常用的数控加工方法

㈠ 数控机床按加工方式分类可分哪些类

一、按加工工艺方法分类
1．金属切削类数控机床
与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。
在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。
2．特种加工类数控机床
除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。
3．板材加工类数控机床
常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。
近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。
二、按控制运动轨迹分类
1．点位控制数控机床
点位控制数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。
这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。
2．直线控制数控机床
直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。
直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。
数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。
3．轮廓控制数控机床
轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。
常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。
现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。
详情可以参考：http://bbs.machine.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=53656

㈡ 数控机床上常用的编程方法有哪些

一、M指令（或辅助功能）
辅助功能是用地址字
M
及二位数字表示的它主要用于机床加工操作时的工艺性指令其特点是靠继电器的通、断来实现其控制过程。
二、F
指令（进给功能）
F
指令是表示进给速度，进给速度是用
7
母
F
和其后面的若干数字来表示的
1
）每分钟进给(
G94)
系统在执行了
G94
指令后再遇到
F
指令时，便认为
F
所指定的进给速度单位为
m
/
m
旧或
in
/
min
，并一直有效，直至系统又执行了含有
G95
的程序段，则
094
被否定，而
G95
发生作用。
2
）每转进给(G95)
若系统执行了含有
G95
的程序段，则再遇
3lJ
“指令所指定的进给速度单位为
mm
/
r
或
in
/
r
。要取消
G95
状态，必须重新指定
G94
。注：
G94
、
G95
为模态功能，可相互注销，
G94
为缺省值。
三、T指令（刀具功能）
刀具功能主要用于系统对各种刀具的选择．它是由地址下和其后的四位数字表示。其中前位为选择的刀具号，后两位为选择的刀具偏置号。每一刀具加工结束后必须取消其刀偏偏置值。即将后两位数设为00，取消刀具偏置值。例如：O0001：N01
G92
X50
Z50
N02
M06
T0101：（用01号刀加工，刀具偏号为01）
N03
G00
G90
Z40：刀具偏号也可为02，则T指令应为：T0102）
N04
G01
X40230
F100；
N05
G00
X50
Z50
T0100：（取消01号刀偏）N06
M02
注：1、要求在绝对编程指令段中取消刀偏值
2、取消刀偏值时必须同时有X、Z轴方向的位移
四、S
指令（主轴功能）
主轴功能主要是表示主轴旋转速度
3
加转／每分钟它是由
S
和其后的数字组成。例如
S
以刃表示主轴转速。

㈢ 什么是数控加工技术

随着科学技术的发展，人们对零件加工质量的要求也越来越高。同时产品改型频繁，在一般机械加工中，单件和中小批量产品占的比重越来越大。为了保证产品质量，提高生产率和降低成本，要求机床不仅具有较好的通用性和灵活性，而且在加工过程中要具有较高的自动化程度。数控加工技术就是在这种环境下发展起来的一种由数控机床的数字信息控制，适用于精度高、零件形状复杂的单件和中小批量生产的高效、柔性的自动化加工技术。

数控机床是一种综合了计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术、液压气动技术、光机电等技术的一种高效、柔性加工的机电一体化设备，是现代制造技术的基础。

1数控机床的组成及数控加工过程

数控机床是指用记录在媒体上的数字信息经数控装置对机床实施控制，使它自动地执行规定加工过程的机床。

1）数控机床的组成

数控机床是按预先编制好的加工程序自动对工件进行加工的。数控机床通常由机床本体、伺服系统、数控装置和控制介质四部分组成，如图2-61所示。

图2-64JCS-018型加工中心布局

1—床身；2—滑座；3—工作台；4—润滑装置；5—立柱；6—数控装置；7—刀库；8—换刀机械手；9—主轴箱；10—操作面板

3程序编制

所谓程序编制，就是将零件的工艺过程、工艺参数、刀具移动量与方向以及其他辅助动作（换刀、冷却、夹紧等），按运动顺序和所用数控机床给定的指令代码及程序格式编制成一定的表格，这种表格称为“零件加工程序单”，或简称“程序单”，再将程序单中的全部内容记录在控制介质上（如穿孔纸带、磁带等），然后输送给数控装置，从而指挥数控机床加工。这种从分析零件图纸起，到制成数控机床所需要的控制介质的全过程称为程序编制。

一般说来，数控程序编制的步骤为：工艺设计→数值计算→编写零件加工程序单→制备控制介质或程序输入→程序校验和试切。

1）工艺设计

在对零件图进行全面分析的基础上，确定零件的装夹定位方法、加工路线（如对刀点、换刀点、进给路线）、刀具及切削用量（如进给速度、主轴转速、切削宽度和切削深度等）等工艺参数。

2）数值计算

根据零件图和所确定的加工路线，计算出刀具运动轨迹。

一般的数控装置具有直线插补和圆弧插补的功能。对于加工由圆弧、直线组成的简单零件，只需计算出零件轮廓上相邻几何元素的交点或切点（基点）的坐标值，得出直线的起点、终点，圆弧的起点、终点和圆心坐标值。当零件的形状比较复杂、与数控装置的插补功能不一致时，需要作较复杂的计算。

3）编写零件加工程序单

根据所计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的切削用量以及辅助动作，结合数控系统规定使用的指令代码及程序段格式，编写零件加工程序单。

4）制备控制介质或程序输入

程序单编写好之后，操作者或编程者必须将加工信息输入数控装置，也可根据数控系统输入、输出装置的不同，先将程序移至某种控制介质上。常用的控制介质有U盘、磁盘、磁带等。

5）程序校验和试切

编制好的程序必须经过校验和试切才能正式使用。校验的方法是直接将控制介质上的内容输入数控装置中，检查刀具的运动轨迹是否正确。在有CRT图形显示屏的数控机床上，可以用模拟工件切削过程的方法进行校验；否则，可以笔代刀，以坐标纸代替工件，让机床空运转，画出加工轨迹。

上述这些方法只能检验刀具的运动轨迹是否正确，不能检查加工精度。因此，还应进行零件的试切。如果通过试切发现零件的精度达不到要求，就应进行程序单和控制介质的修改，以及采用误差补偿方法，直到加工出合格零件为止。

4数控机床的特点及应用

1）数控机床具的特点

（1）加工精度高，加工质量稳定。由于数控机床本身制造精度高，又是按照预定程序自动加工，避免了人为操作误差，使同批零件一致性好，产品质量稳定。

（2）生产率高。由于能在一次装夹中加工出零件的多个部位，省去了许多中间工序（如划线等），一般只需进行首件检验，大大缩短了生产准备时间，故生产率高。

（3）自动化程度高，减轻了劳动强度，改善了劳动条件。除手工装夹毛坯外，全部加工过程都由机床自动完成，减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。

（4）适应性强，经济效益好。用数控机床加工，当加工对象改变时，只需重新编制数控程序，一般不需重新设计工具、夹具和模具，即可实现对零件的加工。这样大大缩短了产品研制周期，给新产品开发研制提供了捷径。同时加工精度高，质量稳定，减少了废品率，使生产成本下降，生产率高，所以能够获得良好的经济效益。

（5）有利于生产管理的现代化。利用数控机床加工，能准确计算零件的加工工时，并有效地简化检验和工夹具、半成品的管理工作，利于生产管理现代化。又由于使用数字信息，容易形成计算机辅助设计与制造紧密结合的一体化系统。

但数控机床造价高，技术复杂，维修困难，要求管理及操作人员素质较高。

2）数控机床的应用

数控机床的应用非常广泛，特别适合加工具有以下特点的零件：多品种、小批量生产的零件；结构复杂、精度要求高的零件；加工频繁改型的零件，因为数控机床可节省大量的工装费用，使综合费用下降；价值昂贵、不允许报废的关键零件；需最短生产周期的急需件。

㈣ cnc数控编程的常用方法

1.定义
手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。
这种方式比较简单，很容易掌握，适应性较大。适用于中等复杂程度程序、计算量不大的零件编程，对机床操作人员来讲必须掌握。
2. 编程步骤
人工完成零件加工的数控工艺
分析零件图纸
制定工艺决策
确定加工路线
选择工艺参数
计算刀位轨迹坐标数据
编写数控加工程序单
验证程序
手工编程
3. 优点
主要用于点位加工（如钻、铰孔）或几何形状简单（如平面、方形槽）零件的加工，计算量小，程序段数有限，编程直观易于实现的情况等。
4. 缺点
对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件，刀具轨迹数据计算相当繁琐，工作量大，极易出错，且很难校对，有些甚至根本无法完成。 （图形交互式）
1. 定义
对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。
随着数控技术的发展，先进的数控系统不仅向用户编程提供了一般的准备功能和辅助功能，而且为编程提供了扩展数控功能的手段。FANUC6M数控系统的参数编程，应用灵活，形式自由，具备计算机高级语言的表达式、逻辑运算及类似的程序流程，使加工程序简练易懂，实现普通编程难以实现的功能。
数控编程同计算机编程一样也有自己的语言,但有一点不同的是,现在电脑发展到了以微软的Windows为绝对优势占领全球市场.数控机床就不同了,它还没发展到那种相互通用的程度,也就是说,它们在硬件上的差距造就了它们的数控系统一时还不能达到相互兼容.所以,当我要对一个毛坯进行加工时,首先要以我们已经拥有的数控机床采用的是什么型号的系统.
2. 常用自动编程软件
（1）UG
Unigraphics 是美国Unigraphics Solution公司开发的一套集CAD、CAM、CAE 功能于一体的三维参数化软件，是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造的高端软件，用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。
UG软件在CAM领域处于领先的地位，产生于美国麦道飞机公司，是飞机零件数控加工首选编程工具。
UG 优点
提供可靠、精确的刀具路径
能直接在曲面及实体上加工
良好的使用者界面，客户也可自行化设计界面
多样的加工方式，便于设计组合高效率的刀具路径
完整的刀具库
加工参数库管理功能
包含二轴到五轴铣削、车床铣削、线切割
大型刀具库管理
实体模拟切削
泛用型后处理器等功能
高速铣功能
CAM客户化模板
（2）Catia
Catia是法国达索（Dassault）公司推出的产品，法制幻影系列战斗机、波音737、777的开发设计均采用Catia。
CATIA 据有强大的曲面造型功能，在所有的CAD三维软件位居前列，广泛应用于国内的航空航天企业、研究所，以逐步取代UG成为复杂型面设计的首选。
CATIA具有较强的编程能力，可满足复杂零件的数控加工要求。目前一些领域采取CATIA设计建模，UG编程加工，二者结合，搭配使用。
（3）Pro/E 是
美国PTC （参数技术有限公司）开发的软件，是全世界最普及的三维 CAD/CAM （计算机辅助设计与制造）系统。广泛用于电子、机械、模具、工业设计和玩具等民用行业。具有零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能。
Pro/E在我国南方地区企业中被大量使用，设计建模采用PRO-E ，编程加工采用MASTERCAM 和 CIMATRON 是目前通行的做法。
（4）C（imatronCAD/CAM系统
以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。 CimatronCAD/CAM系统在国际上的模具制造业备受欢迎，国内模局制造行业也在广泛使用。
（5）Mastercam
美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，它具有方便直观的几何造型 Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境，其强大稳定的造型功能可设计出复杂的曲线、曲面零件。 Mastercam具有较强的曲面粗加工及的曲面精加工的功能，曲面精加工有多种选择方式，可以满足复杂零件的曲面加工要求，同时具备多轴加工功能。由于价格低廉，性能优越，成为国内民用行业数控编程软件的首选。
（6）FeatureCAM
美国DELCAM公司开发的基于特征的全功能CAM软件，全新的特征概念，超强的特征识别，基于工艺知识库的材料库，刀具库，图标导航的基于工艺卡片的编程模式。全模块的软件，从2~5轴铣削，到车铣复合加工，从曲面加工到线切割加工，为车间编程提供全面解决方案。 DELCAM软件后编辑功能相对来说是比较好的。
近年来国内一些制造企业正在逐步引进，以满足行业发展的需求，属新兴产品。
（7）CAXA制造工程师
CAXA制造工程师是北京北航海尔软件有限公司推出一款全国产化的CAM产品，为国产CAM软件在国内CAM市场中占据了一席之地。 作为我国制造业信息化领域自主知识产权软件优秀代表和知名品牌，CAXA已经成为我国CAD/CAM/PLM业界的领导者和主要供应商。CAXA制造工程师是一款面向二至五轴数控铣床与加工中心、具有良好工艺性能的铣削/钻削数控加工编程软件。该软件性能优越，价格适中，在国内市场颇受欢迎。
（8）EdgeCAM
英国Pathtrace公司出品的具有智能化的专业数控编程软件，可应用于车、铣、线切割等数控机床的编程。针对当前复杂三维曲面加工特点，EdgeCAM设计出更加便捷可靠的加工方法 ，目前流行于欧美制造业。英国路径公司正在进行中国市场的开发和运作，为国内的制造业的客户提供更多的选择。
（9）VERICUTVERICUT
美国CGTECH公司出品的一种先进的专用数控加工仿真软件。VERICUT 采用了先进的三维显示及虚拟现实技术，对数控加工过程的模拟达到了极其逼真的程度。不仅能用彩色的三维图像显示出刀具切削毛坯形成零件的全过程，还能显示出刀柄、夹具,甚至机床的运行过程和虚拟的工厂环境也能被模拟出来，其效果就如同是在屏幕上观看数控机床加工零件时的录像。
编程人员将各种编程软上生成的数控加工程序导入VERICUTVERICUT中，由该软件进行校验，可检测原软件编程中产生的计算错误，降低加工中由于程序错误导致的加工事故率。目前国内许多实力较强的企业，已开始引进该软件来充实现有的数控编程系统，取得了良好的效果。
随着制造业技术的飞速发展，数控编程软件的开发和使用也进入了一个高速发展的新阶段，新产品层出不穷，功能模块越来越细化，工艺人员可是在微机上轻松地设计出科学合理并富有个性化的数控加工工艺，把数控加工编程变得更加容易、便捷。

㈤ 数控加工的加工原则

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，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。
数控车床加工原则：
（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧。
（2）先内后外，即先进行内部型腔（内孔）的加工，后进行外形的加工。
（3）以相同的安装或使用同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重新定位或换刀所引起的误荠。
（4）在同一次安装中，应先进行对工件刚性影响较小的工序。

㈥ 数控加工中心常用的对刀方法有哪些

加工中心常用的对刀方法有试切法对刀、对刀仪对刀、塞尺对刀、塞块对刀。

㈦ 机械工程训练中有哪些数控加工方法

数控加工方法有：数控车、数控铣、数控镗、数控刨、数控磨、数控钻、数控滚齿、数控冲压、数控等离子切割、线切割、电火花……
以上加工方法可以分为3类：切削类、成型类、特殊加工类。

详细描述如下：
机械加工是指利用切削刀具，从毛坯上切除多余材料，从而获得具有一定形状和精度的零件的过程。
机械加工主要有手动加工和数控加工两大类。手动加工是指通过机械工人手工操作车床、铣床、刨床和磨床等机械设备来实现对各种材料进行加工的方法。手动加工适合进行小批量、简单的零件生产。 数控加工（CNC）是指机械工人运用数控设备来进行加工，这些数控设备包括加工中心、数控铣床、数控车床、电火花线切割设备、螺纹切削机等。通过编程，数控机床自动按要求去除材料，从而得到精加工工件。数控加工以连续的方式来加工工件，适合于大批量、形状复杂的零件。
机械加工之生产过程：
生产过程的实质是由原材料（或半成品）变为产品的过程。因此一个工厂的生产过程，又可按车间分成若干个车间的生产过程。
生产过程包括：
产品设计、生产准备、原材料的运输和保管、毛坯制造、机械加工、热处理、装配和调试、检验和试车、喷漆和包装等。
现有机械加工工艺手段的分类及其特点 加工方法大致可分为三大类：

一 切削加工
包括车削、铣削、刨削、磨削、拉削、钻孔、扩孔、铰孔、研磨、珩磨、抛光、超精加工及由它们组成的自动技术、数控技术、成组技术、组合机床、流水线、自动线。
其特点为：
1、 以金属材料来制造机械零件，其主要加工手段仍然是切削加工，因切削加工精度高、质量好。
2、切削加工工序多、需要的设备多、投资大。

二 少、无切屑加工
可分为精密铸造类,压力加工类以及压力光整加工，还有精密焊接，粘结技术，快速成形等。
三 特种 机械加工
常见的特种机械加工方法有：
电火花加工、线切割加工、电解加工、激光加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工、电磁加工、水力切削等。
其特点为：
1、属于非接触式加工，能以柔克刚，刀具硬度可低于工件的硬度。加工时不存在显着的机械力。
2、不是依靠机械力和机械能，而是利用电能、电化学能、光能、热能等切除材料，能量密度高。
3、切削原理在这些加工中不适用，不产生宏观切屑。
4、加工能量易控制和转换，易自动化，加工范围广、适应性强。

㈧ 常见的加工方法有哪些

常见的机械加工方法是强制进给方式和压力进给方式。

1、强制进给方式：在普通机磨床上进行加工，根据机床的动态精度决定吃刀深度及工件的精度。

2、压力进给方式：磨具在工件表面突起部分进行选择性加工，从而提高精度。

最引人注目的是激光机械加工技术。在切割硼-环氧、石墨-环氧、聚芳酰胺等难以加工的复合材料方面发挥巨大的威力，也可用于切割钛、钛合金、铬合金、高强度钢等宇航材料，还用于切割石英玻璃以及陶瓷，其切割效率比金刚石砂轮高得多，是一种较为理想的加工方法。

(8)常用的数控加工方法扩展阅读

以上两种加工方式的特点为：

1、强制进给方式，其特点是形状精确，效率高。

2、压力进给方式：其特点是加工平面、球、圆筒等比较简单的形状时，如果注意磨具的形状、精度就能使加工精度优于机床加工精度。其缺点是缺乏形状赋予性，加工时间长。

㈨ 数控加工中心常用的对刀方法都有哪些

一、数控加工中心常用的对刀方法
简单来说，数控加工中心常用的对刀方法主要有对刀仪对刀、自动对刀及试切法对刀等几种。由于一个工件完整的加工工序可能会涉及几把甚至几十把刀具，因试切法较为原始，并且对刀精度较差，因而很少采用。我们着重看一下前两种较为典型的对刀方法：
1、自动对刀法
自动对刀是利用数控加工中心配置的刀具检测功能实现的，这一装置可以自动精确地测出每把刀具各个坐标方向的长度，并可以自动修正刀具误差值，整个检测及修正过程可在机床正常运行的基础上实现。这种对刀方法完全靠电子控制装置实现的，排除了人为对刀的误差，因而对刀精度更高，对刀效率也更好。
2、对刀仪对刀法
采用对刀仪进行对刀，因其经济型较高，是现在数控加工中心对刀的主要方法。对刀分为机内对刀仪对刀和机外对刀仪对刀两种。机外对刀仪对刀需要预先在机床外面校正好，然后把刀装上机床上就可以使用了；机内对刀仪对刀是将刀具直接安装在机床某一固定位置上进行测量的方法。
二、对刀误差的预防措施
由于数控加工中心所使用的刀具各种各样，刀具尺寸也极不统一，故对刀时应根据实际加工情况，选择好对刀方法，确定程序指令，输入好对刀参数和刀具补偿值。即便如此，不同的对刀方法也可能会出现一些误差，从而影响工件加工的精度。
当使用对刀仪、对刀镜对刀和自动对刀时，误差主要未源于仪器的制造、安装和测量误差，另外使用仪器的技巧欠佳也会造成误差。因此，要注意仪器的安装和测量精度，更重要的是要掌握使用仪器的正确方法，只有正确的使用和操作，才能将误差降到zui低。同时，刀具的质量和刚性以及机床自身的精度也是影响对刀误差的原因，因此选择质量合格的刀具和定期检查数控加工中心零点漂移的情况也很重要。

㈩ 模具加工的常见方法

摘要：本文介绍了模具零部件的机加工方法及工艺规程的制定，并以电器盒模具模芯高效数控加工工艺为例，结合自己多年的注射模具加工经验，精辟地介绍了模具零部件高效铣削加工工序的编制，希望对工程技术人员有一定的帮助和借鉴作用。

关键词：CAD/CAM 模具 加工 工艺

一、引言

在现代模具的成形制造中，由于模具的形面设计日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，因此对模具加工技术提出了更高要求，即不仅应保证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术研究的不断深入，尤其在机床加工、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不断发展的推动下，高速加工技术已越来越多地应用于模具的制造加工。高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响，改变了传统模具加工采用的“退火→铣削加工→热处理→磨削”或“电火花加工→手工打磨、抛光”等复杂冗长的工艺流程。

但是，在实践中为了提高模具的加工效率，不能一味地去追求高速加工，有时为了节约生产成本与提高生产效率，必须采用高效加工方法，使一部分加工工序在普通机床上就可高效率完成。这样就要求设计者编制合理的模具加工工艺，以便提高模具的加工效率，降低模具的制造成本，减少模具的制造周期。

二、模具零部件的机加工方法

用机械加工方法加工模具零部件时要充分考虑零件的材料、结构形状、尺寸、精度和使用寿命等方面的不同要求，采用合理的加工方法和工艺路线。尽可能通过加工设备来保证模具零部件的加工质量，减少钳工修配工作量，提高生产效率和降低成本。

常用机械加工方法在模具零部件加工中的应用如表1所示。

表1 常用机加工方法可能达到的粗糙度及应用

三、模具高效加工工艺规程与策略制定

1.工艺规程制定

工艺规程必须针对加工对象，结合本企业实际生产条件进行制定，技术上要先进、经济上要合理。模具零部件加工工艺规程制定的一般步骤及所包含的基本内容如表2所示。

表2 加工工艺规程

2.数控加工工艺策略

1）粗加工

模具粗加工的主要目标是追求单位时间内的材料去除率，并为半精加工准备工件的几何轮廓。在粗加工过程中通过利用国外先进的CAD/CAM软件可通过以下措施保持切削条件恒定，从而获得良好的加工质量。

（1）恒定的切削载荷；

通过计算获得恒定切削层面积和材料去除率，使切削载荷与刀具磨损速率保持均衡，以提高刀具寿命和加工质量；

（2）避免突然改变刀具进给方向；

（3）避免将刀具埋入工件。如加工模具型腔时，应避免刀具垂直插入工件，而应采用倾斜下刀方式(常用倾斜角为20°～30°)，最好采用螺旋式下刀以降低刀具载荷；加工模具型芯时，应尽量先从工件外部下刀然后水平切入工件；
（4）刀具切入、切出工件时应尽可能采用倾斜式(或圆弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出；

（5）采用攀爬式切削(Climb cutting)可降低切削热，减小刀具受力和加工硬化程度，提高加工质量。

2）半精加工

模具半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平整，表面精加工余量均匀，这对于工具钢模具尤为重要，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及精加工表面质量。

粗加工是基于体积模型(Volume model)，精加工则是基于面模型(Su rface model)。而以前开发的CAD/CAM系统对零件的几何描述是不连续的，由于没有描述粗加工后、精加工前加工模型的中间信息，故粗加工表面的剩余加工余量分布及最大剩余加工余量均是未知的。

因此应对半精加工策略进行优化以保证半精加工后工件表面具有均匀的剩余加工余量。优化过程包括：粗加工后轮廓的计算、最大剩余加工余量的计算、最大允许加工余量的确定、对剩余加工余量大于最大允许加工余量的型面分区(如凹槽、拐角等过渡半径小于粗加工刀具半径的区域)以及半精加工时刀心轨迹的计算等。

现有的模具加工CAD/CAM软件大都具备剩余加工余量分析功能，并能根据剩余加工余量的大小及分布情况采用合理的半精加工策略。CIMATRON软件提供清根加工（CLEAN UP）来清除粗加工后剩余加工余量较大的角落以保证后续工序均匀的加工余量。Pro/Engineer软件的局部铣削(Local milling)具有相似的功能，如局部铣削工序的剩余加工余量取值与粗加工相等，该工序只用一把小直径铣刀来清除粗加工未切到的角落，然后再进行半精加工；如果取局部铣削工序的剩余加工余量值作为半精加工的剩余加工余量，则该工序不仅可清除粗加工未切到的角落，还可完成半精加工。

3）精加工

模具的精加工策略取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随着加工表面的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。对于由多个曲面组合而成的复杂曲面加工，应尽可能在一个工序中进行连续加工，而不是对各个曲面分别进行加工，以减少抬刀、下刀的次数。然而由于加工中表面斜率的变化，如果只定义加工的侧吃刀量(Step over)，就可能造成在斜率不同的表面上实际步距不均匀，从而影响加工质量。CIMATRON软件解决上述问题的方法是在定义侧吃刀量的同时，使用Clean Between Pass(清除刀间残留面积高度)来调整步距。Pro/Engineer 软件解决上述问题的方法是在定义侧吃刀量的同时，再定义加工表面残留面积高度(Scallop machine)。一般情况下，精加工曲面的曲率半径应大于刀具半径的1.5倍，以避免进给方向的突然转变。在模具的精加工中，在每次切入、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接，避免采用直线转接，以保持切削过程的平稳性。

四、高效加工实例

在现代化的模具生产中，随着对产品功能要求的提高，产品内部结构也变得越来越复杂，相应的模具结构也要随之复杂化。

下面阐述了在电器盒塑料模具制造中所采用的新的设计制造工艺方法路线：首先利用Pro/ENGINEER或CIMATRON等先进的CAD/CAM软件进行产品的3D图形设计；然后根据产品的特点设计模具结构，生成模具型腔实体图和工程图；再在CIMATRON中根据模具型腔的特点绘制CNC数控加工工艺图，拟定数控加工工艺路线，输入加工参数，生成刀具路径；最后进行三维加工动态仿真，生成加工程序，并输送到数控机床进行自动加工。
在实际加工时需用内六角螺钉将四个方铁块固定于模芯上，然后再将这四个方铁块固定在机床工作台上即可。

图1 电器盒模芯图

以下就以电器盒模具动、定模芯（如图1所示,动模芯材料为P20，定模芯材料为2738，经调质处理，硬度为HRC32左右）为例，重点体说明这一加工流程。为减少篇幅，本文假定从生成三维加工工艺模型后开始，只涉及数控铣削加工部分。

表3 动模芯数控加工工序

表4 定模芯数控加工工序

五、结束语

数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。采用CIMATRON或Pro/ENGINEER等先进软件进行三维建模，然后根据模具型腔的特点，确定模具型腔、分模面，生成模具型腔实体图、工程图、加工工艺图。根据CAM系统的功能，从CAPP数据库获取加工过程的工艺信息，进行零部件加工工艺路线的控制，输入加工参数，然后再在CAM中编制刀具路径，进行三维加工动态仿真，生成加工程序并输送到数控机床完成自动化加工。

这些加工步骤是现代化模具生产的过程和发展趋势，它使复杂模具型芯的生产简化为单个机械零件的数控自动化生产，全部模具设计和数控加工编程过程都可以借助CAD/CAM软件在计算机上完成。它改变了传统的模具制造手段，有效地缩短了模具制造周期，大大提高了模具的质量、精度和生产效率。

参考文献:
[1]李伟光主编．现代制造技术．北京：机械工业出版社，2001．
[2]塑料模具设计手册编写组.塑料模具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002