模具制造工艺-32

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0.005~0.010mm•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0~90º；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，HRC43~48）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0.3~0.6，吃刀量按4：3：2：1分次加工–走刀量据工件硬度选一般0.09~0.11/转–主轴转速（与孔径有关）直径30~50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5μm级，粗糙度0.2μm，Φ0.8~2003.3.2.1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/min3.精确的坐标定位系统精度2μm4.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-Lsinα-(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3~5μm，粗糙度0.2μm，最小圆弧Rmin3μm（陶瓷砂轮）或100μm（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0.1~0.2•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3~12倍，铣床提高10倍以上）2）加工精度高（定位精度可达0.03~0.01），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（10~100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Ф1.83（GB1990－80）•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~M99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