模具制造工艺学第四章

mjgy04一、数控加工基本概念1.数控与数控机床数字控制(NumericalControl)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，简称为数控(NC)，它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。

2.数控加工数控加工是指在数控机床上进行零件切削加工的一种工艺方法。数控加工与普通加工方法的区别在于控制方式。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。

3.数控加工研究的主要内容

(1)数控加工工艺设计工艺设计是对工件进行数控加工的前期工艺准备工作，它必须在程序编制工作以前完成，因为只有工艺设计方案确定以后，程序编制工作才有依据。

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工艺性分析。

3)数控加工的工艺路线设计。第四章模具数控加工mjgy04一、数控加工基本概念4)数控加工的工序设计。

5)数控加工专用技术文件的编写。

(2)对零件图形的数学处理。

(3)编写数控加工程序单。

(4)按程序单制作控制介质。

(5)程序的校验与修改。

(6)首件试切加工与现场问题处理。

(7)数控加工工艺技术文件的定型与归档。c)数控机床加工

自动化程度高，生产率高；加工精度高，质量稳定；

适应性强。为单件、小批、试制产品（主要是模具）提供了

较大的便利。

数控铣床、数控磨床主要有数控通用磨床、数控

成形磨床、连续轨迹坐标磨床

三种。加工中心:加工中心机床

即是多工序可自动换刀的数控

镗铣床。①根据工件形状和尺寸、材料、技术要求，进行程序设

计；通过数控装置的变换，发出相应的指令，控制机床的动作。原理：②特点：③常用数控机床分类：mjgy04二、数控机床的工作原理与分类1.数控机床的工作原理图4-1数控机床的组成mjgy04二、数控机床的工作原理与分类2.数控机床的组成

(1)控制介质控制介质是用于记载各种加工信息(如零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等)的媒体，经输入装置将加工信息送给数控装置。

(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。mjgy04二、数控机床的工作原理与分类(3)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。

(4)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。

3.数控机床的分类

(1)金属切削类属于此类的有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床、数控齿轮加工机床和加工中心等。mjgy04二、数控机床的工作原理与分类(2)金属成形类属于此类的有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床、数控旋压机等。

(3)特种加工类属于此类的有数控电火花线切割机床、数控电火花成形机床及数控激光切割焊接机等。

(4)其他类属于此类的有数控火焰切割机床、数控激光热处理机床、三坐标测量机等。mjgy04三、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，所以机床的传动精度与机床的结构设计都考虑到要有很高的刚度和热稳定性，它的传动机构采用了减小误差的措施，并由数控装置补偿，所以数控机床有较高的加工精度。mjgy04三、数控加工的特点与应用(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的，操作者除了安放控制介质及操作键盘、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运动情况外，不需要进行繁重的重复性手工操作，因此自动化程度很高，管理方便。

(3)适应性强当改变加工零件时，只需更换加工程序，就可改变加工工件的品种，这就为复杂结构的单件，小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利，特别是普通机床很难加工或无法加工的精密复杂型面。mjgy04三、数控加工的特点与应用(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，劳动强度和紧张程度大大改善，另外工作环境整洁，劳动条件也相应改善。

(6)成本高数控加工不仅初始投入大(数控设备及计算机系统)，而且复杂零件的编程工作量也很大，从而增加了它的生产成本。

2.数控加工的应用从数控加工的一系列特点可以看出，数控加工有一般机械加工所不具备的许多优点，所以其应用范围也在不断地扩大。但目前它并不能完全代替普通机床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。mjgy04三、数控加工的特点与应用3.数控加工技术的发展

(1)高速度高精度化速度和精度是数控加工的两个重要技术指标，它直接关系到加工效率和产品质量。

(2)智能化智能化是体现数控加工运用高技术的重要标志，它表现在运用自适应控制技术；运用人机会话自动编程功能，建立切削用量专家系统和示教系统；运用自诊断功能；运用模式识别技术。

(3)小型化CNC系统体积的小型化便于将机、电装置揉合为一体。mjgy04三、数控加工的特点与应用(4)提高可靠性数控系统比较贵重，用户期望发挥投资效益，要求设备可靠，特别是对要用在长时间无人操作环境下运行的数控系统，可靠性成为人们最为关注的问题。

(5)具有更高的通信功能为适应FMC、FMS以及进一步联网组成CIMS的要求，一般的数控系统都具有RS—232C和RS—422高速串行接口，高档的数控系统应具有DNC接口。

(6)具有开放性传统的数控系统是一种专用封闭式系统，各个厂家的产品之间以及与通用计算机之间不兼容，维修、升级困难，越来越难以满足市场对数控技术的要求。mjgy04第二节数控加工程序编制基础一、程序编制的基本步骤与方法

二、数控机床的坐标系

三、数控程序的指令代码

四、数控加工程序的结构与格式

五、手工编程与自动编程mjgy04一、程序编制的基本步骤与方法图4-2程序编制的一般过程mjgy04一、程序编制的基本步骤与方法图4-3右手直角笛卡儿坐标系mjgy04二、数控机床的坐标系1.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4-3所示。

2.机床坐标轴的确定

(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x轴一般位于与工件安装面相平行的水平面内。

(3)y轴y轴方向可根据已选定的z、x轴按右手直角笛卡尔坐标系来确定。

(4)附加坐标轴如果机床除有x、y、z主要坐标轴以外，还有平行于它们的坐标轴，可分别指定为U、V、W。mjgy04二、数控机床的坐标系(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。

3.机床原点与机床坐标系

4.机床参考点图4-4数控车床坐标系mjgy04二、数控机床的坐标系图4-5卧式加工中心坐标系mjgy04二、数控机床的坐标系5.工件原点与工件坐标系图4-6立式加工中心坐标系mjgy04二、数控机床的坐标系图4-7夹具上的对刀点6.起刀点与对刀点mjgy04三、数控程序的指令代码1.准备功能“G”指令

2.辅助功能“M”指令mjgy04三、数控程序的指令代码表4-1准备功能G代码mjgy04三、数控程序的指令代码表4-1准备功能G代码mjgy04三、数控程序的指令代码2.如在直线切削控制中没有刀具补偿，则G43到G52可指定作其他用途。

3.在表中左栏括号中的字母(d)表示可以被同栏中没有括号的字母d所注销或代替，亦可被有括号的字母(d)所注销或代替。

4.G45到G52的功能可用于机床上任意两个预定的坐标。

5.控制机上没有G53到G59和G63功能时，可以指定作其他用途。mjgy04三、数控程序的指令代码表4-2辅助功能M代码mjgy04三、数控程序的指令代码表4-2辅助功能M代码mjgy04三、数控程序的指令代码表4-2辅助功能M代码mjgy04三、数控程序的指令代码表4-2辅助功能M代码mjgy04三、数控程序的指令代码2.M90～M99可指定为特殊用途。

3.其他功能指令

(1)进给功能指令F该指令用以指定切削进给速度，其单位为(mm/min)或(mm/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。

(3)刀具功能指令T该指令用以指定刀号及其补偿号。

(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之位移量。mjgy04三、数控程序的指令代码(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。mjgy04四、数控加工程序的结构与格式1.程序结构

4-8.TIFmjgy04四、数控加工程序的结构与格式4-9.TIF2.程序段格式

mjgy04五、手工编程与自动编程1.手工编程手工编程就是程序编制的全部或主要由人工完成，有时也借助于通用计算机进行一些复杂的数值计算。

2.自动编程

(1)批处理方式编程批处理方式即数控语言输入方式。图4-10语言编程过程mjgy04五、手工编程与自动编程(2)交互式编程交互式编程即交互式图形编程。

1)几何造型。

2)刀具路径的产生。

3)后置处理。mjgy04第三节数控加工的程序编制一、数控铣削加工

二、加工中心切削加工mjgy04一、数控铣削加工1.数控铣削的工艺性分析

1)图样尺寸的标注方法是否方便编程，构成工件轮廓图形的各种几何元素的条件是否充分，各几何元素的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)是否明确等。

2)零件所要求的加工精度、尺寸公差是否可以得到保证，绝对不可以认为数控机床加工精度高就放弃这种分析。

3)内槽及缘板之间的内接圆弧是否太小？因为这种内圆弧半径R常常限制刀具的直径。mjgy04一、数控铣削加工4)零件铣削面的槽底圆角或腹板与缘板相交处的圆角半径r是否太大？当r越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也越低。

5)零件图中各加工面的凹圆弧(R与r)是否过于零乱，是否可以统一？因为在数控铣床上多次换刀要增加不少的新问题，如增加铣刀规格、计划停机次数及其对刀次数等，不但给编程带来许多麻烦，增加生产准备时间，而且也会因频繁换刀增加加工面上的接刀印而影响表面质量。mjgy04一、数控铣削加工6)零件上有无统一基准，如何保证两次装夹加工后其相对位置的正确性？为了减少两次装夹误差，最好采用统一基准定位，因此零件上最好有合适的孔作定位基准孔，或是专门设置工艺孔作为定位基准。

7)分析零件的形状及材料的热处理状态，会不会在加工过程中变形？通常，要采取一些必要的工艺措施进行预防，如对钢件进行调质处理，对铸铝进行退火处理，或是用粗、精加工方法等。39

美、德、日等世界制造业发达的国家无一例外都是刀具工业先进的国家。先进刀具不但是推动制造技术发展进步的重要动力，还是提高产品质量、降低加工成本的重要手段。刀具与机床一直是互相制约又相互促进的。今天先进的数控机床已经成为现代制造业的主要装备，它与同步发展起来的先进刀具一起共同推动了加工技术的进步，使制造技术进入了数控加工的新时代。通过本章的学习使学生掌握正确选用数控刀具所必备的基础知识。40切削刀具由传统的机械工具实现了向高科技产品的飞跃，刀具的切削性能有显著的提高。切削技术由传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃，大大提高了切削加工的效率。刀具工业由脱离使用、脱离用户的低级阶段向面向用户、面向使用的高级阶段的飞跃，成为用户可利用的专业化的社会资源和合作伙伴。切削刀具从低值易耗品过渡到全面进入“三高一专（高效率、高精度、高可靠性和专用化）”的数控刀具时代，实现了向高科技产品的飞跃；成为现代数控加工技术的关键技术；与现代科学的发展紧密相连，是应用材料科学、制造科学、信息科学等领域的高科技成果的结晶。数控刀具的类型与特点41数控刀具的类型与特点数控刀具的基本特征数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。42数控刀具的类型与特点43按照刀具结构分：整体式：钻头、立铣刀等镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式数控刀具的类型与特点特殊形式：复合式、减振式等机夹可转位刀具得到广泛应用，数量上已达到整个数控刀具的30%~40%，金属切除率占总数的80%~90%44按照切削工艺分：车削刀具：外圆、内孔、螺纹、成形车刀等铣削刀具：面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等数控刀具的类型与特点钻削刀具：钻头、铰刀、丝锥等镗削刀具：粗镗刀、精镗刀等车削刀具图片铣削刀具图片钻削刀具图片镗削刀具图片45外圆车刀内孔车刀螺纹车刀数控刀具的类型与特点常用车刀46面铣刀方肩铣刀仿形铣刀三面刃和螺纹铣刀整体硬质合金铣刀数控刀具的类型与特点常用铣刀47铰刀钻头丝锥数控刀具的类型与特点钻削刀具48粗镗刀精镗刀数控刀具的类型与特点镗削刀具49数控刀具的材料切削刀具材料的硬度和韧性

1923年发明的硬质合金(WC-Co)，其后因添加了TiC、TaC而改善了耐磨性，1969年开发了CVD技术，使涂层硬质合金快速普及。自1974年起，开发了TiC-TiN系金属陶瓷50数控刀具的材料一、刀具材料应具备的性能（1）高硬度刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。刀具材料最低硬度应在60HRC以上。对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在62HRC以上；高速钢硬度为63HRC～70HRC；硬质合金刀具硬度为89HRC～93HRC。51数控刀具的材料（2）足够的强度和韧性刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力。如车削45钢，在背吃刀量ap＝4㎜，进给量f＝0.5㎜/r的条件下，刀片所承受的切削力达到4000N，可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。一般刀具材料的韧性用冲击韧度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。52数控刀具的材料（3）高的耐热性与耐磨性A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。B、刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。53数控刀具的材料（4）优良导热性刀具导热性好，表示切削产生的热量容易传导出去，降低了刀具切削部分温度，减少刀具磨损。刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热裂纹性能也强。54数控刀具的材料（5）良好的工艺性与经济性刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功能。经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要考虑经济效果，以降低生产成本。55数控刀具的材料二、常用刀具材料1、高速钢刀具

高速钢(HSS)刀具过去曾经是切削工具的主流，随着数控机床等现代制造设备的广泛应用，大力开发了各种涂层和不涂层的高性能、高效率的高速钢刀具，高速钢凭藉其在强度、韧性、热硬性及工艺性等方面优良的综合性能，在切削某些难加工材料以及在复杂刀具，特别是切齿刀具、拉刀和立铣刀造中仍有较大的比重。但经过市场探索一些高端产品逐步已被硬质合金工具代替。56数控刀具的材料57数控刀具的材料高速钢是一种含有较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。其强度、韧性较好,刃磨后切削刃锋利，故又称“锋钢”。

热处理后硬度可达62～66HRC,抗弯强度约3.3GPa，有较高的热稳定性、耐磨性、耐热性。切削温度在500～650°C时仍能进行切削。由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。58数控刀具的材料高速钢的分类

按用途可分为：通用高速钢和高性能高速钢。按制造工艺可分为:熔炼高速钢、粉末冶金高速钢和表面涂层高速钢。按基本化学成份可分为:钨系和钼系。59数控刀具的材料常见高速钢的特性

A、钨系高速钢（简称W18）优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，热塑性差，不宜制造成大截面刀具。

B、钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成的钢）优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性。缺点：高温切削性能和W18相比稍差。

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C、高性能高速钢

优点：具有较强的耐热性，刀具耐用度是普通高速钢的1.5～3倍。

缺点：强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨削加工性差。适合加工的零件：奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。

数控刀具的材料61数控刀具的材料D、粉末冶金高速钢优点：无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和硬度，硬度值达69～70HRC；保证材料各向同性，减小热处理内应力和变形；磨削加工性好，磨削效率比熔炼高速钢提高2～3倍；耐磨性好。适于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀和插齿刀），精密刀具和磨加工量大的复杂刀具。622、硬质合金刀具普通硬质合金数控刀具的材料新型硬质合金超细晶粒硬质合金涂层硬质合金金属陶瓷

粒径在1μm以下，这种材料具有硬度高、韧性好、切削刀可靠性高等优异性能保持了普通硬质合金机体的强度和韧性，又使表面有很高的硬度和耐磨性TiC(N)基硬质合金，其性能介于陶瓷和硬质合金之间63数控刀具的材料硬质合金的组成：硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物(碳化钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等)和金属粘结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制成。64数控刀具的材料硬质合金的性能：硬质合金刀具常温硬度为71～76HRC，化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达800～1000°C。硬质合金被广泛用作刀具材料。如大多数车刀、端铣刀及深孔钻、铰刀、齿轮刀具等。它还可用于加工高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高5～10倍。抗弯强度较高速钢低，冲击韧性差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。碳化物含量较高时，硬度高，但抗弯强度低；粘结剂含量较高时，抗弯强度高，但硬度低。65数控刀具的材料硬质合金的分类

按其化学成分的不同可分为：①、钨钴类（WC+Co）（合金代号为YG，对应于国标K类）合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工；适于短切屑的黑色金属，有色金属及非金属的加工。常用的牌号有：YG8、YG6、YG3，它们制造的刀具依次适用于粗加工、半精加工和精加工。数字表示Co含量的百分数，YG6即含Co为6%，含Co越多，则韧性越好。66数控刀具的材料②钨钛钴类（WC+TiC+Co）（合金代号为YT，对应于国标P类）此类合金有较高的硬度和耐热性，主要用于加工切屑成呈状的钢件等塑性材料。适于长切屑的黑色金属的加工。常用的牌号有：YT5、YT15、YT30等，其中的数字表示碳化钛含量的百分数，碳化钛的含量越高，则耐磨性较好、韧性越低。这三种牌号的硬质合金制造的刀具分别适用于粗加工、半精加工和精加工。67数控刀具的材料③钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（合金代号为YW，对应于国标M类）适用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工。适于长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属的加工。它具有前两类硬质合金的优点，用其制造的刀具既能加工脆性材料，又能加工韧性材料。同时还能加工高温合金、耐热合金及合金铸铁等难加工材料。常用牌号有YW1、YW2。68数控刀具的材料3、涂层刀具材料（1）概念：涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成。（2）常用的涂层材料有：TiC、TiN、Al2O3等（3）涂层形式：可以采用单涂层和复合涂层（4）优点：涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因此具有较高的耐磨性（5）适用范围：主要用于车削、铣削等加工，由于成本较高，还不能完全取代未涂层刀具的使用。不适合受力大和冲击大的粗加工，高硬材料的加工以及进给量很小的精密切削。69数控刀具的材料常用的涂层材料及其性能（1）TiC涂层

硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产生氧化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。（2）TiN涂层

在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗粘结性能好，并能有效降低切削温度。70数控刀具的材料（3）TiC—TiN复合涂层第一层涂TiC，与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂TiN,减少表面层与工件间的摩擦。（4）TiC-Al203复合涂层第一层涂TiC,与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂Al203可使刀具表面具有良好的化学稳定性和抗氧化性能。71数控刀具的材料4、陶瓷刀具不仅能对高硬度材料进行粗、精加工，也可进行铣削、刨削、断续切削和毛坯拔荒粗车等冲击力很大的加工；可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料；刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数；可进行高速切削或实现“以车、铣代磨”，切削效率比传统刀具高3-10倍。

72数控刀具的材料（1）材料组成：主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制烧结而成。（2）常用种类：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷（3）优点：有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命比硬质合金高；具有很好的热硬性，摩擦系数低，切削力比硬质合金小，用该类刀具加工时能提高表面光洁度。（4）缺点：强度和韧性差，热导率低。陶瓷最大缺点是脆性大，抗冲击性能很差。（5）适用范围：高速精细加工硬材料。73数控刀具的材料5、金刚石（1）分类：天然金刚石刀具；人造聚晶金刚石刀具；复合聚晶金刚石刀具。（2）优点：极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬度达10000HV，耐磨性是硬质合金的60～80倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工；很高的导热性。（3）缺点：耐热性差，强度低，脆性大，对振动很敏感。（4）适用范围：用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料。74数控刀具的材料6、立方氮化硼（1）概念：立方氮化硼（简称CBN）是由六方氮化硼为原料在高温高压下合成。（2）优点：硬度高，硬度仅次于金刚石，热稳定性好，较高的导热性和较小的摩擦系数。（3）缺点：强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀具的1/5～1/2。（4）适用范围：适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金，通常采用负前角的高速切削。75

市场经济不断地推进，现代企业在高目标和低成本的追求过程中，已逐渐改变了传统的“大而全”、“小而全”的模式，取而代之的是以投入最小的人力、物力获得最大效益的“主题”生产。体现在金属切削刀具领域，成本已不再是简单的购买刀具的费用，一方面，采用什么样的刀具会影响到产品工艺、机床的选型和配置、生产效率、产品质量等，因而受到越来越多的重视；另一方面，自制刀具是否划算？人力物力的投入也成为企业考虑的问题。企业内部的成本核算推进了生产过程的专业化服务。因此，对一般机械加工企业来说，刀具的配置，更多的是如何选、如何用，而不是在如何设计与制造上。

数控刀具合理选用76数控刀具合理选用mjgy04一、数控铣削加工图4-11平面轮廓铣削mjgy04一、数控铣削加工8)采用什么样的切削路线(轮廓仿形还是周期性进给)才能保证加工质量？需根据零件形状决定。

2.平面与曲面加工的工艺处理

(1)平面轮廓加工这类零件的表面多由直线和圆弧或各种曲线构成，常用两坐标联动的三坐标数控铣床加工，是模具制造中常见的一种，编程也较简单。

(2)曲面两坐标联动的加工图4-12曲面行切法mjgy04一、数控铣削加工图4-13三坐标联动加工mjgy04一、数控铣削加工(3)曲面三坐标联动加工亦即x，y，z三坐标可同时插补联动。

(4)曲面四坐标联动加工如图4-14所示的工件，侧面为直纹扭曲面。图4-14四坐标联动加工mjgy04一、数控铣削加工3.数控铣削程序编制过程

(1)对零件图进行工艺分析确定加工部位，解决如何安装与定位的工艺问题等。

(2)确定工艺装备解决用什么夹具来装夹工件，具体选用哪几种规格的铣刀来加工。

(3)确定编程的工件坐标系、工件原点、对刀位置及对刀方法等。mjgy04一、数控铣削加工(4)确定加工路线、刀具运动方向及运动轨迹这时还应注意分析毛坯的余量状况，加工变形问题，并根据所选刀具的刚性及切削性能，确定在余量大的部位要不要采取局部分层铣削，分几层铣削以及进、退刀等。

(5)确定加工所用的各种工艺参数包括主轴转速(S)、进给速度(F)、每次走刀的切削用量(切削深度与切削宽度)，并按加工顺序将所用刀具列表编号。

(6)画出编程草图注明编程用的原点及坐标系，并对各节点及圆心位置注上字母代号、切入与退出点等。mjgy04一、数控铣削加工(7)数值计算先计算可以直接从图纸所给条件算出的各节点坐标，再计算待定节点坐标(如切点、圆心或交点等)及圆弧起点与终点相对于圆心的坐标值。

(8)填写程序单根据编程的草图及走刀线路，按铣刀前进方向逐段编写。

(9)按程序单制作控制介质根据各机床控制系统输入程序方式的不同，目前常用的程序介质有纸带和磁盘，也有直接键入的。mjgy04一、数控铣削加工(10)校验程序目的是保证制作的控制介质准确无误，除认真检查程序单外，还要将控制介质输入数控装置，在其CRT屏幕上校验，或是让机床空走或试切。

(11)编写程序说明卡或走刀线路图。

(12)修订技术文件经试切和首件生产之后，修改与完善数控加工技术文件，技术文件包括程序单、程序说明卡、走刀线路图、工艺规格及控制介质等。

4.数控铣削应用实例

1)两圆公切线切点的坐标计算(省略)。

2)两圆过渡圆的切点坐标计算(省略)。mjgy04一、数控铣削加工3)编写加工程序清单依据FANUC数控系统的G、M等代码及上述计算结果进行编程得到加工程序清单(表4-3)。mjgy04二、加工中心切削加工1.加工中心的功能及分类

(1)加工中心的功能加工中心是从数控铣床发展而来的，它与数控铣床的最大区别在于它有刀库和刀具自动交换系统，它可以在一次装夹中通过自动换刀系统改变主轴上的加工刀具，实现钻、镗、铰、攻螺纹、切槽等多种加工功能。

(2)加工中心的分类从结构上加工中心可以分成以下几种类型。mjgy04二、加工中心切削加工1)立式加工中心：立式加工中心(图4-16所示为其中的一种型号)的主轴垂直于工作台，主要适合于加工模具类、板材类、壳体类工件。

2)卧式加工中心：卧式加工中心主轴轴线与工作台平面方向平行，它的工作台大多为可分度的回转台或由伺服电机控制的数控回转台，在工件一次装夹中，通过工作台旋转可实现多个加工面加工，如果转台为数控回转台，还可参与mjgy04二、加工中心切削加工4-15.TIFmjgy04二、加工中心切削加工4-16.TIFmjgy04二、加工中心切削加工4-17.TIFmjgy04二、加工中心切削加工3)五面加工中心：这类加工中心具有立式加工中心和卧式加工中心的功能，工件一次安装后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等五个面的加工。

4)龙门加工中心：龙门加工中心是指在数控龙门铣床的基础上加装刀库和换刀机械手，以实现自动刀具交换，达到比数控龙门铣床更广泛的应用范围。

2.加工中心的主要加工对象

(1)模具类零件如注塑模具、橡胶模具、真空成形吸塑模具、发泡模具、压力铸造模具和精密铸造模具等。mjgy04二、加工中心切削加工(2)各种叶轮、球面和凸轮类零件这些复杂曲面零件在机械制造业，特别是航天工业中占有特殊重要的地位。

(3)箱体类零件箱体类零件一般具有一个以上孔系，内部有一定型腔，在长、宽、高方向上有一定比例。

(4)异形件、盘、套、板类等零件如支撑架、拨叉、水泵体、样板、靠模等。

3.加工中心应用实例

(1)异形件拨叉(图4-18)在卧式加工中心(配备FANUC系统)上的加工

1)确定工艺方案及工艺路线。mjgy04二、加工中心切削加工2)加工方法、工步顺序、刀辅具选择，切削用量选择见表4-4。

3)程序设计。4-18.TIFmjgy04二、加工中心切削加工1)L8000

2)L8100

3)L8200

(2)图示4-19零件在立式加工中心(配备FANUC系统)上的加工图4-19盘类零件加工mjgy04第四节计算机辅助制造(CAM)一、CAM技术的应用情况

二、模具CAM技术的应用实例mjgy04一、CAM技术的应用情况图4-20CAM系统及包括的内容图mjgy04二、模具CAM技术的应用实例1.模具CAM技术在微型汽车车身模具制造中的应用

(1)调用模具的CAD数学模型(曲面模型或实体模型)。

(2)选择加工方式

1)粗加工：采用盘状铣刀和逐层铣削的进刀方式进行切削。

2)精加工：精加工的走刀进给方式很多。

3)清根加工：在精加工之后，曲面连接的凹圆角处因刀具半径大而留有余量，必须采用小刀具进行清根加工，而且刀具半径必须小于或等于凹圆角半径。

(3)加工参数的设置mjgy04二、模具CAM技术的应用实例1)刀具类型的选择：盘状铣刀有平底柱状螺旋铣刀，球头柱状螺旋铣刀，球头锥状铣刀等。

2)刀具规格的选择：刀具规格尺寸的大小要与模具毛坯的大小和加工余量相适合。

3)主轴转速、走刀进给速度、进给步距的设置。

4)加工维数的设置：CAD/CAM软件一般提供了2～5维的NC编程加工方式。

5)单向、双向走刀的设置：双向走刀是常用的走刀方式，在用平底柱状螺旋铣刀加工型面时要采用单向走刀方式。

(4)NC程序的后置处理。mjgy04二、模具CAM技术的应用实例(5)NC程序的传送和执行。

1)在工作站上确定数模检测点或检测断面曲线，用EUCLID3的检查模块，确定检测点及点的法矢长度，生成*.DM1s数据文件。

2)用C语言把*.DM1s数据文件写进测量机CMES命令程序中，生成动测量程序。

3)把*.PRG自动测量程序传送给三坐标测量机，测量机对模具型面进行自动检测，检测点严格按法向方向进给，测量结果以公差形式输出。

2.CAD/CAM技术在电饭煲模具制造中的应用mjgy04二、模具CAM技术的应用实例(1)电饭煲的结构如图4-21所示，主要由四个部分组成。图4-21电饭煲简图mjgy04二、模具CAM技术的应用实例1)四个部分合成一个完整的空间曲面，所以要严格控制四个部分的尺寸精度和配合精度。

2)电饭煲产品属于轻工日用品，从安全角度考虑不允许产品有刀口，故在沿口均有圆弧半径为0.2mm的要求，但圆弧半径过大会使整体配合和间隙过大，影响美观。

3)中套有固定顶盖的轴孔，它与底座安装有6个卡口(图4-21中A—A剖面)，与电源盒配合有4个卡口，共需抽芯9处，这增加了模具结构的难度。

4)产品表面粗糙度Ra要求为0.04μm。

(2)模具结构设计mjgy04二、模具CAM技术的应用实例1)选材：采用瑞典718的镜面钢，以满足用户产品表面质量要求。

2)为了保证沿口的R0.2mm尺寸要求，只能在模具型芯固定板上实现，为了使拼镶线不明显，只能将型腔沿口尺寸做到0.5mm的深度。

3)电源盒模具设计中应考虑到产品收缩不均而造成整体曲面的破坏，因而在模具设计中，型腔要按图4-21中O-O虚线范围加工，关料止口用型芯来实现。

4)中套产品要求与底座有6个卡口及电源盖配合的轴孔，模具需开6个内抽，2个外抽，可见模具结构的复杂。mjgy04二、模具CAM技术的应用实例(3)采用CAD形式真三维设计由于产品的特点要求，使用常规的加工手段和电火花加工很难确保产品的质量，浙江某模具厂在SunspaceStation20工作站进行了真三维的CAD设计。

1)根据各剖面的数十个测点进行spline线拟合，发现有几个点的质量较差，偏移了曲线的整个趋势，故进行修正和剔除。

2)为了确保顶盖、中套、底座的配合要求，将图4-21中J-J和M-M面的测点只作为参考，而用Ⅳ-Ⅳ和Ⅴ-Ⅴ曲线代替。mjgy04二、模具CAM技术的应用实例3)电源盒的曲面直接在中套曲面上获取，确保曲面的整体性。

4)顶盖曲面的形式根据图4-21中Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ、Ⅵ-Ⅵ的拟合曲线，增加图4-21所示的13个点拟合spline线(曲线A)，确保曲线的最高点，按严格通过13条曲线(其中Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ、Ⅵ-Ⅵ六条曲线必须对称切断