模具制造工艺-32.ppt
3.3 模具零件的精密加工,为实现精密加工 设计与加工方法相适应 机床 “工欲善其事，必先利其器”/弹弓打飞机? 刀具 环境 温度20±1，湿度55±5%，减振，粉尘少 沟通 制造设计 人 素质，技术,3.3.1 坐标镗床加工,用于：加工精确孔距的孔、孔系（如塑料模中的顶杆孔）；刻线、成品检验；铣削等 3.3.1.1 坐标镗床及其测量系统 设备结构 卧式，立式（单、双柱） 主要特点：带有能指示工作台坐标位置的精密测量装置。 孔的尺寸精度 IT6 IT7级，0.8粗糙度，孔距精度0.0050.010mm 光学测量系统 放大40倍，控制精度1/1000mm， 数显 显微镜例子,3.3.1.2 主要附件,1）万能转台 结构：(高射炮类似) 主分度回转轴（蜗轮副）任意角度；辅助回转轴090º；组合成任意空间角度（高射炮类似） 用途：加工、检验互相垂直的孔，径向分布的孔，斜孔及斜面上的孔 （分度作用）,2）光学中心测定器 定位角铁辅助 3）镗孔夹头和镗刀 镗孔夹头（镗排） 组合可调结构 作用：按加工孔大小，精确调节刀尖与轴线的距离 镗刀 整体；活动刀头；微调刀头 4）弹簧中心冲,3.3.1.3 加工工艺,1）工件的定位 以划线为定位基准； 以外圆或孔为定位基准； 以互相垂直的两侧面为定位基准（常用） 定位角铁和光学中心测定器 用千分表和专用工具找正 用芯轴定位棒找正,2）坐标的换算 3）孔的加工 精钻（小孔） 镗孔（较大） 铰孔（小于20） 步骤 钻中心孔钻孔精铰 钻孔扩孔精铰 钻孔半精镗精铰 （可调铰刀介绍） 被镗工件不热处理,无坐标磨床的情况下，有时，要用硬质合金刀镗淬硬工件，要注意以下几点： 尽量缩短刀杆（40Cr，HRC4348）长度，提高刚性 硬质合金刀上磨出宽0.3mm的负前角（10º），以提高刀刃的强度（图） 加工余量 单边0.30.6，吃刀量按4：3：2：1分次加工 走刀量 据工件硬度选 一般0.090.11/转 主轴转速（与孔径有关）直径3050为200转/分 减小镗孔锥度的方法：受力分析找原因 孔系的加工方法有： 划线；用样板；用钻、镗模；用芯轴校准机床主轴；坐标法；坐标镗；专用机床（多孔钻）,3.3.2 坐标磨床加工,加工精度 5m级，粗糙度0.2m，0.8200 3.3.2.1 坐标磨床简介 1. 三个主要运动 砂轮自转；主轴回转；上下运动 2. 转速高 250000r/min 3. 精确的坐标定位系统 精度2m 4. 可手动，数控 附件：修砂轮器，角度、圆弧,3.3.2.2 基本磨削方法 定位、找正方法及所用工具均与坐标镗床类似。 3.2.2.3 加工实例 内、外圆磨削 回转工作台找正中心 各种砂轮的应用（铡磨）（图）,3.3.3 成形磨削,3.3.3.1 概述 3类成形面：旋转成形面（如手柄）；直母线成形面（如凸模）；立体成形面（如叶片） 原理：把零件轮廓分成若干简单单元（直线面、圆弧面、圆柱面），然后按照一定顺序逐段磨削，使之达到图样上的技术要求。 比喻：削铅笔，右手执刀，左手执铅笔 设备 曲线磨床（成形磨床） 万能夹具（图） 成形砂轮 各种形状 磨削方法 （1）成形砂轮磨削法；（2）夹具磨削法。 联合应用,3.3.3.2 成形砂轮磨削法,1. 砂轮的选择 2. 砂轮的修整 *角度：需要用块规 H=l-Lsin-(d/2) 类推 *圆弧：2种工具 *非圆弧曲面 靠模工具 样板 挤压法修整砂轮,3.3.3.3 夹具磨削法,夹具介绍 1）正弦精密平口钳 2）正弦磁力台 3）正弦分中夹具 用于磨削同一个中心的凸圆弧和多角形 *芯轴装夹法 *双顶尖装夹法 测量调整器，水平尺（方框式）,4）万能夹具 用于磨削不同心凸圆弧 装夹方法：螺钉、精密平口钳、磁力台、磨回转体夹具,5）成形磨削工艺尺寸的换算 几何、三角运算，为减少积累误差，取小数点后6位，注公差者取中间尺寸 内容：圆弧中心坐标； 圆弧中心至各斜面或平面的垂直距离； 各斜面对坐标轴的倾斜角度； 各圆弧包角,3.3.4 在光学曲线磨床上进行成形磨削,精度可达35m，粗糙度0.2m，最小圆弧Rmin3m（陶瓷砂轮）或100m（一般砂轮） 设备 光屏500×500 工艺要点 放大50（或20）倍 实质是仿形加工,1）绘放大图 材料：描图纸 涤纶薄膜、薄有机玻璃、薄玻璃、 图线宽0.10.2 误差：控制在±0.25 装夹 一次直接磨削范围小，大件应分段磨 （化整为零，集零为整）,2）工件装夹和定位 装夹方法：机械法；磁力法；粘结法 找正 放大图的十字中心线对准光屏中心标记； 使装夹工具的测量棱边对准放大图的十字中心线或拼模线； 当工件尺寸不能在一次投影中磨完全部型面时，用工件外形对准放大图基准线进行定位 3）磨削方法,3.3.5 在数控磨床上进行成形磨削,3.4 模具零件的数控机床加工,3.4.1 概述 1. 数控（NC）机床的应用和特点 模具制造特点（批量小、改型频繁、零件形状复杂、精度高、）决定了很适用数控机床加工。,NC机床的应用范围： 多品种、小批量生产的零件； 结构比较复杂的零件； 需要频繁改型的零件； 价格昂贵，不允许报废的关键零件； 需要最少生产周期的急需零件。,NC机床的主要优点： 1）自动化程度高，加工生产率高，可实现CIMS（计算机集成制造系统），是CAM的初级阶段；（减少了机动时间和辅助时间，如车床提高生产率312倍，铣床提高10倍以上） 2）加工精度高（定位精度可达0.030.01），产品质量稳定，废品率低，可加工复杂零件的曲面形状，减少人为误差； 3）适应性强，用于中、小批量生产时，换批调整方便（相对于生产线等，加工所需信息变更方便），且柔性较大，缩短生产准备时间，不需要专用工具； 4）减轻操作者的劳动强度； 5）良好的经济效益； 6）有利于生产管理现代化。,NC机床的局限性： 1）控制比较复杂，结构要求更高、严格（刚性、精度、排屑、）； 2）对编程操作者的熟练，刀具生产管理有很高的要求； 3）安装、维护严格,NC机床的产生 机床制造业中，单件小批量的零件（10100件）约占80%（造船、航空、航天、机床、重机、国防、），采用专用化程度很高的自动化机床很不合理，“刚性”自动化设备的缺点日显。 1952年，美国Parsons公司和MIT合作研制成功世界上第一台三坐标数控铣床（电子管），用于加工直升飞机叶片轮廓检查用样板（目的是为解决零件复杂形状表面加工问题），1955年，NC机床进入实用化阶段。,2. NC机床的基本工作原理,1958年出现了自动换刀NC机床（加工中心）。 我国1958年也开始研制NC机床，1959年为晶体管，1965年采用集成电路，已有5坐标数控螺旋浆铣床，CNC系统，自动编程系统等。 电子工发展业为NC机床提供了前提保障，1959年用晶体管，1965年用集成电路， 现应用于铣、镗、车、钻、磨、多坐标测量、自动绘图、机器人等，以及电加工机床、压力机（冲床、弯管机、折弯机、等）,伺服控制方式： 1）开环控制系统（图）简单（无反馈测量系统） 易掌握，精度受限，速度不能提高。 2）半闭环控制系统（图） 多应用 用测量丝杠或电机的回转角，间接测出机床运动部件的位移，反馈给控制系统和伺服系统，并与控制值比较，用差值进行控制。 3）闭环控制系统（图） 反馈精度高于半闭环控制系统。调试比较困难，用于大型、高精度NC机床。 从伺服电机到机床工作台的机械传动链都闭合在伺服回路内，其刚度、谐振频率、阻尼特性、间隙、都会响应伺服系统的快速响应特性和稳定性 4）开环补偿型控制系统,3. NC机床的分类,1）按控制刀具相对工件移动的轨迹 *点位移控制系统 由一个位置到另一个位置的精确移动，先快后慢，如钻、镗、冲等 *点、直线控制系统 平行于坐标轴，只能作单坐标切削进给，如加工中心、车、铣、磨等 *连续轮廓控制系统 能对两个或两个以上的坐标轴同时控制，如铣、车、磨、齿轮机床、加工中心等,2）按NC装置与机床的关系 内插补控制系统 NC装置本身就是一个插补器，可直接与机床相联（结构复杂，操作维护要求高，价格贵） 外插补控制系统 （NC装置，灵活性差，已少用） 3）按伺服机构的控制方式 开环、半闭环、闭环、开环补偿型,3.4.2 数控加工的程序编制,程序编制 把图纸的工程语言，变为数控装置的语言，并记录在控介上。 3.4.2.1 程序编制的一般步骤与方法 零件图工艺分析、设计运动轨迹计算编写程序单制备控制介质程序校核、首件试切机床加工 修改,1）工艺设计 分析、确定加工路线，定位夹紧方法，工步顺序 选机床、刀具、切削用量（走刀速度、主轴转速、切削宽度和深度） 2）计算 进给路径，坐标系 对刀点：刀具相对零件运动的起点，可在零件上，也可在零件外，但必须与零件的定位基准有一定关系 换刀点： 刀位点： 起点、终点，弧心、切点、交点，逼近线段的交点,3）编写加工程序单 手工编程人员所需知识 基本机加工实践；平面几何；简单代数；简单解析几何；立体几何；代数；解析几何；基本的计算机编程知识；画法几何；平面三角学；球面三角学；数学计算；数值分析 4）制备控制介质 穿孔机 5）程序校核、首件试切 空转检查,3.4.2.2 程序编制的有关指令代码,1. 穿孔带及其代码 穿孔带不易受环境影响，便于长期保存和使用，程序的储存量大。 纸带标准尺寸 孔径1.83（GB199080） 8位（用7位） EIA代码 5列 ISO代码 8列 字符码孔的规律性,2. 数控机床的坐标系 1）坐标轴和运动方向 右手直角笛卡儿坐标系 工件固定，刀具移动，反之相反 2）绝对坐标（G90） 增量坐标（G91）,3. 准备功能与辅助功能代码 1）准备功能G 使机床建立起（准备好）某种加工方式的指令，如插补、刀具补偿、固定循环等。 G00 G99 共100个 祈本p109 2）辅助功能M 主轴开、停，切削液开、闭，运动部件的夹紧与松开等 M00 M 99 共100个，分为10组,0组 通用的数控指令； 1组 铣、卧钻镗、坐标镗加工中心； 2组 车、立车、镗、车削中心； 3组 磨床和测量机； 4组 火焰/等离子/激光/水束/线电极切割机； 5组 最佳和适应控制； 6组 多托板/多头/多主轴机床和相对搬运设备； 7组 冲孔和步冲压力机； 8组 永不指定，可用于特殊用途； 9组 用于代码扩展。,3.4.2.3 程序结构和格式,%（开始） 1. （编号“0”）加工程序 程序段（N开头，LF结束）（字符不多于90） 字符每一个字母、数字、符号 2. 程序段格式 排列顺序：程序字号；准备功能字；尺寸字；进给功能字；主轴转速功能字；刀具功能字；辅助功能字；程序结束段字,3.4.2.4 数控铣床的加工和程序编制,1. 平面与曲面加工的工艺处理 1）平面轮廓加工 2）曲面轮廓加工 *两坐标联动的三坐标行切法加工 *三坐标联动加工 *四坐标联动加工 *五坐标联动加工 2. 棱角过渡的处理,3.4.3 数控装置,3.4.3.1 数控装置的一般结构 1. 输入部分 1）输入装置 *光电阅读机 *手动输入、刀具补偿输入 *计算机输入 2）奇偶校验 3）译码器 2. 运控部分 3. 输出部分,3.4.3.2 控制运动轨迹的插补原理,3.4.4 数控机床的伺服系统,3.4.4.1 概述 3.4.4.2 常用驱动元件（步进电动机） 3.4.4.3 位置检测装置 1. 编码盘 2. 光栅测量装置,步进电动机,相关内容：,NC机床结构与元件：滚珠丝杠副，自动换刀装置 NC机床的使用：刀具系统；夹具系统；生产管理 加工中心,滚珠丝杠副,高速铣削,
