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2017年5月19日

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模具加工技術(shù) 　模具作為工業(yè)技術(shù)的核心產(chǎn)品，本身就蘊(yùn)含了各種各樣的技術(shù)精華。比如一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝、進(jìn)度優(yōu)化等等，包括了工業(yè)機(jī)械設(shè)備加工中的主要切削功能，它是各種工業(yè)機(jī)械設(shè)備加工技巧的代言人[1]。并且模具在現(xiàn)實(shí)生活中擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧蚕喈?dāng)重要，比如很多日常工作中使用的手機(jī)、小靈通、電話機(jī)、傳真機(jī)、電腦、打印機(jī)等，以及日用品，臉盆、牙杯、水桶等等，都需要模具來做父母一樣的角色，才能生產(chǎn)出模具成品來。還有社會交通工具，特別是各類型汽車上的配件，發(fā)動機(jī)、保險(xiǎn)杠、儀表盤、方向盤、門把手等；塑膠的、鋁鋅壓鑄的、膠木的、五金冷沖的、吹塑的、橡膠的，很多很多；尤其在我們國家改革開放以后，社會不斷的進(jìn)步發(fā)展，消費(fèi)不斷的刺激需求，新產(chǎn)品、新款式的不斷開發(fā)變換，模具就被當(dāng)作一種產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)一樣蓬勃發(fā)展，一枝獨(dú)秀了。模具加工在70、80年代的時(shí)候，還是以手工作業(yè)為主，尤以鉗工優(yōu)先，且分一至八等級。模具結(jié)構(gòu)中簡單的、復(fù)雜的產(chǎn)品面，基本上以手工來完成（型腔、型芯、滑塊等）。到了80 年代 90年代初，有了現(xiàn)在一些基本的機(jī)械設(shè)備來輔助手工制作模具，電火花加工，線切割加工，車床，銑床，刨床，磨床等等，但還是依靠了基本的手搖動作，在精度與速度上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要；到了90年代，模具加工終于是出現(xiàn)了以數(shù) 字化控制工業(yè)機(jī)械設(shè)備的技術(shù)。現(xiàn)在模具制造的主要加工方法有以下幾種： 1. 機(jī)械(切削）加工機(jī)械加工（即傳統(tǒng)的切削與磨削加工）是模具制造不可缺少的一種重要的加工方法。機(jī)械加工的特點(diǎn)是加工精度高、生產(chǎn)效率高。但加工復(fù)雜的形狀時(shí)，加工速度慢，硬材料也難加工，材料利用率不高。 2. 特種加工特種加工從廣義上說，特種加工是指直接利用電能、化學(xué)能、聲能、光能等來去除工件上多余的材料，以達(dá)到一定形狀、尺寸和表面粗糙度的加工方法，其中包括電火花成形加工、線切割加工、電解加工、電化學(xué)拋光、電鑄、化學(xué)刻蝕、超聲波加工、激光加工等。特種加工與工件的硬度無關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)以柔克剛，并可加工各種復(fù)雜形狀的零件。特種加工在模具制造中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 3、成型加工（1）塑性加工：塑性加工主要指（冷熱）擠壓制模法，即將淬火過的成形模強(qiáng)力壓入未進(jìn)行硬化處理的模坯中，使成形模的形狀復(fù)印在被壓的模坯上，制成所需要的模具。這種成形方法不需要型面精加工，制模速度快，可以制成各種復(fù)雜型面的模具。（2）鑄造加工：對于一些精度和使用壽命要求不高的模具，可以采用簡單方便的鑄造法快速成形。例如：鋅基合金模具，用低熔點(diǎn)材料鋅基合金鑄造模具，其制模速度快，容易制成形狀復(fù)雜的模具。但模具材質(zhì)較軟，耐熱性差，所以模具壽命短，多用于試制和小批量生產(chǎn)的場合。其他如砂型鑄造、陶瓷型制造、實(shí)型鑄造等等。（3）焊接加工：焊接法制模是將加工好的模塊焊接在一起，形成所需的模具。這種方法與整體加工相比，加工簡單、尺寸大小不受限制，但精度難于保證，易殘留熱應(yīng)變及內(nèi)部應(yīng)力，主要用于精度要求不高的大型模具的制造。本文主要介紹模具加工中的較傳統(tǒng)但是應(yīng)用很廣泛的加工方法：精工銑加工。 1、精工銑加工基礎(chǔ) 1.1 精工銑加工概述精工銑加工是指在精工銑床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法，精工銑加工與傳統(tǒng)機(jī)床加工的工藝規(guī)程從總體上說是一致的，但也發(fā)生了明顯的變化。用數(shù)字信息控制零件和刀具位移的機(jī)械加工方法。它是解決零件品種多變、批量小、形狀復(fù)雜、精度高等問題和實(shí)現(xiàn)高效化和自動化加工的有效途徑。 1.2 精工加工原理采用精工機(jī)床加工零件時(shí)，只需要將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等以數(shù)字信息的形式，編成程序代碼輸入到機(jī)床控制系統(tǒng)中，再由其進(jìn)行運(yùn)算處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動伺服機(jī)構(gòu)的指令信號，從而控制機(jī)床各部件協(xié)調(diào)動作，自動地加工出零件來。當(dāng)更換加工對象時(shí)，只需要重新編寫程序代碼，輸入給機(jī)床，即可由精工裝置代替人的大腦和雙手的大部分功能，控制加工的全過程，制造出任意復(fù)雜的零件。 1.3 精工銑加工特點(diǎn) ①零件加工的適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復(fù)雜或難以控制尺寸的零件，如模具類零件、殼體類零件等；②能加工普通機(jī)床無法加工或很難加工的零件，如用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線零件以及三維空間曲面類零件；③能加工一次裝夾定位后，需進(jìn)行多道工序加工的零件；④加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，目前現(xiàn)在精工裝置的脈沖當(dāng)量一般為0.001mm，高精度的精工系統(tǒng)可達(dá)0.1μm，另外，精工加工還避免了操作人員的操作失誤；⑤生產(chǎn)自動化程度高，可以減輕操作者的勞動強(qiáng)度。有利于生產(chǎn)管理自動化；⑥生產(chǎn)效率高，精工銑床一般不需要使用專用夾具等專用工藝設(shè)備，在更換工件時(shí)只需調(diào)用存儲于精工裝置中的加工程序、裝夾工具和調(diào)整刀具數(shù)據(jù)即可，因而大大縮短了生產(chǎn)周期。其次，精工銑床具有銑床、鏜床、鉆床的功能，使工序高度集中，大大提高了生產(chǎn)效率。另外，精工銑床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度都是無級變速的，因此有利于選擇******切削用量；⑦從切削原理上講，無論是端銑或是周銑都屬于斷續(xù)切削方式，而不像車削那樣連續(xù)切削，因此對刀具的要求較高，具有良好的抗沖擊性、韌性和耐磨性。在干式切削狀況下，還要求有良好的紅硬性； 2、精工銑加工實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)—精工銑床 2.1 精工銑床分類（1）按構(gòu)造分類 ①工作臺升降式精工銑床這類精工銑床采用工作臺移動、升降，而主軸不動的方式。小型精工銑床一般采用此種方式。 ②主軸頭升降式精工銑床這類精工銑床采用工作臺縱向和橫向移動，且主軸沿垂向溜板上下運(yùn)動；主軸頭升降式精工銑床在精度保持、承載重量、系統(tǒng)構(gòu)成等方面具有很多優(yōu)點(diǎn)，已成為精工銑床的主流。 ③龍門式精工銑床這類精工銑床主軸可以在龍門架的橫向與垂向溜板上運(yùn)動，而龍門架則沿床身作縱向運(yùn)動。大型精工銑床，因要考慮到擴(kuò)大行程，縮小占地面積及剛性等技術(shù)上的問題，往往采用龍門架移動式。（2）按通用銑床的分類方法分類 ①精工立式銑床精工立式銑床在數(shù)量上一直占據(jù)精工銑床的大多數(shù)，應(yīng)用范圍也最廣。從機(jī)床精工系繞控制的坐標(biāo)數(shù)量來看，目前3坐標(biāo)精工立銑仍占大多數(shù)；一般可進(jìn)行3坐標(biāo)聯(lián)動加工，但也有部分機(jī)床只能進(jìn)行3個坐標(biāo)中的任意兩個坐標(biāo)聯(lián)動加工(常稱為2.5坐標(biāo)加工)。此外，還有機(jī)床主軸可以繞X、Y、Z坐標(biāo)軸中的其中一個或兩個軸作精工擺角運(yùn)動的4坐標(biāo)和5坐標(biāo)精工立銑。 ②臥式精工銑床與通用臥式銑床相同，其主軸軸線平行于水平面。為了擴(kuò)大加工范圍和擴(kuò)充功能，臥式精工銑床通常采用增加精工轉(zhuǎn)盤或萬能精工轉(zhuǎn)盤來實(shí)現(xiàn)4、5坐標(biāo)加工。這樣，不但工件側(cè)面上的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪廓可以加工出來，而且可以實(shí)現(xiàn)在一次安裝中，通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進(jìn)行“四面加工”。 ③立臥兩用精工銑床目前，這類精工銑床已不多見，由于這類銑床的主軸方向可以更換，能達(dá)到在一臺機(jī)床上既可以進(jìn)行立式加工，又可以進(jìn)行臥式加工，而同時(shí)具備上述兩類機(jī)床的功能，其使用范圍更廣，功能更全，選擇加工對象的余地更大，且給用戶帶來不少方便。特別是生產(chǎn)批量小，品種較多，又需要立、臥兩種方式加工時(shí)，用戶只需買一臺這樣的機(jī)床就行了。 2.2 精工銑床機(jī)械結(jié)構(gòu) 精工銑床由床身、立柱、主軸箱、工作臺、滑鞍、滾珠絲杠、伺服電機(jī)、伺服裝置、精工系統(tǒng)等組成。床身用于支撐和連接機(jī)床各部件。主軸箱用于安裝主軸。主軸下端的錐孔用于安裝銑刀。當(dāng)主軸箱內(nèi)的主軸電機(jī)驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，銑刀能夠切削工件。主軸箱還可沿立柱上的導(dǎo)軌在 Z 向移動，使刀具上升或下降。工作臺用于安裝工件或夾具。工作臺可沿滑鞍上的導(dǎo)軌在 X 向移動，滑鞍可沿床身上的導(dǎo)軌在 Y 向移動，從而實(shí)現(xiàn)工件在 X 和 Y 向的移動。無論是 X、Y 向，還是 Z 向的移動都是靠伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)。伺服裝置用于驅(qū)動伺服電機(jī)。控制器用于輸入零件加工程序和控制機(jī)床工作狀態(tài)?？刂齐娫从糜谙蛩欧b置和控制器供電。 2.3 精工銑床的精工系統(tǒng) 精工系統(tǒng)是數(shù)字控制系統(tǒng)的簡稱，英文名稱為（Numerical Control System），根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動裝置的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過利用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺或多臺機(jī)械設(shè)備動作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和開關(guān)量。一般整個精工系統(tǒng)由三大部分組成，即控制系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)和位置測量系統(tǒng)。控制系統(tǒng)硬件是一個具有輸入輸出功能的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，按加工工件程序進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，發(fā)出控制指令到伺服驅(qū)動系統(tǒng)；測量系統(tǒng)檢測機(jī)械的直線和回轉(zhuǎn)運(yùn)動位置、速度，并反饋到控制系統(tǒng)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)，來修正控制指令；伺服驅(qū)動系統(tǒng)將來自控制系統(tǒng)的控制指令和測量系統(tǒng)的反饋信息進(jìn)行比較和控制調(diào)節(jié)，控制PWM電流驅(qū)動伺服電機(jī)，由伺服電機(jī)驅(qū)動機(jī)械按要求運(yùn)動。這三部分有機(jī)結(jié)合，組成完整的閉環(huán)控制的精工系統(tǒng)。按照伺服系統(tǒng)的控制方式，可以把精工系統(tǒng)分為以下幾類：（1）開環(huán)控制精工系統(tǒng) 這類精工系統(tǒng)不帶檢測裝置，也無反饋電路，以步進(jìn)電動機(jī)為驅(qū)動元件。CNC裝置輸出的進(jìn)給指令（多為脈沖接口）經(jīng)驅(qū)動電路進(jìn)行功率放大，轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電動機(jī)各定子繞組依此通電/斷電的電流脈沖信號，驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動，再經(jīng)機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)（齒輪箱，絲杠等）帶動工作臺移動。這種方式控制簡單，價(jià)格比較低廉，從70年代開始，被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型精工機(jī)床中。（2）半閉環(huán)控制精工系統(tǒng) 位置檢測元件被安裝在電動機(jī)軸端或絲杠軸端，通過角位移的測量間接計(jì)算出機(jī)床工作臺的實(shí)際運(yùn)行位置（直線位移），由于閉環(huán)的環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及機(jī)床工作臺這些大慣性環(huán)節(jié)，由這些環(huán)節(jié)造成的誤差不能由環(huán)路所矯正，其控制精度不如全閉環(huán)控制精工系統(tǒng)，但其調(diào)試方便，成本適中，可以獲得比較穩(wěn)定的控制特性，因此在實(shí)際應(yīng)用中，這種方式被廣泛采用。（3）全閉環(huán)控制精工系統(tǒng) 位置檢測裝置安裝在機(jī)床工作臺上，用以檢測機(jī)床工作臺的實(shí)際運(yùn)行位置（直線位移），并將其與CNC裝置計(jì)算出的指令位置（或位移）相比較，用差值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。這類控制方式的位置控制精度很高，但由于它將絲杠、螺母副及機(jī)床工作臺這些連接環(huán)節(jié)放在閉環(huán)內(nèi)，導(dǎo)致整個系統(tǒng)連接剛度變差，因此調(diào)試時(shí)，其系統(tǒng)較難達(dá)到高增益，即容易產(chǎn)生振蕩。 3、精工銑加工工藝精工銑加工工藝是指在精工機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法。 3.1 精工加工工藝特點(diǎn) 精工機(jī)床加工工藝與普通機(jī)床加工工藝在原則上基本相同，但精工加工的整個過程是自動進(jìn)行的，因而又有其特點(diǎn)。（1）工序的內(nèi)容復(fù)雜。這是由于精工機(jī)床比普通機(jī)床價(jià)格貴，若只加工簡單工序在經(jīng)濟(jì)上不合算，所以在精工機(jī)床上通常安排較復(fù)雜的工序，甚至在普通機(jī)床上難以完成的工序。（2）工步的安排更為詳盡。這是因?yàn)樵谄胀C(jī)床的加工工藝中不必考慮的問題，如工序內(nèi)工步的安排、對刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)及加工路線[2]。 3.2 精工加工工藝內(nèi)容一般來說，精工銑加工工藝包括以下內(nèi)容：工藝分析；零件的裝夾與定位；刀具和切削用量的選擇；加工路線的分析；工序的安排。（1）工藝分析，運(yùn)用精工洗加工工藝的第一步是對所需加工對象進(jìn)行工藝分析，工藝分析包括了如下內(nèi)容：標(biāo)注尺寸、要素全面、定位準(zhǔn)確、統(tǒng)一的類型或尺寸。

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