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8/16/2019数控编程第一章模具数控加工概述2012.11.218/16/2019本章主要内容1.1模具数控加工的特点和应用1.2数控机床概述1.3模具数控加工过程中的程序编制1.4数控加工中的几个重要概念8/16/2019模具一般在模具专业生产企业制造，其作为企业的基本产品，始终贯彻于企业的全部生产过程。模具的生产过程如图所示。模具设计方案的确定模具生产工艺准备技术准备备料铸、锻件及型材等模具零件、组件加工热处理机加工光整加工表面强化处理检验装配、调试验收入库模具生产过程示意图8/16/2019模具种类很多，大致可分为十大类。根据零件材料、物理化学性能、机械强度、尺寸精度、表面光洁度、使用寿命、经济性等不同要求，选择不同类型的模具成形。在模具加工过程中，其制造方法与制造技术的选择是保证模具质量的关键所在。对于精度要求较低的模具，一般采用常规的加工方法即可，如车、铣、刨、磨、钻等。随着工业的发展及客户要求的提高，对模具制造技术的要求愈来愈高，模具的加工方法也越来越复杂化、多样化。对于精度要求高或客户有具体要求的模具，需使用高精度的数控机床加工并使用CAD/CAE/CAM模具技术来设计、分析。目前，模制造广泛采用电火花、线切割机床，高精度磨床，高精度三座标测量仪，激光加工、数控仿型铣及数控加工等现代加工技术。本章以此为基础，重点讲述数控加工技术及数控电火花加工技术在模具制造中的作用及其应用。1.1.1模具的生产特点1）加工精度要求高：一副模具一般是由凹模、凸模和模架组成，有些还可能是多件拼合模块。上、下模的组合，镶块与型腔的组合，模块之间的拼合均要求有很高的加工精度。2）形面复杂：有些产品如汽车覆盖件、飞机零件、玩具、家用电器，其形状的表面是由多种曲面组合而成，因此，模具型腔面就很复杂。有些曲面必须用数学计算方法进行处理。3）批量小：模具的生产一般不是大批量成批生产。4）工序多：模具加工中一般都需要用到车、铣、镗、钻、铰和攻螺纹等多种工序。5）仿形加工：模具生产中有时既没有图样，也没有数据，而且要根据实物进行仿形加工。这就要求仿制精度高。6）模具材料优异，硬度高模具的主要材料多采用优质合金钢制造，特别是高寿命的模具，常采用Crl2，CrWMn等莱氏体钢制造。这类钢材从毛坯锻造、加工到热处理均有严格要求。因此加工工艺的编制就更加不容忽视，热处理变形也是加工中需认真对待的问题。7）模具加工向机械化、精密化和自动化发展。目前，产品零件对模具的要求越来越高，应用数控加工进行模具的制造可以大幅度的提高加工精度、减少人工操作产生的误差、提高工作效率、缩短模具的制造周期。1.1模具数控加工的特点和应用1.1.2模具制造的工艺特点模具制造的工艺特点主要表现如下：1）在模具制造上，尽可能是使用通用设备、量具、刀具及仪器。2）在制造工序安排上，工序应相对集中，以保证模具加工质量和进度，简化管理和减少工序周转时间。1.1.3数控加工的工艺特点在数控机床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数和位移数据编制成程序，用它控制机床加工。数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，因而有自己特点：1）加工效率高：利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制,所以零件的互换性强,加工的速度快。2）加工精度高：同传统的加工设备相比,数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。3）工序内容多：数控机床上通常安排较复杂的制件，一次装夹，可加工需进行多道工序加工的零件。综上所述，数控机床对模具进行机加工是模具制造的必然选择。1.1.4数控加工在模具加工中的应用1）对于旋转类模具，一般采用数控车加工，如车外圆、镗孔、车平面、车锥面等。2）对于复杂的外形轮廓或带曲面模具，一般采用数控铣加工，如注射模、压铸模等。3）对于微细复杂形状、特殊材料模具、塑料镶拼型腔及形状复杂、特殊材料模具、带异型槽的模具，可采用数控线切割加工。4）对于硬度特别高，或模具局部结构复杂的型腔、型孔等，可采用数控电火花成形加工。5）对精度要求较高的解析几何曲面，可采用数控磨削加工精度要求较高的解析几何曲面。1.2数控机床概述随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品更新速度越来越快，复杂形状的零件越来越多，精度要求越来越高，多品种、变批量生产的比重明显增加。激烈的市场竞争使产品研制生产周期越来越短。传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高速高质量加工要求。因此近几十年来，世界各国十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批多变零件的数控加工技术，在加工设备中大量采用以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术。目前，数控技术正在发生根本性变革，它集成了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAX、FMS、CIMS技术等，都是建立在数控技术之上，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。同时，数控技术的利用关系到国家的战略地位，是体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。用数控机床加工零件时，首先应将加工零件的几何信息和工艺信息编制成加工程序，由输入装置送入数控系统中，经过数控系统的处理、运算，按各坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，经过转换、放大进行伺服电动机的驱动，带动各轴运动，并进行反馈控制，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊地工作，从而加工出零件的全部轮廓。数控机床具有很好的柔性，当加工对象变换时，只需重新编制加工程序即可，原来的程序可存储备用，不必像组合机床那样需要针对新加工零件重新设计机床，致使生产准备时间过长。数控机床一般由输入装置、数控系统、伺服系统、测量环节和机床本体(组成机床本体的各机械部件)组成。10数控铣削加工中心刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机带制动器伺服电机主轴电机伺服电机数控系统电控柜1-摆动主轴2-床身3-刀库4-滑座5-数控回转工作台6-机床操作面板7-数控系统界面8-防护门9-强电控制柜立式加工中心1234567891.2.1数控技术的产生及特点1）数控技术的产生自动机床、组合机床和专用机床组成的自动半自动生产线是用于对大批量的产品进行高效加工的重要装备。宇航、造船、机床、重型机械及国防工业的零部件，精度要求高、形状复杂、加工批量小，并且改型频繁、更新换代快的零件，迫切需要一种灵活的、通用的、能适应产品频繁变化的“柔性”自动化机床。这类加工设备即是数控机床。数控机床是怎么样的装备？它们具有什么特点？其组成和工作原理如何？发展状况如何？将是我们学习的重点。车削加工零件铣削加工的零件加工中心加工的零件2）数控加工的特点（1）加工精度高、质量稳定数控机床是以数字形式给出指令进行加工的，当前的脉冲当量可达到0.01-0.0001mm，进给传动链的反向间隙与丝杆螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床可以获得比机床本身精度更高的加工度，且加工质量稳定。（2）生产效率高数控机床主轴转速和进给量的变化范围比普通机床大，每一道工序都可选用最佳的切削量，提高了数控机床的切削效率。数控机床快速移动和定位均可控制，从而缩短了辅助加工时间。工件装夹时间短，对刀、换刀快，节省了工件安装调整时间。(3)适应性强采用数字程序控制，使加工对象改变时，只要重新编制零件程序，就能够实现对新零件的自动化生产。因此在同一台机床上可实现对不同品种及尺寸规格工件的自动加工而无须制造、更换许多工具、夹具和检具，这就为复杂结构的单件、小批量生产以及新产品试制提供了极大的便利。(4)良好的经济效益数控机床的适应性强，在单件、小批生产情况下，可节省工艺装备费用、辅助生产工时、生产管理费用以及降低废品率，从而使生产成本下降。此外，数控机床可实现一机多用。（5）自动化程度高、劳动强度低数控机床是按预先编制好的编程序自动完成零件加工的，操作者一般只需装卸工件、操作键盘而无须进行繁杂的重复性手工操作，因而大大减轻了操作者的劳动强度和紧张程度，改善了劳动条件，可实现一人管理多台机床加工。（6）有利于实行现代化生产管理采用数控机床加工，能很方便地准确计算零件加工工时、生产周期和加工费用，并有效地简化了检验以及工夹具和半成品的管理工作。利用数控系统的通信功能，采用数控信息与标准代码输入，易于实行计算机联网，实现CAD/CAM一体化。3）计算机数控的工作原理工作原理如图所示，先根据零件图的要求确定零件的加工的工艺过程、工艺参数和刀具数据，再按编程手册规定编写零件的加工程序，然后通过MDI或DNC方式输入到数控系统中，在数控系统的控制下进行处理和计算，发出指令，通过伺服系统使机床按规定轨迹运动，从而加工零件。工作过程：（1）输入：边输入边加工或一次性输入分段加工；（2）译码：将程序翻译成计算机识别的语言；（3）数据处理：刀具补偿、速度计算、和辅助功能处理（4）插补：在已知曲线方程、起点、终点以及进给速度后，在起点和终点之间实现数据点的密化；（5）伺服控制：将插补完成的位置增量进行伺服计算，并将结果发送到伺服驱动接口中；（6）程序管理：当一个曲线段开始插补时，管理程序即着手准备下一个程序的读入、译码、数据处理。主轴伺服单元数控装置输出设备PLC进给伺服单元主轴电机进给电机位置检测机床本体接口电路操作面板输入设备数控机床的逻辑组成1.2.2数控机床的组成和作用1）数控车床组成：如图为数控机床的组成框图。除了机床本体以外的部分统称为数控系统，数控装置是数控系统的核心。1）输入/输出设备2）数控装置3)伺服单元4）PLC及接口5)机床本体6)测量装置要求：为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的应具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。实现：传动结构简化，传动链短；高动态刚性、高阻尼精度；耐磨性、热变形小；采用高效、高精度的传动部件。2）数控机床机械结构的特点：3）数控机床各组成部分的作用（1）控制介质：程序的载体，是编程人员与数控机床之间联系的纽带(2）数控系统：是数控机床的核心，它根据输入的程序进行运算和控制，并发出相应的信号送到伺服机构，用以驱动机床运动，进行加工操作。(3)伺服系统：数控系统的执行机构，它接受数控系统的指令信息,按指令信息的要求控制执行部件的进给速度、方向和位移。它包括a、进给伺服系统：进给运动的执行机构：包括位置控制单元、速度控制单元、执行电动机、测量回馈单元等部分;b、主轴伺服系统：主轴运动的控制机构：包括主轴控制单元、主轴电动机、测量回馈单元等部分。4)机械系统：a、主轴部件：主轴传动部件主轴脉冲编码器主轴主轴同步齿形带主轴电机b、进给部件：进给传动部件①伺服电机②电机座③导轨滑块④限位信号⑤滚珠丝杠c、实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置数控回转工作台数控分度头d、刀架、刀库和自动换刀装置（ATC）e、机床本体:数控机床大都采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半封闭防护，机械结构大大简化，易于操作及实现自动化。一般为水平床身、倾斜床身和垂直床身。数字控制系统的组成和分类1）数字控制系统该系统是自动读入载体上的数字信息，经过译码，控制机床运动。整个系统包括信息输入、运算和控制、进给伺服驱动和主轴驱动以及机电接口等。其中运算和控制部分，是数控系统的核心,称为数控装置NCU。以计算机系统为主构成的数控系统，运算和控制部分是一个专用的计算机，也称为计算机数控CNC。数控装置有时也简称为数控系统。1.2.3数字控制系统（1）按工艺用途分类：a、金属切削类：数控车（铣、刨、磨）、加工中心b、金属成型类：数控冲床、折弯机、弯管机c、特种加工机床：线切割、电火花、激光切割d、其它类型：数控火焰