模具制造工艺学第三章模具数控加工工艺课件.ppt

第三章 模具数控加工工艺,数控加工是指在数控机床上进行机械零件加 工的一种加工技术，它是以数字化的信息处理来 实现机床的自动控制与自动运转，从而实现机械 零件自动加工的一种先进制造技术。数控加工的突出特点是对加工产品的适应性强，产品加工的精度高且质量稳定。,第三章 模具数控加工工艺,3.1 模具数控加工工艺的特点3.2 模具数控加工工艺设计3.3 数控机床、刀具和夹具的选择和使用3.4 走刀路线与加工参数3.5 数控加工工艺文件,3.1 模具数控加工工艺的特点,数控加工工艺的概念 数控加工工艺是以数控机床加工中的工艺问 题为研究对象的一门加工技术。它以机械制造中 的工艺基本理论为基础，结合数控机床的特点，综合运用多方面的知识，解决面临的数控加工中 的工艺问题。,3.1 模具数控加工工艺的特点,数控加工工艺研究的宗旨 如何科学地、最优地设计加工工艺，使数控机床的各种优点得以充分发挥，从而实现数控加工中的优质、高产、低耗。,3.1 模具数控加工工艺的特点,数控加工工艺的内容1 选择数控加工的零件及其数控加工的内容2 分析零件图纸的数控加工工艺3 选择刀具、夹具以及切削用量，确定零件的定 位方式，涉及数控加工工序,3.1 模具数控加工工艺的特点,数控加工工艺的内容4 选择数控加工路线，确定对刀点、换刀点的位 置5 分配加工误差，考虑刀具补偿6 编制与归档数控加工工艺技术文件。,3.1 模具数控加工工艺的特点,数控加工工艺的内容十分具体 在数控机床加工时，零件的加工过程由程序自动控制，一般不需要人为干预，那些普通机床加工中由工人灵活掌握，并可适时调整的具体的工艺问题，在数控加工时都必须事先由编程人员设计和安排，并编写到加工程序中。,3.1 模具数控加工工艺的特点,数控加工的工艺处理相当严密 在进行数控加工的工艺处理时，工艺设计人员必须周密考虑，注意加工过程中的每一个环节、每一个细节，同时，在对零件图样进行输血处理和计算时，都要力求准确无误。,3.2 模具数控加工工艺设计,模具零件数控加工内容的选择1 优先选择普通机床无法加工的内容2 重点选择普通机床难以加工，加工质量很难保 证的内容3 在数控设备尚有富余能力时，可选择普通机床 上加工效率低，工人手工操作劳动强度大的内 容。,3.2 模具数控加工工艺设计,不宜采用数控加工的加工内容1 以毛坯的粗基准定位来加工第一个精基准等需 要占机调整时间长的加工内容2 必须按专用工装协调的孔及其他加工内容3 按样板、样件、模胎等制定的制造依据加工的 型面轮廓4 不能在一次安装中加工完成的其他零星部位，由于采用数控加工麻烦、费时，效果也不明 显，因此可安排普通机床补充加工。,模具零件数控加工工艺性分析,数控加工零件图尺寸数据的分析数控加工零件各加工部位的结构工艺性分析,数控加工零件图尺寸数据的分析,分析零件图上尺寸的标注是否适应数控加工的特点 数控加工最倾向于以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸，因为这样的尺寸标注既方便编程，又方便尺寸之间的相互协调，能较好地保持设计基准、工艺基准、检测基准与编程员点设置的一致性。,数控加工零件图尺寸数据的分析,分析构成零件轮廓的几何元素的条件是否充分 自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何 元素进行定义，手工编程时，要计算出每个节点 坐标，图纸中无论哪一点定义不明确或不确定，编程都无法进行。,数控加工零件图尺寸数据的分析,分析零件定位基准的可靠性 数控加工应采用同一的定位基准，否则很难保证多次装夹加工后零件相对位置的正确性。,数控加工零件各加工部位的结构工艺性分析,零件各加工面的凹圆弧不应过于零乱 零件内腔和外型上的凹圆弧半径不要过于零乱，最好能够采用统一的几何尺寸，以减少刀具规格和换刀次数。使编程简单方便，使生产效益提高，同时还可提高零件表面的质量。,数控加工零件各加工部位的结构工艺性分析,内槽圆角半径不应太小 内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，受刀具直径的限制，内槽圆角的半径不应太小。,数控加工零件各加工部位的结构工艺性分析,槽底圆角半径不应过大 铣削底平面时，零件槽底圆角半径r不应过大。,3.2.3 数控加工工艺路线的设计,工序的划分1 按所用刀具划分工序 即以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序2 按粗、精加工划分工序 即粗加工中完成的那部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为另一道工序。3 按加工部位划分工序 即完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序。,3.2.3 数控加工工艺路线的设计,顺序的安排原则1 上道工序的加工不能影响下道工序的定位于夹 紧，中间穿插的通用机床加工工序也要综合考 虑。2 先进性内型与内腔加工工序，后进行外型加工 工序,3.2.3 数控加工工艺路线的设计,顺序的安排原则3 以相同的定位夹紧方式或用同一把刀具的加工 工序民应该连续进行，以减少重复定位次数与 换刀次数4 在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对 工件刚度破坏较小的工序。,数控加工工序与普通加工工序的衔接,数控加工与普通加工工序的划分 数控加工与普通加工工序需在保证高精度、高效率的前提下，根据数控机床与通用设备的各自特长，综合考虑数控加工和普通机床加工的经济合理性、生产过程中生产节拍和生产能力的平衡后进行划分。,数控加工工序与普通加工工序的衔接,数控加工与普通加工工序的衔接 许多零件的加工是由数控机床和普通机床共同完成的，数控加工工序常常穿插在零件加工的整个工艺过程中。因此，在设计数控工艺路线时要解决好数控加工工序与普通加工工序的衔接问题。,数控加工工序的设计,在完成数控加工工艺路线的设计后，各道数 控加工工序的加工内容就基本确定了下来，接着 便可以进行数控加工工序的设计。数控加工工序是指一个零件在一次装夹中连 续自动加工直至结束的所有工艺内容，它包括零 件的装夹方法、刀具的选择、夹具的选用、走刀 路线、切削用量选择等具体的加工内容。,3.3 数控机床、刀具和夹具的选择与使用,数控机床的合理使用1 数控机床的选用原则 目前，我国生产的数控机床有高档、中档、及经济型3个档次，经济性数控机床的性能现已有了质的提高，而价格却只有中档数控的几分之一至十几分之一，应可能选用。,3.3 数控机床、刀具和夹具的选择与使用,数控机床的合理使用2 曲面加工与坐标轴数的选择 对模具制造中经常遇到的各种复杂曲面轮廓，可采用多轴联动的数控铣床来加工。这类数控机床能同时控制多轴进行插补运算，对位移和速度进行严格的不间断控制。,数控刀具的选择,刀具的选择是数控加工工艺设计中的重要内容之一。刀具选择合理是否不仅影响数控机床的加工效率，而且还直接影响加工质量。选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容和工件材料等等因素。,数控刀具的选择,数控加工对刀具的特殊要求 数控机床的主轴转速一般要比普通机床的主轴转速高1-2倍，同时，其主轴功率也较普通机床的大，再综合数控机床的其他地点，数控加工对刀具就提出了更高、更严格的要求：不仅要求数控刀具的强度、刚度、可靠性、耐用度、精度都要高，而且还要求其尺寸稳定、安装调整方便。,高强度与高刚度,现代数控机床高强度、大功率、高强度的特性，要求数控刀具具备高速切削与强力切削的性能，能满足粗、精加工的要求。数控刀具的高强度与高刚度不仅满足了数控加工中采用大切削用量的需要，同时还克服了数控加工过程中难以调整切削用量的弱点，保证了加工余量 相差悬殊时数控加工的顺利进行。,高可靠性与高耐用度,如果数控刀具的可靠性与耐用度差，不仅要经常换到与对刀，增加辅助加工时间，影响生产效率，还容易在工件轮廓上产生接刀刀痕，影响工件表面质量。数控加工对刀刃材料的硬度与耐磨性、强度与韧性、耐热性等方面有较高要求，一般可根据工件材料的切削性能、热处理情况、粗精加工要求和所受冲击振动等情况合理选择。,较高的精度,数控刀具应具有较高的精度，以保证安装与更换时的快捷与准确。例如，机夹可转位式刀具，其刀片精度一般选用M级，转位于压紧结构应保证刀片转位时刀尖的位置精度；车刀刀杆安装基面至刀片刀尖的高度应保证不用调整垫片即可满足刀尖与工件的回转中心等高。,可靠的断屑,数控机床与传统自动化机床一样，切屑不断屑、切屑堆积、切屑缠绕都会影响加工的正常进行，因此，应合理选用断屑槽的形状、尺寸与切削用量，保证断屑的可靠。,刀柄,刀柄是加工中心必备的辅助工具，用以将刀具与机床主轴连接起来。由于加工中心有自动交换刀具的功能，所以刀柄必须满足机床主轴自动松开和拉紧定位的要求，且能在机械手的夹持下与搬运下，准确地安装各种切削刀具。,刀柄,整体式结构,整体式结构是将夹持刀具的工作部分与刀柄 的柄部作成一体，使用时将相对应 的刀具装入所选用的不同规格和品种的刀柄就可以使用，其特点是结构牢固可靠，使用方便。,模块式结构,模块式结构是把工具的柄部和工作部分分开，制作成各种系列化的模块，然后通过模块的组合形成所需要的刀柄形式。模块式刀柄可以有效地减少刀柄的规格和品种，减小使用厂家的工具储备，方便工具的使用和管理，在零件形状复杂多变的模具加工中获得了广泛的应用。,3 切削刀具,铣刀的种类很多，常用的有面铣刀、端铣刀、立铣刀、模具铣刀、键槽铣刀、鼓形铣刀和成形铣刀等。加工较大的表面应该选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面积平面轮廓应选择端铣刀和立铣刀；加工空间曲面、模具行腔或凸模成型等多选用由立铣刀发展而成的模具铣刀。,3 切削刀具,4 数控加工的对刀,零件机械加工的形状与尺寸是由加工过程中刀具与工件的相对位置所决定的。数控加工以标准刀具的刀尖位置进行编程，通过实际刀具与标准刀具的偏差进行补偿来实现数控刀具的正确走位。为保证数控加工的加工精度，必须进行数控加工刀具的对刀，以测出其相对标准刀具的精确偏差量。,4 数控加工的对刀,机上对刀,4 数控加工的对刀,机外对刀 一般使用刀具预调仪来进行机外对刀。常用的刀具预调仪测量装置有光学式、光栅数显式、容栅数显式以及刻度尺配千分表测量等多种样式。,光栅数显式刀具预调仪,3.3.3 夹具的设计和使用,对数控机床夹具设计使用的具体要求 1 为保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定，通常取零件在夹具上的定位基准与零件的设计基准或工艺基准相互一致，以便于建立加工零件与机床坐标系的尺寸关系，便于建立编程 坐标系，利于数控变成的数学计算。,3.3.3 夹具的设计和使用,对数控机床夹具设计使用的具体要求 2 为适应数控加工高强度、大切削量的特点，数控夹具的结构应具备足够的强度与刚度，以避免在振动与装夹力的作用下产生变形；要避免工件在受强力切削时位置发生错动，数控夹具对工件的夹紧力就要大一些，为防止过大的夹紧力与较大的切削力使工件产生变形，夹具的定位点、支撑受力点、夹紧点的选择应慎重。,3.3.3 夹具的设计和使用,对数控机床夹具设计使用的具体要求 3 夹具的设计要方便加工零件的装卸，夹具要能迅速完成零件的定位、夹紧和拆卸过程。为此，夹具的设计要力求结构简单，整体性能好，不得有零碎的配件和繁杂的结构。为有效缩短辅助工作时间，保证装夹的可靠，数控机床夹具常采用气动、液压和偏心夹紧方式夹紧工件。,3.3.3 夹具的设计和使用,对数控机床夹具设计使用的具体要求 4 数控机床夹具的设计要开敞，不能影响进给和切削加工，要确保刀具的运动空间，避免刀具组件与夹具在加工过程中发生碰撞。在加工模具零件的型面时，一般采用行切法，行与行之间刀具的转换点经常选择在曲面之外；在加工模具零件的轮廓时，刀具必须从轮廓的切线方向切入和切出，刀具在进行上述这些运动时，不能和夹具的定位。夹紧机构元件发生干涉。,3.3.3 夹具的设计和使用,对数控机床夹具设计使用的具体要求 5 夹具的设计要考虑方便对刀与测量。在夹具设计时，要考虑加工坐标系的测量基准，最好设计对刀基准位置方便对刀，对于尺寸不容易直接测量的工件，要考虑在夹具上设置间接测量点。,3.3.3 夹具的设计和使用,对数控机床夹具设计使用的具体要求 6 由于数控机床的功能现在都很强，不论是人工手动找正，还是利用三维接触式测头找正，都可以比较准确地设置加工坐标系原点，所以当进行小批量零件加工时，要尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短工装准备时间，降低制造成本。,3.3.3 夹具的设计和使用,对数控机床夹具设计使用的具体要求 7 数控机床一股采用多工序集中加工，工件 在一次装夹后既要完成祖加工工序，又要完成 精加工工序，加工中产生的切屑钱很多，为 此，数控夹具的设计还应考虑方便排屑。,3.4 走刀路线与加工参数,3.4.1 走刀路线 走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它泛指刀具从对刀点或机床固定原点开始，到返回该点并结束加工程序所经过的所有路径。走刀路线不仅包括了工步的内容，也反映出了工步的顺序。数控加工走刀路线的确定是非常重要的，它不仅影响加工零件的尺寸精度、位置精度与表面粗糙度，而且还影响数控机床与刀具的寿命，影响数控编程的数学计算。,3.4.1 走刀路线,在确定走刀路线时，主要应考虑1 保证加工零件的精度与表面粗糙度,由于该零件的余量不均匀，其粗加工的合理走刀路线如图中双点划线所示分为4段，在依次加工完成后，换精车刀一次精车全部外表面，这样的走刀路线即保证了零件的加工精度，又避免了分段精加工时的接刀痕，保证了零件的表面粗糙度。,3.4.1 走刀路线,在确定走刀路线时，主要应考虑2 力求走刀路线最短 在保证加工质量的前提下使进给路线最短，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，提高生产效事，还能减少一些不必要的刀具损耗及机床进给机构滑动部件的磨损。实现最短的走刀路线，主要是使大余量切除的走刀次数要少，每一次走刀应切除尽可能多的加工余量，同时尽量缩短空行程距离。要做到走刀路线最短，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时可辅以一些简单计算。,3.4.1 走刀路线,在确定走刀路线时，主要应考虑3 合理选择铣削内轮廓的走刀路线,行切法，路线虽短，但工件轮廓周边有较大的残留余量,环切法，路线较长且计算较复杂,先用行切法粗铣，最后用环切法精铣内轮廓一周，既保证了加工质量，路线也较短，计算又简单，是最佳方案。,3.4.1 走刀路线,在确定走刀路线时，主要应考虑4 注意刀具切入，切出点的距离 在进行钻孔、扩孔、饺孔、锉孔和攻螺纹等孔的加工时，为了缩短加工时间，通常将刀具沿 Z 轴方向快速移到离加工表面某一距离处，然后以工进速度开始加工，此安全距离即为刀具切入点距离；加工通孔时，为保证孔底部的精度，防止欠切削现象发生，刀尖应超越工件表面一段距离，称为刀具切出点的距离。刀具切入、切出点距离应按有关标准或推荐值采用，不应过长。,3.4.2 切入点和切出点,铣削平面零件外轮廓时，应沿切削起始点延伸线或轮廓曲线延长线的切向逐渐切入工件，以保证零件曲线的平滑过渡，同样，在切离工件时，也应避免在切削终点处直接拾刀，要沿着切削终点延伸线或切线方向逐渐切离工件,3.4.2 切入点和切出点,铣削封闭的内轮廓表面时，同铣削外轮廓一样，刀具同样不能沿轮廓曲线的法向切入和切出，由于内轮廓曲线无法外延，此时刀具可以沿一过渡圆弧切入和切出工件轮廓,3.4.2 切入点和切出点,用圆弧插补方式铣削外整圆时，在整圆加工完毕后不得在切点处而应沿切线方向让刀具多行一段距离，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面发生碰撞，造成工件报废,3.4.3 切削用量的选择,切削用量包括主轴转速（切削速度）、进给量以及背吃刀量（切削深度）。编程人员几乎在编制每一道零件加工工序的数控程序时，都会遇到切削用量的选择问题。切削用量的正确选择，将有利于发挥数控机床的特点，提高切削效率，保证刀具的寿命和加工质量，降低加工成本。,3.5 数控加工工艺文件,数控加工工艺文件是与数控加工程序配套的相关技术文件，是数控加工工艺设计的重要内容之一，它既是数控加工的依据，也是数控产品验收的依据，还是操作者必须严格遵守与执行的规程。数控加工工艺文件编写的目的是让操作者更加明确数控程序的内容、工件安装与定位的方式、各个加工部位所选用的刀具及其他问题，它主要包括数控加工工序卡、数控加工程序说明卡。刀具调整卡。机床调整卡和数控加工走刀路线图等专用技术文件。,3.5.1 数控加工工序卡,数控加工工序卡与普通加工工序卡一样，都是用来描述工件的加工工艺内容的。由于数控加工工艺的特点，数控加工工序卡中的内容要更加详细，它不仅描述了加工设备的型号、各工步加工的部位与尺寸、所用刀具及规格，还描述了刀具的编号及刃长、刀具夹持件标准编号。主轴转速。进给速度及背吃刀量。对于一些复杂的零件，有的还要加上夹具。量具。零件草图和装夹示意图。数控加工工序卡是编制数控程序的工艺依据，工序卡应按己确定的工步顺序顺次填写。,3.5.2 数控加工程序说明卡,数控加工程序说明卡应对加工程序作出说明的主要内容：1）所用数控设备型号及数控系统型号。2）编程坐标系的设置、对刀点（程序原阁的选用 及允许的对刀误差。3）起刀点、换刀点、退刀点坐标的位置及进退刀 方式。4）所用刀具的规格及其在程序中对应的刀具号，刀具补偿值，更换该刀具的程序段号。,3.5.2 数控加工程序说明卡,数控加工程序说明卡应对加工程序作出说明的主要内容：5）整个程序加工内容的顺序安排（即工步内容 说明与工步顺序）。6）对程序中调入的子程序的功能和参数等内容的 说明。7）其他需要做特殊说明的问题，如加工中更换 夹紧点的计划停车程序段号、中间测量用的计 划停车程序段号。允许的最大刀具半径和长度 补偿值等。,3.5.3 数控刀具、机床调整卡,数控刀具调整卡 数控加工对刀具的要求十分严格，一般要在机外对刀仪上预先调好刀具的长度和直径。数控刀具调整卡是指导机外对刀。预置、调整或修改刀具尺寸的工艺性文件。它通常包括刀具调整卡和刀具配套卡两部分。刀具调整卡反映刀具号、刀具型号、刀具尺寸、刀柄型号和刀具补偿号；刀具配套卡反映刀具的组合配套关系，在卡上列有相关配套目录，并绘有刀具配套简图。,3.5.3 数控刀具、机床调整卡,数控机床调整卡 数控机床调整卡是操作人员加工前调整机床和安装工件的依据。它主要说明加工时数控机床控制面板上与速度、跳步、M01、冷却、补偿、镜像对称轴等有关的开关与调节旋钮的正确位置，以及工件装夹和原点设定等内容。,习题,1 试述数控加工工艺的特点。2 数控加工工艺处理有哪些内容？3 哪些模具零件最适宜在数控机床上加工？模具零件上的哪些加工内容最适宣采用数控加工？4 模具零件数控加工工艺性分析包括哪些主要内容？5 在数控工艺路线设计中，应注意哪些问题？6 什么是数控加工的走刀路线？确定走刀路线时通常要考虑哪些问题？,