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第三章模具数控加工工艺基础在数控机床上加工零件与在普通机床上加工零件所涉及的工艺问题大致相同。首先要对被加工零件进行工艺分析和处理，然后根据工艺装备(机床、夹具、刀具等)的特点拟定出合理的工艺方案，最后编制出零件加工的工艺规程(简称工艺)或加工程序。第三章模具数控加工工艺基础第一节模具数控加工工艺特点一、数控加工工艺的概念数控加工工艺是采用数控机床进行零件加工所使用的方法和技术手段的总和，它是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，是大量数控加工实践的经验总结。数控加工工艺内容①对零件图样进行工艺分析，确定零件的数控加工内容，选择加工机床类型。②确定加工工序及工步。③刀具、夹具的选择和调整。④计算和优化加工轨迹，加工程序的编写、校验与修改。⑤首件试加工与现场问题处理。⑥数控加工工艺技术文件的定型与归挡。第一节模具数控加工工艺特点二、数控加工工艺的特点1、数控加工工艺内容要求具体详细。2、数控加工工艺要求更严密、精确。3、数控加工方法的特点：①数控机床所配的刀具较好，在相同情况下，切削用量通常比普通机床大，故其加工效率较高；②数控加工的零件通常比较复杂，应特别注意刀具与夹具、工件间的干涉问题。第二节模具数控加工工艺设计普通加工工艺与数控加工工艺普通加工工艺许多具体工艺问题，如工步的划分与安排、刀具的几何形状与尺寸、走刀路线、加工余量、切削用量等，在很大程度上由操作人员根据实际经验和习惯自行考虑和决定，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定，零件的尺寸精度也可由试切保证。也就是说：加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整。第二节模具数控加工工艺设计数控加工工艺所有工艺问题必须事先设计和安排好，并编入加工程序中。数控工艺不仅包括详细的切削加工步骤，还包括工夹具型号、规格、切削用量和其它特殊要求的内容，以及标有数控加工坐标位置的工序图等。在自动编程中更需要确定详细的各种工艺参数。也就是说，其自适应性较差，加工过程中可能遇到的所有问题必须事先精心考虑，否则导致严重的后果。第二节模具数控加工工艺设计1.零件图工艺分析主要考虑如下内容：①检查零件图的完整性和正确性；②检查零件图上各个方向的尺寸是否采用统一的设计基准，以保证多次装夹加工后其相对位置的正确性。2.工序、工步的设计数控加工的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，具体包括：零件的装夹方法和夹具选用、刀具选择与工步划分以及走刀路线、切削用量选择等。第二节模具数控加工工艺设计2.工序、工步的设计数控加工工艺来源于传统的加工工艺，数控加工工序安排时同样要遵循普通机械加工工艺的基本原则，如“基面先行、先主后次、先粗后精、先面后孔”等原则。一般模具零件加工工序的安排：①重切削，去除零件毛坯上大部分余量②加工发热量小、精度要求不高的内容③精铣模具的曲面等④钻中心孔、小孔，攻螺纹⑤精镗孔、精铣平面、铰孔第二节模具数控加工工艺设计2.工序、工步的设计数控加工中工序划分的方法一般有：①以加工内容划分；②以所用刀具划分；③以粗、精加工划分。☺为了便于分析和描述工序的内容，工序还可进一步划分工步。☺工步---加工过程中切削工具和切削用量中的转速与进给量均不变时，所完成的那部分工序内容。☺工序划分好后，即可对每个工序进行详细的工步设计。第二节数控加工的工艺分析当加工零件和数控机床确定之后，编程人员就要对零件加工工艺进行分析。工艺分析主要从零件数控加工的可能性、程序编制的方便性等方面进行。具体要分析的内容大致有如下七个方面：1)零件毛坯的可安装性分析。为工件定位、安装和夹具设计提供依据。2)毛坯材质的加工性分析。即分析所提供的毛坯材质本身的力学性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夹砂、疏松等。判断其加工的难易程度，为刀具材料和切削用量的选择提供依据。第二节数控加工的工艺分析3)刀具运动的可行性分析。分析工件毛坯(或坯件)外形和内腔是否有碍刀具定位、运动和切削的地方，对有碍部位是否允许进行刀检，为刀具运动路线的确定和程序设计提供依据。4)加工余量状况的分析。分析毛坯(或坯料)是否留有足够的加工余量，孔加工部位是通孔还是盲孔，有无沉孔等，为刀具选择、加工安排和加工余量分配提供依据。5)分析零件图样尺寸的标注方法是否适应数控加工的特点。通常零件图的尺寸标注方法都是要根据装配要求和零件的使用特性分散地从设计基准引注，这样的标注方法会给工序安排、坐标计算和数控加工增加许多麻烦。第二节数控加工的工艺分析数控加工零件图要求从同一基准引注尺寸或直接给出相应的坐标值(或坐标尺寸)，这样有利于编程和协调设计基准、工艺基准、测量基准与编程零点的设置和计算，如下图a。用坐标标注法，编程时就十分方便，如图b。第二节数控加工的工艺分析6)分析零件图样给出构成零件轮廓几何元素的条件是否充分。如果不充分，一是手工编程时无法计算基点或节点的坐标；二是自动编程时，无法对构成零件轮廓的几何元素进行定义。7)分析零件结构工艺性是否有利于数控加工。一是分析零件的外形、内腔是否可以采取统一的几何类型或尺寸，尽可能减少刀具数量和换刀次数；二是分析零件内槽圆角是否过小，不易保证加工质量，零件槽的底部的圆角半径尺是否过大，影响底部铣削。第三节加工内容及工艺路线的确定通过上述工艺分析并结合零件的技术要求，确定加工内容及工艺路线。加工内容和工艺路线是工艺方案拟定的重要内容之一。它涉及到三个方面的问题：一是能否在一台数控机床上，经一次装夹完成零件图样中的全部加工内容；二是所确定的工艺路线是否经济合理；三是工艺路线是否能保证最终加工质量。1．加工内容的确定根据工艺分析和技术要求，确定零件的主要加工表面和非加工表面。数控机床适于多品种、中小批量的生产，特别适合新产品的试生产。第三节加工内容及工艺路线的确定数控车床适于回转类的轴类零件和盘类零件的内外表面。数控镗铣床和立式加工中心适于箱体、箱盖、板类零件、平面凸轮等复杂表面的加工。三轴联动的立式加工中心可以用来加工叶片和模具的表面。卧式加工中心较立式加工中心适宜复杂的箱体零件、曲型零件、泵体、阀体零件表面加工。多轴(五轴)联动的数控镗铣床、五面体加工中心，可以用来加工复杂的曲型面、叶轮螺旋桨以及模具表面。第三节加工内容及工艺路线的确定最适合在数控机床上加工的内容可归纳如下：1)轮廓形状复杂，加工精度较高的零件表面；2)需要制作复杂的工艺装备、工艺路线过长、工装过多的零件表面；3)价值昂贵，加工中不许报废的关键零件表面；4)集铣、钻、镗、扩、铰、攻螺纹等多种工序于一体的箱体零件表面。2．数控加工工序划分在工序划分时要考虑下面3个原则：1)按所用刀具划分工序的原则，这样可以减少换刀次数，压缩空行程和减少换刀时间，减少不必要的换刀误差；3)按先面后孔的原则划分工序，这样可以提高孔加工精度，避免面加工时引起的变形。2)按先粗后精的原则划分加工工序，这样可以减少粗加工变形对精加工的影响；第三节加工内容及工艺路线的确定3．加工余量的选择加工余量泛指毛坯实体尺寸与零件(图样)尺寸之差。零件加工就是把大于零件(图样)尺寸的毛坯实体加工掉，使加工后的零件尺寸、精度、表面粗糙度均能符合图样的要求。通常要经过粗加工、半精加工和精加工才能达到最终要求。因此，零件总的加工余量应等于中间工序加工余量之和。余量大小可参阅有关切削加工手册。4．工件定位与安装的确定工件定位与安装的确定是工艺设计中不可缺少的环节，对任何加工方法来讲都十分重要，合理地选择工件的定位基准和夹压方式是确定工件安装的关键。工件安装的好坏会直接影响工件的加工质量。在工序高度集中的数控机床上加工零件，如何提高零件的定位精度，最大限度地减少零件的夹压变形更为重要，应给予足够的重视。数控车床、数控铣床上加工平面或曲面常采用较为简单的夹具，如三爪或平口钳等。在数控镗床、加工中心上钻孔和镗孔，常采用无钻模的悬臂式加工。这种加工方式有利于大量采用组合夹具，只有特殊的情况下才设计专用夹具。无论是采用组合夹具还是专用夹具，一定要充分考虑数控机床运动的特点，避开夹压点对刀具运动的干涉。4．工件定位与安装的确定工件定位与安装的确定主要包括：(1)选择合适的定位方式(2)确定合适的夹紧方式(3)选择有足够刚度和强度的夹具(1)选择合适的定位方式加工中心的工作台是夹具和工件定位与安装的基础，但因加工中心的形式和工作台的结构差异而有所不同，常见的定位方式有下面5种：1)以侧面定位板定位。利用侧定位板可直接计算出工件或夹具在工作台上的位置，并能保证与回转中心的相对位置，定位安装十分方便。2)以中心孔定位。不管是利用工件的外径或内径进行定位，均能保证工件中心与工作台中心有较高的一致性。3)以中央T形槽定位以中央T形槽进行定位的方式，多用于立式加工中心。通常把标准定位块插入T形槽，使安装的工件或夹具紧靠标准块，达到定位的目的。4)以基准槽定位立式和卧式加工中心上均用这种定位方式，在工作台上除了有基准槽外，还有供夹紧用的T形槽(有的是螺孔)，通常是在基准槽中插人标准定位块或止动块，作为工件或夹具的定位基准。采用高精度的止动件，可使定位精度的保持性较高。5)以基准销孔定位多在立式加工中心辅助工作台上采用，适合于多工件频繁装卸工件的加工方法。第三节加工内容及工艺路线的确定(2)确定合适的夹紧方式考虑夹紧方案时，要注意夹紧力的作用点和方向。夹紧力应力求通过和靠近中心点上，或在支持点所组成的三角区之内，应力求靠近切削部位，并在刚性较高的地方，尽量不要在被加工孔上方进行夹压。(3)选择有足够刚度和强度的夹具夹具主要任务是保证零件的加工精度，因此要求夹具必须具备有足够的刚度和强度。特别对切削用量较大的粗加工夹具，其刚度和强度更为突出。第三节加工内容及工艺路线的确定1.数控加工对刀具的特殊要求①足够的强度与刚度；②刀具的高寿命和高可靠性；③较高的精度；④可靠的断屑。因此要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。(1)数控刀具的结构与选择P362.刀柄数控机床上使用的刀具包括通用刃具和连接刀柄。☺通用刃具有：钻头、铣刀、铰刀、丝锥等；☺刀柄是机床主轴与刀具之间的连接工具。☺刀柄分两类：①用于不带刀库的普通数控机床；②用于带刀库的数控机床第三节加工内容及工艺路线的确定刀柄的标准中国：GB、T10944-1989；美国：ANSIB5.50；德国：DIN68971；日本：MAS403BT刀柄的结构、形式和尺寸多种多样。2.刀柄2.刀柄刀柄编码3.切削刀具第三节加工内容及工艺路线的确定5．选择数控加工刀具(1)数控刀具的结构与选择数控车床使用的刀具，无论是车刀、镗刀、切刀还是螺纹加工刀具均有焊接式和机夹式之分，除经济型数据车床外，目前已广泛地使用机夹式刀具。下图为一现代数控车刀，它主要由刀体、刀片和刀片紧固系统3部分组成。5．选择数控加工刀具1)刀片紧固方式：机夹式车刀按刀片紧固方法的差异可分为杠杆式、楔块式、螺钉式、上压式。下图是上压式紧固系统结构图，它由模块式夹具、销、刀垫和螺钉组成。不同的刀夹方式是为了满足不同用途的需要而设计的。2)刀片材质：按刀片材料分有硬质合金刀片、涂镀刀片、陶瓷刀片、陶瓷金属刀片、氮化硼刀片等。影响刀片选择最重要的因素有零件的加工精度、工件的材料软硬程度、耐热、切屑长短(断屑)、加工的间断或连续、振动倾向等。3)刀片的形状与边长：刀片形状有三角形、正方形、正六边形、棱形和多边形刀片。刀片形状与切削边长均已标准化。4)刀具的编码：在ISO中对可转位嵌刀、车刀架和镗刀架都规定了编码方式，可参考有关资料。数控机床特别是加工中心，主轴转速较普通机床的主轴转速高2～5倍，某些特殊用途的数控机床、加工中心其主轴转速高达数万转，因此数控刀具的强度与寿命至关重要。目前涂镀刀具、立方氮化硼刀具等广泛应用于加工中心，陶瓷刀具与金刚石刀具也开始在加工中心上运用。5．选择数控加工刀具为了提高槽宽的加工精度减少铣刀的种类，加工时可采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽