?模具加工技術(shù) - 加工中心
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,、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，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,，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,，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,，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,，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)?？刂破饔糜谳斎肓慵庸こ绦蚝涂刂茩C(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,，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,。這是因為在普通機(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。