模具制造工艺学第四章模具零件的机械加工与光整加工.ppt

第 4 章模具零件的机械加工与光整加工§4.1 一般机械加工§4.2 仿形加工§4.3 精密加工§4.4 数控机床加工§4.5 光整加工4.1 一般机械加工§ 模具零件的形状多种多样,精度要求高在加工过程中除了使用车床铣床、刨床、插床和磨床等一般机械加工设备外,还需要使用诸如电火花加工机床、电火花线切割加工机床和精密磨削机床等各种先进设备近年来,加工新技术不断发展,先进设备逐年增加但是,一般机械加工仍然是模具制造中不可缺少的基本手段4.1.1 车削加工§ 车削用于加工内外旋转表面、螺旋面、端面、钻孔、健孔、饺孔及滚花等工件的加工通常经过粗车、半精车和精车等工序而达到要求根据模具零件的精度要求,车削一般是外旋转表面加工的中间工序,或作为最终工序精车的尺寸精度可达IT6 –IT8,表面粗糙度为1.6 ～0.8 um 4.1.1 车削加工§1 对拼式型腔的加工 在模具设计中,为了便于取出工件,往往把型腔设计成对拼式,即型腔的形状由两个半片或多个镶件组成这种情况在注射模、吹塑模、压铸模、玻璃模和胀形模等模具中都比较常见 加工对拼式型腔时,为了保证型腔尺寸的准确性,通常应预先将各镶件间的接合面磨平,互相间用工艺销钉固定,组成一个整体后才进行车削。

4.1.1 车削加工§1 对拼式型腔的加工 4.1.1 车削加工§2 多型腔模具的加工 对于多型腔模具,如果其型腔的形状适合子车削加工,可利用辅助顶尖校正型腔中心,并逐个车出4.1.1 车削加工§2 多型腔模具的加工四型腔塑料模的动模,在车削时,先加工工件外形,并在4个型腔的中心上打样冲眼或中心孔车削时,工件装夹在卡盘上,辅助项尖一端项住样冲眼或中心孔,一端项在车床尾座上,转动车头,用千分表校正辅助项尖外圆,调整工件位置,直至辅助项尖外圆校正为止进行型腔车削,其余型腔用同样方法车削4.1.1 车削加工§3 球面的加工 拉深凸模、弯曲模、浮动模柄、球面垫圈和 塑料模的型芯等零件,往往带有球面若在卧式 车床上增设一个车球面工具,可方便而又准确地 进行球面加工4.1.1 车削加工§3 球面的加工( a )所示,连杆是可以调节的,一端与固定在机床导轨的基准板上的油销饺接；另一端与调节板上的销油饺接,调节板用制动螺钉紧固在中滑板上当中滑板横向自动进给时,由子连杆的作用,使床鞍作相应的纵向移动,而连杆绕基准板上的油销回转使刀尖也作出圆弧轨迹b）所示为车制凹球面时的安装。

4.1.2 铣削加工§ 铣削加工的主要加工对象是各种模具的型腔和型面,其加工精度可达工IT10,表面粗糙度为 1.6 um 若选用高速、小用量铣削,则工件精度可达IT8,表面粗糙度为 0.8 um 铣削时,留 的修光余量,经钳工修光即可得到所要求的型腔4.1.2 铣削加工§ 1 平面或斜面的加工 在立铣上使用端铣刀加工平面或斜面时,生产效率较高这种加工方法在模具零件的平面或斜面加工中得到广泛的应用 4.1.2 铣削加工§ 2 圆弧面的加工 圆转台是立铣加工中常用的附件,利用它可进行各种圆弧面的加工 圆转台安装在立式铣床的工作台上,而工件安装在回转台上安装工件时,必须使被加工圆弧中心与圆转台中心重合,并根据工件形状来确定铣床主油中心是否需要与圆转台中心重合4.1.2 铣削加工§ 3 复杂型腔或型面的加工 对于不规则的型腔或型面,可采用坐标法加 工,即根据被加工点的位置,控制工作台的纵横 （X ,Y）向移动以及主轴头的升降（Z）进行立铣 加工4.1.2 铣削加工§ 4 坐标孔的加工 铣床是以孔加工和立铣加工为主要对象的,在机床上装有光电式数字式读数装置,其加工精度比立式铣床高。

4.1.3 刨削和插削加工§1 刨削加工 刨削主要用于模具零件外形的加工大型零 件需用龙门刨床,中小型零件广泛采用牛头刨床 加工刨削加工的精度可达IT10 ,表面粗糙度为 1.6um 刨削加工§1 平面的加工 对于较小的工件,常用平口钳装夹；对于较大的工件,可直接安装在牛头刨床的工作台上此外,刨削平面时还常用撑板夹紧工件其优点是：便于进刀和出刀；可避免薄工件发生变形；夹紧力能使工件底面贴实垫板刨削加工§1 平面的加工 用撑板装夹刨削加工§（2）斜面的加工 刨削斜面时,可在工件底部垫入斜垫块使之倾斜,并用撑板夹紧工件 对于工件的内斜面,一股采用倾斜刀架的方法进行刨削刨削加工§（2）斜面的加工 利用斜垫板刨斜面刨削加工§（2）斜面的加工 刨V型槽2 插削加工 插床在模具制造中主要用子成形内孔的粗加工,有时也用于大工件的外形加工插床加工时有冲击现象,直采用较小的切削用量生产率和加工表面粗糙度都不高,加工精度为IT10 ,表面粗糙度为1.6um 插床的加工方法主要是根据划线形状,利用插床的纵横滑板和回转工作台插出工件的成形孔或外形。

所加工的内孔一股都留有加工余量,供后续工序精加工用用插床加工直璧外形及内孔还可利用插床滑枕的倾斜,对带有斜度的内孔进行加工4.1.4 磨削加工§ 一般磨削加工是在平面磨床、内圆磨床或外圆磨床上进行的在模具制造中,形状简单（如平面,内圆和外圆）的零件可使用一般磨削加工,而形状复杂的零件则需使用各种精密磨床进行成形磨削4.1.4 磨削加工§ 1 平面磨削§ 平面磨床加工模具零件时,要求分型面与模具的上下面平行,同时还应保证分型面与有关的各平面之间的垂直度加工时,工件通常装夹在电磁吸盘上,用砂轮的周面对工件进行磨削,两平面的平行度小于 ：100,加工精度为IT5-IT6 级,表面粗糙度为～0.2m 砂轮粒度一般在 36～60号,常用为46号4.1.4 磨削加工§ 2 内圆磨削 在内圆磨床上磨孔的精度可达IT6—IT7级,表面粗糙度为0.8 ～0.2 um若采用高精度磨削工艺,尺寸精度可控制在0.005mm 之内,表面粗糙度为 01—0.025um 表面粗糙度要求 1.6- 0.8um 时,采用 46 号砂轮；表面粗糙度要求0.4um 时,采用60～80号砂轮；磨削热导率低的渗碳淬火钢时,采用硬度较低的砂轮。

4.1.4 磨削加工§ 3 外圆磨削 外圆磨床是以高速旋转的砂轮对低速旋转的工件进行磨削,工件相对子砂轮作纵向往复运动外圆磨削的尺寸精度可达IT5--IT6级,表面粗糙度为0.8-0.2um 若采用高光洁磨削工艺,表面粗糙度为0.025um 半精磨时,采用36～46 号砂轮；精磨时,采用60～80号砂轮4.2 仿形加工§ 仿形加工主要用于复杂旋转曲面凸模、型腔 或型孔成形表面的加工仿形加工以事先制成的 靠模为依据,加工时触头对靠模表面施加一定的 压力,并沿其表面移动,通过仿形机构,使刀具作 同步仿形动作,从而在模具零件上加工出与靠模 相同的型面4.2.1 仿形加工的控制方式及工作原理仿形加工的控制方式机械式电控式液压式电液式光电式 机械式仿形 液压仿形 电控式仿形 电液式仿形§ 电液式仿形以电传感器传递信息,利用液压作为动力进行仿形加工仿形加工时,电传感得到的电信号经电液转换机构（电液伺服阀）,使液压执行机构（液压缸、液压马达）驱动工作台作相应的伺服运动为了得到较高的加工精度, 要求电液伺服阀的启动、换向、停止等动作灵敏、准确,并具有较大的功率放大倍数。

这种系统的仿形触头压力约在1--6N 光电式仿形§ 光电式仿形是利用光电传感器传递信息的这种方法一般只用子平面轮廓仿形加工,如冲裁模、凸轮、样板、靠模板等的加工加工时,不需要靠模,只需图样,由光电跟踪接受图样反射的光信号,经光敏元件转换成电信号送往控制部分进行变换处理和放大后,分别控制X、Y两个方向的伺服动机带动工作台作仿形运动由于图样平台、工作台、光电跟踪头和铣头都是刚性连接,故仿形铣削只能按图样与工件1:1进行,而且对图样绘制精度要求较高 4.2.2 仿形加工工艺§ 在仿形铣床上加工型腔的效率高,由于铣刀强度的限制,不能加工出内清角和较深的窄槽等,因此,对于要求较高的模具来说,仿形铣削一股只作为粗加工工序,加工时留一定的余量,供电火花加工作精加工用其粗加工效率为电火花加工的 40--50倍,尺寸精度可达0.05mm,表面粗糙度为 ～6.3um 仿形铣削之前,先做好准备工作,包括制作靠模、仿形触头和铣刀等,然后才进行仿形加工靠模 § 靠模是仿形加工的依据为了保证仿形加工精度,除了要求靠模具有一定的尺寸精度外,还应保证在使用中不产生变形和磨损§ 靠模可分为平面靠模和立体靠模。

平面靠模用于平面轮廊的仿形,它指放大图、样板等立体靠模用于三维复杂表面的仿形,在模具型腔的加工中主要使用立体靠模立体靠模的材料 §1 非金属材料 如木材、树脂混合石青和合成树脂等木材的材质要坚硬而且不易变形,制成靠模后要涂漆或硬化树脂；树脂混合石青是在石青中添加常温硬化性粉沫树脂,以增强耐压能力；合成树脂有酚醛树脂、环氧树脂和聚脂树脂3种,其密度轻、强度好、收缩性小、制作容易合成树脂通常以玻璃纤维作增强材料,用层压浇注法制作靠模复杂的自然曲面立体靠模一股均用非金属材料,其模型可采用人工雕塑的方法加工 立体靠模的材料 § 2 金属材料 如钢、铸铁主要用切削加工法制作靠模,适合于大批量生产有色金属,如铜合金、铝合金、锌基合金和低熔点合金等可用铸造法制作靠模仿形触头 仿形铣削所用的铣刀,应根据加工表面形状来确定加工立体型槽时,采用锥形指状端铣刀,为了得到工件全部曲面形状,铣刀端头的圆弧半径必须小子工件的内圆弧最小半径,锥形铣刀的锥倾角应小于被加工表面的倾角加工平面轮廊型槽,可用端头为平面的铣刀 仿形触头仿形触头 常用的仿形触头有如下3种：圆柱形触头,球头形触头和锥形球头触头。

分别为以圆柱面为仿形基准面,用于平面轮廊和型腔底部清根的仿形；以球头为仿形基准,用于三维型腔的表面加工,可保证在任何方向上触头与靠模曲面都成法向接触；以球头为仿形基准,用于曲率半径较小的深型腔复杂型面的立体仿形铣刀 § 仿形铣刀的尺寸和形状,主要根据型腔的形状,尤其是型面圆角半径的大小来选用粗仿形加工时,用刚度和直径大的铣刀精仿形加工时,用切削刃圆角半径小于工件内凹圆角半径的球头铣刀或小型锥指铣刀 仿形加工常用的铣刀 仿形加工 §仿形加工的基本方式 仿形加工 §型腔或型面的仿形加工§ 因模具型腔或型面的形状多种多样,因此,在 实际加工中应根据工件形状的特点将上面3种仿 形加工基本方式组合起来应用,以便提高加工效 率和表面质量4.2.3 雕刻加工§ 雕刻加工属于机械式仿形的一种它是通过缩放尺进行仿形的雕刻机是用于加工文字、数字、刻度及各种凹凸花纹图案的专用机床,亦可用于小型模具型腔的加工雕刻机种类很多,按其加工表面的类型可分为：平面雕刻机和立体雕刻机、平面雕刻机主要用于雕刻平面上的文字、数字和图案；立体雕刻机除用于平面雕刻外,还可进行小型模具的三维立体面雕刻。

4.2.3 雕刻加工缩放尺仿形触头、靠模和刻刀的要求 § 仿形触头的形状应与靠模表面的形状相适应,其端部尺寸应与靠模尺寸成比例对于粗雕刻和半精雕刻加工最好使用淬硬的仿形触头§ 靠模主要是根据产品及加工要求而定,也可缩小来制作选择比例时,不能单纯考虑几何形状的放大或缩小,更重要的是考虑线条的粗细及靠模上凹凸不平处的放大效果可按 1:1或放大几倍,放大与缩小的效果不同雕刻刀4.3 精密加工§4.3.1 坐标镗床加工§4.3.2 坐标磨床加工§4.3.3 成形磨削4.3.1 坐标镗床加工§坐标镗床加工简介 § 坐标镗床是一种高精度孔加工的精密机床,主要用于加工零件各面上有精确孔距要求的孔坐标镗床加工是在坐标镗床上,利用坐标镗床的精密坐标测量装置,进行高精度的孔径、孔系零件加工的,包括同轴孔、平行孔、垂直孔和交叉孔等所加工的孔不仅具有很高的尺寸精度和几何精度,而且具有极高的孔距精度4.3.1 坐标镗床加工§坐标镗床加工简介 立式双柱坐标镗床 坐标镗床加工简介§ 立式双柱坐标镗床的主轴箱悬伸距离小,而且装在龙门框架上,较易保证机床刚度另外床身和工作台之间层次少,承载能力强,多为大、中型机床。

由于主轴垂直于工作台台面,因此适用于加工水平尺寸大于高度尺寸的工件,以及被加工孔的轴线垂直于安装基准面的扁平工件,如凹模、钻模板、样板等零件坐标镗床加工简介§ 坐标镗床是靠精密的坐标测量装置来确定工作台,主轴的位移距离,以实现工件和刀具的精确定位工作台和主轴箱的位移有粗读数标尺,通过带校正尺的精密丝杠坐标测量装置来控制,表示整毫米位移尺寸毫米以下的读数通过精密刻度尺 ― 光学读数器坐标测量装置,在光屏读数器上读出有的机床是利用光栅数字显示器坐标测量装置来控制精密位移的主要附件§光学中心测定器 主要附件§光学中心测定器 § 光学中心测定器以其锥尾安装在机床主轴的锥孔内光源的光线通过物镜照明工件的定位部分在目镜中可看到工件上刻线的投影,同时,还可看到测定器本体内的玻璃上的两条 使用时,只要将测定器对准工件的基准边或基准线,使它们的影像与两条十字线重合,或处于互相垂直的双刻线的中间即可此时,机床主轴已对准两基准边或基准线的交点主要附件§万能转台主要附件§万能转台§ 万能转台安装在坐标镗床的工作台上,利用圆盘的T形槽可将工件夹紧在圆盘上旋转手轮可使圆盘和工件绕垂直轴回转任意角度,用于加工在圆周上分布的孔。

圆盘回转的读数精度为1另外,旋转手轮可使圆盘和工件绕水平轴作0--360的旋转,用于加工与工件轴线成一定角度的斜孔弹簧中心冲 § 弹簧中心冲用于划线和打中心眼 镗孔夹头和镗刀 § 镗孔夹头是坐标镗床的最重要的附件之一其作用是按被镗孔径的大小精确地调节镗刀刀尖与主轴轴线间的距离镗头以其锥尾插入主轴的锥孔内镗刀装在刀夹内旋转带有刻度的螺钉,可调整镗刀的径向位置,以镗削各种不同直径的孔调整后用螺钉将刀夹锁紧镗孔夹头和镗刀 §镗孔夹头镗孔夹头和镗刀 § 影响坐标镗床加工精度的因素有：机床的定位精度；测量装置的定位精度；机床与工件的温差；加工方法和工具的正确性；工件重量及切削力所产生的机床和工件的热变形和弹性变形；操作工人的技术熟练程度 4.3.2 坐标磨床加工§ 坐标磨床是利用准确的坐标定位实现孔的精密加工,是用高速旋转的砂轮对已淬火的工件的内孔进行磨削加工坐标磨床具有一个精确的坐标定位系统,以保证被加工孔的孔距精度1 坐标磨床简介 § 坐标磨床有3个主要运动：主轴的行星回转和上下往复运动；砂轮的转动坐标磨床是依靠上述 3 个运动的互相配合而实现孔加工的。

§ 砂轮的转速高,以便加工出光洁的表面砂轮可用高频发动机或空气发动机或用液压马达驱动1 坐标磨床简介 2 基本磨削方法§直线磨削§ 直线磨削时 ,砂轮反自转而不作行星运动,工作台作直线运动直线磨削适合于平面轮廓的精密加工2 基本磨削方法§端面磨削§ 端面磨削时,调整行星运动至所要求的外径或外形,砂轮作轴向进给运动,以砂轮的端面及尖角进行磨削,又如切入磨削端面磨削时,由子热量和切屑不易排出，使磨削条件恶劣,为了提高磨削效率和便于排屑,须将砂轮底面修成 3cm左右的凹面磨削台肩孔时,砂轮直径约为大孔半径与通孔半径之和磨削盲孔时,砂轮直径约为孔径的一半2 基本磨削方法§端面磨削2 基本磨削方法§插磨§ 插磨是利用专门的磨槽附件进行的,磨削前卸下高速磨头换成磨槽机构这种方法可以对型槽及带清角的内外型腔进行磨削2 基本磨削方法§内孔磨削§ 利用砂轮的高速自转、行星运动和主抽的直线往复运动,可进行内孔磨削§ 进行内孔磨削时,砂轮直径受孔径的限制,砂轮直径约为孔径的3/4 左右,当孔径大于20mm时,砂轮直径应当适当减小,孔径小于8mm时砂轮直径应当适当增大。

砂轮直径约为芯轴直径得1.5 倍当芯轴直径过小时,磨削表面会出现磨削波纹2 基本磨削方法§内孔磨削2 基本磨削方法§外圆磨削§ 外圆磨削也是利用砂轮的自转、行星运动和主轴的直线往复运动实现的, 磨削外圆是利用行星运动直径的缩小来实现径向进给的2 基本磨削方法§锥孔磨削 § 磨削锥孔时,由磨床的专门机构使砂轮主轴在作轴向进给的同时,连续改变行星运动半径锥孔的锥项角大小取决于两者变化的比值,锥项角的最大值为12磨削锥孔的砂轮应修正成相应的锥项角值2 基本磨削方法§锥孔磨削 4.3.3 成形磨削§1 概述§ 成形磨削是精加工成形表面的一种方法在模具制造中,成形磨削主要用于精加工凸模、拼块凹模及电花加工用的电极等零件具有高精度、高效率的特点§ 成形磨削,久是把复杂的成形表面分解成若干个平面、圆柱面等简单形状,然后分段磨削,并使其连接光滑、圆整,达到图样要求成形磨削具有高精度、高效率的优点,它可对热处理淬硬后的凸模拼装凹模进行精加工,因此可以消除热处理变形对精度的影响,提高模具制造精度4.3.3 成形磨削§成形磨削的方法 成形砂轮磨削法 § 成形砂轮磨削法是利用修整砂轮工具, 将砂轮修整成与工件型面完全吻合的相反型面,然后用此砂轮磨削工件,获得所需要的形状。

§ 采用成形砂轮磨削法时,首先要把砂轮修整成所需的形状,然后用此砂轮来磨削工件成形砂轮的修整有车削法和滚压法两种车削法主要采用大颗粒金刚石作为修理工具,用于单件或小批量工件的磨削滚压法是用滚压轮修整成形砂轮的方法成形砂轮磨削法 §砂轮角度的修理§ 修理砂轮角度的夹具是按正弦原理设计的旋转手轮,通过齿轮和滑块上的齿条传动,可使装有金刚刀的滑块沿着正弦尺座的导轨往复移动正弦尺座可以绕芯轴转动转动的角度用正弦圆柱与平板之间垫量块的方法控制,当转动至所需的角度后,用螺母正弦尺座压紧在支架上然后旋转手轮,使金刚刀往复运动即可修理出一定角度的砂轮这种工具可修整0～100的各种角度的砂轮成形砂轮磨削法 §砂轮角度的修理 成形砂轮磨削法 §砂轮圆弧的修整§ 修整砂轮圆弧的夹具种类较多它由摆杆、滑座和支架等组成金刚刀固定在摆杆上当转动手轮时,滑座、摆杆和金刚刀等均绕主油中心回转,其回转的角度用固定在支架上的刻度盘、指块和角度标来控制通过螺杆使摆杆在滑座上移动,可以调节金刚刀尖至回转中心的距离根据金刚刀尖的位置不同,可以修整出凸圆弧或凹圆弧的砂轮成形砂轮磨削法 §砂轮圆弧的修整成形砂轮磨削法 §砂轮非圆弧曲面的修整§ 当被磨削工件成形表面的形状复杂,且其轮廓线不是圆弧的曲面时,可用专门的靠模工具修整砂轮。

金刚刀固定在靠模工具上,在支架上装有靠模样板,靠模工具的下部有平面触头使用时,手持靠模工具,使触头紧靠样板并沿样板曲线移动这样便能修整出所需曲面形状的砂轮修整时,为了保证修出的砂轮形状准确,必须使金刚刀尖在通过主轴中心的水平面内运动成形砂轮磨削法 §砂轮非圆弧曲面的修整3 夹具磨削法§ 夹具磨削法是指将工件按一定的条件装夹在 专用的夹具上,在加工时通过夹具调整工件的位 置、移动或转动夹具进行磨削,从而获得所需要 的形状§ 成形磨削的夹具有正弦精密平口钳、正弦磁 力台、正弦分中夹具、万能夹具等3 夹具磨削法§正弦精密平口钳§ 正弦精密平口钳由带有精密平口钳的正弦尺和底座组成工件装夹在平口钳中,为使工件倾斜一定角度,需在正弦圆柱和底座的定位面之间垫入量块§ 正弦精密平口钳用于磨削零件上的斜面,最大的倾斜角度为45若与成形砂轮配合使用,可磨削平面与圆柱面组成的复杂平面3 夹具磨削法§正弦精密平口钳3 夹具磨削法§正弦磁力台§ 正弦磁力台与正弦精密平口钳一样按正弦原 理设计,区别仅在于用电磁吸盘代彗平口钳装夹 工件,方便迅速正弦磁力台用于磨削工件的斜 面,其最大倾斜角度为45。

适于磨削扁平工件3 夹具磨削法§正弦磁力台3 夹具磨削法§正弦分中夹具§万能夹具§ 万能夹具是成形磨床的主要部件,也可作力平面磨床用的成形磨削夹具主要由工件装夹部分、回转部分、十字滑板和分度部分组成§ 万能夹具比正弦分中夹具更为完善,它能使工件回转,并通过十字滑板,使工件在两个互相垂直的方向上移动,以调整工件的回转中心,使它与夹具主轴的中心重合,因此万能夹具能够完成不同轴线的凸、凹圆柱面的磨削工作§ 工件用万能夹具装夹的方法通常有下列几种：螺钉装夹法；精密平口钳装夹法；电磁吸盘装夹法3 夹具磨削法万能夹具4 在光学曲线磨床上进行成形磨削§ 光学曲线磨床用于磨削平面、圆弧面和非圆弧形的复杂曲面,特别适合于单件或小批生产中各种复杂曲面的磨削工件§ 在光学曲线磨床上进行成形磨削是利用光学投影放大系统将工件放大影像到屏幕上,与夹在屏幕上的工件放大图对照加工时操作砂轮,将越过图线的余量磨去直到工件的轮廓与图像轮廓全部重合4 在光学曲线磨床上进行成形磨削 4.4 数控机床加工§4.4.1 概述数控机床的特点§ 数控机床在模具加工中占有重要的位置。

如 数控车床、数控铣床、数控磨床、数控镗床和数 控电火花机床等设备在形状复杂和高精度的成形 表面加工中,在保证加工质量和提高生产效率等 方面发挥了重要的作用4.4.1 概述§数控机床的主要优点§1 自动化程度高,生产率高数控机床对零件的 加工是按事先编好的程序自动完成的,不需要 进行繁重的重复性手工操作,其自动化程度 高同时,由于数控机床能有效地减少加工零 件所需要的机动时间和辅助时间,因而其加工 生产率比普通机床高很多4.4.1 概述§数控机床的主要优点2 加工精度高,产品质量稳定对于中、小型数控机床,定位精度普遍可达0.03mm,重复定位精度为0.01mm,故其加工精度高而且,数控机床的自动加工方式还可以避免生产者的人为操作误差,产品质量稳定4.4.1 概述§数控机床的主要优点3 适应性强当工件改变时,只需要重新编制程序,更换一条新的穿孔带或者手动输入程序即可这就为单件、小批量生产和新产品试制提供了极大的便利条件4.4.1 概述§数控机床的基本工作原理§ 数控机床一股由以下几部分组成：穿孔带或磁盘等控制介质、数控装置、伺服系统和机床。

§ 控制介质或称为信息载体是储存和运载信息的工具,是人与机床之间建立某种联系的媒介其上记载着从程序单给出的机床控制信息4.4.1 概述§数控机床的基本工作原理§ 数控机床加工工件,首先要将被加工工件图上的几何信息和工艺信息数字化,用规定的代码程序格式编写加工程序,并存储到程序载体内,然后用相应的输入装置, 将所编的程序指令输入到CNC单元 CNC单元将程序进行译码运算之后,向机床各个坐标的伺服系统和辅助控制装置发出信号,以驱动机床的各运动部件,并控制所需要的辅助动作,最后加工出合格的工件4.4.1 概述§数控机床的分类1 按控制刀具相对工件移动的轨迹可分为点位移控制系统、直线控制系统和连续控制系统2 按数控装置与机床的关系可分为内插补控制系统和外插补控制系统 3 按被调量有无检测及反馈可分为开环控制系统、闭环控制系统以及半闭环控制系统4.4.2 数控加工的程序编制§确定工艺过程§ 选择适合数控加工的工件和合理的加工工艺是提高数控加工技术经济效果的首要因素只有那些属于小批量特别是重复投产、表面复杂、加工中需要测量、需要精密钻镗夹具等类零件,才是数控加工最合适的加工对象。

在制订零件工艺时,应根据图样对工件的形状、技术条件、毛坯及工艺方案等进行详细分析,从而确定加工方法定位夹紧方法及工步顺序,并合理选用机床、刀具及切削用量等4.4.2 数控加工的程序编制§确定工艺过程4.4.2 数控加工的程序编制§运动轨迹的坐标计算§ 根据零件图的儿何尺寸,进给路径以及设定 的坐标系计算粗、精加工时各运动轨迹的坐标值, 如运动轨迹的起点与终点、圆弧的圆心等坐标尺 寸；对圆形刀具,有时还要计算刀心运动轨迹的 坐标,对非圆曲线,还要计算逼近线段的交点坐标 值,并限制在允许误差范围以内4.4.2 数控加工的程序编制§编写加工程序单§ 由计算出的运动轨迹坐标值和已确定的运动顺序、刀号、切削参数以及辅助动作等,按照数控装置规定使用的功能指令代码及程序段格式,逐段编写加工程序单程序段之前加上程序的顺序号,其后加上程序段结束符号此外,还应附上必要的加工示意图、刀具布置图、机床调整卡、工序卡以及必要说明4.4.2 数控加工的程序编制§制备控制介质§ 程序单只是程序设计完成后的文字记录,因 此,必须将程序单的内容制成穿孔带,作为数控装 置的输入信息。

4.4.2 数控加工的程序编制§程序校验和首件试切§ 程序单和所制备的控制介质要经过校验和试切削后才能正式使用一般的方法是将控制介质上的内容直接输入到 CNC 装置进行机床的空转检查,即在机床上用笔代替刀具,坐标纸代替工件进行空运转画图,检查机床运动轨迹的正确性在具有CRT屏葛图形显示的数控机床上,用图形模拟刀具相对工件的运动则更为方便,但这些方法只能检查运动是否正确,不能查出由于刀具调整不当或编程计算不准而造成工件误差4.4.2 数控加工的程序编制计算机零件编程§ 计算机零件编程常称自动编程它是用一台通用计算机配上打印机和自动穿孔机即可自动完成几乎全部的编程内容计算机辅助编程可显著减轻劳动强度和缩短编程时间,使用也十分方便,零件表面愈是复杂、工艺过程愈是多样繁琐,其技术经济效果也就愈高因此,目前自动编程技术已被广泛应用4.4.2 数控加工的程序编制§手工编程§ 手工编制程序就是在编程全过程中,全部或主要由人工进行对于几何形状不太复杂的简单零件,所需的加工程序不多,坐标计算也较简单,穿孔带不长,出箱的机率小,这时用手工编程就显得经济而且及时手工编程主要应用于简单的点位加工及直线与圆弧组成的轮廊加工中。

国外统计,用手工编制如复杂的箱体这类程序量很大的零件的程序,其编程时间比在机床上加工时间要长得多（约 30 : 1 ) 4.4.3 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§ 机械加工中,经常遇到各种平面轮廊和立体轮廓的零件,如模具、螺旋桨、叶片、凸轮等其母线形状除直线和圆弧外,还有各种曲线,如以数学方程表示的抛物线、双曲线、阿基米德螺线等曲线和以离散点表示的列表曲线由于这类零件的型面复杂,需要多坐标联动加工,因此,采用数控铣床加工的优越性就特别显著1 平面与曲面加工的工艺处理§平面轮廊加工§ 这类零件的表面多由直线和圆弧或各种曲线构成,常用两坐标联动的三坐标铣床加工，是生产上最常见的一种程编也比较简单1 平面与曲面加工的工艺处理§（2）曲面轮廊加工§ 立体曲面的加工,根据曲面形状、刀具形状（球状、柱状、端齿）以及精度要求采用不同的铣削方法,如二轴半、三轴、四轴、五轴等插补联动加工曲面轮廊加工§两坐标联动的三坐标行切法加工 曲面轮廊加工§三坐标联动加工§ X、Y、Z 三坐标可同时插补联动用三坐标联动加工曲面时,通常亦用行切方法,同样, P 平面为平行于 Y , g 坐标面的一个行切面,要求它与曲面的交线心为一条平面曲线,则应使球头刀与曲面的切削点总是处在平面曲线ab上,以获得规则的残留沟纹,保证加工质量。

三坐标联动加工常用于复杂空间曲面的精确加工但编程计算较为复杂,所用机床的数控装置还必须具备三坐标联动功能曲面轮廊加工§三坐标联动加工曲面轮廊加工§四坐标加工 采用圆柱铣刀周边切削,并用四坐标铣床加工即除3个直角坐标运动外,为保证刀具与工件型面在全长始终贴合,刀具还应绕O1作摆角联动由于摆角运动,导致直角坐标需作附加运动,其编程计算较为复杂曲面轮廊加工§四坐标加工 曲面轮廊加工§五坐标加工§ 某些复杂的空间曲面（如螺旋浆）需要五坐 标加工其编程计算相当复杂棱角过渡的处理 § 当铣削棱角轮廊时,若刀心位移量与轮廊尺 寸相同,则会产生刀心轨迹不连续（外轮廓）或 干涉（内轮廓）现象为此手工编程时,应考虑 棱角处的过渡轨迹或过渡程序 4.5 光整加工§ 光整加工是以降低零件表面粗糙度,提高表 面形状精度和增加表面光泽为主要目的的研磨和 抛光加工,统称为光整加工在模具加工中,光整 加工主要用于模具的成形表面,它对提高模具寿 命和形状精度,以及保证顺利成形都起着重要的 作用4.5 光整加工§ 目前,对模具成形表面的精度和表面粗糙度 要求越来越高,特别是高寿命、高精密模具,精度 发展到微米级精度,除了在加工中选用高精度、 自动化的加工设备外,研磨抛光加工也是实现高 精度的重要一环。

因此,多数情况需要依靠研磨 抛光来去除变质层,以保证成形表面的精度和表 面粗糙度要求4.5 光整加工§ 在对研磨抛光分类时,按研磨抛光过程中人 工参与的程度,可分为手工作业研磨抛光和机械 设备研磨抛光；按磨料在研磨抛光过程中的运动 轨迹,可分为游离磨料研磨抛光和固定磨料研磨 抛光；按研磨抛光的机理,可分为机械式研磨抛 光和非机械式研磨抛光；按研磨抛光剂使用的条 件,可分为湿研、干研和半干研4.5.1 手工研磨抛光§ 模具生产属于单件生产,不同模具成形表面 不同,研磨抛光部位形状又比较复杂, 特别是型 腔中的窄缝、盲孔、深孔和死角很多,因此,手工 研磨抛光仍然占有重要位置研磨抛光剂 §磨料 磨料在机械式研磨抛光加工中对被加工表面起着微切削作用和微挤压塑性变形作用,磨料选择正确与否对加工质量起着重要作用磨料的选择主要有磨料的种类和粒度 研磨抛光剂 §磨料 研磨抛光剂 §磨料 磨料粒度的选择依据是研磨抛光前被加工表 面的粗糙度情况以及研磨抛光后的质量要求,祖 加工时选择颗粒尺寸较大的粒度,精加工时选择 颗粒尺寸较小的粒度。

磨料的粒度以磨料颗粒尺 寸的大小区别,常用的有两种分类方法,即筛分法 和显微镜分析法研磨抛光剂 §磨料 研磨抛光剂 §研磨抛光液§ 研磨抛光液在研磨抛光过程中起着调合磨料、使磨料均匀分布和冷却润滑作用,通过改变磨料和研磨抛光液之间的比例来控制磨料在研磨抛光剂中的含量研磨抛光液有矿物油、动物油和植物油 3 类, 10 号机油应用最普迫,煤油在粗、精加工中都可使用升猪油中含有油酸活性物质,在研磨抛光过程中与被加工表面产生化学反应,加速研磨抛光过程,又增加了零件表面光泽研磨抛光剂 §研磨抛光膏§ 研磨抛光膏是由磨料和研磨抛光液组成的研磨抛光剂,研磨抛光膏分硬磨料研磨抛光膏和软磨料研磨抛光膏两类§ 硬磨料研磨抛光青中的磨料有氧化铝、碳化硅、碳化硼和金刚石等,常用粒度为 200号 240号、 W40 等磨粉和微粉,磨料硬度应大于工件硬度研磨抛光剂 §研磨抛光膏§ 软磨料研磨抛光膏中磨料多为氧化铝、氧化 铁和氧化铬等,粒度为W20及以下的微粉软磨料 研磨抛光膏中含有油质活性物质,使用时根据需 要可以用煤油或汽油稀释 研磨抛光工具 §研具材料 直接和被加工表面接触的研磨抛光工具称为研具。

研具的材料很广泛,原则上研具材料硬度应比被加工材料硬度低,但研具材料过软,会使磨粒全部嵌入研具表面而使切削作用降低一股地,研具材料的软硬程度、耐磨性应该与被加工材料相适应研磨抛光工具 §研具材料 研具材料有低碳钢、灰铸铁、黄铜和紫铜, 硬木、竹片、塑料、皮革和毛毡也是常用材料 低碳钢由于强度比灰铸铁高,用于较小孔径的研 磨灰铸铁中含有石墨,所以耐磨性润滑性及 研磨效率都比较理想,灰铸铁研具用于淬硬钢、 硬质合金和铸铁材料的研磨黄铜和紫铜用子研 磨余量较大的情况,加工效率也比较高研磨抛光工具 §研具材料§ 精密固定磨料研磨抛光研具的材料是低发泡氨基甲酸（乙）脂油石进行精密加工,其研磨抛光机理也是微切削作用,当加工压力增大时,油石与加工表面接触压强增大,参加微切削的磨粒增多,加速研磨抛光过程研磨抛光工具 §普通油石 普通油石一股用于粗研磨,它由氧化铝、碳 化硅磨料和粘结剂压制烧结而成使用时根据型 腔形状磨成需要的形状,并根据被加工表面的粗 糙度和材料硬度选择相应的油石当被加工零件 材料较硬时,应该选择较软的油石,否则反之当 被加工零件表面粗糙度要求较高时,油石要细一 些,组织要致密。

研磨抛光工具 §研磨平板 研磨平板主要用于单一平面及中小镶件端面 的研磨抛光,如冲裁凹模端面、塑料模中的单一 平面分型面等研磨平板用灰铸铁材料,并在平 面上开设相交成60或90,宽1～3mm，距离为 15～20mm的槽,研磨抛光时在研磨平板上放些微 粉和抛光液进行研磨抛光工具 §内圆研磨芯棒 研磨内圆表面的一种研具,根据研磨零件的 外形和结构不同,分别在钻床、车床或磨床上进 行研磨芯棒有固定式和可调式两类固定式研 磨芯棒的外径不可调节,芯棒外圆表面做有螺旋 槽,以容纳研磨抛光剂固定式芯棒一般由模具 钳工在钻床上进行较小尺寸圆柱孔的加工研磨抛光工具 §内圆研磨芯棒 研磨抛光工具 §外圆研磨§ 外环研磨环是在车床或磨床上对外圆表面进行研磨的一种研具研磨环有固定式和可调式两类,固定式的研磨环的研磨内径不可调而可调式的研磨环的研磨内径可以在一定范围内调节,以适应环磨外圆不同或外圆变化的需要一般研磨环内径尺寸应比被加工零件外径大 0.025 ～0.05mm,环磨环长度取被研磨件长度的25％--50％为宜研磨抛光工具 §研磨抛光辅助工具电动直杆旋转式 电动弯头旋转式 电动往复式 研磨抛光辅助工具§电动直杆旋转式 手持电动直杆旋转式研磨抛光工具。

研磨抛光夹头高速旋转,夹头上配以各种研抛工具,可进行复杂型面的研抛加工夹头上可以配置2—12mm的特形金刚石砂轮研抛不曲率的凹弧面配以R4 ～R12 的塑胶研抛套或羊毡抛光轮,鲜以研抛复杂形状的型腔或型孔. 研磨抛光辅助工具手持电动直杆旋转式研磨抛光工具研磨抛光辅助工具§电动弯头旋转式 手持电动弯头旋转式研抛工具的原理和结构与直杆式一样,主要特点是可以伸入型腔,对有角度的拐槽、弯角部位进行研抛加工研磨抛光辅助工具§电动往复式 手持电动往复式研抛工具的特点是重量轻,约使用时操作灵活方便,工作时手握研磨柄,动力从软轴传来带动球头杆做直线往复运动,球头杆的往复最大行程为20mm,往复次数为5000球头杆前端配2～6mm大小的圆形或矩形研磨环,可进行狭长沟槽进行研磨球头杆可以卸下,安装油石夹头,砂纸夹头、金刚石什锦锉刀等,可以进行较大尺寸平面或曲面的研磨抛光研磨抛光工艺过程 §研抛步骤及注意事项 研磨抛光加工一般经过4个阶段：粗研磨——细研磨——精研磨——抛光 4个阶段中总的研抛次数依据研抛余量以及初始和最终的表面祖糙度和精度而定料的粒度从粗到细,每次更换磨料都要清洗好工具和零件。

研磨抛光工艺过程 §研抛步骤及注意事项§ 研磨抛光过程磨料的运动轨迹要保证被加工表面各点均有相同的或近似的切削条件和磨削条件磨料的运动轨迹可以往复、交叉,但不应该重复要根据被加工表面的大小形状选择适当的运动轨迹形式,可以有直线式、正弦曲线式、摆线式、椭圆线式和无规则圆环式等研磨抛光工艺过程 §研抛余量 研抛余量大小取决于零件尺寸原始表面粗糙度、精度和最终的质量要求,原则上研抛余量只要能去除表面加工痕迹和变质层即可研抛余量过大,使加工时间增多,研抛工具和材料消耗增多加工成本增大；研抛余量过小,加工后达不到要求的表面粗糙度和精度4.5.2 挤压研磨抛光§基本原理 挤压研磨抛光是利用一种含有磨料和油泥状的弹粘性高分子介质混合组成的粘性研磨抛光剂,在一定压力作用下通过被加工表面,由于磨料颗粒的刮削作用去除被加工表面的微观不平材料的工艺方法磨料颗粒相当于“软砂轮”在流动中紧贴零件加工表面的磨料,由于压力摩擦和切削作用, 将“切屑”从被加工表面刮离4.5.2 挤压研磨抛光§特点 适用范围广，由于研磨抛光剂是一种半流体状态的弹粘性介质,可以和任何复杂形状的被加工表面相吻合,所以适用于各种复杂表面的加工。

同时加工材料范围广,无论是高硬度模具材料,还是铸铁、铜、铅等材料,以及陶瓷、硬塑料等非金属材料4.5.2 挤压研磨抛光§特点 研磨抛光效率高，挤压研磨抛光的加工余量一般为0.01 – 0.1mm,所需要的研磨抛光时间为几分钟至十几分钟即可完成与手工研磨抛光相比,大大提高了生产率4.5.2 挤压研磨抛光§特点 抛光效果好，抛光后的尺寸精度、表面粗糙度和抛光前的原始状态有关经过电火花线切割加工后的表面,经挤压研磨抛光后表面粗糙度可达～0.05um ,尺寸精度为一 0.0025mm,完全可以去除电火花加工的表面质量缺陷但是挤压研磨抛光属于均匀“切削”,它不能修正原始加工的形状误差弹粘性研磨抛光剂 § 弹粘性研磨抛光剂也称为粘性磨料,它由磨料和特殊的流动介质均匀混合而成弹粘性研磨抛光剂的性能优劣直接影响到抛光效果弹粘性研磨抛光剂 § 对它的基本要求是：具有一定的流动性和弹枯性,以适应不同表面的加工,它在通过零件型面时应有足够的切削力,磨料颗粒在流体介质中要均匀分布并要求介质有很强的内聚力,以防止流体粘到磨料表面形成一层薄膜,使磨料丧失切削作用；内摩擦力要小,能使磨料本身根好地传送压力,使磨料顺利通过被加工表面进行往复切削运动；稳定性好,使用寿命长；切削作用强,加工速度诀,有明显的抛光和去毛刺作用,对人体无伤害；粘性磨料虽然是柔软的,但不能发粘,粘到零件表面,给零件清洗造成困难。

机床简介和夹具§机床 目前,国内外挤压研磨抛光机多为立式对置活塞式,通过两活塞的运动,迫使研磨抛光剂作上下流动上磨料室固定在机床活动横梁上,活动横梁在两立柱上可以上下移动,夹具和被抛光的零件安装在上、下磨料室之间,通过夹紧液压缸使活动横梁完成夹紧机床简介和夹具§机床§ 上、下磨料室内的上、下活塞由两个挤压液压缸驱动,作上下往复运动工作时先装弹粘性研磨抛光剂装于下磨料室,通过夹紧缸将被加工零件和夹具夹紧在上、下磨料室之间,当下磨料室的活塞向上挤压研磨抛光剂时,使它通过被抛光表面型腔进入上磨料室当下活塞到上死点位置时,上磨料室的上活塞开始向下挤压研磨抛光剂,使它沿原道返回下磨料室就这样,研磨抛光剂以一定压力在通道中往复运动,完成研磨抛光机床简介和夹具§机床机床简介和夹具§夹具§ 挤压研磨抛光所用的夹具,除要完成定位和夹紧作用外,还应能容纳和引导研磨抛光剂通过零件需要研磨抛光的部位,及阻抗、干扰研磨抛光剂不流过不需要加工的部位因此,夹具在研磨抛光中起着重要的作用,应该根据被加工零件的形状、尺寸和研磨抛光的需要进行设计对于某些零件,直接安装和固定在上、下磨料室之间犹可进行研磨抛光,不需要夹具。

机床简介和夹具§夹具4.5.3 其他光整加工 § 程序控制抛光 在加工非球面透镜塑料注射模成形表面,成 形表面的粗糙度要求较低,而且形状精度误差在 1um之内,甚至高达～程序控制抛 光机,能解决高质量表面抛光和形状复杂的抛出, 它适应于各种复杂曲面高精度的研磨抛光 程序控制抛光§设备和控制§ 程序控制抛光机包括：专用计算机、数控系统、机械系统和附件等部分组成§ 加工前,被加工工件的材料状态、抛光前表面质量参数和加工尺寸参数,与研磨抛光后的表面质量要求等参数输入到计算机后,计算机自动设定各项加工工艺参数也可进行人机对话修正加工工艺参数,并且进行各种形状曲面的运动轨迹控制、加工压力控制为了保证加工的均匀性,可以改变抛光头的运动速度和移动加工表面,根据需要变化工作台的回转速度 程序控制抛光§附件 万能磨头 微负荷磨头 倾斜工作台 附件§万能磨头 它适于进行表面粗糙度要求较低的复杂曲面加工万能磨头采用万能联轴节式的自动仿形,事先向计算机输入原始数据,由计算机发出指令,用气缸和电动气动变换装置进行加工压力负荷控制附件§微负荷磨头 磨头驱动面上设有气动滑板,利用微小配重,进行微小负荷研磨。

微负荷磨头适用于研磨抛光曲率特别小的工件,及微细状态修正时的精密加工附件§倾斜工作台 倾斜工作台主要用于球面、非球面和圆柱面的加工为了在研磨时降低前工序的原始形状精度,应使抛光机始终保持在加工表面的法线上加工前, 将工件表面的曲率半径、形状高度和有关参数输入到计算机,通过计算机和数控装置来控制工用台的倾斜角度,保证工件表面以法线方向进行研磨抛光加工质量 喷丸抛光 § 喷丸抛光是利用含有微细玻璃球的高速干燥流对被抛光表面进行喷射,去除表面微量金属材料,降低表面粗糙度喷丸抛光不同子喷砂,所使用的磨料类型不同,而且喷丸抛光所用的玻璃球的颗粒更细,喷射后的玻璃球并不循环使用§ 影响加工的速度因索有：磨料粒度、喷嘴直径、喷嘴到加工表面的距离、喷射速度和喷射角度习题§1 在普通立式铣床上如何加工规则的成形表面？ §2 仿形铣削加工的原理是什么？可加工什么样的 零件？ §3 利用成形砂轮可磨削什么样的表面？红 u 何 修整砂轮？ §4 分中夹具万能夹具各适用磨削什么样的成形 表面？ §5 在工具曲线磨床上利用万能夹具磨削成形表 面时,怎样装夹和调整？ 习题§6 光学曲线磨床上怎样进行磨削加工？适合磨 削什么样的工件？坐标磨床可进行哪些表面的 磨削加工？§7 坐标磨床可进行哪些表面的磨削加工？ §8 数授铣加工成形表面有哪些特点？ §9 数控铣床与卧式升降台铣床的最主要区别是什 么？ §10 成形零件表面研抛加工有哪些方法？需用哪 些器具？ §11 抛光加工会出现什么质量问题？如何解决？。