《模具制造工艺》-模块三

模块三模具数控加工工艺任务一认识模具数控加工工艺的特点任务二设计模具数控加工工艺任务三选择与使用数控机床、刀具和夹具任务四确定走刀路线与加工参数知识链接上一页上一页任务一认识模具数控加工工艺的特点一、数控加工工艺的概念①数控加工是指在数控机床上进行机械零件加工的一种加工技术，它是以数字化的信息处理来实现机床的自动控制与自动运转，从而实现机械零件自动加工的一种先进制造技术。数控加工的突出特点：（a）对加工产品的适应性强、产品加工的精度高且质量稳定。（b）只需要重新更换加工程序，数控加工就能加工出不同的机械产品，而无需对数控机床作任何的调整，所以非常适合于多品种、少批量的生产方式。（c）由于数控加工的过程完全由程序控制，消除了人为因素的影响，所以能保证加工产品的精度，并能保证加工精度的重复性。下一页返回任务一认识模具数控加工工艺的特点随着社会需求的多样化，市场竞争的日趋激烈，现代工业产品的品种迅速增多、更新日益加快，同时对产品质量的要求也越来越高，为此，对模具制造提出了质量好、精度高、价格低、交货期短的要求。由于数控加工的特点非常适应于模具制造，因而在模具加工中得到了广泛的应用。如今模具加工已由传统的手工制作进入到以数控加工为主的新阶段。随着数控技术的飞速发展，越来越多的数控加工方法将应用到模具制造中，从而使模具制造的前景更加广阔。②数控加工是通过事先编制好的数控加工程序来控制对零件进行的高精度、高效率的自动化加工。（a）数控加工程序的编制质量将直接影响数控机床的正确使用和数控加工特点的正常发挥。上一页下一页返回任务一认识模具数控加工工艺的特点（b）数控加工的实践表明：工艺考虑不周是影响数控程序编制质量、数控机床加工质量、生产效率以及加工成本的重要因素。（c）为了编制出一个合理、实用的模具零件加工程序，要求模具数控加工编程人员不仅要了解数控机床的工作原理、性能特点及结构，掌握编程语言和标准程序格式，还应能熟练掌握模具零件的加工工艺，确定合理切削用量，正确选用刀具和夹具，熟悉各种检测手段与方法。总之，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都应考虑机床的运动过程、工件的加工工艺过程、刀具的形状、切削用量以及走刀路线等比较常见的加工工艺问题。上一页下一页返回任务一认识模具数控加工工艺的特点③数控加工工艺是以数控机床加工中的工艺问题为研究对象的一门加工技术。它以机械制造中的工艺基本理论为基础，结合数控机床的特点，综合运用多方面的知识，来解决数控加工中的工艺问题。④数控加工工艺研究的目的是如何科学地、最优地设计加工工艺，使数控机床的各种优点得以充分发挥，从而实现数控加工中的优质、高产、低耗。数控加工工艺的内容主要包括以下几个方面：（a）选择数控加工的零件及其数控加工的内容。（b）分析零件图纸的数控加工工艺。（c）选择刀具、夹具以及切削用量，确定零件的定位方式，设计数控加工工序。上一页下一页返回任务一认识模具数控加工工艺的特点（d）选择数控加工路线，确定对刀点、换刀点的位置。（e）分配加工误差，考虑刀具补偿。（f）编制与归档数控加工工艺技术文件。上一页下一页返回任务一认识模具数控加工工艺的特点二、数控加工工艺的特点1.数控加工的控制方式数控加工与通用机床加工相比，加工的方法与内容基本上相似，差别之处主要在于控制方式的不同。①在通用机床上加工零件时，是用工艺规程、工艺卡片来规定每道工序的加工，但是，对于每道工序内工步的划分，机床部件的运动次序、位移量、走刀路线以及切削参数的选择等，都是由操作工人自行考虑和确定、用手动方式来进行控制的。②在数控机床上加工零件时，对于这些加工工艺过程、工艺参数和位移数据等，事无巨细全部要由数控编程人员在数控加工前编制成程序，用以控制数控机床的自动加工。上一页下一页返回任务一认识模具数控加工工艺的特点③数控加工工艺与通用机床加工工艺遵循的基本原则大致相同，但由于数控加工过程的自动化程度高，因此形成了数控加工自身的一些工艺特点。2.数控加工工艺的内容十分具体①在用通用机床加工时，由于是手动控制，操作人员与机床之间有直接的信息交流（如刀具的磨损、缺损，加工中金属切削声的变化，工件的振动、发热等情况），因此对于许多具体的工艺问题，如工序内工步的安排，对刀点、换刀点及走刀路线的确定等，在很大程度上都交由操作工人根据习惯和经验自行考虑和决定，并根据现场情况及时进行调整，无需工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定。上一页下一页返回任务一认识模具数控加工工艺的特点②在数控机床上加工时，零件的加工过程由程序自动控制，一般不需要人为干预。那些在普通机床加工中由工人灵活掌握，并可适时调整的具体的工艺问题，在数控加工时都必须事先由编程人员设计和安排，并编写到加工程序中。3数控加工的工艺处理相当严密数控机床虽然自动化程度较高，但自适应性差，即使是现代数控机床在自适应调整方面做了不少改进，但自由度还是不大。例如用数控机床攻螺纹时，它无法自我判断螺孔中是否已挤满切屑，此时是否需要退刀清理切屑后再加工等。因此在进行数控加工的工艺处理时，工艺设计人员必须周密考虑，注意加工过程中的每一个环节、每一处细节，同时，在对零件图样进行数学处理和计算时，都要力求准确无误。上一页下一页返回任务一认识模具数控加工工艺的特点在实际工作中，由小数点的错位或加工符号的差错酿成的重大机床事故和质量事故屡见不鲜。所以，编程人员不仅要有扎实的工艺基础知识和丰富的工艺设计经验，还要有认真负责的工作态度，严谨踏实的工作作风。上一页返回任务二设计模具数控加工工艺一、模具零件数控加工内容的选择在确定某个模具零件进行数控加工后，并不一定要将该零件的所有加工内容都用数控的方法进行加工，因此必须对控模具零件图纸进行仔细的工艺分析，并根据数控加工的适应性，选择那些最适合且最需要的内容和工序进行数控加工。1.选择模具数控加工的内容在选择模具数控加工的内容时，应结合工厂的实际情况，重点解决模具生产中的难题，攻克模具制造中的难关和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。通常可按下列顺序选择模具数控加工的内容：①优先选择普通机床无法加工的内容。下一页返回任务二设计模具数控加工工艺②重点选择普通机床难以加工及加工质量很难保证的内容。③在数控设备尚有富余能力时，可选择普通机床上加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容。一般来讲，模具零件的上述加工内容采用数控加工后，其产品质量、生产率和综合经济效益等各方面都会得到显著提高。2.不宜采用数控加工的内容相比之下，下列一些加工内容则不宜采用数控加工：①以毛坯的粗基准定位来加工第一个精基准等需要占机调整较长时间的加工内容。②必须按专用工装协调的孔及其他加工内容（主要原因是采集编程用的数据有困难，协调效果也不一定理想）。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺③按样板、样件、胎模等特定的制造依据加工的型面轮廓（主要原因是获取加工数据困难，与检验依据难以协调，容易发生矛盾，编程难度大）。④不能在一次安装中加工完成的其他零星部位，由于采用数控加工麻烦、费时，效果也不明显，因此可安排普通机床补充加工。⑤在选择和决定模具数控加工的内容时，还应考虑生产批量、生产周期以及工序间周转等情况，尽量做到安排合理有序，扬长避短，防止将数控机床降格为通用机床使用。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺二、模具零件数控加工工艺性分析为使模具零件数控编程和加工能够顺利进行，减少其工作过程中可能出现的失误，在确定模具零件数控加工的内容后，需要依据数控机床的性能特点及实际工作经验，对模具零件图进行数控加工工艺性分析。数控加工工艺性分析涉及的面很广，在此仅从数控加工的可能性和方便性两个方面出发，提出一些必须加以认真、仔细分析的主要内容。1.数控加工零件图尺寸数据的分析（1）分析零件图上尺寸的标注是否适应数控加工的特点上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺数控加工倾向于用同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。因为这样的尺寸标注既方便编程，又方便尺寸之间的相互协调，能较好地保持设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置的一致性。但是，零件设计人员在尺寸标注中通常会较多地考虑装配、加工累积误差等方面的要求而采用局部分散的标注方法。这种标注方法不利于数控加工，给数控加工带来了诸多不便，因此，对这类零件图必须改变其尺寸标注的方法，以适应数控加工的特点。事实上，由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会产生较大的累积误差而破坏模具零件的使用性能，所以将上述零件图局部分散的尺寸标注改动为同一基准的尺寸标注或直接给出坐标尺寸的标注是完全可行的。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺（2）分析构成零件轮廓的几何元素的条件是否充分自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。手工编程时，要计算出每个节点坐标，图纸中无论哪一点定义不明确或不确定，编程都无法进行。在实际工作中经常会遇到这样一些情况，如零件图给出的几何元素的相互关系不够明确，缺少尺寸，如圆弧与直线，圆弧与圆弧到底是相切还是相交含糊不清，使得编程工作无从下手。或者虽然给出了几何元素的相互关系，但同时又给出了引起矛盾的相关尺寸或多余尺寸，给编程数学处理和节点计算带来了困扰，同样使得编程工作难以进行。因此在审查和分析零件图时，一定要认真仔细，如发现此类无法定夺的设计问题应及时与相关的技术人员协商解决。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺（3）分析零件定位基准的可靠性数控加工应采用统一的定位基准，否则很难保证多次装夹加工后零件相对位置的正确性。例如，正反两面都采用数控加工的零件，由于数控加工时不能使用普通机床加工时常用的试切法来接刀，所以往往会因为零件的重新装夹而接不好刀，因此需要采用统一的定位基准。如零件本身有合适的孔，最好用它来作两面加工时统一的定位基准。如没有合适的孔，要设置专用工艺孔作为统一的定位基准。在零件上无法制出工艺孔时，可以考虑在零件轮廓的毛坯上增设工艺凸耳，从而在加工工艺孔时，用于两面加工时的定位。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺工艺凸耳在数控加工完成后除去，也可以用经过精加工的零件轮廓基准边作两面加工时的定位，这样才能保证工件重新装夹加工后两个面上轮廓相对位置的精度。2.数控加工零件各加工部位结构的工艺性分析零件结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。零件的结构工艺性好，零件的加工就容易，同时还可节省加工工时与零件材料；零件的结构工艺性差，零件的加工就困难，还费时费料，甚至无法加工。在对模具零件进行数控加工工艺性分析时，应根据数控加工的特点，认真审视模具零件结构的合理性。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺（1）零件各加工面的凹圆弧不应过于杂乱零件内腔和外形上的凹圆弧半径不要过于杂乱，最好能够采用统一的几何尺寸，以减少刀具规格和换刀次数，从而使编程简单方便，使生产效益提高，同时还可使零件表面的质量提高。如无法统一半径尺寸，则在一般情况下，可通过将圆弧半径分组的方法来达到减少刀具规格的目的。（2）内槽圆角半径不应太小内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，受刀具直径的限制，内槽圆角的半径不应太小。零件结构工艺性的好坏与被加工轮廓面的最大高度

H和内槽圆角半径

R的大小有关。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺如图3-1所示，在被加工轮廓面的最大高度相同的情况下，图3-1（a）所示结构的内槽圆角半径较图3-1（b）所示的大，因而可以采用较大直径的铣刀来加工，且加工其内槽平面时，铣削的进给次数相应减少，表面质量相应提高，工艺性较好。一般来说，当R<0.2H时，可以判定零件的该部位工艺性不好。（3）槽底圆角半径不应过大铣削底平面时，零件槽底圆角半径

r不应过大。如图3-2所示，圆角半径

r越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也越低。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺当

r大到一定程度时，甚至必须用球头刀（圆头铣刀）加工，这是应该尽量避免的。因为平头铣刀与铣削平面接触的最大直径

d=D–2r

（D

为铣刀直径）。当

D越大而

r越小时，铣刀端刃铣削平面的面积越大，加工平面的能力越强，工艺性也就越好。另外，对模具零件的精度及技术要求进行分析，也是模具零件数控加工工艺性分析的重要内容。只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上，才能对加工方法、装夹方式、刀具及切削用量进行正确而合理地选择。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺三、数控加工工艺路线的设计数控加工工艺路线的设计是下一步工序设计的基础。它的设计质量将直接影响零件的编程质量、数控加工质量与生产效益。它与通用机床加工的工艺路线设计的区别主要在于它并不是毛坯到成品的整个加工工艺过程，而仅仅是指几道数控加工工序工艺过程的概括。1加工工序的划分现代数控机床具有刚性大、精度高、刀库容量大、切削参数范围广以及多坐标、多工位等特点。通常只要数控机床选择适当，一个零件的数控加工可在一次装夹中完成。为了充分利用数控机床的高效率、高精度、高自动化等特点，对于需要多道工序才能完成加工的零件，必须考虑工序的划分。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺数控机床工序的划分有下列方式：（1）按所用刀具划分工序按所用刀具划分工序即以用同一把刀具完成的那一部分工艺过程称为一道工序。在数控加工确定走刀路线时通常遵循“少换刀”的原则，它要求在一次换刀后尽可能完成一个零件上所有相同表面的加工，如直径相同的孔钻削。这样可以减少换刀次数，减少不必要的重复定位，缩短空行程时间，加快加工速度，提高生产效率。按所用刀具划分工序的方法适用于工件待加工表面较多、机床连续工作时间过长、加工程序的编制和检查难度较大等情况。加工中心和专用数控机床常按所用刀具划分工序。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺（2）按粗、精加工划分工序按粗、精加工划分工序即指把粗加工中完成的那部分工艺过程作为一道工序，把精加工中完成的那一部分工艺过程作为另一道工序。在毛坯余量较大或考虑零件的加工精度、表面粗糙度、刚度、装夹位置以及装夹变形等因素时，通常按粗、精加工分开的原则来划分工序，先粗加工后精加工。数控机床在一次装夹中虽然能够同时完成工件的粗、精加工，但是若粗、精加工一次完成，则在粗加工时，因切削量大而导致的零件温度得不到有效冷却，导致零件在热态下进行精加工，冷却后精度难以保证。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺对于容易发生加工变形、精度要求很高的零件，通常应先切除整个零件的大部分余量，而后再将其表面精加工一遍，以校正粗加工中产生的变形，保证零件的加工精度与表面粗糙度。（3）按加工部位划分工序按加工部位划分工序即把完成相同型面的那一部分工艺过程作为一道工序。对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点将所有加工部位分成若干部分，每道工序加工其中一个部分或者几个部分。例如，可将一个零件分成内型面、外形面、曲面和平面等加工部分来划分工序。一般加工外形面时，以内型面定位，而加工内型面时又以外形面夹紧。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺但是，对于特大型面的加工，由于其数控程序太长，程序不仅容易出错，而且有可能超过系统内存容量，此时应将该加工表面划分为多个工序。对于需要超过一个工作班才能完成加工的，或在加工中途刀具容易磨损失效的型面加工也应按上述方法处理。数控加工工序的划分不是一成不变的，不能一味求快而不顾加工的合理性，应以有利于零件的加工及保证技术要求为前提。在划分工序时，要根据零件结构的工艺性，数控机床的性能与特点，零件数控加工内容的多少、安装次数和车间生产组织等具体情况灵活掌握，合理安排。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺2.加工顺序的安排数控加工的顺序应根据零件的结构和毛坯的情况，以及工件安装时定位与夹紧的需要来安排，考虑的重点是保证装夹时工件的刚度，从而减少工件的安装变形，提高数控加工的精度。加工顺序的安排一般可按下列原则进行：①上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插的通用机床加工工序也要综合考虑。②先进行内型面与内腔加工工序，后进行外形加工工序。③以相同的定位夹紧方式或用同一把刀具的加工工序，连续进行，以减少重复定位次数与换刀次数。④在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚度破坏较小的工序。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺3.数控加工工序与普通加工工序的衔接（1）数控加工工序与普通加工工序的划分虽然能用普通机床加工的零件，用数控机床也都可以加工，但就经济性、合理性及生产条件而言，特别是在企业数控化较低的情况下，并非所有的零件或一个零件的所有加工部分都采用数控加工为好。在模具数控加工中插入必要的普通加工工序，可更有效地发挥现有数控机床的效能，延长数控机床的使用寿命，降低加工成本，是一种经济、合理的工艺路线方案。数控加工工序与普通加工工序需在保证高精度、高效率的前提下，根据数控机床与通用设备的各自特长，综合考虑数控加工和普通机床加工的经济合理性、生产过程中生产节拍和生产能力的平衡后进行划分。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺通常，对于大型、复杂零件的简单表面（如有着复杂型腔的模具型腔体的外平面）的加工、精化铸件和锻件毛坯的预加工、粗定位基准的预加工、数控加工难以完成的个别或次要部位的加工等都采用普通方法加工。（2）数控加工工序与普通加工工序的衔接许多零件的加工是由数控机床和普通机床共同完成的，数控加工工序常常穿插在零件加工的整个工艺过程中，因此，在设计数控工艺路线时要解决好数控加工工序与普通加工工序的衔接问题。例如，对毛坯热处理的要求是什么、定位基准孔和面的精度要求是多少、是否为后道工序留加工余量、余量留多大等问题都应该衔接好，其目的是使工序能满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。上一页下一页返回任务二设计模具数控加工工艺四、数控加工工序的设计在完成数控加工工艺路线的设计后，各道数控加工工序的加工内容就基本确定了下来，接着便可以进行数控加工工序的设计。数控加工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，它包括：①零件的装夹方法。②刀具的选择。③夹具的选用。④走刀路线。⑤切削用量选择等具体的加工内容。上一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具一、数控机床的合理使用数控机床不同于普通机床，它不需要制造、更换许多工具、夹具和检具，也不需要重新调整机床，只需要重新编制加工程序就可以快速地从一种零件的加工转变为另一种零件的加工。数控机床以其高精度、高效率、高度自动化和如上所述对加工对象改型的高度适应性，在具有小批量生产特性的模具制造中获得了广泛的应用。数控机床（尤其是数控加工中心）是计算机技术与机械制造技术完美结合的高精设备，要让其在模具制造中发挥最佳效果，获取最好的经济效益，就要根据模具零件的形状与尺寸、精度等级、粗糙度要求、表面加工方法、所需机床坐标轴数和加工成本等因素正确选用数控机床。下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具在为模具制造选用数控设备时，不能一味地追求高档，只选择加工精度和加工效率都很高的数控机床。一般来说，为了降低生产成本，通常都是按照主要追求目标来配置加工设备。如果主要是为了满足加工精度的要求，就应选择结构刚性好、散热效果好（热变形小）和冷却效果好（工件温升小）的数控机床；如果主要是为了提高加工效率，则应选择自动化程度高、能够实现装夹自动化和实施长时间无人操作的数控机床。1.数控机床的选用原则目前，我国生产的数控机床有高档、中档及经济型3个档次。经济型数控机床的性能现已有了质的提高，而价格却只有中档数控机床的几分之一至十几分之一，应尽可能选用。一般来说，机床功能越多，其价格就越贵，维修也就越困难。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具①当工件只需钻或铣时，就不要选用加工中心。②可用数控车床加工的工件就不要选用车削中心。③能用三轴联动机床加工的工件就不要选用四轴或五轴联动的数控机床。总之，选择数控机床应在满足零件加工精度和效率的前提下，尽可能选用加工成本较低的数控设备。2.曲面加工与坐标轴数的选择对模具制造中经常遇到的各种复杂曲面轮廓，可采用多轴联动的数控铣床来加工。这类数控机床能同时控制多轴进行插补运算，可对位移和速度进行严格的不间断控制。根据可联动的轴数，它们又有两轴半控制、三轴控制、四轴控制与五轴控制之分。通常，可根据加工曲面形状、精度要求与生产率等因素来选取不同轴数的数控铣床。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具①两轴半坐标加工的刀心轨迹为平面曲线，编程计算较为简单，常用于曲率变化不大及精度要求不高的粗加工场合。②三坐标联动加工曲面时，x、y、z三坐标可同时插补联动，常用于复杂空间曲面的精确加工（如精密锻模）。③四坐标联动加工曲面时，其刀具可绕一轴摆动联动，常用于曲率半径大且变化较小的变斜角面的加工。④对于曲率半径小且变化较大的变斜角面，常采用五坐标联动加工。由于五坐标联动加工时，刀具的自由度较大，因而特别适合于叶轮和螺旋桨等形状复杂、刀具容易干涉的零件的加工。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具二、数控刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺设计中的重要内容之一。刀具选择合理与否不仅影响数控机床的加工效率，而且还直接影响加工质量。选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容和工件材料等因素。1.数控加工对刀具的特殊要求数控机床的主轴转速一般要比普通机床的主轴转速高1～2倍，同时，其主轴功率也较普通机床的大，再综合数控机床的其他特点，数控加工对刀具就提出了更高、更严格的要求：不仅要求数控刀具的强度、刚度、可靠性、耐用度、精度都要高，而且还要求其尺寸稳定、安装调整方便。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具（1）高强度与高刚度现代数控机床高速度、大功率、高刚度的特性，要求数控刀具具备高速切削与强力切削的性能，能同时满足粗、精加工的要求。数控刀具的高强度与高刚度不仅满足了数控加工中采用大切削用量的需要，同时还克服了数控加工过程中难以调整切削用量的弱点，保证了加工余量相差悬殊时数控加工的顺利进行。（2）高可靠性与高耐用度如果数控刀具的可靠性与耐用度差，不仅要经常换刀与对刀，增加辅助加工时间，影响生产效率，还容易在工件轮廓上产生接刀刀痕，影响工件的表面质量。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具数控加工对刀刃（刀片）材料的硬度与耐磨性、强度与韧性、耐热性等方面都有较高要求。一般可根据工件材料的切削性能、热处理状况、粗精加工要求和所受冲击振动等情况合理选择。对材料难以加工的大余量工件或精度要求高的工件加工时，更应注意选用高硬度、高耐磨性的刀具材料。一般而言，刀具的寿命应保证能加工完一个零件，或者一个大型且复杂的表面，或者一个工作班。（3）较高的精度数控刀具应具有较高的精度，以保证安装与更换时的快捷与准确。例如，机夹可转位式刀具，其刀片精度一般选用M级，转位与压紧结构应保证刀片转位时刀尖的位置精度。车刀刀杆安装基面至刀片刀尖的高度应保证不用调整垫片即可满足刀尖与工件的回转中心等高。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具（4）可靠的断屑数控机床与传统自动化机床一样，切屑不断屑、切屑堆积、切屑缠绕都会影响加工的正常进行，因此，应合理选用断屑槽的形状、尺寸与切削用量，保证断屑的可靠。2.数控加工对刀柄的要求模具制造常使用的数控加工中心的刀具是由刀具和刀柄两部分组成。刀具和通用刀具一样，有钻头、铰刀、铣刀、丝锥等。刀柄是加工中心必备的辅助工具，用以将刀具与机床主轴连接起来。①由于加工中心有自动交换刀具的功能，所以刀柄必须满足机床主轴自动松开和拉紧定位的要求，且能在机械手的夹持与搬运下，准确地安装各种切削刀具。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具刀柄是系列化、标准化的产品，但是由于世界各地的标准不尽相同，我国现阶段也有两种标准都在执行，因此有时刀柄的锥柄号一样，其尺寸却略有差异。②在选用刀柄时，一定要弄清楚所用机床主轴的标准，以使刀柄与机床主轴的孔相适应。在我国制定的标准中，刀柄有直柄和锥柄两种。刀柄根据其结构形式分为整体式结构和模块式结构两大类。整体式结构是将夹持刀具的工作部分与刀柄的柄部做成一体，使用时将相对应的刀具装入所选用的不同规格和品种的刀柄中，其特点是结构牢固可靠，使用方便。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具模块式结构如图3-3所示，它是把工具的柄部和工作部分分开，制作成各种系列化的模块，然后通过模块的组合形成所需要的刀柄形式。模块式刀柄可以有效地减少刀柄的规格和品种，减少使用厂家的工具储备，方便工具的使用和管理，所以在零件形状复杂多变的模具加工中获得了广泛的应用。另外，还有一些特殊用途的刀柄，如增速头刀柄、多轴加工动力头刀柄、高速磨头刀柄、万能铣头刀柄、内冷却刀柄等可供选用。3.数控加工对切削刀具的要求在模具型芯、型腔等工件的数控铣削加工中，要根据零件材料的性能、加工工件表面的形状与尺寸、加工工序的类型、切削用量的大小以及机床的加工能力来合理选择铣刀的类型。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具铣刀的种类很多，常用的有面铣刀、端铣刀、立铣刀、模具铣刀、键槽铣刀、鼓形铣刀和成形铣刀等。①加工较大的表面应选择面铣刀。②加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择端铣刀和立铣刀。③加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多选用由立铣刀发展而成的模具铣刀。④加工封闭的键槽选择键槽铣刀。⑤加工变斜角零件的变斜角面应选择鼓形铣刀。⑥加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选择成形铣刀。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具模具铣刀的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以做径向和轴向进给运动，其分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种。铣刀工作部分用硬质合金或高速钢制造，小规格的硬质合金模具铣刀多制成整体结构，直径在

16mm以上的，制成焊接或机夹可转位刀片结构。图3-4所示为曲面加工用镶硬质合金与可转位式球头铣刀，前者为重磨刀具，刀具寿命和生产效率都低于后者。切削刀具要尽量采用高效刀具和先进刀具，以发挥数控机床的优点。例如，变斜角面零件若用圆柱铣刀加工，则需用四坐标联动机床加工，而若改用球头铣刀或鼓形铣刀加工，就可用两轴半坐标或三坐标数控铣床加工。用两轴半坐标数控机床加工时，长度方向的变斜角用两坐标联动，宽度方向的变斜角用周期进刀。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具这种加工方法不能铣削掉工件的全部余量，加工后的零件上会有残留，需由钳工清除。由于鼓形铣刀的鼓径可以做得比球头铣刀的球径大，所以加工后的残留高度小，切削效率也高，加工效果比球头铣刀好，所以常用于铣削飞机变斜角面零件。在曲面轮廓铣削加工中，在不影响加工精度的前提下，球头铣刀的刀头半径应选择大些的，这样会有利于增加刀具刚度、降低表面粗糙度并提高加工效率。但是，铣刀刀头半径不得大于曲面的最小曲率半径，以免产生零件过切，影响加工精度。4.数控加工的对刀零件机械加工的形状与尺寸是由加工过程中刀具与工件的相对位置所决定的。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具数控加工以标准刀具的刀尖位置进行编程，通过对实际刀具与标准刀具的偏差进行补偿来实现数控刀具的正确走位。为保证数控加工的加工精度，必须进行数控加工刀具的对刀，以测出其相对标准刀具的精确偏差量。数控加工对刀的方法有如下两种方式。（1）机上对刀如图3-5所示，机上对刀是把刀具装在数控机床的主轴上，通过测头附件或利用数控装置的数显功能，测出每把刀具的长度和半径相对于标准刀具的实际偏差量，并把这些偏差量设置在偏置存储器中。由于机上对刀是将刀具直接装夹在数控机床上进行测量，对刀与加工时刀具的装夹情况完全相同，所以能够较好地保证加工零件的精度，但是该法占用了数控机床的工作时间，降低了数控机床的利用率。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具（2）机外对刀在数控机床上加工形状复杂的零件，往往需要使用较多的刀具，这些刀具如果都采用机上对刀，势必会造成数控机床辅助时间的成倍增加，严重影响数控机床的利用率。为了有效缩短辅助时间，实现数控机床的快速自动换刀，在上述情况下一般是使用刀具预调仪来进行机外对刀。常用的刀具预调仪测量装置有光学式、光栅数显式、容栅数显式以及刻度尺配千分表测量式等多种样式，它们的测量精度取决于测量元器件的制造精度以及预调仪本身的制造精度。一般来说，刻度尺配千分表和容栅数显式的测量精度为0.01mm，而光学式和光栅数显式的测量精度为0.001mm。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具目前，许多数显装置带有计算机数据存储和处理功能，可以把测量的数据储存起来并组成刀具数据文件，通过RS-232串行接口经电缆直接输入到机床数控装置中去。图3-6所示为一种光栅数显式刀具预调仪。对刀时，将被测刀具插入与机床主轴圆锥孔型号一致的转盘锥孔中，转动转盘使刀尖位于纸面垂直方向的最大位置处，再前后、上下移动光学测头（光源）使刀尖的投影与投影屏幕的十字线相切。这时，前后放置的光栅尺发出的信号显示了刀具半径尺寸，上下放置的光栅尺发出的信号显示了刀具伸出长度尺寸。刀具预调仪机外对刀测量非常方便，且不占用数控机床的工作时间，特别适用于数控加工中心这类一次需用多把（有时甚至要用几十把）刀具的数控机床的加工。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具三、夹具的设计和使用在机床上加工零件时，为了保证加工精度，必须先使工件在机床上占据一个正确的位置，即定位，然后将其夹紧。这种定位与夹紧的过程称为工件的装夹。用于装夹工件的工艺装备就是机床夹具。数控机床高精度、高速度和高度自动化的加工特点，对夹具的设计提出了更高的要求。1.对数控机床夹具装夹的要求①为保证加工的精度，数控机床夹具的装夹必须精确、可靠，且使工件在加工过程中具有足够的刚度。②为提高加工的效率，数控机床夹具的装夹必须方便、快捷，以缩短辅助工作的时间。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具③为方便机床的自动化加工，数控机床夹具要开敞，不能因装夹工件而妨碍刀具的运动。2.对数控机床夹具设计使用的具体要求（1）保证夹具坐标方向与机床坐标方向的相对固定通常取零件在夹具上的定位基准与零件的设计基准或工艺基准相一致，以便于建立加工零件与机床坐标系的尺寸关系，便于建立编程坐标系，利于数控编程的数学计算。（2）适应数控加工高强度、大切削量的特点数控夹具的结构应具备足够的强度与刚度，以避免在振动与装夹力的作用下产生变形。①要避免工件在受强力切削时位置发生错动，数控夹具对工件的夹紧力就要大一些。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具②为防止过大的夹紧力与较大的切削力使工件产生变形，夹具的定位点、支撑受力点、夹紧点的选择就应慎重。③应尽量避免夹紧力施加在工件的薄壁区域或无支撑区域，在工件较易变形时，可以设计辅助支撑件、增设辅助支撑点和夹紧点以减小工件的变形。（3）方便加工零件的装卸为方便加工零件的装卸，夹具要能迅速完成零件的定位、夹紧和拆卸过程。夹具的设计要力求结构简单，整体性能好，不得有零碎的配件和繁杂的结构。为有效缩短辅助工作时间，保证装夹的可靠，数控机床夹具常采用气动、液压和偏心夹紧方式来夹紧工件。上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具（4）方便刀具的工作夹具的设计要开敞，不能影响进给和切削加工，要确保刀具的运动空间，避免刀具组件与夹具在加工过程中发生碰撞①在加工模具零件的型面时，一般采用行切法，行与行之间刀具的转换点经常选择在曲面之外。②加工模具零件的轮廓时，刀具必须从轮廓的切线方向切入和切出。③刀具在进行上述这些运动时，不能和夹具的定位、夹紧机构元件发生干涉。④在卧式加工中心加工四面体箱体时，尤其要注意将夹具的加工部位敞开。（5）夹具的设计要考虑方便对刀与测量上一页下一页返回任务三选择与使用数控机床、

刀具和夹具在夹具设计时，要考虑加工坐标系的测量基准，最好设计对刀基准位置方便对刀，对于尺寸不容易直接测量的工件，要考虑在夹具上设置间接测量点。（6）尽量采用组合夹具，可调式夹具或其他通用夹具小批量零件（如模具零件）加工时，要尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短工装准备时间，降低制造成本。由于数控机床的功能现在都很强大，不论是人工手动找正，还是利用三维接触式测头找正，都可以比较准确地设置加工坐标系原点。（7）夹具的设计还应考虑方便排屑数控机床一般采用多工序集中加工，工件在一次装夹后既要完成粗加工工序，又要完成精加工工序，加工中产生的切屑就很多，应考虑方便排屑。上一页返回任务四确定走刀路线与加工参数一、走刀路线走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它泛指刀具从对刀点或机床固定原点开始，到返回该点并结束加工程序所经过的所有路径（切削加工路径及刀具切入、切出等非切削空行程路径）。走刀路线不仅包括了工步的内容，也反映出了工步的顺序。数控加工走刀路线的确定是非常重要的，它不仅影响加工零件的尺寸精度、位置精度与表面粗糙度，而且还影响数控机床与刀具的寿命，影响数控编程的数学计算。一般来说，在确定走刀路线时，主要应考虑如下几点：1.保证加工零件的精度与表面粗糙度走刀路线的选择首先要确保加工零件的质量。下一页返回任务四确定走刀路线与加工参数例如，一个毛坯为棒料、表面形状复杂的零件，如图3-7所示。由于该零件的余量不均匀，其粗加工的合理走刀路线如图中双点划线所示分为4段，在依次加工完成后，换精车刀一次精车全部外表面，这样的走刀路线既保证了零件的加工精度，又避免了分段精加工时的接刀痕，保证了零件的表面粗糙度。2力求走刀路线最短在保证加工质量的前提下使进给路线最短，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，提高生产效率，还能减少一些不必要的刀具损耗及机床进给机构滑动部件的磨损。上一页下一页返回任务四确定走刀路线与加工参数实现最短的走刀路线，主要是使大余量切除的走刀次数要少，每一次走刀应切除尽可能多的加工余量，同时尽量缩短空行程距离。要做到走刀路线最短，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时可辅以一些简单计算。对于位置精度要求较高的多孔零件的加工，既要追求孔与孔间空行程总长度的最短，也要避免反向间隙对尺寸精度的影响。此时要特别注意孔的加工顺序的安排，如果安排不当，就有可能将机床坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。镗削如图3-8（a）的零件上的6个尺寸相同的孔，有两种走刀路线：①图3-8（b）所示的路线虽然最短，但由于④、⑤孔与①、②、③、⑥孔定位方向相反，Y方向反向间隙会使其定位误差增加，从而影响④、⑤孔与其他孔的位置精度。上一页下一页返回任务四确定走刀路线与加工参数②图3-8（c）所示的路线虽然较长，但6个孔的定位方向一致，避免了反向间隙的引入，提高了各孔间的位置精度。3.合理选择铣削内轮廓的走刀路线铣削内轮廓的走刀路线一般有3种，如图3-9所示。①图3-9（a）所示的路线采用的是行切法，路线虽短，但工件轮廓周边有较大的残留余量。②图3-9（b）所示的路线采用的是环切法，路线较长且计算较复杂。③图3-9（c）所示的路线先用行切法粗铣，最后用环切法精铣内轮廓一周，这样既保证了加工质量，路线也较短，计算又简单，所以是最佳方案。4.注意刀具切入、切出点的距离上一页下一页返回任务四确定走刀路线与加工参数在进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔和攻螺纹孔等的加工时，为了缩短加工时间，常将刀具沿Z轴方向快速移到离加工表面某一距离（安全距离）处，以工进速度开始加工，此安全距离即为刀具切入点距离。加工通孔时，为保证孔底部的精度，防止欠切削现象发生，刀尖（对钻头为引锥底端）应超越工件表面一段距离，称为刀具切出点的距离。刀具切入、切出点的距离按有关标准或推荐值采用，不应过长。另外，在确定走刀路线时，还要考虑机床、刀具、零件的刚度以及零件的形状与加工余量等情况，来确定加工的进给次数，刀具切入、切出的方向，铣削加工是顺铣还是逆铣等问题。走刀路线是编写数控程序的依据之一，在确定了走刀路线后最好能画一张工序简图，将已拟定出的走刀路线（包括进、退刀路线）画上去，以方便数控编程。上一页下一页返回任务四确定走刀路线与加工参数二、切入点和切出点当铣削平面零件的轮廓时，一般是采用立铣刀侧刃切削。在刀具切入、切出零件时，不允许刀具沿零件轮廓的法向切入、切出，以避免在切入、切出处产生刀具的刻痕。①如图3-10所示，铣削平面零件外轮廓时，应沿切削起始点延伸线或轮廓曲线延长线的切向逐渐切入工件，以保证零件曲线的平滑过渡。同样，在切离工件时，也应避免在切削终点处直接抬刀，要沿着切削终点延伸线或切线方向逐渐切离工件。②如图3-11所示，铣削封闭的内轮廓表面时，同铣削外轮廓一样，刀具同样不能沿轮廓曲线的法向切入和切出，由于内轮廓曲线无法外延，所以此时刀具可以沿一过渡圆弧切入和切出工件轮廓。上一页下一页返回任务四确定走刀路线与加工参数③如图3-12所示，用圆弧插补方式铣削外整圆时，在整圆加工完毕后不得在切点处直接退刀，而应沿切线方向让刀具多行一段距离，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面发生碰撞，造成工件报废。上一页下一页返回任务四确定走刀路线与加工参数三、切削用量的选择切削用量包括主轴转速（切削速度）、进给量以及背吃刀量（切削深度）。编程人员几乎在编制每一道零件加工工序的数控程序时，都会遇到切削用量的选择问题。切削用量的正确选择，将有利于发挥数控机床的特点，提高切削效率，保证刀具的寿命和加工质量，降低加工成本。在数控加工中，切削用量的选择原则与普通机床加