模具制造工藝學第四章

mjgy04一、數(shù)控加工基本概念1.數(shù)控與數(shù)控機床數(shù)字控制(NumericalControl)是用數(shù)字化信號對機床的運動及其加工過程進行控制的一種方法，簡稱為數(shù)控(NC)，它是一種自動控制技術。數(shù)控機床就是采用了數(shù)控技術的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。

2.數(shù)控加工數(shù)控加工是指在數(shù)控機床上進行零件切削加工的一種工藝方法。數(shù)控加工與普通加工方法的區(qū)別在于控制方式。在普通機床上進行加工時，機床動作的先后順序和各運動部件的位移都是由人工直接控制。

3.數(shù)控加工研究的主要內容

(1)數(shù)控加工工藝設計工藝設計是對工件進行數(shù)控加工的前期工藝準備工作，它必須在程序編制工作以前完成，因為只有工藝設計方案確定以后，程序編制工作才有依據(jù)。

1)選擇并決定零件的數(shù)控加工內容。

2)零件圖紙的數(shù)控加工工藝性分析。

3)數(shù)控加工的工藝路線設計。第四章模具數(shù)控加工mjgy04一、數(shù)控加工基本概念4)數(shù)控加工的工序設計。

5)數(shù)控加工專用技術文件的編寫。

(2)對零件圖形的數(shù)學處理。

(3)編寫數(shù)控加工程序單。

(4)按程序單制作控制介質。

(5)程序的校驗與修改。

(6)首件試切加工與現(xiàn)場問題處理。

(7)數(shù)控加工工藝技術文件的定型與歸檔。c)數(shù)控機床加工

自動化程度高，生產率高；加工精度高，質量穩(wěn)定；

適應性強。為單件、小批、試制產品（主要是模具）提供了

較大的便利。

數(shù)控銑床、數(shù)控磨床主要有數(shù)控通用磨床、數(shù)控

成形磨床、連續(xù)軌跡坐標磨床

三種。加工中心:加工中心機床

即是多工序可自動換刀的數(shù)控

鏜銑床。①根據(jù)工件形狀和尺寸、材料、技術要求，進行程序設

計；通過數(shù)控裝置的變換，發(fā)出相應的指令，控制機床的動作。原理：②特點：③常用數(shù)控機床分類：mjgy04二、數(shù)控機床的工作原理與分類1.數(shù)控機床的工作原理圖4-1數(shù)控機床的組成mjgy04二、數(shù)控機床的工作原理與分類2.數(shù)控機床的組成

(1)控制介質控制介質是用于記載各種加工信息(如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)等)的媒體，經輸入裝置將加工信息送給數(shù)控裝置。

(2)數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息，經過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行譯碼、運算和邏輯處理之后，發(fā)出相應的脈沖送給伺服系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)控制機床的各個運動部件按規(guī)定要求動作。mjgy04二、數(shù)控機床的工作原理與分類(3)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)由伺服驅動電動機和伺服驅動裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。

(4)機床本體數(shù)控機床的本體包括：主運動部件，進給運動部件如工作臺，刀架及傳動部件和床身立柱等支撐部件，此外還有冷卻、潤滑、轉位、夾緊等輔助裝置。

3.數(shù)控機床的分類

(1)金屬切削類屬于此類的有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床和加工中心等。mjgy04二、數(shù)控機床的工作原理與分類(2)金屬成形類屬于此類的有數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控沖床、數(shù)控旋壓機等。

(3)特種加工類屬于此類的有數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控電火花成形機床及數(shù)控激光切割焊接機等。

(4)其他類屬于此類的有數(shù)控火焰切割機床、數(shù)控激光熱處理機床、三坐標測量機等。mjgy04三、數(shù)控加工的特點與應用1.數(shù)控加工的特點

(1)加工精度高數(shù)控機床是精密機械和自動化技術的綜合，所以機床的傳動精度與機床的結構設計都考慮到要有很高的剛度和熱穩(wěn)定性，它的傳動機構采用了減小誤差的措施，并由數(shù)控裝置補償，所以數(shù)控機床有較高的加工精度。mjgy04三、數(shù)控加工的特點與應用(2)自動化程度高和生產率高數(shù)控加工是按事先編好的程序自動完成零件加工任務的，操作者除了安放控制介質及操作鍵盤、裝卸零件、關鍵工序的中間測量以及觀察機床的運動情況外，不需要進行繁重的重復性手工操作，因此自動化程度很高，管理方便。

(3)適應性強當改變加工零件時，只需更換加工程序，就可改變加工工件的品種，這就為復雜結構的單件，小批量生產以及試制新產品提供了極大的便利，特別是普通機床很難加工或無法加工的精密復雜型面。mjgy04三、數(shù)控加工的特點與應用(4)有利于生產管理現(xiàn)代化用數(shù)控機床加工零件，能準確地計算零件的加工工時，并有效地簡化了檢驗和工夾具、半成品的管理工作。

(5)減輕勞動強度，改善勞動條件操作者不需繁重而又重復的手工操作，勞動強度和緊張程度大大改善，另外工作環(huán)境整潔，勞動條件也相應改善。

(6)成本高數(shù)控加工不僅初始投入大(數(shù)控設備及計算機系統(tǒng))，而且復雜零件的編程工作量也很大，從而增加了它的生產成本。

2.數(shù)控加工的應用從數(shù)控加工的一系列特點可以看出，數(shù)控加工有一般機械加工所不具備的許多優(yōu)點，所以其應用范圍也在不斷地擴大。但目前它并不能完全代替普通機床，也還不能以最經濟的方式解決機械加工中的所有問題。mjgy04三、數(shù)控加工的特點與應用3.數(shù)控加工技術的發(fā)展

(1)高速度高精度化速度和精度是數(shù)控加工的兩個重要技術指標，它直接關系到加工效率和產品質量。

(2)智能化智能化是體現(xiàn)數(shù)控加工運用高技術的重要標志，它表現(xiàn)在運用自適應控制技術；運用人機會話自動編程功能，建立切削用量專家系統(tǒng)和示教系統(tǒng)；運用自診斷功能；運用模式識別技術。

(3)小型化CNC系統(tǒng)體積的小型化便于將機、電裝置揉合為一體。mjgy04三、數(shù)控加工的特點與應用(4)提高可靠性數(shù)控系統(tǒng)比較貴重，用戶期望發(fā)揮投資效益，要求設備可靠，特別是對要用在長時間無人操作環(huán)境下運行的數(shù)控系統(tǒng)，可靠性成為人們最為關注的問題。

(5)具有更高的通信功能為適應FMC、FMS以及進一步聯(lián)網組成CIMS的要求，一般的數(shù)控系統(tǒng)都具有RS—232C和RS—422高速串行接口，高檔的數(shù)控系統(tǒng)應具有DNC接口。

(6)具有開放性傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)是一種專用封閉式系統(tǒng)，各個廠家的產品之間以及與通用計算機之間不兼容，維修、升級困難，越來越難以滿足市場對數(shù)控技術的要求。mjgy04第二節(jié)數(shù)控加工程序編制基礎一、程序編制的基本步驟與方法

二、數(shù)控機床的坐標系

三、數(shù)控程序的指令代碼

四、數(shù)控加工程序的結構與格式

五、手工編程與自動編程mjgy04一、程序編制的基本步驟與方法圖4-2程序編制的一般過程mjgy04一、程序編制的基本步驟與方法圖4-3右手直角笛卡兒坐標系mjgy04二、數(shù)控機床的坐標系1.坐標軸的命名標準的坐標系(又稱基本坐標系)采用右手直角笛卡爾坐標系，如圖4-3所示。

2.機床坐標軸的確定

(1)z軸對于有主軸的機床，如臥式車床、立式升降臺銑床等，則以主軸軸線方向作為z軸方向。

(2)x軸x軸一般位于與工件安裝面相平行的水平面內。

(3)y軸y軸方向可根據(jù)已選定的z、x軸按右手直角笛卡爾坐標系來確定。

(4)附加坐標軸如果機床除有x、y、z主要坐標軸以外，還有平行于它們的坐標軸，可分別指定為U、V、W。mjgy04二、數(shù)控機床的坐標系(5)旋轉運動A、B、C相應表示圍繞x、y、z三軸軸線的旋轉運動，其正方向分別按x、y、z軸右螺旋法則判定。

(6)主軸回轉運動方向主軸順時針回轉運動的方向是按右螺旋進入工件的方向。

3.機床原點與機床坐標系

4.機床參考點圖4-4數(shù)控車床坐標系mjgy04二、數(shù)控機床的坐標系圖4-5臥式加工中心坐標系mjgy04二、數(shù)控機床的坐標系5.工件原點與工件坐標系圖4-6立式加工中心坐標系mjgy04二、數(shù)控機床的坐標系圖4-7夾具上的對刀點6.起刀點與對刀點mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼1.準備功能“G”指令

2.輔助功能“M”指令mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼表4-1準備功能G代碼mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼表4-1準備功能G代碼mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼2.如在直線切削控制中沒有刀具補償，則G43到G52可指定作其他用途。

3.在表中左欄括號中的字母(d)表示可以被同欄中沒有括號的字母d所注銷或代替，亦可被有括號的字母(d)所注銷或代替。

4.G45到G52的功能可用于機床上任意兩個預定的坐標。

5.控制機上沒有G53到G59和G63功能時，可以指定作其他用途。mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼表4-2輔助功能M代碼mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼表4-2輔助功能M代碼mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼表4-2輔助功能M代碼mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼表4-2輔助功能M代碼mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼2.M90～M99可指定為特殊用途。

3.其他功能指令

(1)進給功能指令F該指令用以指定切削進給速度，其單位為(mm/min)或(mm/r)。

(2)主軸轉速功能指令S該指令用以指定主軸轉速，其單位為r/min。

(3)刀具功能指令T該指令用以指定刀號及其補償號。

(4)坐標功能指令坐標功能指令(又稱為尺寸功能指令)用來設定機床各坐標之位移量。mjgy04三、數(shù)控程序的指令代碼(5)程序段號功能指令N該指令用以指定程序段名，由N地址及其后的數(shù)字組成。mjgy04四、數(shù)控加工程序的結構與格式1.程序結構

4-8.TIFmjgy04四、數(shù)控加工程序的結構與格式4-9.TIF2.程序段格式

mjgy04五、手工編程與自動編程1.手工編程手工編程就是程序編制的全部或主要由人工完成，有時也借助于通用計算機進行一些復雜的數(shù)值計算。

2.自動編程

(1)批處理方式編程批處理方式即數(shù)控語言輸入方式。圖4-10語言編程過程mjgy04五、手工編程與自動編程(2)交互式編程交互式編程即交互式圖形編程。

1)幾何造型。

2)刀具路徑的產生。

3)后置處理。mjgy04第三節(jié)數(shù)控加工的程序編制一、數(shù)控銑削加工

二、加工中心切削加工mjgy04一、數(shù)控銑削加工1.數(shù)控銑削的工藝性分析

1)圖樣尺寸的標注方法是否方便編程，構成工件輪廓圖形的各種幾何元素的條件是否充分，各幾何元素的相互關系(如相切、相交、垂直和平行等)是否明確等。

2)零件所要求的加工精度、尺寸公差是否可以得到保證，絕對不可以認為數(shù)控機床加工精度高就放棄這種分析。

3)內槽及緣板之間的內接圓弧是否太?。恳驗檫@種內圓弧半徑R常常限制刀具的直徑。mjgy04一、數(shù)控銑削加工4)零件銑削面的槽底圓角或腹板與緣板相交處的圓角半徑r是否太大？當r越大，銑刀端刃銑削平面的能力越差，效率也越低。

5)零件圖中各加工面的凹圓弧(R與r)是否過于零亂，是否可以統(tǒng)一？因為在數(shù)控銑床上多次換刀要增加不少的新問題，如增加銑刀規(guī)格、計劃停機次數(shù)及其對刀次數(shù)等，不但給編程帶來許多麻煩，增加生產準備時間，而且也會因頻繁換刀增加加工面上的接刀印而影響表面質量。mjgy04一、數(shù)控銑削加工6)零件上有無統(tǒng)一基準，如何保證兩次裝夾加工后其相對位置的正確性？為了減少兩次裝夾誤差，最好采用統(tǒng)一基準定位，因此零件上最好有合適的孔作定位基準孔，或是專門設置工藝孔作為定位基準。

7)分析零件的形狀及材料的熱處理狀態(tài)，會不會在加工過程中變形？通常，要采取一些必要的工藝措施進行預防，如對鋼件進行調質處理，對鑄鋁進行退火處理，或是用粗、精加工方法等。39

美、德、日等世界制造業(yè)發(fā)達的國家無一例外都是刀具工業(yè)先進的國家。先進刀具不但是推動制造技術發(fā)展進步的重要動力，還是提高產品質量、降低加工成本的重要手段。刀具與機床一直是互相制約又相互促進的。今天先進的數(shù)控機床已經成為現(xiàn)代制造業(yè)的主要裝備，它與同步發(fā)展起來的先進刀具一起共同推動了加工技術的進步，使制造技術進入了數(shù)控加工的新時代。通過本章的學習使學生掌握正確選用數(shù)控刀具所必備的基礎知識。40切削刀具由傳統(tǒng)的機械工具實現(xiàn)了向高科技產品的飛躍，刀具的切削性能有顯著的提高。切削技術由傳統(tǒng)的切削工藝向創(chuàng)新制造工藝的飛躍，大大提高了切削加工的效率。刀具工業(yè)由脫離使用、脫離用戶的低級階段向面向用戶、面向使用的高級階段的飛躍，成為用戶可利用的專業(yè)化的社會資源和合作伙伴。切削刀具從低值易耗品過渡到全面進入“三高一專（高效率、高精度、高可靠性和專用化）”的數(shù)控刀具時代，實現(xiàn)了向高科技產品的飛躍；成為現(xiàn)代數(shù)控加工技術的關鍵技術；與現(xiàn)代科學的發(fā)展緊密相連，是應用材料科學、制造科學、信息科學等領域的高科技成果的結晶。數(shù)控刀具的類型與特點41數(shù)控刀具的類型與特點數(shù)控刀具的基本特征數(shù)控加工刀具必須適應數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點，一般應包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標準化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。42數(shù)控刀具的類型與特點43按照刀具結構分：整體式：鉆頭、立銑刀等鑲嵌式：包括刀片采用焊接和機夾式數(shù)控刀具的類型與特點特殊形式：復合式、減振式等機夾可轉位刀具得到廣泛應用，數(shù)量上已達到整個數(shù)控刀具的30%~40%，金屬切除率占總數(shù)的80%~90%44按照切削工藝分：車削刀具：外圓、內孔、螺紋、成形車刀等銑削刀具：面銑刀、立銑刀、螺紋銑刀等數(shù)控刀具的類型與特點鉆削刀具：鉆頭、鉸刀、絲錐等鏜削刀具：粗鏜刀、精鏜刀等車削刀具圖片銑削刀具圖片鉆削刀具圖片鏜削刀具圖片45外圓車刀內孔車刀螺紋車刀數(shù)控刀具的類型與特點常用車刀46面銑刀方肩銑刀仿形銑刀三面刃和螺紋銑刀整體硬質合金銑刀數(shù)控刀具的類型與特點常用銑刀47鉸刀鉆頭絲錐數(shù)控刀具的類型與特點鉆削刀具48粗鏜刀精鏜刀數(shù)控刀具的類型與特點鏜削刀具49數(shù)控刀具的材料切削刀具材料的硬度和韌性

1923年發(fā)明的硬質合金(WC-Co)，其后因添加了TiC、TaC而改善了耐磨性，1969年開發(fā)了CVD技術，使涂層硬質合金快速普及。自1974年起，開發(fā)了TiC-TiN系金屬陶瓷50數(shù)控刀具的材料一、刀具材料應具備的性能（1）高硬度刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。刀具材料最低硬度應在60HRC以上。對于碳素工具鋼材料，在室溫條件下硬度應在62HRC以上；高速鋼硬度為63HRC～70HRC；硬質合金刀具硬度為89HRC～93HRC。51數(shù)控刀具的材料（2）足夠的強度和韌性刀具材料在切削時受到很大的切削力與沖擊力。如車削45鋼，在背吃刀量ap＝4㎜，進給量f＝0.5㎜/r的條件下，刀片所承受的切削力達到4000N，可見，刀具材料必須具有較高的強度和較強的韌性。一般刀具材料的韌性用沖擊韌度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。52數(shù)控刀具的材料（3）高的耐熱性與耐磨性A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相組織中硬質點（如碳化物、氮化物等）越多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具耐磨性越好。B、刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性。刀具材料高溫硬度越高，則耐熱性越好，在高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強。53數(shù)控刀具的材料（4）優(yōu)良導熱性刀具導熱性好，表示切削產生的熱量容易傳導出去，降低了刀具切削部分溫度，減少刀具磨損。刀具材料導熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱裂紋性能也強。54數(shù)控刀具的材料（5）良好的工藝性與經濟性刀具不但要有良好的切削性能，本身還應該易于制造，這要求刀具材料有較好的工藝性，如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高溫塑性變形等功能。經濟性也是刀具材料的重要指標之一，選擇刀具時，要考慮經濟效果，以降低生產成本。55數(shù)控刀具的材料二、常用刀具材料1、高速鋼刀具

高速鋼(HSS)刀具過去曾經是切削工具的主流，隨著數(shù)控機床等現(xiàn)代制造設備的廣泛應用，大力開發(fā)了各種涂層和不涂層的高性能、高效率的高速鋼刀具，高速鋼憑藉其在強度、韌性、熱硬性及工藝性等方面優(yōu)良的綜合性能，在切削某些難加工材料以及在復雜刀具，特別是切齒刀具、拉刀和立銑刀造中仍有較大的比重。但經過市場探索一些高端產品逐步已被硬質合金工具代替。56數(shù)控刀具的材料57數(shù)控刀具的材料高速鋼是一種含有較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。其強度、韌性較好,刃磨后切削刃鋒利，故又稱“鋒鋼”。

熱處理后硬度可達62～66HRC,抗彎強度約3.3GPa，有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性。切削溫度在500～650°C時仍能進行切削。由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結構和刃型復雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。58數(shù)控刀具的材料高速鋼的分類

按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝可分為:熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學成份可分為:鎢系和鉬系。59數(shù)控刀具的材料常見高速鋼的特性

A、鎢系高速鋼（簡稱W18）優(yōu)點：鋼磨削性能和綜合性能好，通用性強。缺點：碳化物分布常不均勻，強度與韌性不夠強，熱塑性差，不宜制造成大截面刀具。

B、鎢鉬鋼（將一部分鎢用鉬代替所制成的鋼）優(yōu)點：減小了碳化物數(shù)量及分布的不均勻性。缺點：高溫切削性能和W18相比稍差。

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C、高性能高速鋼

優(yōu)點：具有較強的耐熱性，刀具耐用度是普通高速鋼的1.5～3倍。

缺點：強度與韌性較普通高速鋼低，高釩高速鋼磨削加工性差。適合加工的零件：奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強度鋼等難加工材料。

數(shù)控刀具的材料61數(shù)控刀具的材料D、粉末冶金高速鋼優(yōu)點：無碳化物偏析，提高鋼的強度、韌性和硬度，硬度值達69～70HRC；保證材料各向同性，減小熱處理內應力和變形；磨削加工性好，磨削效率比熔煉高速鋼提高2～3倍；耐磨性好。適于制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀和插齒刀），精密刀具和磨加工量大的復雜刀具。622、硬質合金刀具普通硬質合金數(shù)控刀具的材料新型硬質合金超細晶粒硬質合金涂層硬質合金金屬陶瓷

粒徑在1μm以下，這種材料具有硬度高、韌性好、切削刀可靠性高等優(yōu)異性能保持了普通硬質合金機體的強度和韌性，又使表面有很高的硬度和耐磨性TiC(N)基硬質合金，其性能介于陶瓷和硬質合金之間63數(shù)控刀具的材料硬質合金的組成：硬質合金是由高硬度和高熔點的金屬碳化物(碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等)和金屬粘結劑(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工藝制成。64數(shù)控刀具的材料硬質合金的性能：硬質合金刀具常溫硬度為71～76HRC，化學穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達800～1000°C。硬質合金被廣泛用作刀具材料。如大多數(shù)車刀、端銑刀及深孔鉆、鉸刀、齒輪刀具等。它還可用于加工高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。硬質合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高5～10倍?？箯潖姸容^高速鋼低，沖擊韌性差，切削時不能承受大的振動和沖擊負荷。碳化物含量較高時，硬度高，但抗彎強度低；粘結劑含量較高時，抗彎強度高，但硬度低。65數(shù)控刀具的材料硬質合金的分類

按其化學成分的不同可分為：①、鎢鈷類（WC+Co）（合金代號為YG，對應于國標K類）合金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加工；適于短切屑的黑色金屬，有色金屬及非金屬的加工。常用的牌號有：YG8、YG6、YG3，它們制造的刀具依次適用于粗加工、半精加工和精加工。數(shù)字表示Co含量的百分數(shù)，YG6即含Co為6%，含Co越多，則韌性越好。66數(shù)控刀具的材料②鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）（合金代號為YT，對應于國標P類）此類合金有較高的硬度和耐熱性，主要用于加工切屑成呈狀的鋼件等塑性材料。適于長切屑的黑色金屬的加工。常用的牌號有：YT5、YT15、YT30等，其中的數(shù)字表示碳化鈦含量的百分數(shù)，碳化鈦的含量越高，則耐磨性較好、韌性越低。這三種牌號的硬質合金制造的刀具分別適用于粗加工、半精加工和精加工。67數(shù)控刀具的材料③鎢鈦鉭（鈮）鈷類（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（合金代號為YW，對應于國標M類）適用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼、合金鋼及耐熱合金鋼的半精加工和精加工。適于長切屑或短切屑的黑色金屬和有色金屬的加工。它具有前兩類硬質合金的優(yōu)點，用其制造的刀具既能加工脆性材料，又能加工韌性材料。同時還能加工高溫合金、耐熱合金及合金鑄鐵等難加工材料。常用牌號有YW1、YW2。68數(shù)控刀具的材料3、涂層刀具材料（1）概念：涂層刀具是在韌性較好的硬質合金基體上或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性較高的難熔金屬化合物而制成。（2）常用的涂層材料有：TiC、TiN、Al2O3等（3）涂層形式：可以采用單涂層和復合涂層（4）優(yōu)點：涂層刀具具有高的抗氧化性能和抗粘結性能，因此具有較高的耐磨性（5）適用范圍：主要用于車削、銑削等加工，由于成本較高，還不能完全取代未涂層刀具的使用。不適合受力大和沖擊大的粗加工，高硬材料的加工以及進給量很小的精密切削。69數(shù)控刀具的材料常用的涂層材料及其性能（1）TiC涂層

硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時能產生氧化鈦膜，減小摩擦及刀具磨損。（2）TiN涂層

在高溫時能產生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結性能好，并能有效降低切削溫度。70數(shù)控刀具的材料（3）TiC—TiN復合涂層第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂TiN,減少表面層與工件間的摩擦。（4）TiC-Al203復合涂層第一層涂TiC,與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學穩(wěn)定性和抗氧化性能。71數(shù)控刀具的材料4、陶瓷刀具不僅能對高硬度材料進行粗、精加工，也可進行銑削、刨削、斷續(xù)切削和毛坯拔荒粗車等沖擊力很大的加工；可加工傳統(tǒng)刀具難以加工或根本不能加工的高硬材料；刀具耐用度比傳統(tǒng)刀具高幾倍甚至幾十倍，減少了加工中的換刀次數(shù)；可進行高速切削或實現(xiàn)“以車、銑代磨”，切削效率比傳統(tǒng)刀具高3-10倍。

72數(shù)控刀具的材料（1）材料組成：主要由硬度和熔點都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物組成，另外還有少量的金屬碳化物、氧化物等添加劑，通過粉末冶金工藝方法制粉，再壓制燒結而成。（2）常用種類：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷（3）優(yōu)點：有很高的硬度和耐磨性，刀具壽命比硬質合金高；具有很好的熱硬性，摩擦系數(shù)低，切削力比硬質合金小，用該類刀具加工時能提高表面光潔度。（4）缺點：強度和韌性差，熱導率低。陶瓷最大缺點是脆性大，抗沖擊性能很差。（5）適用范圍：高速精細加工硬材料。73數(shù)控刀具的材料5、金剛石（1）分類：天然金剛石刀具；人造聚晶金剛石刀具；復合聚晶金剛石刀具。（2）優(yōu)點：極高的硬度和耐磨性，人造金剛石硬度達10000HV，耐磨性是硬質合金的60～80倍；切削刃鋒利，能實現(xiàn)超精密微量加工和鏡面加工；很高的導熱性。（3）缺點：耐熱性差，強度低，脆性大，對振動很敏感。（4）適用范圍：用于高速條件下精細加工有色金屬及其合金和非金屬材料。74數(shù)控刀具的材料6、立方氮化硼（1）概念：立方氮化硼（簡稱CBN）是由六方氮化硼為原料在高溫高壓下合成。（2）優(yōu)點：硬度高，硬度僅次于金剛石，熱穩(wěn)定性好，較高的導熱性和較小的摩擦系數(shù)。（3）缺點：強度和韌性較差，抗彎強度僅為陶瓷刀具的1/5～1/2。（4）適用范圍：適用于加工高硬度淬火鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金材料。它不宜加工塑性大的鋼件和鎳基合金，也不適合加工鋁合金和銅合金，通常采用負前角的高速切削。75

市場經濟不斷地推進，現(xiàn)代企業(yè)在高目標和低成本的追求過程中，已逐漸改變了傳統(tǒng)的“大而全”、“小而全”的模式，取而代之的是以投入最小的人力、物力獲得最大效益的“主題”生產。體現(xiàn)在金屬切削刀具領域，成本已不再是簡單的購買刀具的費用，一方面，采用什么樣的刀具會影響到產品工藝、機床的選型和配置、生產效率、產品質量等，因而受到越來越多的重視；另一方面，自制刀具是否劃算？人力物力的投入也成為企業(yè)考慮的問題。企業(yè)內部的成本核算推進了生產過程的專業(yè)化服務。因此，對一般機械加工企業(yè)來說，刀具的配置，更多的是如何選、如何用，而不是在如何設計與制造上。

數(shù)控刀具合理選用76數(shù)控刀具合理選用mjgy04一、數(shù)控銑削加工圖4-11平面輪廓銑削mjgy04一、數(shù)控銑削加工8)采用什么樣的切削路線(輪廓仿形還是周期性進給)才能保證加工質量？需根據(jù)零件形狀決定。

2.平面與曲面加工的工藝處理

(1)平面輪廓加工這類零件的表面多由直線和圓弧或各種曲線構成，常用兩坐標聯(lián)動的三坐標數(shù)控銑床加工，是模具制造中常見的一種，編程也較簡單。

(2)曲面兩坐標聯(lián)動的加工圖4-12曲面行切法mjgy04一、數(shù)控銑削加工圖4-13三坐標聯(lián)動加工mjgy04一、數(shù)控銑削加工(3)曲面三坐標聯(lián)動加工亦即x，y，z三坐標可同時插補聯(lián)動。

(4)曲面四坐標聯(lián)動加工如圖4-14所示的工件，側面為直紋扭曲面。圖4-14四坐標聯(lián)動加工mjgy04一、數(shù)控銑削加工3.數(shù)控銑削程序編制過程

(1)對零件圖進行工藝分析確定加工部位，解決如何安裝與定位的工藝問題等。

(2)確定工藝裝備解決用什么夾具來裝夾工件，具體選用哪幾種規(guī)格的銑刀來加工。

(3)確定編程的工件坐標系、工件原點、對刀位置及對刀方法等。mjgy04一、數(shù)控銑削加工(4)確定加工路線、刀具運動方向及運動軌跡這時還應注意分析毛坯的余量狀況，加工變形問題，并根據(jù)所選刀具的剛性及切削性能，確定在余量大的部位要不要采取局部分層銑削，分幾層銑削以及進、退刀等。

(5)確定加工所用的各種工藝參數(shù)包括主軸轉速(S)、進給速度(F)、每次走刀的切削用量(切削深度與切削寬度)，并按加工順序將所用刀具列表編號。

(6)畫出編程草圖注明編程用的原點及坐標系，并對各節(jié)點及圓心位置注上字母代號、切入與退出點等。mjgy04一、數(shù)控銑削加工(7)數(shù)值計算先計算可以直接從圖紙所給條件算出的各節(jié)點坐標，再計算待定節(jié)點坐標(如切點、圓心或交點等)及圓弧起點與終點相對于圓心的坐標值。

(8)填寫程序單根據(jù)編程的草圖及走刀線路，按銑刀前進方向逐段編寫。

(9)按程序單制作控制介質根據(jù)各機床控制系統(tǒng)輸入程序方式的不同，目前常用的程序介質有紙帶和磁盤，也有直接鍵入的。mjgy04一、數(shù)控銑削加工(10)校驗程序目的是保證制作的控制介質準確無誤，除認真檢查程序單外，還要將控制介質輸入數(shù)控裝置，在其CRT屏幕上校驗，或是讓機床空走或試切。

(11)編寫程序說明卡或走刀線路圖。

(12)修訂技術文件經試切和首件生產之后，修改與完善數(shù)控加工技術文件，技術文件包括程序單、程序說明卡、走刀線路圖、工藝規(guī)格及控制介質等。

4.數(shù)控銑削應用實例

1)兩圓公切線切點的坐標計算(省略)。

2)兩圓過渡圓的切點坐標計算(省略)。mjgy04一、數(shù)控銑削加工3)編寫加工程序清單依據(jù)FANUC數(shù)控系統(tǒng)的G、M等代碼及上述計算結果進行編程得到加工程序清單(表4-3)。mjgy04二、加工中心切削加工1.加工中心的功能及分類

(1)加工中心的功能加工中心是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的，它與數(shù)控銑床的最大區(qū)別在于它有刀庫和刀具自動交換系統(tǒng)，它可以在一次裝夾中通過自動換刀系統(tǒng)改變主軸上的加工刀具，實現(xiàn)鉆、鏜、鉸、攻螺紋、切槽等多種加工功能。

(2)加工中心的分類從結構上加工中心可以分成以下幾種類型。mjgy04二、加工中心切削加工1)立式加工中心：立式加工中心(圖4-16所示為其中的一種型號)的主軸垂直于工作臺，主要適合于加工模具類、板材類、殼體類工件。

2)臥式加工中心：臥式加工中心主軸軸線與工作臺平面方向平行，它的工作臺大多為可分度的回轉臺或由伺服電機控制的數(shù)控回轉臺，在工件一次裝夾中，通過工作臺旋轉可實現(xiàn)多個加工面加工，如果轉臺為數(shù)控回轉臺，還可參與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：這類加工中心具有立式加工中心和臥式加工中心的功能，工件一次安裝后能完成除安裝面外的所有側面和頂面等五個面的加工。

4)龍門加工中心：龍門加工中心是指在數(shù)控龍門銑床的基礎上加裝刀庫和換刀機械手，以實現(xiàn)自動刀具交換，達到比數(shù)控龍門銑床更廣泛的應用范圍。

2.加工中心的主要加工對象

(1)模具類零件如注塑模具、橡膠模具、真空成形吸塑模具、發(fā)泡模具、壓力鑄造模具和精密鑄造模具等。mjgy04二、加工中心切削加工(2)各種葉輪、球面和凸輪類零件這些復雜曲面零件在機械制造業(yè)，特別是航天工業(yè)中占有特殊重要的地位。

(3)箱體類零件箱體類零件一般具有一個以上孔系，內部有一定型腔，在長、寬、高方向上有一定比例。

(4)異形件、盤、套、板類等零件如支撐架、撥叉、水泵體、樣板、靠模等。

3.加工中心應用實例

(1)異形件撥叉(圖4-18)在臥式加工中心(配備FANUC系統(tǒng))上的加工

1)確定工藝方案及工藝路線。mjgy04二、加工中心切削加工2)加工方法、工步順序、刀輔具選擇，切削用量選擇見表4-4。

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

2)L8100

3)L8200

(2)圖示4-19零件在立式加工中心(配備FANUC系統(tǒng))上的加工圖4-19盤類零件加工mjgy04第四節(jié)計算機輔助制造(CAM)一、CAM技術的應用情況

二、模具CAM技術的應用實例mjgy04一、CAM技術的應用情況圖4-20CAM系統(tǒng)及包括的內容圖mjgy04二、模具CAM技術的應用實例1.模具CAM技術在微型汽車車身模具制造中的應用

(1)調用模具的CAD數(shù)學模型(曲面模型或實體模型)。

(2)選擇加工方式

1)粗加工：采用盤狀銑刀和逐層銑削的進刀方式進行切削。

2)精加工：精加工的走刀進給方式很多。

3)清根加工：在精加工之后，曲面連接的凹圓角處因刀具半徑大而留有余量，必須采用小刀具進行清根加工，而且刀具半徑必須小于或等于凹圓角半徑。

(3)加工參數(shù)的設置mjgy04二、模具CAM技術的應用實例1)刀具類型的選擇：盤狀銑刀有平底柱狀螺旋銑刀，球頭柱狀螺旋銑刀，球頭錐狀銑刀等。

2)刀具規(guī)格的選擇：刀具規(guī)格尺寸的大小要與模具毛坯的大小和加工余量相適合。

3)主軸轉速、走刀進給速度、進給步距的設置。

4)加工維數(shù)的設置：CAD/CAM軟件一般提供了2～5維的NC編程加工方式。

5)單向、雙向走刀的設置：雙向走刀是常用的走刀方式，在用平底柱狀螺旋銑刀加工型面時要采用單向走刀方式。

(4)NC程序的后置處理。mjgy04二、模具CAM技術的應用實例(5)NC程序的傳送和執(zhí)行。

1)在工作站上確定數(shù)模檢測點或檢測斷面曲線，用EUCLID3的檢查模塊，確定檢測點及點的法矢長度，生成*.DM1s數(shù)據(jù)文件。

2)用C語言把*.DM1s數(shù)據(jù)文件寫進測量機CMES命令程序中，生成動測量程序。

3)把*.PRG自動測量程序傳送給三坐標測量機，測量機對模具型面進行自動檢測，檢測點嚴格按法向方向進給，測量結果以公差形式輸出。

2.CAD/CAM技術在電飯煲模具制造中的應用mjgy04二、模具CAM技術的應用實例(1)電飯煲的結構如圖4-21所示，主要由四個部分組成。圖4-21電飯煲簡圖mjgy04二、模具CAM技術的應用實例1)四個部分合成一個完整的空間曲面，所以要嚴格控制四個部分的尺寸精度和配合精度。

2)電飯煲產品屬于輕工日用品，從安全角度考慮不允許產品有刀口，故在沿口均有圓弧半徑為0.2mm的要求，但圓弧半徑過大會使整體配合和間隙過大，影響美觀。

3)中套有固定頂蓋的軸孔，它與底座安裝有6個卡口(圖4-21中A—A剖面)，與電源盒配合有4個卡口，共需抽芯9處，這增加了模具結構的難度。

4)產品表面粗糙度Ra要求為0.04μm。

(2)模具結構設計mjgy04二、模具CAM技術的應用實例1)選材：采用瑞典718的鏡面鋼，以滿足用戶產品表面質量要求。

2)為了保證沿口的R0.2mm尺寸要求，只能在模具型芯固定板上實現(xiàn)，為了使拼鑲線不明顯，只能將型腔沿口尺寸做到0.5mm的深度。

3)電源盒模具設計中應考慮到產品收縮不均而造成整體曲面的破壞，因而在模具設計中，型腔要按圖4-21中O-O虛線范圍加工，關料止口用型芯來實現(xiàn)。

4)中套產品要求與底座有6個卡口及電源蓋配合的軸孔，模具需開6個內抽，2個外抽，可見模具結構的復雜。mjgy04二、模具CAM技術的應用實例(3)采用CAD形式真三維設計由于產品的特點要求，使用常規(guī)的加工手段和電火花加工很難確保產品的質量，浙江某模具廠在SunspaceStation20工作站進行了真三維的CAD設計。

1)根據(jù)各剖面的數(shù)十個測點進行spline線擬合，發(fā)現(xiàn)有幾個點的質量較差，偏移了曲線的整個趨勢，故進行修正和剔除。

2)為了確保頂蓋、中套、底座的配合要求，將圖4-21中J-J和M-M面的測點只作為參考，而用Ⅳ-Ⅳ和Ⅴ-Ⅴ曲線代替。mjgy04二、模具CAM技術的應用實例3)電源盒的曲面直接在中套曲面上獲取，確保曲面的整體性。

4)頂蓋曲面的形式根據(jù)圖4-21中Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ、Ⅵ-Ⅵ的擬合曲線，增加圖4-21所示的13個點擬合spline線(曲線A)，確保曲線的最高點，按嚴格通過13條曲線(其中Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ、Ⅵ-Ⅵ六條曲線必須對稱切斷