第4章模具的數(shù)控加工與編程

模具制造工藝電子工業(yè)出版社第4章模具的數(shù)控加工與編程

4.1數(shù)控機(jī)床概述4.2數(shù)控機(jī)床編程基礎(chǔ)4.3數(shù)控車(chē)削4.4數(shù)控銑削4.5加工中心4.6高速加工技術(shù)第4章模具的數(shù)控加工與編程

4.1數(shù)控機(jī)床概述4.1.1數(shù)控機(jī)床的基本概念數(shù)字控制（NumericalControl，NC）機(jī)床，簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床，它是通過(guò)數(shù)字化信號(hào)來(lái)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程。具體地說(shuō)，數(shù)控機(jī)床通過(guò)編制程序，即通過(guò)數(shù)字（代碼）指令來(lái)自動(dòng)完成機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，正確地控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的位移量，并且按加工的動(dòng)作順序，自動(dòng)控制機(jī)床各個(gè)部件的動(dòng)作。

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①加工過(guò)程柔性好，適宜多品種、單件小批量加工和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)試制，對(duì)不同的復(fù)雜工件只需要重新編制加工程序，對(duì)機(jī)床的調(diào)整很少，加工適應(yīng)性強(qiáng)。②加工自動(dòng)化程度高，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。③加工零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定，加工精度高。機(jī)床的制造精度高、剛性好，加工時(shí)工序集中，一次裝夾，不需要鉗工劃線。數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度高，依照數(shù)控機(jī)床的不同檔次，一般定位精度可達(dá)0.005mm，重復(fù)定位精度可達(dá)0.002mm。④可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，加工其他設(shè)備難以加工的，由數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線或曲面輪廓。⑤應(yīng)用計(jì)算機(jī)編制加工程序，便于實(shí)現(xiàn)模具的計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）。⑥設(shè)備昂貴，投資大，對(duì)工人技術(shù)水平要求高。第4章模具的數(shù)控加工與編程

4.1.2數(shù)控機(jī)床的組成1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床上最重要的部分，其作用是根據(jù)用戶所輸入的加工程序在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行必要的數(shù)字運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，把用戶程序轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的控制。數(shù)控機(jī)床通過(guò)直線與圓弧插補(bǔ)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的連續(xù)輪廓控制，加工出由直線和圓弧幾何要素構(gòu)成的輪廓工件。數(shù)控系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償功能使編程人員可以直接根據(jù)工件的實(shí)際輪廓形狀和尺寸進(jìn)行編程，加工時(shí)CNC系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所存儲(chǔ)的刀具半徑值和刀具長(zhǎng)度值來(lái)自動(dòng)計(jì)算刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡，并控制刀具中心的運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)零件的加工。第4章模具的數(shù)控加工與編程

2．伺服系統(tǒng)（1）開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)

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（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)第4章模具的數(shù)控加工與編程

3．輔助控制單元輔助控制單元通常是與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體的。它所控制的運(yùn)動(dòng)屬于開(kāi)關(guān)性質(zhì)，如主軸的啟停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開(kāi)，液壓、冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)等。4．機(jī)床裸機(jī)裸機(jī)部分與普通機(jī)床的構(gòu)成基本相同，但是根據(jù)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)作了一些特殊的設(shè)計(jì)以提高機(jī)床的加工精度。例如提高床身、立柱、刀架等支撐件的剛度與抗振性，采用滾珠絲杠、滾動(dòng)導(dǎo)軌及各種消除間隙機(jī)構(gòu)來(lái)提高運(yùn)動(dòng)部件的靈敏度，通過(guò)減少機(jī)床內(nèi)部熱源、設(shè)計(jì)合理的機(jī)床結(jié)構(gòu)和布局來(lái)減少機(jī)床的熱變形等等。第4章模具的數(shù)控加工與編程

4.2數(shù)控機(jī)床編程基礎(chǔ)4.2.1數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)1．控制軸數(shù)與聯(lián)動(dòng)軸數(shù)（1）控制軸數(shù)控制軸數(shù)是指在數(shù)控機(jī)床所能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)中，除了主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以外的其他所有運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。（2）聯(lián)動(dòng)軸數(shù)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)是指機(jī)床能夠同時(shí)控制的軸數(shù)。

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多軸數(shù)控機(jī)床

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2．坐標(biāo)軸及其運(yùn)動(dòng)方向統(tǒng)一規(guī)定與機(jī)床主軸重合或平行的刀具運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)為Z軸，遠(yuǎn)離工件的刀具運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閆軸正方向（+Z）。X軸是水平的（平行于零件裝夾面），是刀具或零件定位平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的主要坐標(biāo)。右手直角坐標(biāo)系

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3．坐標(biāo)原點(diǎn)（1）機(jī)床原點(diǎn)、機(jī)床參考點(diǎn)（2）工件原點(diǎn)（3）編程原點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的原點(diǎn)偏置

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4．刀位點(diǎn)、對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)數(shù)控機(jī)床中使用的刀具類型很多，為了更準(zhǔn)確地描述刀具運(yùn)動(dòng)，需要引入刀位點(diǎn)的概念。對(duì)于立銑刀來(lái)說(shuō)，刀位點(diǎn)是刀具的軸線與刀具底平面的交點(diǎn)；對(duì)球頭銑刀來(lái)說(shuō)是球頭部分的球心；對(duì)車(chē)刀來(lái)說(shuō)是刀尖；對(duì)鉆頭來(lái)說(shuō)是鉆尖。刀位點(diǎn)是描述刀具運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。對(duì)刀點(diǎn)是數(shù)控加工時(shí)刀具（刀位點(diǎn)）運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)。對(duì)刀點(diǎn)確定后，刀具相對(duì)編程原點(diǎn)的位置就確定了。為了提高工件的加工精度，對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)盡量選在工件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。同時(shí)，對(duì)刀點(diǎn)找正的準(zhǔn)確度直接影響到工件的加工精度。換刀點(diǎn)是在為數(shù)控車(chē)床、數(shù)控鉆鏜床、加工中心等多刀加工的機(jī)床編制程序時(shí)設(shè)定的，用以實(shí)現(xiàn)在加工中途換刀。換刀點(diǎn)的位置應(yīng)根據(jù)工序內(nèi)容和數(shù)控機(jī)床的要求而定，為了防止換刀時(shí)刀具碰傷工件或夾具等，換刀點(diǎn)常常設(shè)在被加工工件的外面，并要遠(yuǎn)離工件。第4章模具的數(shù)控加工與編程

4.2.2數(shù)控程序的格式與編制1．?dāng)?shù)控程序結(jié)構(gòu)（1）程序號(hào)（2）程序段%0103；N10G90G92X0Y0Z0S500M03；N20G01X-60.0Y10.0F200D01；N30G02X40.0Y10.0R50.0；N40G01G40X0Y0；N50M02；第4章模具的數(shù)控加工與編程

2．常用編程指令1）G指令G指令為準(zhǔn)備功能指令，用來(lái)規(guī)定刀具和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的插補(bǔ)方式、機(jī)床坐標(biāo)系、坐標(biāo)平面、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)等多種設(shè)置。G指令從G00到G99共有100種代碼。2）M指令M指令是輔助功能指令，用來(lái)控制機(jī)床或系統(tǒng)的開(kāi)、關(guān)，如開(kāi)、停冷卻泵，主軸正、反轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)部件的夾緊與松開(kāi)，程序結(jié)束等。3）F,S,T指令F指令是續(xù)效指令，用來(lái)確定進(jìn)給速度，單位是mm/min。S指令也是續(xù)效指令，用來(lái)確定主軸轉(zhuǎn)速，單位是r/min。T指令用于在自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床中選擇所需的刀具，T后面的數(shù)字代表刀具的編號(hào)。第4章模具的數(shù)控加工與編程

3．計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程方法數(shù)控程序的編制方法有3種，手工編程、自動(dòng)編程和計(jì)算機(jī)輔助編程。（1）零件圖及加工工藝分析（2）幾何造型（3）刀位軌跡的生成（4）后置處理（5）程序輸出第4章模具的數(shù)控加工與編程

4.3數(shù)控車(chē)削4.3.1數(shù)控車(chē)床加工概述1.數(shù)控車(chē)床簡(jiǎn)介

CK7815數(shù)控車(chē)床

1-床體2-充電讀帶機(jī)3-機(jī)床操作臺(tái)4-數(shù)控系統(tǒng)操作面板5-傾斜60°導(dǎo)軌

6-刀盤(pán)7-防護(hù)門(mén)8-尾座9-排屑裝置第4章模具的數(shù)控加工與編程

2.數(shù)控車(chē)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。（2）加工輪廓形狀復(fù)雜的零件。（3）加工特殊類型的螺紋。第4章模具的數(shù)控加工與編程

4.3.2數(shù)控車(chē)削編程數(shù)控車(chē)床的機(jī)床原點(diǎn)與參考點(diǎn)

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1．?dāng)?shù)控車(chē)床的編程特點(diǎn)（1）輪廓切削車(chē)外圓循環(huán)走刀過(guò)程

車(chē)端面循環(huán)走刀過(guò)程

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車(chē)成形面循環(huán)走刀過(guò)程

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（2）切槽（包括切斷）

外圓切槽循環(huán)走刀過(guò)程

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（3）車(chē)螺紋切削螺紋種類

車(chē)螺紋循環(huán)走刀過(guò)程

變導(dǎo)程螺紋

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（4）鉆孔高速啄式鉆孔固定循環(huán)走刀過(guò)程

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2．編程舉例

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3．?dāng)?shù)控車(chē)加工計(jì)算機(jī)輔助編程1）生成刀位軌跡數(shù)控車(chē)床與車(chē)削中心常用的刀具

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2）生成NC程序得到刀位軌跡以后，就可以生成NC程序，過(guò)程如下。①利用“軌跡仿真”功能項(xiàng)觀察所生成的刀位軌跡是否合理，若不理想，修改參數(shù)后重新進(jìn)行。②后置處理設(shè)置，指定加工機(jī)床及NC程序格式。③在“數(shù)控車(chē)”菜單區(qū)中選取“代碼生成”功能項(xiàng)，拾取剛生成的刀位軌跡，當(dāng)拾取結(jié)束后系統(tǒng)即生成NC代碼。利用系統(tǒng)的“查看代碼”功能項(xiàng)可以對(duì)所生成的NC代碼進(jìn)行查看、編輯和修改。

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4.3.3車(chē)削中心1．車(chē)削中心車(chē)削中心與數(shù)控車(chē)床的主要區(qū)別在于。（1）動(dòng)力刀具功能車(chē)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(chē)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）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(pán)按進(jìn)給脈沖做任意低速的回轉(zhuǎn)，這樣車(chē)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。第4章模具的數(shù)控加工與編程

2．車(chē)削中心的編程舉例

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4.4數(shù)控銑削4.4.1數(shù)控銑床加工概述1.數(shù)控銑床簡(jiǎn)介

1—底座2—強(qiáng)電柜3—變壓器箱4—伺服電動(dòng)機(jī)5—主軸變速手柄和按鈕板6—床身7—數(shù)控柜8,11—保護(hù)開(kāi)關(guān)

9—擋鐵10—操縱臺(tái)12—橫向溜板13—縱向進(jìn)給伺服電機(jī)14—橫向進(jìn)給伺服電機(jī)15—升降臺(tái)16—縱向工作臺(tái)第4章模具的數(shù)控加工與編程

2.數(shù)控銑床的應(yīng)用（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。如沖頭、凹模的加工，注塑模鑲塊的加工。（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。數(shù)控銑床可以加工各種復(fù)雜的曲面形狀，并且在零件表面只留下很少的殘余量。在型腔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。（3）孔系加工。除型腔、型芯的固定孔之外，利用數(shù)控銑床或加工中心加工推桿孔、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。

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4.4.2數(shù)控銑編程

1．?dāng)?shù)控銑床的編程特點(diǎn)①在選擇工件原點(diǎn)的位置時(shí)應(yīng)注意：為便于在編程時(shí)進(jìn)行坐標(biāo)值的計(jì)算，減少計(jì)算錯(cuò)誤和編程錯(cuò)誤，工件原點(diǎn)應(yīng)選在零件圖的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)上；對(duì)于對(duì)稱的零件，工件原點(diǎn)應(yīng)設(shè)在對(duì)稱中心上；對(duì)于一般零件，工件原點(diǎn)設(shè)在工件外輪廓的某一角上；Z軸方向上的零點(diǎn)一般設(shè)在工件表面；為提高被加工零件的加工精度，工件原點(diǎn)應(yīng)盡量選在精度較高的工件表面。②數(shù)控銑床配備的固定循環(huán)功能，主要用于孔加工，包括鉆孔、鏜孔、攻螺紋等。③數(shù)控程序中需要考慮到對(duì)刀具長(zhǎng)度的補(bǔ)償。④編程時(shí)需要對(duì)刀具半徑進(jìn)行補(bǔ)償。

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2．編程舉例

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3．?dāng)?shù)控銑加工計(jì)算機(jī)輔助編程1）幾何造型2）加工工藝分析

銑內(nèi)槽的3種走刀路徑

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3）刀位軌跡的生成4）后置處理5）程序輸出第4章模具的數(shù)控加工與編程

4.5加工中心4.5.1加工中心概述1．加工中心的分類1）立式加工中心

1-數(shù)控柜2-刀庫(kù)3-主軸箱4-操縱臺(tái)5-驅(qū)動(dòng)電源柜6-縱向工作臺(tái)7-滑座8-床身9-X軸進(jìn)給伺服電機(jī)10-換刀機(jī)械手第4章模具的數(shù)控加工與編程

2）臥式加工中心

1-刀庫(kù)2-換刀裝置3-支座4-Y軸伺服電動(dòng)機(jī)5-主軸箱6-主軸7-數(shù)控裝置8-防濺擋板9-回轉(zhuǎn)工作臺(tái)10-切屑槽第4章模具的數(shù)控加工與編程

3）龍門(mén)式加工中心龍門(mén)式加工中心的形狀與龍門(mén)銑床相似，主軸多為垂直設(shè)置，除自動(dòng)換刀裝置外，還帶有可更換的主軸附件，數(shù)控裝置的功能也較齊全，能夠一機(jī)多用，尤其適用于加工大型或形狀復(fù)雜的零件。4）五軸加工中心工件一次安裝后能完成除安裝面以外的所有側(cè)面和頂面等5個(gè)面的加工。

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2．加工中心的主要加工對(duì)象1）箱體類零件2）復(fù)雜曲面3）異形件4）盤(pán)、套、板類零件5）特殊加工第4章模具的數(shù)控加工與編程

4.5.2加工中心自動(dòng)換刀1.自動(dòng)換刀（1）換刀方式

1）機(jī)械手換刀2）主軸換刀（2）刀具識(shí)別

1）刀座編碼2）刀柄編碼第4章模具的數(shù)控加工與編程

2.機(jī)外對(duì)刀

CCD投影式刀具預(yù)調(diào)儀

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4.5.3加工中心編程除換刀程序外，加工中心的編程方法與數(shù)控銑床基本相同。但由于增加了換刀環(huán)節(jié)，在劃分工序內(nèi)容時(shí)可以有如下幾種方法。（1）按所用的刀具劃分工序（2）按粗、精加工劃分工序（3）按先面后孔的原則劃分工序（4）按程序長(zhǎng)短劃分工序第4章模具的數(shù)控加工與編程

加工中心的編程實(shí)例

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4.6高速加工技術(shù)4.6.1高速加工的概念及特點(diǎn)Salomon曲線

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1．高速加工定義高速切削目前沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義。對(duì)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規(guī)切削速度高出5～10倍以上。

（1）主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）高（2）進(jìn)給速度快（3）切削深度小（4）切削行距小第4章模具的數(shù)控加工與編程

2．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

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