第4章模具的數控加工與編程

模具制造工藝電子工業(yè)出版社第4章模具的數控加工與編程

4.1數控機床概述4.2數控機床編程基礎4.3數控車削4.4數控銑削4.5加工中心4.6高速加工技術第4章模具的數控加工與編程

4.1數控機床概述4.1.1數控機床的基本概念數字控制（NumericalControl，NC）機床，簡稱數控機床，它是通過數字化信號來控制機床運動及其加工過程。具體地說，數控機床通過編制程序，即通過數字（代碼）指令來自動完成機床各個坐標的協調運動，正確地控制機床運動部件的位移量，并且按加工的動作順序，自動控制機床各個部件的動作。

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①加工過程柔性好，適宜多品種、單件小批量加工和產品開發(fā)試制，對不同的復雜工件只需要重新編制加工程序，對機床的調整很少，加工適應性強。②加工自動化程度高，減輕工人的勞動強度。③加工零件的一致性好，質量穩(wěn)定，加工精度高。機床的制造精度高、剛性好，加工時工序集中，一次裝夾，不需要鉗工劃線。數控機床的定位精度和重復定位精度高，依照數控機床的不同檔次，一般定位精度可達0.005mm，重復定位精度可達0.002mm。④可實現多坐標聯動，加工其他設備難以加工的，由數學模型描述的復雜曲線或曲面輪廓。⑤應用計算機編制加工程序，便于實現模具的計算機輔助制造（CAM）。⑥設備昂貴，投資大，對工人技術水平要求高。第4章模具的數控加工與編程

4.1.2數控機床的組成1．數控系統(tǒng)數控系統(tǒng)是數控機床上最重要的部分，其作用是根據用戶所輸入的加工程序在系統(tǒng)內進行必要的數字運算和邏輯運算，把用戶程序轉換成控制信號，實現對機床運動的控制。數控機床通過直線與圓弧插補，可以實現對刀具運動軌跡的連續(xù)輪廓控制，加工出由直線和圓弧幾何要素構成的輪廓工件。數控系統(tǒng)的刀具補償功能使編程人員可以直接根據工件的實際輪廓形狀和尺寸進行編程，加工時CNC系統(tǒng)會根據所存儲的刀具半徑值和刀具長度值來自動計算刀具中心的運動軌跡，并控制刀具中心的運動，完成對零件的加工。第4章模具的數控加工與編程

2．伺服系統(tǒng)（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)

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（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)第4章模具的數控加工與編程

3．輔助控制單元輔助控制單元通常是與數控系統(tǒng)集成為一體的。它所控制的運動屬于開關性質，如主軸的啟停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開，液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)的開關等。4．機床裸機裸機部分與普通機床的構成基本相同，但是根據數控機床的特點作了一些特殊的設計以提高機床的加工精度。例如提高床身、立柱、刀架等支撐件的剛度與抗振性，采用滾珠絲杠、滾動導軌及各種消除間隙機構來提高運動部件的靈敏度，通過減少機床內部熱源、設計合理的機床結構和布局來減少機床的熱變形等等。第4章模具的數控加工與編程

4.2數控機床編程基礎4.2.1數控機床的坐標系統(tǒng)1．控制軸數與聯動軸數（1）控制軸數控制軸數是指在數控機床所能實現的運動中，除了主軸旋轉運動以外的其他所有運動的數目。（2）聯動軸數聯動軸數是指機床能夠同時控制的軸數。

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多軸數控機床

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2．坐標軸及其運動方向統(tǒng)一規(guī)定與機床主軸重合或平行的刀具運動坐標為Z軸，遠離工件的刀具運動方向為Z軸正方向（+Z）。X軸是水平的（平行于零件裝夾面），是刀具或零件定位平面內運動的主要坐標。右手直角坐標系

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3．坐標原點（1）機床原點、機床參考點（2）工件原點（3）編程原點數控機床的原點偏置

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4．刀位點、對刀點和換刀點數控機床中使用的刀具類型很多，為了更準確地描述刀具運動，需要引入刀位點的概念。對于立銑刀來說，刀位點是刀具的軸線與刀具底平面的交點；對球頭銑刀來說是球頭部分的球心；對車刀來說是刀尖；對鉆頭來說是鉆尖。刀位點是描述刀具運動的基準。對刀點是數控加工時刀具（刀位點）運動的起點。對刀點確定后，刀具相對編程原點的位置就確定了。為了提高工件的加工精度，對刀點應盡量選在工件的設計基準或工藝基準上。同時，對刀點找正的準確度直接影響到工件的加工精度。換刀點是在為數控車床、數控鉆鏜床、加工中心等多刀加工的機床編制程序時設定的，用以實現在加工中途換刀。換刀點的位置應根據工序內容和數控機床的要求而定，為了防止換刀時刀具碰傷工件或夾具等，換刀點常常設在被加工工件的外面，并要遠離工件。第4章模具的數控加工與編程

4.2.2數控程序的格式與編制1．數控程序結構（1）程序號（2）程序段%0103；N10G90G92X0Y0Z0S500M03；N20G01X-60.0Y10.0F200D01；N30G02X40.0Y10.0R50.0；N40G01G40X0Y0；N50M02；第4章模具的數控加工與編程

2．常用編程指令1）G指令G指令為準備功能指令，用來規(guī)定刀具和工件相對運動的插補方式、機床坐標系、坐標平面、刀具補償、固定循環(huán)等多種設置。G指令從G00到G99共有100種代碼。2）M指令M指令是輔助功能指令，用來控制機床或系統(tǒng)的開、關，如開、停冷卻泵，主軸正、反轉，運動部件的夾緊與松開，程序結束等。3）F,S,T指令F指令是續(xù)效指令，用來確定進給速度，單位是mm/min。S指令也是續(xù)效指令，用來確定主軸轉速，單位是r/min。T指令用于在自動換刀的數控機床中選擇所需的刀具，T后面的數字代表刀具的編號。第4章模具的數控加工與編程

3．計算機輔助數控編程方法數控程序的編制方法有3種，手工編程、自動編程和計算機輔助編程。（1）零件圖及加工工藝分析（2）幾何造型（3）刀位軌跡的生成（4）后置處理（5）程序輸出第4章模具的數控加工與編程

4.3數控車削4.3.1數控車床加工概述1.數控車床簡介

CK7815數控車床

1-床體2-充電讀帶機3-機床操作臺4-數控系統(tǒng)操作面板5-傾斜60°導軌

6-刀盤7-防護門8-尾座9-排屑裝置第4章模具的數控加工與編程

2.數控車床的應用（1）加工精度要求高和表面粗糙度值低的回轉體零件。（2）加工輪廓形狀復雜的零件。（3）加工特殊類型的螺紋。第4章模具的數控加工與編程

4.3.2數控車削編程數控車床的機床原點與參考點

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1．數控車床的編程特點（1）輪廓切削車外圓循環(huán)走刀過程

車端面循環(huán)走刀過程

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車成形面循環(huán)走刀過程

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（2）切槽（包括切斷）

外圓切槽循環(huán)走刀過程

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（3）車螺紋切削螺紋種類

車螺紋循環(huán)走刀過程

變導程螺紋

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（4）鉆孔高速啄式鉆孔固定循環(huán)走刀過程

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2．編程舉例

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3．數控車加工計算機輔助編程1）生成刀位軌跡數控車床與車削中心常用的刀具

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2）生成NC程序得到刀位軌跡以后，就可以生成NC程序，過程如下。①利用“軌跡仿真”功能項觀察所生成的刀位軌跡是否合理，若不理想，修改參數后重新進行。②后置處理設置，指定加工機床及NC程序格式。③在“數控車”菜單區(qū)中選取“代碼生成”功能項，拾取剛生成的刀位軌跡，當拾取結束后系統(tǒng)即生成NC代碼。利用系統(tǒng)的“查看代碼”功能項可以對所生成的NC代碼進行查看、編輯和修改。

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4.3.3車削中心1．車削中心車削中心與數控車床的主要區(qū)別在于。（1）動力刀具功能車削中心在刀架部分增加了驅動刀具旋轉的裝置，因此它除了可以裝夾內、外圓車刀以外，還可裝夾自驅動的回轉刀具，如銑刀、鉆頭、絲錐等。（2）C軸位置控制功能該功能可以達到很高的角度定位分辨率（一般為0.001°），還能使主軸和卡盤按進給脈沖做任意低速的回轉，這樣車床就具有X,Z,C三個坐標，可實現三坐標兩聯動控制。第4章模具的數控加工與編程

2．車削中心的編程舉例

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4.4數控銑削4.4.1數控銑床加工概述1.數控銑床簡介

1—底座2—強電柜3—變壓器箱4—伺服電動機5—主軸變速手柄和按鈕板6—床身7—數控柜8,11—保護開關

9—擋鐵10—操縱臺12—橫向溜板13—縱向進給伺服電機14—橫向進給伺服電機15—升降臺16—縱向工作臺第4章模具的數控加工與編程

2.數控銑床的應用（1）輪廓加工。采用數控銑床可以輕松地實現模具的輪廓加工，提高加工效率。如沖頭、凹模的加工，注塑模鑲塊的加工。（2）曲面加工。曲面加工是數控銑削最擅長的加工領域。數控銑床可以加工各種復雜的曲面形狀，并且在零件表面只留下很少的殘余量。在型腔模中用到最多的就是型腔、型芯的加工，以及電極、鑲塊的加工。（3）孔系加工。除型腔、型芯的固定孔之外，利用數控銑床或加工中心加工推桿孔、拉桿孔，以及其他有配合要求的孔及孔系，一方面易于保證尺寸精度和位置精度，另一方面也可以減少重復安裝找正的時間，有利于縮短模具制造周期。

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4.4.2數控銑編程

1．數控銑床的編程特點①在選擇工件原點的位置時應注意：為便于在編程時進行坐標值的計算，減少計算錯誤和編程錯誤，工件原點應選在零件圖的設計基準上；對于對稱的零件，工件原點應設在對稱中心上；對于一般零件，工件原點設在工件外輪廓的某一角上；Z軸方向上的零點一般設在工件表面；為提高被加工零件的加工精度，工件原點應盡量選在精度較高的工件表面。②數控銑床配備的固定循環(huán)功能，主要用于孔加工，包括鉆孔、鏜孔、攻螺紋等。③數控程序中需要考慮到對刀具長度的補償。④編程時需要對刀具半徑進行補償。

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2．編程舉例

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3．數控銑加工計算機輔助編程1）幾何造型2）加工工藝分析

銑內槽的3種走刀路徑

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3）刀位軌跡的生成4）后置處理5）程序輸出第4章模具的數控加工與編程

4.5加工中心4.5.1加工中心概述1．加工中心的分類1）立式加工中心

1-數控柜2-刀庫3-主軸箱4-操縱臺5-驅動電源柜6-縱向工作臺7-滑座8-床身9-X軸進給伺服電機10-換刀機械手第4章模具的數控加工與編程

2）臥式加工中心

1-刀庫2-換刀裝置3-支座4-Y軸伺服電動機5-主軸箱6-主軸7-數控裝置8-防濺擋板9-回轉工作臺10-切屑槽第4章模具的數控加工與編程

3）龍門式加工中心龍門式加工中心的形狀與龍門銑床相似，主軸多為垂直設置，除自動換刀裝置外，還帶有可更換的主軸附件，數控裝置的功能也較齊全，能夠一機多用，尤其適用于加工大型或形狀復雜的零件。4）五軸加工中心工件一次安裝后能完成除安裝面以外的所有側面和頂面等5個面的加工。

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2．加工中心的主要加工對象1）箱體類零件2）復雜曲面3）異形件4）盤、套、板類零件5）特殊加工第4章模具的數控加工與編程

4.5.2加工中心自動換刀1.自動換刀（1）換刀方式

1）機械手換刀2）主軸換刀（2）刀具識別

1）刀座編碼2）刀柄編碼第4章模具的數控加工與編程

2.機外對刀

CCD投影式刀具預調儀

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4.5.3加工中心編程除換刀程序外，加工中心的編程方法與數控銑床基本相同。但由于增加了換刀環(huán)節(jié)，在劃分工序內容時可以有如下幾種方法。（1）按所用的刀具劃分工序（2）按粗、精加工劃分工序（3）按先面后孔的原則劃分工序（4）按程序長短劃分工序第4章模具的數控加工與編程

加工中心的編程實例

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4.6高速加工技術4.6.1高速加工的概念及特點Salomon曲線

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1．高速加工定義高速切削目前沒有一個統(tǒng)一的定義。對于不同的加工方式、不同的工件材料，高速切削的速度是不同的。通常高速切削的切削速度比常規(guī)切削速度高出5～10倍以上。

（1）主軸轉速（切削速度）高（2）進給速度快（3）切削深度小（4）切削行距小第4章模具的數控加工與編程

2．高速加工的優(yōu)點（1）加工效率高（2）加工質量高（3）刀具磨損小

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