加工材料。常用牌號有YW1、YW2。68數(shù)控刀具的材料3、涂層刀具材料（1）概念：涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性較高的難熔金屬化合物而制成。（2）常用的涂層材料有：TiC、TiN、Al2O3等（3）涂層形式：可以采用單涂層和復(fù)合涂層（4）優(yōu)點：涂層刀具具有高的抗氧化性能和抗粘結(jié)性能，因此具有較高的耐磨性（5）適用范圍：主要用于車削、銑削等加工，由于成本較高，還不能完全取代未涂層刀具的使用。不適合受力大和沖擊大的粗加工，高硬材料的加工以及進給量很小的精密切削。69數(shù)控刀具的材料常用的涂層材料及其性能（1）TiC涂層

硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時能產(chǎn)生氧化鈦膜，減小摩擦及刀具磨損。（2）TiN涂層

在高溫時能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好，并能有效降低切削溫度。70數(shù)控刀具的材料（3）TiC—TiN復(fù)合涂層第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂TiN,減少表面層與工件間的摩擦。（4）TiC-Al203復(fù)合涂層第一層涂TiC,與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。71數(shù)控刀具的材料4、陶瓷刀具不僅能對高硬度材料進行粗、精加工，也可進行銑削、刨削、斷續(xù)切削和毛坯拔荒粗車等沖擊力很大的加工；可加工傳統(tǒng)刀具難以加工或根本不能加工的高硬材料；刀具耐用度比傳統(tǒng)刀具高幾倍甚至幾十倍，減少了加工中的換刀次數(shù)；可進行高速切削或?qū)崿F(xiàn)“以車、銑代磨”，切削效率比傳統(tǒng)刀具高3-10倍。

72數(shù)控刀具的材料（1）材料組成：主要由硬度和熔點都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物組成，另外還有少量的金屬碳化物、氧化物等添加劑，通過粉末冶金工藝方法制粉，再壓制燒結(jié)而成。（2）常用種類：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷（3）優(yōu)點：有很高的硬度和耐磨性，刀具壽命比硬質(zhì)合金高；具有很好的熱硬性，摩擦系數(shù)低，切削力比硬質(zhì)合金小，用該類刀具加工時能提高表面光潔度。（4）缺點：強度和韌性差，熱導(dǎo)率低。陶瓷最大缺點是脆性大，抗沖擊性能很差。（5）適用范圍：高速精細加工硬材料。73數(shù)控刀具的材料5、金剛石（1）分類：天然金剛石刀具；人造聚晶金剛石刀具；復(fù)合聚晶金剛石刀具。（2）優(yōu)點：極高的硬度和耐磨性，人造金剛石硬度達10000HV，耐磨性是硬質(zhì)合金的60～80倍；切削刃鋒利，能實現(xiàn)超精密微量加工和鏡面加工；很高的導(dǎo)熱性。（3）缺點：耐熱性差，強度低，脆性大，對振動很敏感。（4）適用范圍：用于高速條件下精細加工有色金屬及其合金和非金屬材料。74數(shù)控刀具的材料6、立方氮化硼（1）概念：立方氮化硼（簡稱CBN）是由六方氮化硼為原料在高溫高壓下合成。（2）優(yōu)點：硬度高，硬度僅次于金剛石，熱穩(wěn)定性好，較高的導(dǎo)熱性和較小的摩擦系數(shù)。（3）缺點：強度和韌性較差，抗彎強度僅為陶瓷刀具的1/5～1/2。（4）適用范圍：適用于加工高硬度淬火鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金材料。它不宜加工塑性大的鋼件和鎳基合金，也不適合加工鋁合金和銅合金，通常采用負(fù)前角的高速切削。75

市場經(jīng)濟不斷地推進，現(xiàn)代企業(yè)在高目標(biāo)和低成本的追求過程中，已逐漸改變了傳統(tǒng)的“大而全”、“小而全”的模式，取而代之的是以投入最小的人力、物力獲得最大效益的“主題”生產(chǎn)。體現(xiàn)在金屬切削刀具領(lǐng)域，成本已不再是簡單的購買刀具的費用，一方面，采用什么樣的刀具會影響到產(chǎn)品工藝、機床的選型和配置、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量等，因而受到越來越多的重視；另一方面，自制刀具是否劃算？人力物力的投入也成為企業(yè)考慮的問題。企業(yè)內(nèi)部的成本核算推進了生產(chǎn)過程的專業(yè)化服務(wù)。因此，對一般機械加工企業(yè)來說，刀具的配置，更多的是如何選、如何用，而不是在如何設(shè)計與制造上。

數(shù)控刀具合理選用76數(shù)控刀具合理選用mjgy04一、數(shù)控銑削加工圖4-11平面輪廓銑削mjgy04一、數(shù)控銑削加工8)采用什么樣的切削路線(輪廓仿形還是周期性進給)才能保證加工質(zhì)量？需根據(jù)零件形狀決定。

2.平面與曲面加工的工藝處理

(1)平面輪廓加工這類零件的表面多由直線和圓弧或各種曲線構(gòu)成，常用兩坐標(biāo)聯(lián)動的三坐標(biāo)數(shù)控銑床加工，是模具制造中常見的一種，編程也較簡單。

(2)曲面兩坐標(biāo)聯(lián)動的加工圖4-12曲面行切法mjgy04一、數(shù)控銑削加工圖4-13三坐標(biāo)聯(lián)動加工mjgy04一、數(shù)控銑削加工(3)曲面三坐標(biāo)聯(lián)動加工亦即x，y，z三坐標(biāo)可同時插補聯(lián)動。

(4)曲面四坐標(biāo)聯(lián)動加工如圖4-14所示的工件，側(cè)面為直紋扭曲面。圖4-14四坐標(biāo)聯(lián)動加工mjgy04一、數(shù)控銑削加工3.數(shù)控銑削程序編制過程

(1)對零件圖進行工藝分析確定加工部位，解決如何安裝與定位的工藝問題等。

(2)確定工藝裝備解決用什么夾具來裝夾工件，具體選用哪幾種規(guī)格的銑刀來加工。

(3)確定編程的工件坐標(biāo)系、工件原點、對刀位置及對刀方法等。mjgy04一、數(shù)控銑削加工(4)確定加工路線、刀具運動方向及運動軌跡這時還應(yīng)注意分析毛坯的余量狀況，加工變形問題，并根據(jù)所選刀具的剛性及切削性能，確定在余量大的部位要不要采取局部分層銑削，分幾層銑削以及進、退刀等。

(5)確定加工所用的各種工藝參數(shù)包括主軸轉(zhuǎn)速(S)、進給速度(F)、每次走刀的切削用量(切削深度與切削寬度)，并按加工順序?qū)⑺玫毒吡斜砭幪枴?/p>

(6)畫出編程草圖注明編程用的原點及坐標(biāo)系，并對各節(jié)點及圓心位置注上字母代號、切入與退出點等。mjgy04一、數(shù)控銑削加工(7)數(shù)值計算先計算可以直接從圖紙所給條件算出的各節(jié)點坐標(biāo)，再計算待定節(jié)點坐標(biāo)(如切點、圓心或交點等)及圓弧起點與終點相對于圓心的坐標(biāo)值。

(8)填寫程序單根據(jù)編程的草圖及走刀線路，按銑刀前進方向逐段編寫。

(9)按程序單制作控制介質(zhì)根據(jù)各機床控制系統(tǒng)輸入程序方式的不同，目前常用的程序介質(zhì)有紙帶和磁盤，也有直接鍵入的。mjgy04一、數(shù)控銑削加工(10)校驗程序目的是保證制作的控制介質(zhì)準(zhǔn)確無誤，除認(rèn)真檢查程序單外，還要將控制介質(zhì)輸入數(shù)控裝置，在其CRT屏幕上校驗，或是讓機床空走或試切。

(11)編寫程序說明卡或走刀線路圖。

(12)修訂技術(shù)文件經(jīng)試切和首件生產(chǎn)之后，修改與完善數(shù)控加工技術(shù)文件，技術(shù)文件包括程序單、程序說明卡、走刀線路圖、工藝規(guī)格及控制介質(zhì)等。

4.數(shù)控銑削應(yīng)用實例

1)兩圓公切線切點的坐標(biāo)計算(省略)。

2)兩圓過渡圓的切點坐標(biāo)計算(省略)。mjgy04一、數(shù)控銑削加工3)編寫加工程序清單依據(jù)FANUC數(shù)控系統(tǒng)的G、M等代碼及上述計算結(jié)果進行編程得到加工程序清單(表4-3)。mjgy04二、加工中心切削加工1.加工中心的功能及分類

(1)加工中心的功能加工中心是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的，它與數(shù)控銑床的最大區(qū)別在于它有刀庫和刀具自動交換系統(tǒng)，它可以在一次裝夾中通過自動換刀系統(tǒng)改變主軸上的加工刀具，實現(xiàn)鉆、鏜、鉸、攻螺紋、切槽等多種加工功能。

(2)加工中心的分類從結(jié)構(gòu)上加工中心可以分成以下幾種類型。mjgy04二、加工中心切削加工1)立式加工中心：立式加工中心(圖4-16所示為其中的一種型號)的主軸垂直于工作臺，主要適合于加工模具類、板材類、殼體類工件。

2)臥式加工中心：臥式加工中心主軸軸線與工作臺平面方向平行，它的工作臺大多為可分度的回轉(zhuǎn)臺或由伺服電機控制的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，在工件一次裝夾中，通過工作臺旋轉(zhuǎn)可實現(xiàn)多個加工面加工，如果轉(zhuǎn)臺為數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，還可參與mjgy04二、加工中心切削加工4-15.TIFmjgy04二、加工中心切削加工4-16.TIFmjgy04二、加工中心切削加工4-17.TIFmjgy04二、加工中心切削加工3)五面加工中心：這類加工中心具有立式加工中心和臥式加工中心的功能，工件一次安裝后能完成除安裝面外的所有側(cè)面和頂面等五個面的加工。

4)龍門加工中心：龍門加工中心是指在數(shù)控龍門銑床的基礎(chǔ)上加裝刀庫和換刀機械手，以實現(xiàn)自動刀具交換，達到比數(shù)控龍門銑床更廣泛的應(yīng)用范圍。

2.加工中心的主要加工對象

(1)模具類零件如注塑模具、橡膠模具、真空成形吸塑模具、發(fā)泡模具、壓力鑄造模具和精密鑄造模具等。mjgy04二、加工中心切削加工(2)各種葉輪、球面和凸輪類零件這些復(fù)雜曲面零件在機械制造業(yè)，特別是航天工業(yè)中占有特殊重要的地位。

(3)箱體類零件箱體類零件一般具有一個以上孔系，內(nèi)部有一定型腔，在長、寬、高方向上有一定比例。

(4)異形件、盤、套、板類等零件如支撐架、撥叉、水泵體、樣板、靠模等。

3.加工中心應(yīng)用實例

(1)異形件撥叉(圖4-18)在臥式加工中心(配備FANUC系統(tǒng))上的加工

1)確定工藝方案及工藝路線。mjgy04二、加工中心切削加工2)加工方法、工步順序、刀輔具選擇，切削用量選擇見表4-4。

3)程序設(shè)計。4-18.TIFmjgy04二、加工中心切削加工1)L8000

2)L8100

3)L8200

(2)圖示4-19零件在立式加工中心(配備FANUC系統(tǒng))上的加工圖4-19盤類零件加工mjgy04第四節(jié)計算機輔助制造(CAM)一、CAM技術(shù)的應(yīng)用情況

二、模具CAM技術(shù)的應(yīng)用實例mjgy04一、CAM技術(shù)的應(yīng)用情況圖4-20CAM系統(tǒng)及包括的內(nèi)容圖mjgy04二、模具CAM技術(shù)的應(yīng)用實例1.模具CAM技術(shù)在微型汽車車身模具制造中的應(yīng)用

(1)調(diào)用模具的CAD數(shù)學(xué)模型(曲面模型或?qū)嶓w模型)。

(2)選擇加工方式

1)粗加工：采用盤狀銑刀和逐層銑削的進刀方式進行切削。

2)精加工：精加工的走刀進給方式很多。

3)清根加工：在精加工之后，曲面連接的凹圓角處因刀具半徑大而留有余量，必須采用小刀具進行清根加工，而且刀具半徑必須小于或等于凹圓角半徑。

(3)加工參數(shù)的設(shè)置mjgy04二、模具CAM技術(shù)的應(yīng)用實例1)刀具類型的選擇：盤狀銑刀有平底柱狀螺旋銑刀，球頭柱狀螺旋銑刀，球頭錐狀銑刀等。

2)刀具規(guī)格的選擇：刀具規(guī)格尺寸的大小要與模具毛坯的大小和加工余量相適合。

3)主軸轉(zhuǎn)速、走刀進給速度、進給步距的設(shè)置。

4)加工維數(shù)的設(shè)置：CAD/CAM軟件一般提供了2～5維的NC編程加工方式。

5)單向、雙向走刀的設(shè)置：雙向走刀是常用的走刀方式，在用平底柱狀螺旋銑刀加工型面時要采用單向走刀方式。

(4)NC程序的后置處理。mjgy04二、模具CAM技術(shù)的應(yīng)用實例(5)NC程序的傳送和執(zhí)行。

1)在工作站上確定數(shù)模檢測點或檢測斷面曲線，用EUCLID3的檢查模塊，確定檢測點及點的法矢長度，生成*.DM1s數(shù)據(jù)文件。

2)用C語言把*.DM1s數(shù)據(jù)文件寫進測量機CMES命令程序中，生成動測量程序。

3)把*.PRG自動測量程序傳送給三坐標(biāo)測量機，測量機對模具型面進行自動檢測，檢測點嚴(yán)格按法向方向進給，測量結(jié)果以公差形式輸出。

2.CAD/CAM技術(shù)在電飯煲模具制造中的應(yīng)用mjgy04二、模具CAM技術(shù)的應(yīng)用實例(1)電飯煲的結(jié)構(gòu)如圖4-21所示，主要由四個部分組成。圖4-21電飯煲簡圖mjgy04二、模具CAM技術(shù)的應(yīng)用實例1)四個部分合成一個完整的空間曲面，所以要嚴(yán)格控制四個部分的尺寸精度和配合精度。

2)電飯煲產(chǎn)品屬于輕工日用品，從安全角度考慮不允許產(chǎn)品有刀口，故在沿口均有圓弧半徑為0.2mm的要求，但圓弧半徑過大會使整體配合和間隙過大，影響美觀。

3)中套有固定頂蓋的軸孔，它與底座安裝有6個卡口(圖4-21中A—A剖面)，與電源盒配合有4個卡口，共需抽芯9處，這增加了模具結(jié)構(gòu)的難度。

4)產(chǎn)品表面粗糙度Ra要求為0.04μm。

(2)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計mjgy04二、模具CAM技術(shù)的應(yīng)用實例1)選材：采用瑞典718的鏡面鋼，以滿足用戶產(chǎn)品表面質(zhì)量要求。

2)為了保證沿口的R0.2mm尺寸要求，只能在模具型芯固定板上實現(xiàn)，為了使拼鑲線不明顯，只能將型腔沿口尺寸做到0.5mm的深度。

3)電源盒模具設(shè)計中應(yīng)考慮到產(chǎn)品收縮不均而造成整體曲面的破壞，因而在模具設(shè)計中，型腔要按圖4-21中O-O虛線范圍加工，關(guān)料止口用型芯來實現(xiàn)。

4)中套產(chǎn)品要求與底座有6個卡口及電源蓋配合的軸孔，模具需開6個內(nèi)抽，2個外抽，可見模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜。mjgy04二、模具CAM技術(shù)的應(yīng)用實例(3)采用CAD形式真三維設(shè)計由于產(chǎn)品的特點要求，使用常規(guī)的加工手段和電火花加工很難確保產(chǎn)品的質(zhì)量，浙江某模具廠在SunspaceStation20工作站進行了真三維的CAD設(shè)計。

1)根據(jù)各剖面的數(shù)十個測點進行spline線擬合，發(fā)現(xiàn)有幾個點的質(zhì)量較差，偏移了曲線的整個趨勢，故進行修正和剔除。

2)為了確保頂蓋、中套、底座的配合要求，將圖4-21中J-J和M-M面的測點只作為參考，而用Ⅳ-Ⅳ和Ⅴ-Ⅴ曲線代替。mjgy04二、模具CAM技術(shù)的應(yīng)用實例3)電源盒的曲面直接在中套曲面上獲取，確保曲面的整體性。

4)頂蓋曲面的形式根據(jù)圖4-21中Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ、Ⅵ-Ⅵ的擬合曲線，增加圖4-21所示的13個點擬合spline線(曲線A)，確保曲線的最高點，按嚴(yán)格通過13條曲線(其中Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ、Ⅵ-Ⅵ六條曲線必須對稱切斷