第二章模具工艺学-01.ppt

1、本章内容简介：,一般机械加工：车削加工、铣削加工、刨削加工、插削加工和磨削加工在模具制造中的应用； 模具的仿形加工：加工原理和控制方式、仿形加工工艺、雕刻加工在模具制造中的应用； 模具的精密加工：坐标镗床、坐标磨床、成形磨削在模具制造中的应用； 数控机床加工：数控加工的程序编制、数控装置、数控机床的伺服系统。 模具CAD/CAM：CAD/CAM的组成及其应用、模具CAD/CAM系统,第二章 模具的机械加工,第二章 模具的机械加工,学习目的与要求：,1掌握模具机械加工的常用方法； 2认识常见的机械加工设备，掌握不同机床的加工精度； 3掌握不同机床加工的工艺过程及工艺要点； 4了解仿形加工的控制方

2、式及工作原理； 5了解仿形加工的工艺，了解雕刻加工； 6掌握模具精密加工的主要方法； 7认识数控机床，了解数控装置及数控机床的伺服系统，掌握数控编程方法； 8了解模具CAD/CAM系统的组成及其应用。,第二章 模具的机械加工,各类机床的加工精度、加工范围、加工工艺；仿形加工的加工原理和控制方式及其仿形加工工艺；数控加工的程序编制、数控装置、数控机床的伺服系统；模具CAD/CAM：CAD/CAM的组成及其应用、模具CAD/CAM系统,重点：,难点：,模具零件切削工艺分析与工艺编制。,普通车床,数控车床,第二章 模具的机械加工,第一节 一般机械加工,一、车削加工,1.1 车床的工作原理 车床以主轴

3、旋转为主运动，溜板在平面内做横向、纵向或复合进给运动来完成零件的加工。根据其控制原理不同可分为普通车床和数控车床。,1.2 车床在模具制造中的应用 在模具制造中，其主要用于加工导套、导柱、具有回表面的凸模（型芯）、凹模（型腔）以及具有回转表面的其他模具零件。,第二章 模具的机械加工,车削凸模（型芯）,车削导套及凹模,车削凸模（型芯）,车削导柱或研磨,车削拼合型腔,车削车削整体回转型腔,自定心卡盘安装工件四爪卡盘安装工件花盘安装工件一夹一顶安装工件两顶尖安装工件,1.3车床常用夹具与零件安装,第二章 模具的机械加工,1.4 常用车刀的用途,第二章 模具的机械加工,外圆车刀 左右偏刀：用于车削90

4、的阶台面 45、60、75外圆车刀：用于车削45、75、60圆柱形、圆锥形表面车削，也可以用于端面车削和倒角等 。 沟槽车刀：车削环形沟槽和端面沟槽等。 内圆车刀 通孔车刀：用于车削圆柱、圆锥孔以及内沟槽 不通孔车刀：用于车削盲孔。如具有回转表面的型腔 等。,螺纹车刀 普通螺纹车刀：用于车削普通内、外螺纹，如螺纹型孔、型芯等。 梯形及其他螺纹车刀：主要用于梯形螺纹以及其他内外螺纹的车削。 成型车刀 圆头车刀：主要用于在车床上用手动或数控车削成型表面。 成型车刀：将车刀刃磨成与零件表面轮廓相符的形状，利用车刀刃口形状车出相应的成型表面。 其他刀具 包括中心钻、麻花钻、铰刀、丝锥、板牙等,1.5

5、特殊车削加工 1、加工的范围：内外旋转表面，螺旋面、端面、钻孔、镗孔、铰孔、滚花 2、特殊表面的加工： （1）对拼式型腔的加工 （2）球面的加工,车圆锥面,1、偏转小滑板法 将小滑板偏转到与机床主轴轴线成圆锥角a /2 的位置并固定，用小滑板进给即可车出圆锥面,偏转小滑板法车圆锥面的特点： 可以车削大圆锥角圆锥面、完整圆锥面和内圆锥面。 小滑板调整角度方便，可以偏转的角度范围大，而且角度调整好后加工的一批工件，其圆锥锥角的一致性好。 由于中、小型卧式车床的小滑板不能自动进给，只能手动进给，因此，加工表面的粗糙度较难控制，且手动进给劳动强度大。 受小滑板最大行程的限制，圆锥面长度不能太大。,2、

6、偏移尾座法 工件用两顶尖装夹，将尾座横向偏移一定距离s，使工件轴线与主轴轴线相交成圆锥半角a /2，车刀作纵向进给运动，即可车出圆锥角为a的圆锥面,偏移尾座法车圆锥面的特点： 能自动进给车长度较大的圆锥面，所以表面粗糙度较小。 不能车完整的圆锥面、内圆锥面及圆锥角较大的圆锥面。 调节尾座的偏移量较麻烦。 对于工件总长不一致的成批工件，加工后的圆锥锥角一致性差。,3、靠模法 使用靠模装置，使车刀在纵向进给的同时，相应作横向进给。由两个方向进给的合成运动使车刀刀尖轨迹与工件轴线所成夹角等于圆锥半角a/2，从而车出圆锥面，,靠模法车圆锥面的特点： 可以自动进给车削内、外圆锥面，长或短圆锥面均可车削。

7、 靠模校准较为简单，对于成批加工的工件，其锥度误差可控制在较小的公差范围内（一致性较好）。 不能车削较大圆锥角的工件，一般圆锥半角a/2 应小于12。圆锥角太大，下滑块在靠模板上将因阻力太大而不能滑动自如，影响装置的正常工作。,曲线回转面车削,在模具中常见的曲线回转面有圆球面、抛物面（灯罩模）和橄揽形曲面等。在车床上车削加工曲线回转面的方法主要有以下几种： 联合进刀法 成形车刀法 仿形车削法,联合进刀法, 使用普通车刀,增设摆杆工具车削球面,成形车刀法,2）用成形车刀法 成形车刀又称样板车刀，其切削刃的形状与工件表面素线形状符合，车削成形面时，工件作回转运动，成形车刀只作横向进给运动,用成形车

8、刀车削，其切削刃与工件表面的接触线较长，切削时容易引起振动，因此工件转速应较低，进给量应较小。用成形车刀车削成形面，加工质量稳定，但成形车刀制造成本高，宜用于成批生产。,仿形车削法,3）仿形车削法 仿形车削主要用于凸模、型腔或型孔的曲线回转面的加工。仿形车削加工设备是带有仿形装置的通用车床或专用车床。一般仿形装置使车刀在纵向进给的同时，又使车刀按预定轨迹横向进给，通过纵向进给和横向进给的复合运动，完成复杂旋转曲面的内、外形加工。仿形车削按照机床仿形装置的仿形控制方式不同，分为机械仿形、液压仿形和电气仿形。,机械仿形,液压仿形,电气仿形,电气仿形车削是通过电气元件将仿形信号放大后，控制机械传动机

9、构实现仿形车削的。仿形销5 沿靠模型面4 运动，仿形信号经信号放大系统6 放大后，传给电气控制系统3，再通过机械传动带动车刀2 作仿形运动，完成仿形车削加工。,仿形车削一般用于精加工工序，在仿形车削之前，先将毛坯粗车成形，留有较少的仿形车削余量（一般不大于2.5mm），在仿形车削精加工之后，经抛光或淬火、抛光后装配。,多型腔模具的加工,第二章 模具的机械加工,模具加工中车床主要用于加工凸模、凹模、导柱、导套、顶杆、型芯和模柄等零件； 车削用于加工内外旋转表面、螺旋面、端面、钻孔、镗孔、铰孔及滚花等； 精车精度可达：IT6IT8, 表面粗糙度为Ra1.60.8m；,小结,第二章 模具的机械加工,

10、二、铣削加工,普通立式铣床,高速数控铣床,铣床是以铣刀旋转为主运动，工作台沿x、y、z等方向作进给运动的切削加工机床，由于其进给运动形式的多样化，是功能强大的切削加工机床之一。根据其控制方式的不同，可分为普通铣床和数控铣床。根据主轴的工作位置不同又可分为立式铣床和卧式铣床。数控铣床是在计算机的控制之下，与多种CAD/CAM软件配额或使用，通过手工或自动编程的程序控制，实现二又二分之一轴、三轴、五轴等自动控制，来完成模具零件的2D、3D加工。,二又二分之一轴控制,三轴控制,五轴控制,数控铣床的控制方式,2.1 铣床的工作原理,第二章 模具的机械加工,第二章 模具的机械加工,2.2 铣床在模具制造

11、中的应用,在模具制造中铣床可利用其灵活多变的进给运动方式，很方便地加工出各种平面（水平面、垂直面、斜面），以及各种形状复杂的型面，如模具中的凸模（型芯）、凹模（型腔）等零件，利用各种成型铣刀加工出直槽、V型槽、T型槽、螺旋槽等，还可以对模具零件进行钻孔、铰孔、攻丝以及孔系的镗孔加工。功能十分强大。,平面铣削加工,凸模或型芯铣削加工,型孔或型腔铣削加工,成型面铣削加工,斜面铣削加工,第二章 模具的机械加工,T型槽铣削加工,在铣床上进行孔系加工,燕尾槽铣削加工,其加工精度可达IT10，表面粗糙度为Ra0.8m；,2.3 铣床常用夹具与零件安装,分度头安装工件 回转工作台安装工件 正弦平口钳安装工件

12、 万能夹具安装工件 V型铁安装工件 螺旋压板机构安装工件 角铁安装工件,a),b),零件在分度头上的安装,第二章 模具的机械加工,回转工作台,螺旋压板装夹工件,角铁上安装工件,回转工作台上安装工件,第二章 模具的机械加工,第二章 模具的机械加工,2.4 常用铣床刀具与选用,2.4.1 铣刀的种类与应用 1）平面铣刀（在立式铣床上使用）,端铣刀：用于加工尺寸较大的平面。 立铣刀：用于垂直面、狭长面、直槽以及模具型孔和型腔的铣削加工。 三面刃铣刀：用于沟槽、侧平面等零件的铣削加工。 角度铣刀：用于V型槽以及其他沟槽、斜面的铣削加工。,2）曲面铣刀,（1）球头铣刀 柱形球头铣刀 锥形球头铣刀 （2）

13、成型铣刀 （3）单刃指型铣刀,见右表,第二章 模具的机械加工,其强度刚性好，切削效率和铣削精度高，主要用于直面型腔（型孔）、沟槽、斜面等的铣削加工。,a) 直槽平刀,b) 斜槽平刀,c) 锥形球刀,d) 圆头球刀,常用双刃和多刃铣刀结构,（4） 双刃以及多刃指形铣刀：,第二章 模具的机械加工,2.4.2 铣刀的选择,铣刀的半径应与被铣削的型腔或型孔半径相吻合，铣刀半径应小于或等于型腔圆角半径，即：rR。否则将产生过切现象，造成零件报废。,a) rR，不合理,b) rR，合理,铣刀半径选择,1）铣刀半径选择：,第二章 模具的机械加工,2) 铣刀球面半径选择：铣刀端部的球面那半径应适当小于被加工型

14、腔的曲面半径，即rR。（如图）,a) rR，不合理,b) rR，合理,铣刀端部球面半径选择,第二章 模具的机械加工,3) 铣刀斜度选择： 铣刀的斜度应适当小于型孔或型腔的斜度，如型腔的脱模斜度，即。（如图）,a) ，不合理,b) ，合理,铣刀斜度选择,第二章 模具的机械加工,b)立式单轴坐标镗床,a) 卧式镗床,镗床的结构,三、镗削加工,第二章 模具的机械加工,3.1 镗床的工作原理： 镗床是以镗孔刀的旋转或以镗孔刀绕镗床主轴作行星运动作为主运动，镗孔刀沿其轴线直线移动或工件在工作台上直线移动为进给运动，对零件的孔和孔系进行加工的。按其结构形式可分为卧式镗床和立式镗床两类。在模具制造中常使用的

15、是立式和立式坐标镗床。,3.2 镗床在模具制造中的应用 镗床在机械加工中，主要进行大、中型平面及孔系和不同平面上的孔系的镗削加工，在模具生产中主要用于模具模板类工件的孔及孔系的切削加工，如导套和导柱孔、冲压模具的的圆形型孔、斜孔等，在镗床上进行孔及孔系加工，具有位置精度要高（如位置度、平行度以及中心距的一致性等），表面质量好。特别是使用坐标镗床镗孔时，可以获得更高的加工精度。,第二章 模具的机械加工,坐标镗床,除了加工高精度的孔外，可加工孔间精度很高的孔系。精度可达IT6IT7，孔距精度0.0050.01mm 坐标镗床简介（图）光学坐标镗：,1床身 2主传动座 3工作台 4主变速箱 5、10立

16、柱 6主轴箱 7滑板 8顶梁 9、15、16、20手钮 11横梁 12粗定位标尺 13光屏 14、19手轮 17指针 18主轴,例如，需要使主轴横向移动23.746mm 时， 先转动手钮16（图2-55），使游标刻线46 对准光屏11 下方的指标，如图2-57b 所示。此时，光屏11 相应地移动了0.46 格，然后转动手轮14，使滑板7 横向移动，当指针17 沿粗定位标尺移动的距离接近23.746mm（移动后的读数等于零位调整时的初读数加上23.746mm）时，改用手钮15 作微量调整，使相应的精密刻线尺放大线的像位于光屏“7”处的双线中间即可，如图2-57c 所示。,主要附件,主要附件： 万

17、能回转台：加工分布在同一圆周上的孔和斜孔 光学中心测定器与定位角铁：基准对正 镗孔夹头和镗刀及弹簧中心冲,镗削加工中坐标镗床的加工精度,注:（1）为机床定位精度的倍数,坐标镗床纵、横向坐标定位精度,坐标镗床主轴几何精度,坐标镗床加工的孔距精度一般为机床坐标定位精度（见表10-7）的1.22倍，孔径精度为IT67级，表面粗糙度Ra0.400.80m。,镗床加工孔系原理,第二章 模具的机械加工,3.3 工件在镗床上的安装与加工,1、工件在镗床上的直接安装加工： 对于大型、中型工件，可以直接安装在镗床的工作台或者是回转工作台上进行镗孔加工。其安装方法与在铣床上安装工件的原理相同。 2、小型工件的镗孔

18、加工 ： 也可以利用相应的夹具来完成孔及孔系的加工。,第二章 模具的机械加工,3、工件在坐标镗床上的找正,找正的目的是：对圆型工件，必须使工件上被镗孔的轴线与镗床主轴中心重合；对于矩形工件，必须使工件的侧基准面与镗床主轴轴线对齐，并与工作台坐标方向平行，以此来保证工件上被镗孔或孔系的相互位置精度。工件原点的形式包括孔轴心线以及工件上两垂直基准面的相交线（点）等。找正工件坐标原点的具体方法如下：,第二章 模具的机械加工,第二章 模具的机械加工,第二章 模具的机械加工,1、模板放置：模板零件再加工前应放在恒温室内保持一定的温度，以减小模板受温度变化而产生变形。 2、模板与加工：在坐标镗床上进行镗孔

19、加工前，模板必须经过磨削加工，使其基准面的精度达到0.01mm以上。 3、选择定位基准：利用基准重合原则选择并确定工件加工的定位基准。使工件的定位基准与设计基准重合。 4、确定并找正坐标原点：选择相互垂直的两基准线（面）的交点（线）或者利用光学显微镜找正模板上的线来确定坐标原点的位置，也可以用中心找正器找正已加工孔的中心作为坐标原点位置。,3.4 工件镗孔加工工艺过程,第二章 模具的机械加工,5、各镗孔表面坐标值得转换与计算： 为保证所加工孔的位置精度，必须要对工件已确定的坐标原点，对需要进行镗孔加工的表面进行位置坐标值的正确转换与计算。使被加工孔的轴线与镗床主轴轴线重合。 6、正确选择和刃磨

20、镗孔刀 7、合理选择镗削用量： 镗孔前，必须根据工件材料、刀具材料以及加工性质来合理确定切削用量，具体情况请查阅相关工艺手册。 8、根据零件机构形状和加工表面的具体位置合理选择辅助工具。 9、按技术要求，准确调整坐标值对零件进行镗孔加工。,第二章 模具的机械加工,10、孔的加工 （1）精孔钻加工：小孔且没有相应尺寸的铰刀时采用。 精孔钻采用麻花钻修磨而成。 （2）镗孔加工：孔径稍大时采用3mm时 打中心眼 钻中心孔 不同直径钻头扩孔 精镗 孔径较大时采用30mm时 打中心眼 钻中心孔 钻头扩孔 孔粗加工（车孔、粗镗、铣孔） 精镗 （3）铰孔加工：直径小于20mm的孔 钻中心孔 钻孔 精铰 钻孔

21、 扩孔 精铰 钻孔 半精镗 精铰 但要注意：铰孔不能保证孔距的精度，对于孔距精度要求特高的孔系，其孔只能采用精镗的方式来保证孔的精度。对于此类的多孔冲模可以采用镶拼结构来保证孔和孔间的精度（避免热处理变形引起的精度变动）。,四 磨床加工,平面磨床,数控外圆磨床,第二章 模具的机械加工,光学曲线磨床,光学曲线磨床的工作原理,第二章 模具的机械加工,4.1 磨床的工作原理及在模具制造中的应用,1、平面磨床：主要用于平面、垂直面、斜面、沟槽磨削，也可将砂轮修正后进行成型面磨削。 2、外圆磨床：主要用于外圆柱面、圆锥面等面磨削。 3、内圆磨床：主要用于内圆柱面、内圆锥面等的磨削。 4、坐标磨床：主要用于平面孔系以及型孔的磨削。 5、光学曲线磨床：主要用于小型模具零件的精密磨削 6、数控磨床：利用相应CAD/CAM软件控制磨床的进给运动，形成复杂磨削运动轨迹，或通过砂轮修整来完成成型面的磨削加工,第二章 模具的机械加工,坐标磨床,机床主要 由底座1、坐标工作台2、数字显示装置3、高速磨头4、立柱5 和磨头箱6 等组成，工作台可沿滑座导轨作横向移动，滑座又可沿底座的导轨作纵向移动。,坐标磨床的传动系统,1）工作台的横向移动 2）滑座的纵向移动 3）磨头（砂轮轴）的行星运动 4）磨头的上、下往复运动,坐标磨床磨削机构的三向运动,三个运动的特点如下： （1）