模具加工3数控加工

1、第3章 模具数控加工模具数控加工模具制造技术模具制造技术教学内容与要求：教学内容与要求：知识点知识点 要求要求 3.1模具数控加工的基础知识 识记理解应用重点难点3.1.1数控加工的基本概念 3.1.2数控机床的工作原理与分类3.1.3数控加工的特点与应用 3.2数控机床加工的编程基础 3.2.1程序编制的基本方法3.2.2数控程序的指令和代码功能模具制造技术模具制造技术 知识点知识点识记识记理解理解应用应用重点重点难点难点3.2.3数控加工程序的结构与格式3.2.4数控加工基本指令的应用3.3数控铣床编程要点及示例3.3.1切削条件选择3.3.2工艺分析与刀具切削路径3.3.3编程要点3.3

2、.4编程示例3.4加工中心编程要点及举例3.4.1编程要点3.4.2编程举例模具制造技术模具制造技术 知识点知识点识记理解应用重点难点3.5模具数控加工及数控工艺设计3.5.1数控加工的模具零件结构3.5.2编程原点及定位基准的选择3.5.3刀具的选择及走刀3.5.4走刀速度3.6模具的高速数控切削技术3.6.1高速切削的原理3.6.2高速切削的关键技术3.6.3高速切削刀具技术3.6.4高速切削工艺、特点、应用模具制造技术模具制造技术3.1模具数控加工的基础知识模具数控加工的基础知识3.1.1数控加工的基本概念 模具制造技术模具制造技术 1.1.数控与数控机床数控与数控机床 数字控制（Num

3、erical Control，NC）是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。是一种自动控制技术。 数控机床就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。只需编写好数控程序，机床就能够把零件加工出来。 模具制造技术模具制造技术 2.2.数控加工数控加工 数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。 数控加工与普通加工方法的区别: 在普通机床上进行加工时，机床动作的先后顺序和各运动部件的位移都是由人工直接控制。 在数控机床上加工时，所有这些都由预先按规定形式编排井输入到数控机床控制系统的数控程序来控制。 实现数控加工的关键是数控编程。 3.3.数控加工研究的主要

4、内容数控加工研究的主要内容 （1）数控加工工艺设计 1）选择并决定零件的数控加工内容； 2）零件图纸的数控加工艺性分析； 3）数控加工的工艺路线设计； 4）数控加工的工序设计； 5）数控加工专用技术文件的编写。 模具制造技术模具制造技术 （2）对零件图形的数学处理并编写数控加工程序单。 （3）程序的校验与修改并首件试切加工与现场问题处理。 （4）数控加工工艺技术文件的定型与归档。 模具制造技术模具制造技术3.1.2数控机床的工作原理与分类1.数控机床的工作原理数控机床加工零件时，首先要根据加工零件的图样与工艺方案，按规定的代码和程序格式编写零件的加工程序单，这是数控机床的工作指令。通过控制介质

5、将加工程序输入到数控装置，由数控装置将其译码、寄存和运算之后，向机床各个被控量发出信号，控制机床主运动的变速、起停、进给运动及方向、速度和位移量，以及刀具选择交换，工件夹紧松开和冷却润滑液的开、关等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。 模具制造技术模具制造技术 2.2.数控机床的组成数控机床的组成数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分组成。模具制造技术模具制造技术图3.1数控机床的组成 图3.2开环、闭环和半闭环 （1）控制介质 控制介质是用于记载各种加工信息（如零件加工工艺过程、工艺参数和位移数据等

6、）的媒体，经输入装置将加工信息送给数控装置。 常用的控制介质有标准的纸带、磁带和磁盘等。 （2）数控装置 数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理之后，发出相应的脉冲送给伺服系统，通过伺服系统控制机床的各个运动部件按规定要求动作。模具制造技术模具制造技术 （3 3）伺服系统）伺服系统 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给伺服系统和主轴伺服系统，根据数控装置的指令，前者控制机床各轴的切削进给运动，后者控制机床主轴的旋转运动。 伺服系统有开

7、环、闭环和半闭环之分。模具制造技术模具制造技术开环、闭环和半闭环 （4）机床本体）机床本体 数控机床的本体包括：主运动部件，进给运动部件如工作台，刀架及传动部件和床身立柱等支撑部件，此外还有冷却、润滑、转位、夹紧等辅助装置。对加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。 模具制造技术模具制造技术模具制造技术模具制造技术3.3.数控机床的分类数控机床的分类 按机械运动的轨迹可分为点位控制系统、直线控制系统和轮廓控制系统。 按伺服系统的类型可分为开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。 按控制坐标轴数可分为两坐标数控机床、三坐标数控机床和多坐标数控机床。 按数控功能水平可

8、分为高档数控机床、中档数控机床和低档数控机床。 按照数控机床的加工方式 金属切削类数控机床（如数控车床、数控铣床等）。 金属成形类数控机床（如数控折弯机、数控冲床等）。 特种加工类数控机床（有数控电火花线切割机床、数控电火花成形机床等）。模具制造技术模具制造技术3.1.3 3.1.3 数控加工的特点与应用数控加工的特点与应用1.数控加工的特点（1）加工精度高 数控机床是精密机械和自动化技术的综合，数控机床的定位精度可达0.005mm，重复定位精度为0.002mm。 （2）自动化程度高和生产率高 数控加工是按事先编好的程序自动完成零件加工任务。 （3）适应性强 改变加工零件时，只需更换加工程序，

9、就可改变加工工件的品种。 模具制造技术模具制造技术 （4）有利于生产管理现代化 用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。 （5）减轻劳动强度,改善劳动条件 操作者不需繁重而又重复的手工操作。 （6）成本高 数控加工初始投入资金大（数控设备及计算机系统），复杂零件的编程工作量也大. 模具制造技术模具制造技术 2.2.数控加工的应用数控加工的应用 适合加工多品种、中小批量以及结构形状复杂、加工精度要求高的零件；特别是加工需频繁变化的模具零件。 3.3.数控加工技术的发展数控加工技术的发展数控加工技术是综合运用了微电子、计算机、自动控制、自动检测

10、和精密机械等多学科的最新技术； 高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及开放性等方向发展。 3.2数控机床加工的编程基础 模具制造技术模具制造技术模具制造技术模具制造技术3.2.1程序编制的基本方法程序编制的基本方法 1.程序编制的基本步骤与方法程序编制是指从零件图样到制成控制介质的过程。程序编制的步骤如图3.3所示。图3.3程序编制的一般过程模具制造技术模具制造技术（1）确定工艺过程 在制订零件加工工艺时，应根据图样的形状、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。 （2）运动轨迹的坐标值计算 如运动轨迹的起点和终点、圆弧的圆心等坐标尺寸。 （3）编写加工程序单 按照数控装

11、置规定使用的功能指令代码及程序格式，逐段编写加工程序单。 （4）制备控制介质 程序单的内容制成穿孔纸带、磁盘等，作为数控装置的输入信息。（5）程序校验和首件试切 程序单和所制备的控制介质必须经过校验和试切削才能正式使用。 2.2.数控机床的坐标系数控机床的坐标系 JB3051JB305119991999数控机床坐标和运动方向的命名数控机床坐标和运动方向的命名标准。标准。 （1 1）坐标轴的命名）坐标轴的命名标准的坐标系（又称基本坐标系）采用右手直角笛卡尔坐标系，如图3.4所示。模具制造技术模具制造技术图3.4右手直角笛卡儿坐标系 （2 2）机床坐标轴的确定）机床坐标轴的确定 确定机床坐标轴时，

12、一般是先确定z轴，再确定x轴和y轴。 1）Z轴 对于有主轴的机床，如卧式车床、立式升降台铣床等，则以主轴轴线方向作为z轴方向。 2) X轴 一般位于与工件安装面相平行的水平面内。 3) Y轴 根据已选定的Z、X轴按右手直角笛卡尔坐标系来确定.模具制造技术模具制造技术 4) 附加坐标轴 如果机床除有x、y、z主要坐标轴外，还有平行于它们的坐标轴，可分别指定为U、V、W。如果还有第三组运动，则分别指定为P、Q、R。5) 旋转运动 A、B、C相应表示围绕x、y、z三轴轴线的旋转运动，其正方向分别按x、y、z轴右螺旋法则判定。6) 主轴回转运动方向 主轴顺时针回转运动的方向是按右螺旋进入工件的方向。模

13、具制造技术模具制造技术（3 3）机床原点与机床坐标系）机床原点与机床坐标系 机床原点（M）又称机床零点，是机床上的一个固定点，由机床生产厂在设计机床时确定，原则上是不可改变的。 以机床原点为坐标原点的坐标系就称为机床坐标系。机床原点是工件坐标系、编程坐标系、机床参考点的基准点。 图3.5数控车床坐标系 图3.6卧式加工中心坐标系（4 4）机床参考点）机床参考点 机床参考点（R）是机床坐标系中一个固定不变的位置点, 是由机床制造厂人为定义的点，是用于对机床工作台、滑板与刀具之间相对运动的测量系统进行标定和控制的点。 机床参考点相对于机床原点的坐标是一个已知定值。（5 5）工件原点与工件坐标系）工

14、件原点与工件坐标系 数控编程时，首先应该确定工件坐标系和工件原点。编程人员以工件图样上的某一点为原点建立工件坐标系。 工件随夹具安装在机床上后，这时测得的工件原点与机床原点间的距离称为工件原点偏置，操作者要把测得的工件原点偏置量存储到数控系统中。模具制造技术模具制造技术 （6 6）编程原点）编程原点 编程原点是程序中人为采用的原点。一般取工件坐标系原点为编程原点。 图3.7所示，M为机床原点，W为工件原点，P为编程原点。 模具制造技术模具制造技术图3.7数控机床的圆点偏置 模具制造技术模具制造技术（7 7）刀位点、对刀点和换刀点）刀位点、对刀点和换刀点 对于立铣刀来说，刀位点是刀具的轴线与刀具

15、底平面的交点；对球头铣刀来说是球头部分的球心；对车刀来说是刀尖；对钻头来说是钻尖。 对刀点是数控加工时刀具（刀位点）运动的起点。对刀点确定后，刀具相对编程原点的位置就确定了。 图3.8卧式加工中心坐标系 模具制造技术模具制造技术 换刀点是在为数控车床、数控钻镗床、加工中心等多刀加工的机床编制程序时设定的，用以实现在加工中途换刀。 换刀点常常设在被加工工件的外面，并要远离工件。1.准备功能“G”指令它是由字母“G”和其后的二位数字组成，从G00至G99共有100条指令，见表3.1。 这些指令主要是命令数控机床进行何种运动，为控制系统的插补运算作好准备。所以，一般它们都位于程序段中坐标数字指令的前

16、面。 模具制造技术模具制造技术3.2.23.2.2数控程序的指令和代码数控程序的指令和代码 2.2.辅助功能辅助功能“M”M”指令指令 辅助功能M指令是由字母“M”和其后的二位数字组成，从M00至M99共100条指令，见表3.2。 这些指令与数控系统的插补运算无关，主要是为了数控加工、机床操作而设定的工艺性指令及辅助功能。模具制造技术模具制造技术 3.3.其他功能指令其他功能指令（1）进给功能指令F 该指令用来指定切削进给速度，其单位为（mm/min)或(mm/r)。F地址后跟的数值有直接指定法和代码指定法。 现在一般都使用直接指定，即F后的数字直接指定进给速度，如“Fl20”即为进给量120

17、mm/min，“F0.2”为O.2mm/r。（2）主轴转速功能指令S 该指令用以指定主轴转速，其单位为r/min。现在数控机床的主轴都用高性能的伺服驱动，可用直接法指定任何一种转速，如“S2000”即为主轴转速2000r/min。模具制造技术模具制造技术 （3）刀具功能指令T 该指令用以指定刀号及其补偿号。T地址后跟的数字有二位(如Tll)和四位(如T0lOl)之分。对于四位，前二位为刀号，后二位为刀补寄存器号。 如TO202,O2为2号刀，02为从02号刀补寄存器取出事先存入的补偿数据进行刀具补偿。 （4）坐标功能指令 坐标功能指令(又称为尺寸功能指令）)用来设定机床各坐标的位移量。它一般使

18、用X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C等地址符为首，在地址后紧跟着“”或“”及一串数字。该数字以系统脉冲当量为单位,数字前的正负号代表移动方向。模具制造技术模具制造技术（5）程序段号功能指令N 该指令用以指定程序段名,由N地址及其后的数字组成。习惯上按顺序并以5的倍数编程，以备插入新的程序段。如“N1O”表示第一条程序段,“N20”表示第二条程序段等。 模具制造技术模具制造技术 3.2.33.2.3数控加工程序的结构与格式数控加工程序的结构与格式 1.程序结构一个完整的加工程序由程序号、若干程序段及程序结束指令组成。程序号又称程序名，置于程序的开头，用作一个具体加工程序存储、调用的标

19、记。程序号一般由字母、或符号“%”、“:”后加24位数组成。程序段是由一个或若干字组成，每个字又由字母和它后面的数字数据组成（有时还包括代数符号）,每个字母、数字、符号都称为字符。 模具制造技术模具制造技术模具制造技术模具制造技术例如加工程序:O020N010 G92 X200 Z200 ；NO20 G00 X80 Z3 S300 T0101 M03 M08； N030 G01 Z-60 F0.2； NO40 X100；N550 G00 X200 Z200 T0100 M09； N560 M02 2.程序段格式 程序段格式就是一条程序段中字、字符及数据的排列形式。 N N G G X X Y

20、Y Z Z R R F F S S T T M M 国际标准化组织已对这种可变程序段字一地址格式制定了ISO69831一1982标准。模具制造技术模具制造技术 3.3.主程序与子程序主程序与子程序在一个加工过程中，如果有几个一连串的程序段完全相同（如一个零件中有几何形状和尺寸相同，为缩短程序，可将这些重复的程序段单独抽出，按规定的程序格式编成子程序，并事先存储在子程序存储器中。 子程序以外的程序为主程序，主程序在执行过程中如需要执行该子程序即可调用，并可多次重复调用，从而可大大简化编程工作。主程序调用子程序及子程序调用另一子程序如图3.9图3.10所示。 模具制造技术模具制造技术模具制造技术模

21、具制造技术图3.9零件加工程序的执行 图3.10子程序的嵌套3.2.43.2.4数控加工基本指令的应用数控加工基本指令的应用 1.设定工件坐标系指令G92G92X_Y Z G92指令是规定工件坐标系坐标原点的指令。工件坐标系坐标原点又称为程序零点，坐标值X、Y、Z为刀具刀位点在工件坐标系中（相对于程序零点）的初始位置。 模具制造技术模具制造技术2.2.绝对值输入指令绝对值输入指令G90G90和增量值输入指令和增量值输入指令G91G91 G90X_ Y Z ； G91X_ Y Z G90指令按绝对值方式设定输入坐标，即移动指令终点的坐标值X、Y、Z都是以工件坐标系坐标原点（程序零点）为基准来计算

22、。 G91指令按增量值方式设定输入坐标，即移动指令终点的坐标值X、Y、Z都是以始点为基准来计算，再根据终点相对于始点的方向判断正负，与坐标轴同向取正，反向取负。 模具制造技术模具制造技术 例：如图3.12所示，使用绝对值与增量值方式设定输入坐标的程序 使用绝对值指令G90时 G92 X0 Y0 Z0 程序零点设在参考点O G90 G00 X30.0 Y-80.0 刀具快移至O点定位 G92 X0 Y0 程序零点再设定在O G90 G00 Xl00.0 Y30.0 刀具快移至始点A定位G01 X40.0 Y60.0 始点A至终点B使用增量值指令G91时(程序功能与上面相同)G92 X0 Y0 Z

23、0G91 G00 X30.0 Y-80.0G92 X0 Y0G91 G00 X100.0 Y30.0G01 X-60.0 Y30.0模具制造技术模具制造技术3.3.点定位指令点定位指令G00G00 G00 X_Y_Z_ G00指令为刀具相对于工件分别以各轴快速移动速度由始点（当前点）快速移动到终点定位。当使用绝对值指令G90时，刀具分别以各轴快速移动速度移至工件坐标系中坐标值为X、Y、Z的点上；当使用增量值指令G91时，刀具则移至距始点（当前点）为X、Y、Z值的点上。各轴快速移动速度可分别用参数设定；在执行加工时，还可以在操作面板上用快速进给速率修调旋钮来调整控制。 模具制造技术模具制造技术

24、例：若X轴和Y轴的快速移动速度为4000mm/min，刀具的始点位于工件坐标系的A点(图3.13)，程序为： G90 G00 X60.0 Y30.0 或 G91 G00 X40.0 Y20.0 则刀具的进给路线为一折线，即刀具从始点A先沿X轴、Y轴同时移动至B点，然后再沿X轴移至终点C。模具制造技术模具制造技术模具制造技术模具制造技术图3.13 点定位 图3.14直线插补 4.4.直线插补指令直线插补指令G01G01 G01 X Y_ Z _ F G01指令为刀具相对于工件以F指令的进给速度，从当前点(始点)向终点进行直线插补。当执行绝对值指令G90时，刀具以F指令的进给速度进行直线插补，移至

25、工件坐标系中坐标值为X、Y、Z的点上；当执行指令G91时，刀具则移至距当前点距离为X、Y、Z值的点上。 F是进给速度指令代码，在没有新的F指令以前一直有效，不必在每个程序段中都写F指入令。模具制造技术模具制造技术 例：如图3.14 G90 G01 X60.0 Y30.0 F200 始点A终点B 或 G91 G01 X40.0 Y20.0 F200 F200是指从始点A向终点B进行直线插补的进给速度为200mm/min。模具制造技术模具制造技术 5.5.平面选择指令平面选择指令Gl7Gl7、Gl8Gl8、Gl9Gl9 Gl7、Gl8、Gl9指令分别用来指定程序段中刀具的圆弧插补平面和刀具半径补偿

26、平面（参见图3.15）。模具制造技术模具制造技术 a) G17选择XY平面 b)G18选择ZX平面 c)G19选择YZ平面 图3.15圆弧插补6.6.顺时针圆弧插补指令顺时针圆弧插补指令G02G02和逆时针圆弧插补指令和逆时针圆弧插补指令G03G03 （1）XY平面圈弧 （2）ZX平面圆弧 （3）YZ平面圆弧 模具制造技术模具制造技术 G02、C03指令使刀具相对于工件在指定的坐标平面（Gl7, Gl8, Gl9）内，以F指令的进给速度从当前点（始点)）向终点进行圆弧插补(见图3.2.13)，X、Y、Z是圆弧终点坐标值。R是圆弧半径，当圆弧所对应的圆心角小于或等于180时，R取正值；当圆心角大

27、于180，并且小于360时，R取负值。I、J、K分别为圆心相对于圆弧始点在X、Y、Z轴方向的坐标增量。 模具制造技术模具制造技术 7.7.暂停指令暂停指令G04G04 G04指令使刀具暂时停止进给，直到经过指令的暂停时间，再继续执行下一程序段。 地址P或X指令指定暂停的时间；其中地址X后可以是带小数点的数，单位为s，如暂停1s可写为G04 Xl.0；地址P不允许用小数点输入，只能用整数，单位为ms，如暂停1s可写为G04 P1000。 模具制造技术模具制造技术PXG04PXG04PXG04 8.8.米制输入指令米制输入指令G21G21和英制输入指令和英制输入指令G20G20 在一个程序中也可以

28、米制、英制输入混合使用，在G20以下、G21未出现前的各程序段为英制输入；在G21以下、G20未出现前的各程序段为米制输入。例如: N10 G20 N20 ： （以上为英制输入） N50 G21 N60 ： （以上为米制输入）模具制造技术模具制造技术9.9.返回指令返回指令G27G30G27G30（1）参考点返回校验指令G27 G27 X_Y_Z_（2）自动返回参考点指令G28 G28 X_Y_Z （3）从参考点返回指令G29 G29 X_Y_Z_（4）第二参考点返回指令G30 G30 X_Y_Z_模具制造技术模具制造技术 10.10.刀具长度正补偿指令刀具长度正补偿指令G43G43、刀县长度

29、负补偿指令、刀县长度负补偿指令G44G44和取消刀具长度补偿指令和取消刀具长度补偿指令G49G49 当刀具磨损时，可在程序中使用刀具补偿指令补偿刀具尺寸的变化，而不必重新调整刀具和重新对刀。 在Gl7的情况下，刀具补偿指令G43和G44只用于Z轴的补偿，而对X轴和Y轴无效。格式中的Z值是指程序中的指令值，H为补偿功能代号，它后面的两位数字是刀具补偿寄存器的地址字，如H01是指01号寄存器，在该寄存器中存放刀具长度的补偿值。该值范围为：米制0999. 99mm；英制099. 999in。模具制造技术模具制造技术模具制造技术模具制造技术如3.17所示，在执行G43指令时 Z实际值=Z指令值（H）执

30、行G44时 Z实际值=Z指令值（H）式中，(H)是指编号为寄存器中的补偿量。 采用取消刀具长度补偿G49指令或用G43 H00和G44 H00可以撤销补偿指令。例如图3.18。模具制造技术模具制造技术图3.17刀具长度补偿 图3.18刀具长度补偿例一 设置刀具长度补偿和工件设置刀具长度补偿和工件Z Z轴的方法（图轴的方法（图3.203.20）。 1）设置刀具长度补偿量 首先将刀具装入刀柄中，在对刀仪上测量出每把刀具前端至刀柄校准面（即刀柄锥部的基准面）的距离，再将测得的距离值作为补偿量按刀具偏置号置入数控装置的刀具补偿寄存器中(见图中H01、H02、H03)。 2）设置加工坐标系（G54G59

31、）Z轴零点 先使Z轴回机床零点，再测量刀具前端至加工坐标系Z轴程序零点O（G54 Z0）的距离（见图20 A、B、C），由AH0l（或BH02、CH03）即可设定Z轴机床零点处的校准面至加工坐标系Z轴程序零点的零点漂移。模具制造技术模具制造技术图3.20设置刀具长度补偿和工件Z轴模具制造技术模具制造技术）或DHYXGGGG(42410100）或DHYXGGGG(42410100）或DHYXGGGG(42410100YXGGG01004011.11.刀具半径补偿功能刀具半径补偿功能 要加工图3.21所示的轮廓曲线A，铣刀中心应沿着曲线B进给，即刀具中心要偏离零件轮廓（编程轨迹）一定的距离，这种偏

32、离称为偏移。此种情况要考虑刀具半径补偿。 图3.21偏移矢量 1）刀具半径左补偿指令G41和 刀具半径右补偿指令G42 格式中的X和Y表示刀具移至终点时，轮廓曲线（编程轨迹）上点的坐标值；H(或D)为刀具半径补偿寄存器地址字，在寄存器中存有刀具半径补偿值。模具制造技术模具制造技术）或DHYXGGGG(42410100）或DHYXGGGG(42410100）或DHYXGGGG(42410100YXGGG010040刀具半径补偿（圆弧情况）2 2）取消刀具半径补偿指令）取消刀具半径补偿指令G40G40 最后一段刀具半径补偿轨迹加工完成后，与建立刀具半径补偿类似，也应有一直线程序段G00或G01指令

33、取消刀具半径补偿，以保证刀具从刀具半径补偿终点（刀补终点）运动到取消刀具半径补偿点（取消刀补点）。 指令中有X、Y时，X和Y表示编程轨迹上取消刀补点的坐标值。 模具制造技术模具制造技术G40指令模具制造技术模具制造技术12.12.固定循环指令固定循环指令1）固定循环动作的组成 固定循环常由六个动作顺序组成 X和Y轴定位 快速运行到R点 钻孔(或镗孔等) 在孔底执行相应的动作 退回到R点 快速运行到初始点位置图3.27固定循环动作 模具制造技术模具制造技术 2）定位平面及钻孔轴选择）定位平面及钻孔轴选择 定位平面取决于平面选择指令G17, G18、G19，其相应的钻孔轴分别平行于Z轴、Y轴和X轴

34、。对于立式数控铣床，定位平面只能是XY平面，钻孔轴平行于Z轴，他与平面选择指令无关。3）固定循环指令格式（讨论立式铣床）固定循环指令格式（讨论立式铣床） LFPQRZYXGGGGG98999190 其中，G为孔加工方式；对应于固定循环指令，X、Y为孔加工数据，Z、R、Q、P、F为孔加工数据，L为重复次数。模具制造技术模具制造技术3.3数控铣床编程要点及示例数控铣床编程要点及示例3.3.13.3.1切削条件选择切削条件选择 影响切削条件的因素有：工艺系统的刚性，工件的尺寸精度、形位精度及表面质量，刀具耐用度及工件生产纲领，切削液，切削用量等。模具制造技术模具制造技术工件材料铣刀材料碳素钢 高速钢

35、 超高速钢StelliteYG铝751501503001520240460300600黄铜(软)1225205018354575100180青铜(硬)102020401020305060130青铜(最硬)1012101528404060铸铁(软)1525182875100铸铁(硬)10154560 表3.4铣刀的切削速度 /mmin-1 模具制造技术模具制造技术 表3.5铣刀进给量 模具制造技术模具制造技术 表3.6铣刀进给量 模具制造技术模具制造技术工艺分析的原则如下。1）分析零件图。2）将同一刀具的加工部位分类。3）按零件结构特点选择程序零点。4）列出使用的刀具表、程序分析表。5）模拟或试

36、车切削并修正。3.3.23.3.2工艺分析与刀具切削路径工艺分析与刀具切削路径模具制造技术模具制造技术3.3.33.3.3编程要点编程要点1）了解数控系统功能及机床规格。2）熟悉加工顺序。3）合理选择刀具、夹具及切削用量、切削液。4）编程尽量使用子程序及宏指令。5）注意小数点的使用。6）程序零点要选择在易计算的确定位置。7）换刀点选择在无换刀干涉的位置。模具制造技术模具制造技术3.3.4编程示例编程示例如图如图3.29所示的凹模板，材料为Cr12尺寸如图所示，所选立铣刀直径为20mm。加工程序见表3.7。图3.29凹模板数控铣床编程示例模具制造技术模具制造技术3.4加工中心编程要点及举例加工中

37、心编程要点及举例模具制造技术模具制造技术3.4.13.4.1编程要点编程要点 除换刀程序外，加工中心的编程方法和普通数控机床相同。不同的数控机床，其换刀程序是不同的，通常选刀和换刀分开进行。换刀动作必须在主轴停转条件下进行。换刀完毕启动主轴后，方可执行下面程序段的加工动作。选刀动作可与机床的加工动作重合起来，即利用切削时间进行选刀。因此，换刀M06指令必须安排在用新刀具进行加工的程序段之前，而下一个选刀指令T常紧接安排在这次换刀指令之后。 多数加工中心都规定了“换刀点”位置，即定距换刀。主轴只有走到这个位置，机械手才能执行换刀动作。一般立式加工中心规定换刀点的位置在Z0处（即机床Z轴零点），同

38、时规定换刀时应有回参考点的准备功能G28指令。当控制机接到选刀指令T后，自动选刀，被选中的刀具处于刀库最下方；接到换刀M06指令后，机械手执行换刀动作。因此换刀程序可采用两种方法设计。模具制造技术模具制造技术 方法一：N0l0 G28 Z0 T02N011 M06 返回Z轴换刀点的同时，刀库将T02号刀具选出，然后进行刀具交换，换到主轴上的刀具为T02。因此这种方法占用机动时间较长。 方法二：N0l0 G01 Z T02 ： N0l7 G28 Z0 M06 ： N0l8 G01 Z T03 N017程序段换上N010程序段选出的T02号刀具；在换刀后，紧接着选出下次要用的T03号刀具。在N01

39、0程序段和N018程序段执行选刀时。 模具制造技术模具制造技术3.4.2编程举例如图3.30所示的模板，加工程序见表3.8。模具制造技术模具制造技术3.5模具数控加工及数控工艺设计模具数控加工及数控工艺设计 模具制造技术模具制造技术3.5.13.5.1适于数控加工的模具零件结构适于数控加工的模具零件结构1.1.选择合适的工艺基准选择合适的工艺基准 数控加工多采用工序集中的原则，因此要尽可能采用合适的定位基准。 2.2.加工部位的可接近性加工部位的可接近性 对于模具零件上一些刀具难以接近的部位（如钻孔、铣槽），应关注刀具的夹持部分是否与零件相碰。 3.3.外轮廓的切入切出方向外轮廓的切入切出方向

40、 根据零件的结构特征选择合适的切入和切出方向。 4.零件内槽半径R不宜过小 模具上一些特殊的型面，如角度面、异形槽等。5.在铣削零件内槽底面时，底面与侧壁间的圆角半径r不宜过大 6.特殊结构的处理 对于薄壁复杂、不规则，精度要求高的结构。模具制造技术模具制造技术3.5.23.5.2编程原点及定位基准的选择编程原点及定位基准的选择 1.编程原点的选择 编程原点通常作为坐标的起始点和终止点，它的正确选择将直接影响到模具零件的加工精度和坐标尺寸计算的难易程度。在选择编程原点时应注意以下原则： 1）编程原点尽可能与图样的尺寸基准(设计基准与工艺基准)相重合，例如以孔定位的零件，应以孔的中心作为编程原点

41、，对于一些形状不规则的零件，可在其基准面(或线)上选择编程原点，当加工路线呈封闭形式时，应在精度要求较高的表面选择编程原点(或加工起始点)； 2）编程原点的选择应有利于编程和数值计算简便； 3）编程原点所引起的加工误差应最小； 4）编程原点应易找出，且测量位置较方便。模具制造技术模具制造技术2.2.定位基准的选择定位基准的选择 数控加工中应采用统一的定位基准，否则会因零件的多次安装而引起较大的误差。零件结构上最好有合适的可作为统一定位基准的孔或面。若没有合适的，可在工件上增设工艺凸台或工艺孔。若确实难以在零件上加工出统一的定位基准要素时，可选择经过精加工的组合表面作为统一的定位基准，以减少多次

42、装夹所产生的误差。模具制造技术模具制造技术3.5.33.5.3刀具的选择及走刀刀具的选择及走刀 1.1.刀具的选择刀具的选择 刀具部分的几何参数可用两个选项来设定。第一个选项用来确定刀体类型，包括圆柱形和圆锥形刀具；第二个选项用来确定刀头类型；包括平头、球形和圆角。定义刀具几何形状的参数包括如下几项 1）刀锥角度 2）刀具半径 3）圆角半径 4）刀具高度 模具制造技术模具制造技术2.2.加工路线的确定加工路线的确定确定加工路线时，要在保证被加工零件获得良好的加工精度和表面质量的前提下，力求计算容易，走刀路线短，空刀时间少。 1 1）平面轮廓的加工路线）平面轮廓的加工路线 平面轮廓零件的表面多由

43、直线和圆弧或各种曲线构成，常用2坐标联动的3坐标铣床加工，编程较筒单。图3.33所示为直线和圆弧构成的平面轮廓。零件轮廓为ABCDEA，采用半径为r的圆柱铣刀进行周向加工，虚线为刀具中心的运动轨迹。图3.33平面轮廓的铣削模具制造技术模具制造技术a） b） c）图3.34铣削内槽的3种走刀路线 铣削加工中不同的走刀路线往往会给加工编程带来不同的影响，图3.34所示为加工内槽的3种走刀路线 模具制造技术模具制造技术 三维曲面的行切法（又叫行距法）加工，是用球头铣刀一行一行地加工曲面，每加工完一行后，铣刀要沿一个坐标方向移动一个行距(图3.35)，直至将整个曲面加工出为止。 a) b) 图3.35

44、曲面的行切法加工模具制造技术模具制造技术 2 2）曲面轮廓的加工路线）曲面轮廓的加工路线曲面加工中常用球头铣刀、环形刀、鼓形刀、锥形刀和盘铣刀等，切割时根据曲面的具体情况选择刀具的几何形状。通常根据曲面形状、刀具形状以及精度要求，采用不同的铣削方法，如用2.5轴、3轴、4轴、5轴等插补联动加工来完成立体曲面的加工。对于三维曲面零件，根据曲面形状、精度要求、刀具形状等情况，通常采用两种方法加工：一种是2坐标联动的3坐标加工，即2.5轴加工，此法常用来加工不太复杂的空间曲面零件；另一种是3坐标联动加工，这种方法要求所用机床的数控系统必须具备3轴联动的功能，常用来加工比较复杂的空间曲面零件。模具制造

45、技术模具制造技术 行切法的加工结果如图3.36所示。图a)表示2.5轴加工产生金属残留高度H；图b)表示在3坐标联动加工时，铣刀沿切削方向采用直线插补的加工结果。 图3.36行切法的加工结果4坐标、5坐标加工用于比较复杂、要求较高的曲面加工，其工艺处理的基本步骤和原则与3坐标曲面加工有许多类似之处，但计算上更为复杂，一般都采用自动编程方法。模具制造技术模具制造技术3.5.43.5.4进给速度进给速度 在数控编程中，有五种进给速度可供选择，即切削进给速度、跨越进给速度、接近工件表面进给速度、退刀和空刀进给速度。1）切削进给速度 一般原则是：工件表面的加工余量大、硬度高，则切削进给速度低；反之则切

46、削进给速度高。 2）跨越进给速度 跨越进给速度是指在曲面区域加工中，刀具从一切削行运动到下一切削行之间所具有的运动速度。 3）接近工件表面进给速度 为了使刀具安全、可靠地接近工件表面，接近工件的进给速度不宜太高。 4）退刀和空刀进给速度 为了缩短非切削加工时间，降低生产成本，退刀和空刀进给速度应选择机床所允许的最大进给速度。 5）主轴转速 在刀具能正常使用的前提下，尽量加快主轴的转速，以获得高质量的加工表面。 模具制造技术模具制造技术3.6模具的高速数控切削技术模具的高速数控切削技术模具制造技术模具制造技术3.6.13.6.1高速切削的原理高速切削的原理1.高速切削的概念德国切削物理学家Car

47、l Salomon，在20世纪30年代裉据一些实验曲线，现在常被称为“Salomon曲线”（如图3.6.1所示），提出了高速切削（High Speed Cutting，HSC）的概念。Salomon指出，在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高；当切削速度增大到某一数值vs以后，切削速度再增大，切削温度反而降低，如图3.6.2所示。Salomon同时指出，vs的值与工件材料的种类有关，对于每一种工件材料，存在一个速度范围，在这个速度范围内，由于切削温度太高，任何刀具都无法承受，切削加工就不可能进行，这个范围常被称为“死谷(Dead Valley)”。模具制造技术模具制造技术 图

48、3.37Salomon曲线 图3.38Salomon曲线示意模具制造技术模具制造技术2.2.高速切削的优势高速切削的优势 1）材料切除率高 高速切削加工比常规切削加工单位时间材料切除率可提高36倍。 2）切削力低 和常规切削加工相比，高速切削力至少降低30%，可减少加工变形，提高零件加工精度，有利于延长刀具使用寿命，刀具耐用度可提高约70%。3）减少热变形 高速切削加工过程中，95%以上的切削所产生的热量将被切屑带离工件，工件积聚热量极少，零件不会由于温升导致翘曲或膨胀变形。 4）加工效率高 高速切削加工允许使用较高进给率，比常规切削加工提高510倍。 5）实现高精度加工 高速切削加工时，其加

49、工获得的工件表面质量几乎可与磨削加工相比。因此，高速切削加工可直接作为最后一道精加工工序。 6）良好的技术经济效益 采用高速切削加工将能取得较好的技术经济效益，生产率高；零件加工精度高；表面质量好；工件热变形小；刀具成本低,节省了换刀辅助时间及刀具刃磨费用等。模具制造技术模具制造技术3.3.高速切削的应用高速切削的应用在航空制造业，现代飞机零件都采用整体制造加工技术，通过高速切削加工，可生产高精度、高质量的铝合金或钛合金的航空零部件产品。 在模具制造业，高速粗加工和淬硬后（5562HRC）高速精加工可加工硬金属材料，并有取代电火花加工和传统的磨削、抛光加工的趋势。 高速切削的应用范围正在逐步扩

50、大，不仅用于切削金属等硬材料，也越来越多用于切削软材料，如橡胶、各种塑料、木头等。经高速切削后，这些软材料被加工表面极为光洁。 模具制造技术模具制造技术3.6.23.6.2高速切削的关键技术高速切削的关键技术 高速切削技术是在机床结构及材料、机床设计制造技术、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC控制系统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高效高精度测量测试技术、高速切削机理、高速切削工艺等相关的硬件与软件技术的基础之上综合而成的。 高速切削加工是一个复杂的系统工程，由机床、刀具、工件、加工工艺、切削过程监控及切削机理等方面形成了高速切削技术的研究体系，如图3.39所示。在高

51、速加工过程中的变形、力、温度、摩擦和磨损规律及高速加工系统各部分的稳定性、可靠性是实现高速切削技术的关键。模具制造技术模具制造技术图3.6.3高速切削技术的研究体系模具制造技术模具制造技术1、高速切削机床基本结构 机床的基本结构有床身、底座和立柱等。2.高速主轴 1000020000r/min的加工中心越来越普及，转速高达l00000r/min、200000r/min、250000r/min的实用高速主轴也正在研制开发中。3.高速进给机构 高速切削进给速度可高达50120m/min模具制造技术模具制造技术 1）采用新型直线滚动导轨，其摩擦系数仅为槽式导轨的1/20左右，而且使用直线滚动导轨后,

52、“爬行”现象可大大减少； 2）高速进给机构采用小螺距大尺寸高质量滚珠丝杠或粗螺距多头滚珠丝杠，其目的是在不降低精度的前提下获得较高的进给速度和进给加减速度；3）高速进给伺服系统已发展为数字化、智能化和软件化，高速切削机床已开始采用全数字交流伺服电动机和控制技术；4）为了尽量减少工作台重量但又不损失刚度，高速进给机构通常采用碳纤维增强复合材料；5）为提高进给速度，使用先进、高速的直线电动机。模具制造技术模具制造技术4.高速CNC控制系统CNC数控系统的数据处理能力有两个重要指标：一是单个程序段处理时间，二是插补精度。 5.高速切削机床冷却系统用强力高压、高效的冷却系统 6.高速切削机床安全防护与

53、实时监控系统 7.高速切削机床换刀装置窗。 1）机床操作者及机床周围现场人员的安全保障； 2）避免机床、刀具、工件及有关设施的损伤； 3）识别和避免可能引起重大事故的工况。在机床结构方面，机床设有安全保护墙和门模具制造技术模具制造技术3.6.33.6.3高速切削刀具高速切削刀具 高速切削刀具材料针对生产中广泛应用的铝合金、铸铁、铜和耐热合金等的高速切削，已发展的刀具材料主要有聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼（CBN）、陶瓷（Ceramics）、涂层刀具和金属陶瓷（含氮TiC基硬质合金）刀具等。目前能以25005000m/min的高速切削铝合金（Si质量含量12%，大于12%的为5001500m

54、 /min）；500l500m/min切削铸铁；3001000m/min切削钢；100400m/min切削淬硬钢、耐热合金；90200m/min切削钛合金等。 模具制造技术模具制造技术 3.6.43.6.4高速切削工艺高速切削工艺 高速切削具有加工效率高、加工精度高、单件加工成本低等优点。 高速加工和传统加工工艺有所不同，传统加工认为，高效率来自低转速、大切深、缓进给、单行程；而在高速加工中，高转速、中切深、快进给、多行程则更为有利。高速切削作为一种新的切削方式，高速切削NC编程需要对标准的操作规程加以修改。零件程序要求精确并必须保证切削负荷稳定。 多数CNC软件中的自动编程都还不能满足高速切削加工的要求，需要由人工编程加以补充。目前，Cimatron、UG、MasterCAM等CAM软件都已添加了适合于高速切削的编程模块。模具制造技术模具制造技术3.7高速铣削的工艺特点高速铣削的工艺特点及在模具制造中的应用及在模具制造中的应用模具制造技术模具制造技术3.7.l3.7.l模具的高速铣削加工与传统铣削加工的比较模具的高速铣削加工与传统铣削加工的比较高速铣削加工与传统数控铣削加工方法的主要区别在于进