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1、模具制造工艺,电子工业出版社,第4章 模具的数控加工与编程,4.1 数控机床概述 4.2 数控机床编程基础 4.3 数控车削 4.4 数控铣削 4.5 加工中心 4.6 高速加工技术,第4章 模具的数控加工与编程,4.1 数控机床概述 4.1.1 数控机床的基本概念 数字控制（Numerical Control，NC）机床，简称数控机床，它是通过数字化信号来控制机床运动及其加工过程。具体地说，数控机床通过编制程序，即通过数字（代码）指令来自动完成机床各个坐标的协调运动，正确地控制机床运动部件的位移量，并且按加工的动作顺序，自动控制机床各个部件的动作。,第4章 模具的数控加工与编程, 加工过程柔
2、性好，适宜多品种、单件小批量加工和产品开发试制，对不同的复杂工件只需要重新编制加工程序，对机床的调整很少，加工适应性强。 加工自动化程度高，减轻工人的劳动强度。 加工零件的一致性好，质量稳定，加工精度高。机床的制造精度高、刚性好，加工时工序集中，一次装夹，不需要钳工划线。数控机床的定位精度和重复定位精度高，依照数控机床的不同档次，一般定位精度可达0.005mm，重复定位精度可达0.002mm。 可实现多坐标联动，加工其他设备难以加工的，由数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓。 应用计算机编制加工程序，便于实现模具的计算机辅助制造（CAM）。 设备昂贵，投资大，对工人技术水平要求高。,第4章 模具的
3、数控加工与编程,4.1.2 数控机床的组成 1数控系统 数控系统是数控机床上最重要的部分，其作用是根据用户所输入的加工程序在系统内进行必要的数字运算和逻辑运算，把用户程序转换成控制信号，实现对机床运动的控制。 数控机床通过直线与圆弧插补，可以实现对刀具运动轨迹的连续轮廓控制，加工出由直线和圆弧几何要素构成的轮廓工件。 数控系统的刀具补偿功能使编程人员可以直接根据工件的实际轮廓形状和尺寸进行编程，加工时CNC系统会根据所存储的刀具半径值和刀具长度值来自动计算刀具中心的运动轨迹，并控制刀具中心的运动，完成对零件的加工。,第4章 模具的数控加工与编程,2伺服系统 （1）开环伺服系统 （2）闭环伺服系
4、统,第4章 模具的数控加工与编程,（3）半闭环伺服系统,第4章 模具的数控加工与编程,3辅助控制单元 辅助控制单元通常是与数控系统集成为一体的。它所控制的运动属于开关性质，如主轴的启停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，液压、冷却、润滑系统的开关等。 4机床裸机 裸机部分与普通机床的构成基本相同，但是根据数控机床的特点作了一些特殊的设计以提高机床的加工精度。例如提高床身、立柱、刀架等支撑件的刚度与抗振性，采用滚珠丝杠、滚动导轨及各种消除间隙机构来提高运动部件的灵敏度，通过减少机床内部热源、设计合理的机床结构和布局来减少机床的热变形等等。,第4章 模具的数控加工与编程,4.2 数控机床编程基础
5、 4.2.1 数控机床的坐标系统 1控制轴数与联动轴数 （1）控制轴数 控制轴数是指在数控机床所能实现的运动中，除了主轴旋转运动以外的其他所有运动的数目。 （2）联动轴数 联动轴数是指机床能够同时控制的轴数。,第4章 模具的数控加工与编程,多轴数控机床,第4章 模具的数控加工与编程,2坐标轴及其运动方向 统一规定与机床主轴重合或平行的刀具运动坐标为Z轴，远离工件的刀具运动方向为Z轴正方向（+Z）。X轴是水平的（平行于零件装夹面），是刀具或零件定位平面内运动的主要坐标。,右手直角坐标系,第4章 模具的数控加工与编程,3坐标原点 （1）机床原点、机床参考点 （2）工件原点 （3）编程原点,数控机床
6、的原点偏置,第4章 模具的数控加工与编程,4刀位点、对刀点和换刀点 数控机床中使用的刀具类型很多，为了更准确地描述刀具运动，需要引入刀位点的概念。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。刀位点是描述刀具运动的基准。 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。为了提高工件的加工精度，对刀点应尽量选在工件的设计基准或工艺基准上。同时，对刀点找正的准确度直接影响到工件的加工精度。 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
7、途换刀。换刀点的位置应根据工序内容和数控机床的要求而定，为了防止换刀时刀具碰伤工件或夹具等，换刀点常常设在被加工工件的外面，并要远离工件。,第4章 模具的数控加工与编程,4.2.2 数控程序的格式与编制 1数控程序结构 （1）程序号 （2）程序段,03； N10 G90 G92 X0 Y0 Z0 S500 M03； N20 G01 X-60.0 Y10.0 F200 D01； N30 G02 X40.0 Y10.0 R50.0； N40 G01 G40 X0 Y0； N50 M02；,第4章 模具的数控加工与编程,2常用编程指令 1）G指令 G指令为准备功能指令，用来规定刀具和工件相对运
8、动的插补方式、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、固定循环等多种设置。G指令从G00到G99共有100种代码。 2）M指令 M指令是辅助功能指令，用来控制机床或系统的开、关，如开、停冷却泵，主轴正、反转，运动部件的夹紧与松开，程序结束等。 3）F, S, T指令 F指令是续效指令，用来确定进给速度，单位是mm/min。S指令也是续效指令，用来确定主轴转速，单位是r/min。T指令用于在自动换刀的数控机床中选择所需的刀具，T后面的数字代表刀具的编号。,第4章 模具的数控加工与编程,3计算机辅助数控编程方法 数控程序的编制方法有3种，手工编程、自动编程和计算机辅助编程。 （1）零件图及加工工艺分析 （
9、2）几何造型 （3）刀位轨迹的生成 （4）后置处理 （5）程序输出,第4章 模具的数控加工与编程,4.3 数 控 车 削 4.3.1 数控车床加工概述 1. 数控车床简介,CK7815数控车床,1-床体 2-充电读带机 3-机床操作台 4-数控系统操作面板 5-倾斜60导轨 6-刀盘 7-防护门 8-尾座 9-排屑装置,第4章 模具的数控加工与编程,2. 数控车床的应用 （1）加工精度要求高和表面粗糙度值低的回转体零件。 （2）加工轮廓形状复杂的零件。 （3）加工特殊类型的螺纹。,第4章 模具的数控加工与编程,4.3.2 数控车削编程,数控车床的机床原点与参考点,第4章 模具的数控加工与编程,
10、1数控车床的编程特点 （1）轮廓切削,车外圆循环走刀过程,车端面循环走刀过程,第4章 模具的数控加工与编程,车成形面循环走刀过程,第4章 模具的数控加工与编程,（2）切槽（包括切断）,外圆切槽循环走刀过程,第4章 模具的数控加工与编程,（3）车螺纹,切削螺纹种类,车螺纹循环走刀过程,变导程螺纹,第4章 模具的数控加工与编程,（4）钻孔,高速啄式钻孔固定循环走刀过程,第4章 模具的数控加工与编程,2编程举例,第4章 模具的数控加工与编程,3数控车加工计算机辅助编程 1）生成刀位轨迹,数控车床与车削中心常用的刀具,第4章 模具的数控加工与编程,2）生成NC程序 得到刀位轨迹以后，就可以生成NC程序
11、，过程如下。 利用“轨迹仿真”功能项观察所生成的刀位轨迹是否合理，若不理想，修改参数后重新进行。 后置处理设置，指定加工机床及NC程序格式。 在“数控车”菜单区中选取“代码生成”功能项，拾取刚生成的刀位轨迹，当拾取结束后系统即生成NC代码。利用系统的“查看代码”功能项可以对所生成的NC代码进行查看、编辑和修改。,第4章 模具的数控加工与编程,4.3.3 车削中心 1车削中心 车削中心与数控车床的主要区别在于。 （1）动力刀具功能 车削中心在刀架部分增加了驱动刀具旋转的装置，因此它除了可以装夹内、外圆车刀以外，还可装夹自驱动的回转刀具，如铣刀、钻头、丝锥等。 （2）C轴位置控制功能 该功能可以达
12、到很高的角度定位分辨率（一般为0.001），还能使主轴和卡盘按进给脉冲做任意低速的回转，这样车床就具有X, Z, C三个坐标，可实现三坐标两联动控制。,第4章 模具的数控加工与编程,2车削中心的编程举例,第4章 模具的数控加工与编程,4.4 数 控 铣 削 4.4.1 数控铣床加工概述 1. 数控铣床简介,1底座 2强电柜 3变压器箱 4伺服电动机 5主轴变速手柄和按钮板 6床身 7数控柜 8, 11保护开关9挡铁 10操纵台 12横向溜板 13纵向进给伺服电机 14横向进给伺服电机 15升降台 16纵向工作台,第4章 模具的数控加工与编程,2. 数控铣床的应用 （1）轮廓加工。采用数控铣床可
13、以轻松地实现模具的轮廓加工，提高加工效率。如冲头、凹模的加工，注塑模镶块的加工。 （2）曲面加工。曲面加工是数控铣削最擅长的加工领域。数控铣床可以加工各种复杂的曲面形状，并且在零件表面只留下很少的残余量。在型腔模中用到最多的就是型腔、型芯的加工，以及电极、镶块的加工。 （3）孔系加工。除型腔、型芯的固定孔之外，利用数控铣床或加工中心加工推杆孔、拉杆孔，以及其他有配合要求的孔及孔系，一方面易于保证尺寸精度和位置精度，另一方面也可以减少重复安装找正的时间，有利于缩短模具制造周期。,第4章 模具的数控加工与编程,4.4.2 数控铣编程 1数控铣床的编程特点 在选择工件原点的位置时应注意： 为便于在编
14、程时进行坐标值的计算，减少计算错误和编程错误，工件原点应选在零件图的设计基准上； 对于对称的零件，工件原点应设在对称中心上； 对于一般零件，工件原点设在工件外轮廓的某一角上； Z轴方向上的零点一般设在工件表面； 为提高被加工零件的加工精度，工件原点应尽量选在精度较高的工件表面。 数控铣床配备的固定循环功能，主要用于孔加工，包括钻孔、镗孔、攻螺纹等。 数控程序中需要考虑到对刀具长度的补偿。 编程时需要对刀具半径进行补偿。,第4章 模具的数控加工与编程,2编程举例,第4章 模具的数控加工与编程,3数控铣加工计算机辅助编程 1）几何造型 2）加工工艺分析,铣内槽的3种走刀路径,第4章 模具的数控加工
15、与编程,3）刀位轨迹的生成 4）后置处理 5）程序输出,第4章 模具的数控加工与编程,4.5 加 工 中 心 4.5.1 加工中心概述 1加工中心的分类 1）立式加工中心,1-数控柜 2-刀库 3-主轴箱 4-操纵台 5-驱动电源柜 6-纵向工作台 7-滑座 8-床身 9-X轴进给伺服电机 10-换刀机械手,第4章 模具的数控加工与编程,2）卧式加工中心,1-刀库 2-换刀装置 3-支座 4-Y轴伺服电动机 5-主轴箱 6-主轴 7-数控装置 8-防溅挡板 9-回转工作台 10-切屑槽,第4章 模具的数控加工与编程,3）龙门式加工中心 龙门式加工中心的形状与龙门铣床相似，主轴多为垂直设置，除自
16、动换刀装置外，还带有可更换的主轴附件，数控装置的功能也较齐全，能够一机多用，尤其适用于加工大型或形状复杂的零件。 4）五轴加工中心 工件一次安装后能完成除安装面以外的所有侧面和顶面等5个面的加工。,第4章 模具的数控加工与编程,2加工中心的主要加工对象 1）箱体类零件 2）复杂曲面 3）异形件 4）盘、套、板类零件 5）特殊加工,第4章 模具的数控加工与编程,4.5.2 加工中心自动换刀 1. 自动换刀 （1）换刀方式 1）机械手换刀 2）主轴换刀 （2）刀具识别 1）刀座编码 2）刀柄编码,第4章 模具的数控加工与编程,2. 机外对刀,CCD投影式刀具预调仪,第4章 模具的数控加工与编程,4
17、.5.3 加工中心编程 除换刀程序外，加工中心的编程方法与数控铣床基本相同。但由于增加了换刀环节，在划分工序内容时可以有如下几种方法。 （1）按所用的刀具划分工序 （2）按粗、精加工划分工序 （3）按先面后孔的原则划分工序 （4）按程序长短划分工序,第4章 模具的数控加工与编程,加工中心的编程实例,第4章 模具的数控加工与编程,4.6 高速加工技术 4.6.1 高速加工的概念及特点,Salomon曲线,第4章 模具的数控加工与编程,1高速加工定义 高速切削目前没有一个统一的定义。对于不同的加工方式、不同的工件材料，高速切削的速度是不同的。通常高速切削的切削速度比常规切削速度高出510倍以上。
18、（1）主轴转速（切削速度）高 （2）进给速度快 （3）切削深度小 （4）切削行距小,第4章 模具的数控加工与编程,2高速加工的优点 （1）加工效率高 （2）加工质量高 （3）刀具磨损小,第4章 模具的数控加工与编程,4.6.2 高速加工设备与CAM系统 1高速加工设备 （1）床身本体 （2）控制系统 （3）主轴单元,电主轴,第4章 模具的数控加工与编程,（4）进给驱动系统,直线电机传动示意图,1-直线滚动导轨 2-床身 3-工作台 4-直线电机动件（绕组） 5-直线电机定件（永久磁钢）,第4章 模具的数控加工与编程,（5）刀具夹持系统 （6）冷却系统及温控系统,刀具夹持系统,第4章 模具的数控
19、加工与编程,2CAM系统 （1）CAM系统应具有很高的计算速度 （2）全程自动过切处理能力及自动刀柄干涉检查 （3）进给率优化处理功能 （4） 符合高速加工要求的丰富的加工策略,第4章 模具的数控加工与编程,4.6.3 高速加工应用 （1）淬硬模具型腔的直接加工 （2）特殊零件的加工 （3）电火花加工用电极制造 （4）快速模具制造,第4章 模具的数控加工与编程,复习思考题 什么是数控机床？数控机床的加工特点有哪些？ 数控机床由哪几部分组成？各部分的基本功能是什么？ 试述闭环控制数控机床的控制原理，其与开环控制数控机床的差异。 简述计算机辅助数控编程的基本步骤。 数控车床的编程特点有哪些？ 加工中心同数控铣床的区别是什么？适合加工中心加工的对象有哪些？ 加工中心有哪些工艺特点？ 简述高速铣削加工的工艺特点。 简述高速切削加工技术在模具加工中的应用。,
