2007年4月6日 星期五

形位公差www.tool-tool.com

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形状公差和位置公差简称为形位公差

(1)形状公差:构成零件的几何特征的点,线,面要素之间的实际形状相对与理想形状的允许变动量。给出形状公差要求的要素称为被测要素。

(2)位置公差:零件上的点,线,面要素的实际位置相对与理想位置的允变动量。用来确定被测要素位置的要素称为基准要素。

形位公差的研究对象是零件的几何要素,它是构成零件几何特征的点,线,面的统称.其分类及含义如下:

(1) 理想要素和实际要素

具有几何学意义的要素称为理想要素.零件上实际存在的要素称为实际要素,通常都以测得要素代替实际要素.

(2) 被测要素和基准要素

在零件设计图样上给出了形状或(和)位置公差的要素称为被测要素.用来确定被测要素的方向或(和)位置的要素,称为基准要素.

(3) 单一要素和关联要素

给出了形状公差的要素称为单一要素.给出了位置公差的要素称为关联要素.

(4) 轮廓要素和中心要素

由一个或几个表面形成的要素,称为轮廓要素.对称轮廓要素的中心点,中心线,中心面或回转表面的轴线,称为中心要素

形状公差有直线度,平面度,圆度和圆柱度.其含义和标注如下:

1) 直线度

2) 平面度

平面度公差带只有一种,即由两个平行平面组成的区域,该区域的宽度即为要求的公差值.

3) 圆度

在圆度公差的标注中,箭头方向应垂直于轴线或指向圆心.

4) 圆柱度

形位公差的标注应注意以下问题:

(1) 形位公差内容用框格表示,框格内容自左向右第一格总是形位公差项目符号,第二格为公差数值,第三格以后为基准,即使指引线从框格右端引出也是这样.

(2) 被测要素为中心要素时,箭头必须和有关的尺寸线对齐.只有当被测要素为单段的轴线或各要素的公共轴线,公共中心平面时,箭头可直接指在轴线或中心线,这样标注很简便,但一定要注意该公共轴线中没有包含非被测要素的轴段在内.

(3) 被测要素为轮廓要素时,箭头指向一般均垂直于该要素.但对圆度公差,箭头方向必须垂直于轴线.

(4) 当公差带为圆或圆柱体时,在公差数值前需加注符号"Φ",其公差值为圆或圆柱体的直径.这种情况在被测要素为轴线时才有.同轴度的公差带总是一圆柱体,所 以公差值前总是加上符号"Φ";轴线对平面的垂直度,轴线的位置度一般也是采用圆柱体公差带,需在公差值前也加上符号"Φ".

(5) 对一些附加要求,常在公差数值后加注相应的符号,如(+)符号说明被测要素只许呈腰鼓形外凸,(-)说明被测要素只许呈鞍形内凹,(>)说明误差只许按符 号的小端方向逐渐减小.如形位公差要求遵守最大实体要求时,则需加符号○M.在框格的上,下方可用文字作附加的说明.如对被测要素数量的说明,应写在公差 框格的上方;属于解释性说明(包括对测量方法的要求)应写在公差框格的下方.例如:在离轴端300mm处;在a,b范围内等.

形位公差是为了满足产品功能要求而对工件要素在形状和位置方面所提出的几何精度要求。以形位公差带来限制被测实际要素的形状和位置。

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数车的实例 www.tool-tool.com

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数控车床编程实例

1.根据零件图样要求、毛坯情况,确定工艺方案及加工路线
1)对细长轴类零件,轴心线为工艺基准,用三爪自定心卡盘夹持φ58㎜外圆一头,使工件伸出卡盘175㎜,用顶尖顶持另一头,一次装夹完成粗精加工(注:切断时将顶尖退出)。
2) 工步顺序
① 粗车外圆。基本采用阶梯切削路线,粗车φ56㎜、SφS50㎜、φ36㎜、M30㎜各外圆段以及锥长为10㎜的圆锥段,留1㎜的余量。
② 自右向左精车各外圆面:螺纹段右倒角→切削螺纹段外圆φ30㎜→车锥长10㎜的圆锥→车φ36㎜圆柱段→车φ56㎜圆柱段。
③ 车5㎜×φ26㎜螺纹退刀槽,倒螺纹段左倒角,车锥长10㎜的圆锥以及车5㎜×φ34㎜的槽。
④ 车螺纹。
⑤ 自右向左粗车R15㎜、R25㎜、Sφ50㎜、R15㎜各圆弧面及30°的圆锥面。
⑥ 自右向左精车R15㎜、R25㎜、Sφ50㎜、R15㎜各圆弧面及30°的圆锥面。
⑦ 切断。
2.选择机床设备
  根据零件图样要求,选用经济型数控车床即可达到要求。故选用CK0630型数控卧式车床。
3.选择刀具
  根据加工要求,选用三把刀具,T01为粗加工刀,选90°外圆车刀,T03为切槽刀,刀宽为3㎜,T05为螺纹刀。
  同时把三把刀在自动换刀刀架上安装好,且都对好刀,把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。
4.确定切削用量
  切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定,详见加工程序。
5.确定工件坐标系、对刀点和换刀点
  确定以工件左端面与轴心线的交点O为工件原点,建立XOZ工件坐标系。
  采用手动试切对刀方法(操作与上面数控车床的对刀方法相同)把点O作为对刀点。换刀点设置在工件坐标系下X70、Z30处。
6.编写程序(该程序用于CK0630车床)
  按该机床规定的指令代码和程序段格式,把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。该工件的加工程序如下:
N0010 G59 X0 Z195
N0020 G90
N0030 G92 X70 Z30
N0040 M03 S450
N0050 M06 T01
N0060 G00 X57 Z1
N0070 G01 X57 Z-170 F80
N0080 G00 X58 Z1
N0090 G00 X51 Z1
N0100 G01 X51 Z-113 F80
N0110 G00 X52 Z1
N0120 G91
N0130 G81 P3
N0140 G00 X-5 Z0
N0150 G01 X0 Z-63 F80
N0160 G00 X0 Z63
N0170 G80
N0180 G81 P2
N0190 G00 X-3 Z0
N0200 G01 X0 Z-25 F80
N0210 G00 X0 Z25
N0220 G80
N0230 G90
N0240 G00 X31 Z-25
N0250 G01 X37 Z-35 F80
N0260 G00 X37 Z1
N0270 G00 X23 Z-72.5
N0280 G00 X26 Z1
N0290 G01 X30 Z-2 F60
N0300 G01 X30 Z-25 F60
N0310 G01 X36 Z-35 F60
N0320 G01 X36 Z-63 F60
N0330 G00 X56 Z-63
N0340 G01 X56 Z-170 F60
N0350 G28
N0360 G29
N0370 M06 T03
N0380 M03 S400
N0390 G00 X31 Z-25
N0400 G01 X26 Z-25 F40
N0410 G00 X31 Z-23
N0420 G01 X26 Z-23 F40
N0430 G00 X30 Z-21
N0440 G01 X26 Z-23 F40
N0450 G00 X36 Z-35
N0460 G01 X26 Z-25 F40
N0470 G00 X57 Z-113
N0480 G01 X34.5 Z-113 F40
N0490 G00 X57 Z-111
N0500 G01 X34.5 Z-111 F40
N0510 G28
N0520 G29
N0530 M06 T05
N0540 G00 X30 Z2
N0550 G91
N0560 G33 D30 I27.8 X0.1 P3 Q0
N0570 G01 X0 Z1.5
N0580 G33 D30 I27.8 X0.1 P3 Q0
N0590 G90
N0600 G00 X38 Z-45
N0610 G03 X32 Z-54 I60 K-54 F40
N0620 G02 X42 Z-69 I80 K-54 F40
N0630 G03 X42 Z-99 I0 K-84 F40
N0640 G03 X36 Z-108 I64 K-108 F40
N0650 G00 X48 Z-113
N0660 G01 X56 Z-135.4 F60
N0670 G00 X56 Z-113
N0680 G00 X40 Z-113
N0690 G01 X56 Z-135.4 F60
N0700 G00 X50 Z-113
N0710 G00 X36 Z-113
N0720 G01 X56 Z-108 F60
N0730 G00 X36 Z-45
N0740 G00 X36 Z-45
N0750 M03 S800
N0760 G03 X30 Z-54 I60 K-54 F40
N0770 G03 X40 Z-69 I80 K-54 F40
N0780 G02 X40 Z-99 I0 K-84 F40
N0790 G03 X34 Z-108 I64 K-108 F40
N0800 G01 X34 Z-113 F40
N0810 G01 X56 Z-135.4 F40
N0820 G28
N0830 G29
N0840 M06 T03
N0850 M03 S400
N0860 G00 X57 Z-168
N0870 G01 X0 Z-168 F40
N0880 G28
N0890 G29
N0900 M05
N0910 M02

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数控车床的知识www.tool-tool.com

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科学技术的发展,导致产品更新换代的加快和人们需求的多样化,产品的生产也趋向种类多样化、批量中小型化。为适应这一变化,数控(NC)设备在企业中的作 用愈来愈大。我校作为国家级重点职校,为顺应时代潮流,重点建设数控专业,选购了BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床。它与普通车床相比,一个显著的优点是:对零件变化的适应性强,更换零件只需改变相应的程序,对刀具进行简单的调整即可做出合格的零件,为节约 成本赢得先机。但是,要充分发挥数控机床的作用,不仅要有良好的硬件,(如:优质的刀具、机床的精度等),更重要的是软件:编程,即根据不同的零件的特 点,编制合理、高效的加工程序。通过多年的编程实践和教学,我摸索出一些编程技巧。

  数控车床虽然加工柔性比普通车床优越,但单就某一种零件的生产效率而言,与普通车床还存在一定的差距。因此,提高数控车床的效率便成为关键,而合理运用编程技巧,编制高效率的加工程序,对提高机床效率往往具有意想不到的效果。

  1. 灵活设置参考点
  BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床共有二根轴,即主轴Z和刀具轴X。棒料中心为坐标系原点,各刀接近棒料时,坐标值减小,称之为进刀;反之,坐标值增大,称为退刀。当退到刀具开 始时位置时,刀具停止,此位置称为参考点。参考点是编程中一个非常重要的概念,每执行完一次自动循环,刀具都必须返回到这个位置,准备下一次循环。因此, 在执行程序前,必须调整刀具及主轴的实际位置与坐标数值保持一致。然而,参考点的实际位置并不是固定不变的,编程人员可以根据零件的直径、所用的刀具的种 类、数量调整参考点的位置,缩短刀具的空行程。从而提高效率。

  2. 化零为整法

在低压电器中,存在大量的短销轴类零件,其长径比大约为2~3,直径多在3mm以下。由于零件几何尺寸较小,普通仪表车床难以装夹,无法保证质量。如果按 照常规方法编程,在每一次循环中只加工一个零件,由于轴向尺寸较短,造成机床主轴滑块在床身导轨局部频繁往复,弹簧夹头夹紧机构动作频繁。长时间工作之 后,便会造成机床导轨局部过度磨损,影响机床的加工精度,严重的甚至会造成机床报废。而弹簧夹头夹紧机构的频繁动作,则会导致控制电器的损坏。要解决以上 问题,必须加大主轴送进长度和弹簧夹头夹紧机构的动作间隔,同时不能降低生产率。由此设想是否可以在一次加工循环中加工数个零件,则主轴送进长度为单件零 件长度的数倍 ,甚至可达主轴最大运行距离,而弹簧夹头夹紧机构的动作时间间隔相应延长为原来的数倍。更重要的是,原来单件零件的辅助时间分摊在数个零件上,每个零件的 辅助时间大为缩短,从而提高了生产效率。为了实现这一设想,我联想到电脑程序设计中主程序和子程序的概念,如果将涉及零件几何尺寸的命令字段放在一个子程 序中,而将有关机床控制的命令字段及切断零件的命令字段放在主程序中,每加工一个零件时,由主程序通过调用子程序命令调用一次子程序,加工完成后,跳转回 主程序。需要加工几个零件便调用几次子程序,十分有利于增减每次循环加工零件的数目。通过这种方式编制的加工程序也比较简洁明了,便于修改、维护。值得注 意的是,由于子程序的各项参数在每次调用中都保持不变,而主轴的坐标时刻在变化,为与主程序相适应,在子程序中必须采用相对编程语句。

  3. 减少刀具空行程


  在BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床中,刀具的运动是依靠步进电动机来带动的,尽管在程序命令中有快速点定位命令G00,但与普通车床的进给方式相比,依然显得效率不高。因此,要 想提高机床效率,必须提高刀具的运行效率。刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完毕后退回参考点所运行的距离。只要减少刀具空行程,就可以提高刀具的运行 效率。(对于点位控制的数控车床,只要求定位精度较高,定位过程可尽可能快,而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的。)在机床调整方面,要将刀具的初始位 置安排在尽可能靠近棒料的地方。在程序方面,要根据零件的结构,使用尽可能少的刀具加工零件使刀具在安装时彼此尽可能分散,在很接近棒料时彼此就不会发生 干涉;另一方面,由于刀具实际的初始位置已经与原来发生了变化,必须在程序中对刀具的参考点位置进行修改,使之与实际情况相符,与此同时再配合快速点定位 命令,就可以将刀具的空行程控制在最小范围内从而提高机床加工效率。

  4. 优化参数,平衡刀具负荷,减少刀具磨损

  由于零件结构的千变万化,有可能导致刀具切削负荷的不平衡。而由于自身几何形状的差异导致不同刀具在刚度、强度方面存在较大差异,例如:正外圆刀与切 断刀之间,正外圆刀与反外圆刀之间。如果在编程时不考虑这些差异。用强度、刚度弱的刀具承受较大的切削载荷,就会导致刀具的非正常磨损甚至损坏,而零件的 加工质量达不到要求。因此编程时必须分析零件结构,用强度、刚度较高的刀具承受较大的切削载荷,用强度、刚度小的刀具承受较小的切削载荷,使不同的刀具都 可以采用合理的切削用量,具有大体相近的寿命,减少磨刀及更换刀具的次数。

  本文总结的一些具体结论仅适用于BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床,但是它表现的编程思想具有普遍意义。要编制合理高效的加工程序,必须要熟悉所使用机床的程序语言并能加以灵活运用,了解机床的主参数,深入分 析零件的结构特点、材料特性及加工工艺等。

  BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床指令包括G、M、S、T。其中指令为准备功能指令,M指令为辅助功能指令,S为主轴转速控制指令,T为刀具选择指令。下表列出了部分常用的指令代码及含义。
 
代码符号 代码含义 代码符号 代码含义
G90 绝对值输入 G31 等导程螺纹切削
G91 相对值输入 G32 跳步功能
G00 快速点定位 M02、M03 程序结束
G01 直线插补 M00 程序停机
G02、G03 顺圆和逆圆插补 M01 选择停机
G28 自动返回参考点 M98 调用子程序
G04 暂停 M99 子程序结束

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由于数控加工的复杂性(如不同的机床,不同的材料,不同的刀具,不同的切削方式,不同的参数设定等等),决定了从从事数控加工(无论是加工还是编程)到到 达一定水平,必须经过一段比较长的时间,此手册是本实验室的工程师在长期实际生产过程中总结出来的、有关数控加工工艺、工序、常用刀具参数的选择、加工过 程中的监控等方面的一些经验总汇,可供大家参考

  一 .问:如何对加工工序进行划分?

  答:数控加工工序的划分一般可按下列方法进行:

  (1)刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序,用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。在用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。这样可减少换刀次数,压缩空程时间,减少不必要的定位误差。

  (2)以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件,可按其结构特点将加工部分分成几个部分,如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面,后加工孔;先加工简单的几何形状,再加工复杂的几何形状;先加工精度较低的部位,再加工精度要求较高的部位。

  (3)以粗、精加工分序法 对于易发生加工变形的零件,由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形,故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。

综上所述,在划分工序时,一定要视零件的结构与工艺性,机床的功能,零件数控加工内容的多少,安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则,要根据实际情况来确定,但一定力求合理。

  二. 问:加工顺序的安排应遵循什么原则?

  答:加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况,以及定位夹紧的需要来考虑,重点是工件的刚性不被破坏。顺序一般应按下列原则进行:

  (1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧,中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。

  (2)先进行内形内腔加工序,后进行外形加工工序。

  (3)以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行,以减少重复定位次数,换刀次数与挪动压板次数。

  (4)在同一次安装中进行的多道工序,应先安排对工件刚性破坏小的工序。

  三.问:工件装夹方式的确定应注意那几方面?

  答:在确定定位基准与夹紧方案时应注意下列三点:

  (1) 力求设计、工艺、与编程计算的基准统一。

  (2) 尽量减少装夹次数,尽可能做到在一次定位后就能加工出全部待加工表面。

  (3) 避免采用占机人工调整方案。

  (4) 夹具要开畅,其定位、夹紧机构不能影响加工中的走刀(如产生碰撞),碰到此类情况时,可采用用虎钳或加底板抽螺丝的方式装夹。

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四.问:如何确定对刀点比较合理?工件坐标系与编程坐标系有什么关系?


  1.对刀点可以设在被加工零件的上,但注意对刀点必须是基准位或已精加工过的部位,有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏,会导致第二道工序和之后的对 刀点无从查找,因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相对对刀位置,这样可以根据它们之间的相对位置关系找回原对刀 点。这个相对对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。其选择原则如下:

  1) 找正容易。

  2) 编程方便。

  3) 对刀误差小。

  4) 加工时检查方便、可*。

  2. 工件坐标系的原点位置是由操作者自己设定的,它在工件装夹完毕后,通过对刀确定,它反映的是工件与机床零点之间的距离位置关系。工件坐标系一旦固定,一般不作改变。工件坐标系与编程坐标系两者必须统一,即在加工时,工件坐标系和编程坐标系是一致的。

  五. 问:如何选择走刀路线?

  走刀路线是指数控加工过程中刀具相对于被加工件的运动轨迹和方向。加工路线的合理选择是非常重要的,因为它与零件的加工精度和表面质量密却相关。在确定走刀路线是主要考虑下列几点:

  1) 保证零件的加工精度要求。

  2) 方便数值计算,减少编程工作量。

  3) 寻求最短加工路线,减少空刀时间以提高加工效率。

  4) 尽量减少程序段数。

  5) 保证工件轮廓表面加工后的粗糙度的要求,最终轮廓应安排最后一走刀连续加工出来。

  6) 刀具的进退刀(切入与切出)路线也要认真考虑,以尽量减少在轮廓处停刀(切削力突然变化造成弹性变形)而留下刀痕,也要避免在轮廓面上垂直下刀而划伤工件。

  六.问:如何在加工过程中监控与调整?

  工件在找正及程序调试完成之后,就可进入自动加工阶段。在自动加工过程中,操作者要对切削的过程进行监控,防止出现非正常切削造成工件质量问题及其它事故。

  对切削过程进行监控主要考虑以下几个方面:
  
  1.加工过程监控 粗加工主要考虑的是工件表面的多余余量的快速切除。在机床自动加工过程中,根据设定的切削用量,刀具按预定的切削轨迹自动切削。此时操作者应注意通过切削 负荷表观察自动加工过程中的切削负荷变化情况,根据刀具的承受力状况,调整切削用量,发挥机床的最大效率。
  
  2.切削过程中切削声音的监控 在自动切削过程中,一般开始切削时,刀具切削工件的声音是稳定的、连续的、轻快的,此时机床的运动是平稳的。随着切削过程的进行,当工件上有硬质点或刀具 磨损或刀具送夹等原因后,切削过程出现不稳定,不稳定的表现是切削声音发生变化,刀具与工件之间会出现相互撞击声,机床会出现震动。此时应及时调整切削用 量及切削条件,当调整效果不明显时,应暂停机床,检查刀具及工件状况。

  3.精加工过程监控 精加工,主要是保证工件的加工尺寸和加工表面质量,切削速度较高,进给量较大。此时应着重注意积屑瘤对加工表面的影响,对于型腔加工,还应注意拐角处加工 过切与让刀。对于上述问题的解决,一是要注意调整切削液的喷淋位置,让加工表面时刻处于最佳]的冷却条件;二是要注意观察工件的已加工面质量,通过调整切 削用量,尽可能避免质量的变化。如调整仍无明显效果,则应停机检察原程序编得是否合理。

  特别注意的是,在暂停检查或停机检查时,要注意刀具的位置。如刀具在切削过程中停机,突然的主轴停转,会使工件表面产生刀痕。一般应在刀具离开切削状态时,考虑停机。

  (4)刀具监控 刀具的质量很大程度决定了工件的加工质量。在自动加工切削过程中,要通过声音监控、切削时间控制、切削过程中暂停检查、工件表面分析等方法判断刀具的正常 磨损状况及非正常破损状况。要根据加工要求,对刀具及时处理,防止发生由刀具未及时处理而产生的加工质量问题。

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七.问:如何合理选择加工刀具?切削用量有几大要素?有几种材料的刀具?如何确定刀具的转速,切削速度,切削宽度?

  (一)1.平面铣削时应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。一般铣削时,尽量采用二次走刀加工,第一次走刀最好用端铣刀粗铣,沿工件表面连续走刀。每次走刀宽度推荐至为刀具直径的60%--75%。

  2. 立铣刀和镶硬质合金刀片的端铣刀主要用于加工凸台、凹槽和箱口面。

  3. 球刀、圆刀(亦称圆鼻刀)常用于加工曲面和变斜角轮廓外形。而球刀多用于半精加工和精加工。镶硬质合金刀具的圆刀多用于开粗。

  八、问:加工程序单有什么作用?在加工程序单中应包括什么内容?

  答:(一)加工程序单是数控加工工艺设计的内容之一,也是需要操作者遵守、执行的规程,是加工程序的具体说明,目的是让操作者明确程序的内容、装夹和定位方式、各个加工程序所选用的刀具既应注意的问题等。

  (二)在加工程序单里,应包括:绘图和编程文件名,工件名称,装夹草图,程序名,每个程序所使用的刀具、切削的最大深度,加工性质(如粗加工还是精加工),理论加工时间等。

  九、问:数控编程前要做何准备?

  答:在确定加工工艺后,编程前要了解:1、工件装夹方式 ;2、工件毛胚的大小----以便确定加工的范围或是否需要多次装夹;3、工件的材料----以便选择加工所使用何种刀具;4、库存的刀具有哪些---- 避免在加工时因无此刀具要修改程序,若一定要用到此刀具,则可以提前准备。

  十、问:在编程中安全高度的设定有什么原则?

  答:安全高度的设定原则:一般高过岛屿的最高面。或者将编程零点设在最高面,这样也可以最大限度避免撞刀的危险。

  十一、问:刀具路径编出来之后,为什么还要进行后处理?

  答:因为不同的机床所能认到的地址码和NC程序格式不同,所以要针对所使用的机床选择正确的后处理格式才能保证编出来的程序可以运行。

  十二. 问:什么是DNC通讯?

  答:程序输送的方式可分为CNC和DNC两种,CNC是指程序通过媒体介质(如软盘,读带机,通讯线等)输送到机床的存储器存储起来,加工时从存储器 里调出程序来进行加工。由于存储器的容量受大小的限制,所以当程序大的时候可采用DNC方式进行加工,由于DNC加工时机床直接从控制电脑读取程序(也即 是边送边做),所以不受存储器的容量受大小的限制。


  (二)切削用量有三大要素:切削深度,主轴转速和进给速度. 切削用量的选择总体原则是:
少切削,快进给(即切削深度小,进给速度快)


  (三).按材料分类,刀具一般分为普通硬质白钢刀(材料为高速钢),涂层刀具(如镀钛等),合金刀具(如钨钢,氮化硼刀具等).

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1. 常用工件金属材料
1.1 钢的名称、牌号及用途
普通碳素结构钢:用于一般机器零件,常用的牌号有 A1~A7,代号 A 后的数字愈大,钢的抗拉强度愈高而塑性愈低。
优质碳素结构钢:用于较高要求的机械零件。常用牌号有钢 10~钢 70。钢 15(15 号钢)的平均含碳量为 0.15%,钢 40 为 0.40%,含碳量愈高,强度、硬度也愈高,但愈脆。
合金结构钢:广泛用于各种重要机械的重要零件。常用的有 20Cr、40Cr(作齿轮、轴、杆)、18CrMnTi、38CrMoAlA(重要齿轮、渗氮零件)及 65Mn(弹簧钢)。前边的数字 20 表示平均含碳量为 0.20%,38 表示 0.38%。末尾的 A 表示高级优质钢。中间的合金元素化学符号含义为:Mn 锰、Si硅、Cr 铬、W 钨、Mo 钼、Ti 钛、AL 铝、Co 钴、Ni 镍、Nb 铌、B 硼、V 钒。
碳素工具钢:因含碳量高,硬而耐磨,常用作工具、模具等。碳素工具钢牌号前加 T 字,以此和结构钢有所区别。牌号后的 A 表示高级优质钢。常用的有 T7、T7A、T8、T8A……T13、T13A等。
合金工具钢:牌号意义与合金结构钢相同,只是前面含碳量的数字是以 0.10%为单位(含碳量较高)。例如 9CrSi 中平均含碳量为 0.90%。常用作模具的有 CrWMn、Cr12MoV(作冷冲模用)、5CrMnMo(作热压模用)。
1.2 铸铁的名称、牌号及用途
灰口铸铁:牌号中以灰、铁二字的汉语拼音第一字母为首,后面第一组数字为最低抗拉强度,第二组数字为最低抗弯强度。常用的有 HT10-26,HT15-33,HT20-40,HT30-54,HT40-68 等,用以铸造盖、轮、架、箱体等。
球墨铸铁:比灰口铸铁强度高而脆性小,常用的牌号有 QT45-0,QT50-1.5,QT60-2 等。第一组数字为最低抗拉强度,最后的数字为最低延伸率%。
可锻铸铁:强度和韧性更高,有 KT30-6,KT35-10 等,牌号意义同上。
1.3 有色金属及其合金
铜及铜合金:纯铜又称紫铜,有良好的导电性和导热性、耐腐蚀性和塑性。电火花加工中广泛作为电极材料,加工稳定而电极损耗小。牌号有 T1~T4(数字愈小愈纯)。 铜合金主要有黄铜(含锌),常用牌号有 H59、H62、H80 等。黄铜电极加工时特别稳定,但电极损耗很大。
铝及铝合金:纯铝的牌号有 L1~L6(数字愈小愈纯)。铝合金主要为硬铝,牌号有 LY11~LY13,用作板材、型材、线材等。
1.4 粉末冶金材料
最常用的是硬质合金,具有极高的硬度和耐磨性,广泛用作工具及模具。由于其成分不同而分为钨钴类和钨钛类两大类硬质合金。
钨钴类硬质合金:用 YG 表示,如 YG6 代表含钴量为 6.0%,含碳化钨为 94%的硬质合金,硬度极高而脆,不耐冲击,主要用于切削加工钢的刃具和量具。
钨钴钛类硬质合金:用 YT 表示,除含碳化钨和钴外,还加入碳化钛以增加韧性。例如 YT15代表含碳化钛 15%的钨钴钛硬质合金,可用于制造模具。
2. 常用电极材料
电极材料必须是导电性良好,损耗小,造型容易,并具有加工稳定、效率高、材料来源丰富、价格便宜等特点。常用电极材料有紫铜、石墨、黄铜、铜钨合金和钢、铸铁等。
紫铜电极:它质地细密,加工稳定性好,相对电极损耗较低小,适应性广,尤其适用于制造精密花纹模的电极,其缺点为精车、精磨等机械加工困难。
石墨电极:特别适用于大脉宽大电流型腔加工中,电极损耗可做到小于 0.5%,抗高温,变形小,制造容易,重量轻。缺点:容易脱落、掉渣,加工表面粗糙度较差,精加工时易拉弧。
黄铜电极:黄铜电极最适宜中小规准情况下加工,稳定性好,制造也较容易,但缺点是电极的损耗率较一般电极都大,不容易使被加工件一次成形,所以一般只用在简单的模具加工、通孔加工、取断丝锥等。
铸铁电极:目前较少应用的一种材料,主要特点:制造容易、价格低廉、材料来源丰富,放电加工稳定性也较好,特别适用于复合式脉冲电源加工,电极损耗一般达 20%以下,对加工冷冲模最适合。
钢电极:钢电极在我国应用比较多,它和铸铁电极相比,加工稳定性差,效率也较低,但它可把电极和冲头合为一体,只要一次成形,可缩短电极与冲头的制造工时。电极损耗与铸铁相似,适合“钢打钢”冷冲模加工。
铜钨合金与银钨合金电极:由于含钨量较高,所以在加工中电极损耗小,机械加工成形也较容易,特别适用于工具钢、硬质合金等模具加工及特殊异形孔、槽的加工。加工稳定,在放电加工中是一种性能较好的材料。缺点:价格较贵,尤其是银钨合金电极。
3. 热处理基本知识
任何金属材料,无论是黑色金属还是有色金属,一般都可以进行热处理,使金属材料内部金相结构和晶粒粗细发生变化,从而获得所需的机械性能,例如改变强度、 硬度、塑性、韧性等。其中钢的热处理用得最为广泛,铸铁次之。常用的热处理方法有:退火、回火、正火、淬火和调质等。具体应用如下述。
3.1 退火
将钢件加热到临界温度以上 30~50℃(一般加热到 750~800℃),保温一段时间在炉中缓慢冷却。用于含碳量较高的铸件和冷轧坯件以及一些硬度较高的合金钢。其目的是:降低硬度,改善加工性能;增加塑 性和韧性;消除内应力,防止零件加工变形;细化晶粒,均匀组织,为保证其他热处理的质量做好准备。
3.2 正火
钢加热到临界温度以上 30~50℃左右,保温一段时间,在空气中冷却。正火实质是一种特殊形式的退火,其区别在于冷却速度较退火快。用于低碳、中碳及渗碳钢件。其目的是得到均匀、细密的结构组织,增加强度与韧性,改善加工性能,为保证其他热处理的质量做好准备。
3.2 淬火
钢件加热到临界温度以上 30~50℃,保温一段时间,在水、盐水或油中急速冷却。用于中等含碳量以上的各种钢材。其目的是提高中碳钢的硬度、强度和耐磨性。为提高中碳钢的机械性能做好内容结构组织的准备。
3.3 表面淬火
将工件表面迅速加热到淬火温度,然后用水或油使其急速冷却。根据加热方式的不同,分为高频淬火和火焰淬火两种。用于中等含碳量以上的各种钢材,其目的是使零件表层获得高的硬度 和耐磨性,而内部仍保持原有的强度和韧性。
3.5 回火
将淬硬钢件加热到临界温度以下,保温一段时间,在空气或油中冷却。根据不同要求,加热温度也不同。其目的是消除淬火时产生的内应力及由此所产生的脆性,提高零件的塑性和韧性,得到各种要求的机械性能,稳定组织,稳定尺寸。 3.6 调质
淬火后再经高温(500~600℃)回火。用于各种中碳钢的毛坯或粗加工后的制件。其目的是在塑性、韧性和强度方面能获得较好的综合机械性能。
4. 模具方面的知识
模具是利用压力变形来制做到具有一定形状和尺寸的制品的工具。在各种材料加工行业中广泛使用着各种模具。根据有关资料统计,汽车、拖拉机、电器、仪表及计 算机等工业,有 60~80%的产品是靠模具冲制或压制而成的。显而易见,模具的制造能力与水平是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。
4.1 冲裁模的分类
冲裁模的形式很多,主要根据以下三个特征分类:
1) 按工序的性质分类,有冲孔模,落料模、切边模、切断模、剖切模、切口模、整修模等。
2) 按工序的组合分类,有单工序模和多工序模。单工序模又称简单模,指在冲床的一次行程中,只完成冲裁中的一个工序,例如冲孔模,落料模。多工序模又分复合模 和跳步模(又称连续模级进模)。 复合模指在冲床的一次行程内,在模具的同一位置上完成两个以上的冲压工序。且每个工序都在同一制件上,如落料冲孔复合模。 跳步模是按照一定顺序,在冲床的一次行程内,在模具的不同位置上完成两个以上的冲压工序。因此对制件来说,要经过几个工步,也就是说要经过冲床的几个行程 才能冲成。例如落料冲孔跳步模,就需经冲孔和落料两次行程。
3) 按模具的结构分类,如按上下模间的导向形式分无导向(敞开式)和有导向(导板、导柱、导筒)冲模。 按挡料或送料形式分类,有固定挡料钉,活动挡料销,导头和侧刃定距的冲模。 冲裁模的分类如按凸凹模选用材料不同,又可分为硬质合金冲模、钢结硬质合金冲模,钢皮冲模,橡皮冲模等,还有根据凹模的厚薄而著称的薄板冲模等。
4.2 冲压模的分类
压弯模: 压弯是使板料、棒料等产生弯曲变形的一种加工方法。压弯模的结构与一般冲裁模结构相似,分上模部分和下模部分,它由凸凹模定位、卸件、导向及紧固零件等组 成。但是压弯模有它自己的特点,如凸凹模,除一般动作外,有时还需要摆动、转动等动作。设计压弯模时,应考虑到制造及修理中能消除回弹的可能性,并能防止 压弯件的偏移,尽量减少压弯件的拉长,变薄等现象。
引伸模:引伸是将板料冲压成各种简单立体形状的一种加工方法。引伸模的结构一般比较简单,根据使用的冲床不同,可分为单动冲床引伸模和双动冲床引伸模;根据引伸工序复合情况,又可分为落料引伸模和落料引伸冲孔模等。
冷挤压模:冷挤压是对金属制件进行少无切削的压力加工方法之一。金属的冷挤压是指在常温条件下,将冷态的金属毛坯放在冷挤压模具的模腔中,利用压力机的往复运动和压力作用,使金属毛坯产生塑性变化,从而获得所需的形状尺寸及具有一定机械性能的挤压件。
冷挤压模具按工艺性质分类有正挤压模、反挤压模、复合挤压模、镦挤复合模等。
按导向装置分类,可分为无导向挤压模和导向挤压模。导向挤压模又可分为导柱导套导向冷挤压模,导板导向冷挤模和导口导向冷挤模等。按生产的性质分为专用冷挤模和通用的冷挤模。
成形模:当冲裁弯曲、引伸等方法不能满足制件形状尺寸要求时,可以采用成形的方法对制件进行加工。所谓成形就是利用各种局部变形(翻边或起伏、缩口、胀形、矫形和旋压等)来改变毛坯形状、尺寸的一种冲压方法。
4.3型腔模的分类
型腔模的种类是很多的,按压制的材料可分为:塑料模、金属压铸模、陶土模、橡胶模、玻璃模及粉末冶金模等。下面以塑料成形为例,简单介绍型腔模的情况。
4.3.1 按塑料的成形方法分类
1) 压胶法(又称压制法) :是热固性塑料的主要成形方法之一。在成形前,根据压制工艺条件,需把模具加热到成形温度,然后将压塑粉或预压料团加入金属压胶模内,使其软化,并在压力 作用下,使模具闭合,并使塑料流动而充满型腔,同时发生物理、化学变化而固化定形,脱模后得塑件。 压胶法成形的特点:
塑料容易成形,使用较方便。
成形纤维状塑件时,热固直压成形的,纤维不容易碎断,故塑件强度较高。
无浇口痕迹,塑件修整容易,外形美观,但成形纤维状塑料时,塑件毛边较厚,塑件修整较为困难。
不能成形外形复杂、壁厚相差较大的塑件。
塑件尺寸,特别是厚度尺寸不易保证精度。
成形周期长。
2) 挤胶法(又称挤塑法、压塑法):闭模后将塑料放入加断腔,在压力和成形温度的作用下,使塑料变成半熔融状态,通过模具的浇注系统,以高速挤入型腔,并经一定时间的保压保温,塑料完全固化,然后开模取出塑件。
挤胶法成形的特点:
可成形带有复杂且细薄而需两端定位金属嵌件的塑件。
可成形深孔及复杂形状的塑件。
塑料在热与压力下,通过模具浇注系统,加热迅速而均匀,保证硬化时间较短。
塑件尺寸精度容易保证,分型面飞边薄。
对流动性小于 80mm 的塑料挤胶较为困难。
成形压力比压胶法大。
耗用塑料须增加(浇注部分)。
3) 注射法:将粒状或粉状塑料在注射机料筒内受热熔化到流动状态,然后用很高压力和较差快的速度,通过一个狭小的喷嘴和模具的浇注系统,充满整个型腔,经过一定时间的定形,开启模具,即可从模具中取出塑件。 注射成形的特点:
成形周期短,容易实现。
塑件尺寸精度容易保证。
模具通常设计成固定式,塑件金属嵌件较多时,嵌件的安装就较困难。
4.3.2 塑料模具按成形方式分类
可分为:热固性塑料压胶模、热固性塑料挤胶模、热固性塑料注射模及热塑性塑料注射模。
热固性塑料压胶模按加工料腔的形式又可分为:
(a)敞开式压胶模,即型腔就是加料腔;
(b)半封闭式压胶模,即加料腔的截面;
(c)封闭式压胶模即加料腔本身就是型腔的延续部分,成形压力通过上模完全传到被压制的塑料件上。
按结构形式可分为:
(a)移动式压胶模,
(b)固定式压胶模。
5. 影响电加工质量的因素
影响加工质量的原因是多方面的,大致与电极材料的选择、电极制造、电极装夹找正、加工规准的选择、操作工艺是否恰当等有关。要防止产生废品,应注意下列各点。
5.1 正确选择电极材料
在型腔加工中,石墨是常用的电极材料,但由于石墨的品种很多,不是所有的石墨材料都可作为电加工的电极材料,应该使用电加工专用的高强度、高密度、高纯度 的特种石墨。紫铜电极常用于精密的中、小型型腔加工。在使用铸造或锻造制造的紫铜坯料做电极时,材质的疏松、夹层或砂眼,会使电极表面本身有缺陷、粗糙和 损耗不均匀,使加工表面不理想。
5.2 制造电极时正确控制电极的缩放尺寸
制造电极是电火花加工的第一步,根据图纸要求,缩放电极尺寸是顺利完成加工的关键。缩放的尺寸要根据所决定的放电间隙再加上一定的比例常数而定。一般宁肯 取理论间隙的正差,即电极的标称尺寸要偏“小”一些,也就是“宁小勿大”。若放电间隙留小了,电极做“大”了,使实际的加工尺寸超差,则造成不可修废品。 如电极略微偏“小”,在尺寸上留有调整的余地,经过平动调节或稍加配研,可最终保证图纸的尺寸要求。 在型孔加工中无论是制造阶梯电极,还是用直接加工电极,由于最终要控制凸凹模具的配合间隙,因此对电极缩放尺寸的要求是十分严格的,一般应控制在± 0.01mm。
5.3 把好电极装夹和工件找正的第一关
在校正完水平与垂直,最后紧固时,往往会使电极发生错位、移动,加工时造成废品。因此,紧固后还要不厌其烦地再找正检查一下,甚至在加工开始进行了少量进给后,还需要停机再查看一下是否正确无误。因为电火花加工开始阶段是很重要的一个环节,也是需要操作者最精心的时候。
由于电极装夹不紧,在加工中松动,或找正误差过大,是造成废品的一个原因。电极或辅助夹具的微小松动,会给加工深度带来误差。有时在多次重复加工中,加工 条件相同,但深度误差分散性很大,往往也是电极松动造成的。加工过程中夹具发热,也会使电极松动。对于一些小型单电极,只用一个螺栓与电极连接固定,则更 容易发生松动,特别是石墨电极采用这种夹固方法 是非常不可靠的。
在进行型孔加工中,一般为了减少加工量,都进行预铣或预钻。加工留量越小,越有利于提高加工速度,但也会给找正带来困难,造成废品的潜在危险也越大,多型 孔同时加工的场合更是如此,由于预铣、预钻孔的尺寸不够均匀一致,往往多数孔已经找正,而有一二个孔略偏。如果观察粗略,就有可能加工后个别型孔留有“黑 皮”而造成废品。因此在加工初始阶段,一定要停机查核,确实无误后再继续加工。
5.4 要正确选用加工规准,了解脉冲电源的工艺规律
了解和掌握脉宽、脉间、电流、电压、极性等一组电规准对应产生的电极损耗、加工速度、放电间隙、表面粗糙度以及锥度等工艺效果,是避免产生废品、达到加工 要求的关键。不控制电极损耗就不能加工出好的型腔,控制不好粗糙度和放电间隙,就不能确定最佳平动量,修光型腔侧壁。控制不准放电间隙和粗糙度就加工不出 好的型孔。常常有人埋怨电源的电极损耗异乎寻常的大,这往往是由于极性接反了,或者是用高频、窄脉宽进行型腔的粗加工。
5.5 防止由于脉冲电源中电气元件的影响而造成废品
脉冲电源在维修中由于更换了元器件,使脉冲参数发生改变,也会使加工达不到人们预期的效果。或由于电源中元器件损坏、击穿,引起拉弧放电,也是造成工件严重破坏的原因。
5.6 注意实际进给深度由于电极损耗引起的误差
在进行尺寸加工时,由于电极长度相对损耗会使加工深度产生误差。而由于规准变化的不同,误差也会很不一致,往往使实际加工深度小于图纸要求。因此一定要在 加工程序中,计算、补偿上电极损耗量,或者在半精加工阶段停机进行尺寸复核,并及时补偿由于电极损耗造成的误差,然后再转换成最后的精加工。 5.7 正确控制平动量
型腔或型孔的侧壁修光要靠平动,既要达到一定粗糙度的要求,又要达到尺寸要求,需要认真确定逐级转换规准时的平动量。否则有可能还没达到修光要求,而尺寸 已经到限,或者已经修光但还没有达到尺寸要求。因此,应在完成总平动量 75%的半精加工段复核尺寸,之后再继续进行精加工。
5.7 防止型腔在精加工时产生波纹和黑斑
在型腔加工的底部及弯角处,易出现细线或鱼鳞状凸起,称为波纹。产生的原因有以下几方面:
电极损耗的影响:电极材料质量差,方向性不对,电参数选择不当,造成粗加工后表面不规则点状剥落(石墨电极)和网状剥落(紫铜电极)。在平动侧面修光后反映在型腔表面上就是“波纹”。
冲油和排屑的影响:冲油孔开得不合理,“波纹”就严重;另外排屑不良,蚀除物堆积在底部转角处,也助长了“波纹”的产生。 减少和消除的方法:
采用较好的石墨电极,粗加工开始时用小电流密度,以改善电极表面质量。
采用中精加工低损耗的脉冲电源及电参数。
合理开设冲油孔,采用适当抬刀措施。
采用单电极一修正电极工艺,即粗加工后修正电极,再用平动精加工修正,或采用多电极工艺。
精加工留在型腔表面的黑斑常常给最后的加工带来麻烦。仔细观察这部分的表面不平度较周围其他部分要差。这种黑斑常常是由于在精加工时脉冲能量小,使积留在间隙中的蚀除物不能及时排出所致。因此,在最后精加工时要注意控制主轴进行灵敏的“抬刀”,不使炭黑滞留而产生黑斑。
5.8 注意装夹在一起的大小电极在放电间隙上的差异(此处主要指侧面间隙)
原则上放电间隙应不受电极大小的影响,但在实际加工中,大电极的加工间隙小,而小电极加工间隙反而偏大,一般认为:
大小电极组装精度可能不一样,小电极垂直精度不易装得象大电极那样高,使其投影面积增大,造成穿孔加工放电间隙扩大。
小电极在穿孔加工过程中容易产生侧向振动,造成放电间隙扩大。
由于穿孔进给速度受大电极的限制,使小电极二次放电机会增多,致使其放电间隙扩大。
5.9 防止硬质合金产生裂纹
由于硬质合金是粉末冶金材料,它的导热率低。过大的脉冲能量和长时间持续的电流作用,都会使加工表面产生严重的网状裂纹。因此,为了提高粗加工的速度而采 用宽脉宽、大电流加工是不可取的。一般宜采用窄脉宽(50μs 以下)高峰值电流,短促的瞬时高温使加工表面热影响层较浅,避免裂纹发生。
5.10 防止在型孔加工中产生“放炮”
在加工过程中产生的气体,集聚在电极下端或油杯内部,当气体受到电火花引燃时,就会象“放炮”一样冲破阻力而排出,这时很容易使电极与凹模错位,影响加工 质量,甚至报废。这种情况在抽油加工时更易发生。因此,在使用油杯进行型孔加工时,要特别注意排气,适当抬刀或者在油杯顶部周围开出气槽、排气孔,以利排 出积聚的气体。
5.11 注意热变形引起的电极与工件位移
在使用薄型的紫铜电极时,加工中要注意由于电极受热变形而使加工的型腔产生异常。
另外值得注意的是停机后,由于人为的因素,使电极与工件发生位移。在开机时,又没注意电极与工件的相对位置,常常会使接近加工好的工件报废。
5.12 注意主轴刚性和工作液对放电间隙的影响
电火花加工的蚀除物从间隙排出的过程中,常常在电极与工件间引起电极与加工面的二次放电。二次放电的结果使已加工过的表面再次电蚀,在凹模的上口电极进口 处,二次放电机会就更多一些,这样就形成了锥度。电火花加工的锥度一般在 4′~ 6′之间。二次放电越多,锥度越大。为了减小锥度,首先要保持主轴头的稳定性,避免电极不必要的反复提升。调节好冲、抽油压力,选择好适当的电参数,使主 轴伺服处于最佳状态,既不过于灵敏,也不迟钝,都可减少锥度。在加工深孔中为了减少二次放电造成锥度超差,常采用抽油加工或短电极的办法。
5.13 要密切注视和防止电弧烧伤
加工过程中局部电蚀物密度过高,排屑不良,放电通道、放电点不能正常转移,将使工具工件局部放电点温度升高,产生积炭结焦,引起恶性循环,使放电点更加固定集中,转化为稳定电弧,使工具工件表面积炭烧伤。
防止办法是增大脉间及加大冲油,增加抬刀频率和幅度,改善排屑条件。发现加工状态不稳定时就采取措施,防止转变成稳定电弧。

电极制造工艺
石墨在加工前应在油里浸透好,以便在机械加工时,石墨屑不易飞扬,清角线和棱角线不易剥落。 石墨和紫铜电极采用一般的机械加工(车、铣、刨、磨等),最后钳工修正成形。
紫铜电极还可采用线切割加工。 一般对于形状比较简单的型腔,多数采用单电极成形工艺,即采用一个电极,借助平动扩大间隙,达到修光型腔的目的。所谓单电极,可以是独块电极,也可以是镶 拼电极,这由电极加工工艺而定。 对于大中型及型腔复杂的模具,可以采用多电极加工,各个电极可以是独块的,也可以是镶拼的,视具体情况而定。
.使用低损耗电源还可以把型腔的整体加工改为型腔的局部加工。
考虑到经济效益,在能够采用机械加工的地方尽量用机械加工,对复杂型腔,四周清角、底部圆弧及窄槽等无法用机械加工的地方,则采用局部加工。此外也可采用 整体加工和局部加工相结合的方法,即先用石墨电板加工出大致的形状,然后再用紫铜电极进行局部加工。上述方法均取得很好的效果。
选择不同的电极材料,把整体加工分解为局部加工
过去型腔电加工绝大多数采用石墨电极,极少采用紫铜电极。那是因为过去型腔模电火花加工绝大多数采用整体加工方式,而且那时虽然也有晶体管和可控硅脉冲电 源,但是电极损耗较大,尤其在精规准时,损耗可达 25~30%,不适宜作局部加工。而且大块石墨容易找到,容易制作,并且份量轻,可磨削,易加工,因而被大量采用。而铜电极,由于大块紫铜难找,磨削困 难,再加上电极损耗后,钳工修正困难,因此大大限制了紫铜电极的使用。 随着低损耗电源问世以来,型腔电加工工艺也随之由整体加工逐渐转为局部加工,不再需要大块电极,因此,紫铜电极应运而生。局部加工的电极不需要很大,但是 几何形状较复杂,尺寸精度要求高,因此,人们采用紫铜作为局部加工的电极。
线切割和电火花加工配套应用 中精加工低损耗电源输出功率较小,生产率略低,加工模具的双面间隙在 0.1~0.25mm 左右。目前人们还是采用平动方法,扩大间隙来达到修光型腔的目的,但是平动方法也有它的不足之处,仿形精度受到一定影响,四周会产生圆角,底部产生平台, 因此平动量不宜太大,一般为 0.1~0.3mm。因而确定了电极的缩放量为 0.1~0.3mm。根据型腔模具设计原则,电极尺寸的缩放按几何方法计算,因此在电极设计时只要在技术要求上写明电极的缩放量即可。 目前国内的线切割机床都有间隙补偿装置。线切割机床可利用间隙补偿装置自行切割电极。
如果采取线切割与电火花加工配合应用,可简化电极设计,保证电极质量,提高工效,缩短制造周期。 在电火花加工型腔模具工艺中,除了利用低损耗电源扩大电加工应用范围及线切割与电加工配合应用外,还有许多方法可以提高型腔模的精度,采用 X、Y、Z、U、C 五轴数控联动(X 水平方向,Y 水平方向,Z 垂直方向,主轴转动 U,主轴分度运动 C),采用自动交换电极的电火花加工中心,只要事先调整好电极和编好相应的程序,便能自动加工复杂模具。



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加工中心编程技巧和安全www.tool-tool.com

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加工中心编程技巧和安全


随着科技的发展和社会的进步,数控机床技术不断发展,功能越来越完善,使用越来越方便,可靠性越来越高,性能价格比也越来越高。数控机床应用已得到一定程 度的普及,而高性能高效率的加工中心也逐渐成为社会所需。从而使越来越多的学校购买数控机床,开展数控机床的教学。通过几年的加工中心实际应用和教学实践 及摸索,笔者将一些积累的经验和读者分享,如有不当之处,请批评指出。
一、加工中心几个常用指令的编程技巧
1、M00、M01、M02和M30的区别与联系
学生在初学加工中心编程时,对以上几个M代码容易混淆,主要原因是学生对加工中心加工缺乏认识,加上个别教材叙述不详细。它们的区别与联系如下:
M00为程序暂停指令。程序执行到此进给停止,主轴停转。重新按启动按钮后,再继续执行后面的程序段。主要用于编程者想在加工中使机床暂停(检验工件、调整、排屑等)。
M01为程序选择性暂停指令。程序执行时控制面板上“选择停止”键处于“ON”状态时此功能才能有效,否则该指令无效。执行后的效果与M00相同,常用于关键尺寸的检验或临时暂停。
M02为主程序结束指令。执行到此指令,进给停止,主轴停止,冷却液关闭。但程序光标停在程序末尾。
M30为主程序结束指令。功能同M02,不同之处是,光标返回程序头位置,不管M30后是否还有其他程序段。
2、刀具补偿参数地址D、H的应用
在部分数控系统(如FAUNC)中,刀具补偿参数D、H具有相同的功能,可以任意互换,它们都表示数控系统中补偿寄存器的地址名称,但具体补偿值是多少, 关键是由它们后面补偿号地址中的数值来决定。所以在加工中心中,为了防止出错,一般人为规定H为刀具长度补偿地址,补偿号从1~20号,D为刀具半径补偿 地址,补偿号从21号开始(20把刀的刀库)。
例如:G00G43H1Z60.0;
  G01G41D21X30.0Y45.0F150;
3、G92与G54~G59的应用
G54~G59是调用加工前设定好的坐标系,而G92是在程序中设定的坐标系,用了G54~G59就没有必要再使用G92,否则G54~G59会被替换,应当避免。
注意:(1)一旦使用了G92设定坐标系,再使用G54~G59不起任何作用,除非断电重新启动系统,或接着用G92设定所需新的工件坐标系。(2)使用 G92的程序结束后,若机床没有回到G92设定的原点,就再次启动此程序,机床当前所在位置就成为新的工件坐标原点,易发生事故。所以,一定要慎用。
4、暂停指令
G04X_/P_ 是指刀具暂停时间(进给停止,主轴不停止),地址P或X后的数值是暂停时间。X后面的数值要带小数点,否则以此数值的千分之一计算,以秒(s)为单位,P后面数值不能带小数点(即整数表示),以毫秒(ms)为单位。
例如,G04 X2.0;或G04 X2000;   暂停2秒
  G04 P2000;
但在某些孔系加工指令中(如G82、G88及G89),为了保证孔底的粗糙度,当刀具加工至孔底时需有暂停时间,此时只能用地址P表示,若用地址X表示,则控制系统认为X是X轴坐标值进行执行。
例如,G82X80.0Y60.0Z-20.0R5.0F200P2000;
钻孔(80.0,60.0)至孔底暂停2秒
G82X80.0Y60.0Z-20.0R5.0F200X2.0;
钻孔(2.0,60.0)至孔底不会暂停。
5、同一条程序段中,相同指令(相同地址符)或同一组指令,后出现的起作用。
例如:G01G90Z30.0Z20.0F200; 执行的是Z20.0,Z轴直接到达Z20.0,而不是Z30.0。
G01G00X30.0Y20.0F200; 执行的是G00(虽有F值,但也不执行G01)。
但不同一组的指令代码,在同一程序段中互换先后顺序执行效果相同。
例如:G90G54G00X0Y0Z60.0;和G00G90G54X0Y0Z60.0;相同。
6、程序段顺序号
程序段顺序号,用地址N表示。一般数控装置本身存储器空间有限(64K),为了节省存储空间,程序段顺序号都省略不要。N只表示程序段标号,可以方便查找 编辑程序,对加工过程不起任何作用,顺序号可以递增也可递减,也不要求数值有连续性。但在使用某些循环指令,跳转指令,调用子程序及镜像指令时不可以省 略。
二、安全操作加工中心加工
数控机床的加工过程中,有一点至关重要,那就是在编制程序和操作加工时,一定要避免使机床发生碰撞。因为数控机床的价格非常昂贵,少则几十万元,多则上百万元,维修难度大且费用高。但是,碰撞的发生是有一定规律可循的,是能够避免的,可以总结为以下几点。
1、利用计算机模拟仿真系统
随着计算机技术的发展,数控加工教学的不断扩大,数控加工模拟仿真系统越来越多,其功能日趋完善。因此可用于初步检查程序,观察刀具的运动,以确定是否有可能碰撞。
  2、利用机床自带的模拟显示功能
  一般较为先进的数控机床图形显示功能。当输入程序后,可以调用图形模拟显示功能,详细地观察刀具的运动轨迹,以便检查刀具与工件或夹具是否有可能碰撞。
  3、利用机床的空运行功能
  利用机床的空运行功能可以检查走刀轨迹的正确性。当程序输入机床后,可以装上刀具或工件,然后按下空运行按钮,此时主轴不转,工作台按程序轨迹自动运 行,此时便可以发现刀具是否有可能与工件或夹具相碰。但是,在这种情况下必须要保证装有工件时,不能装刀具;装刀具时,就不能装工件,否则会发生碰撞。
4、利用机床的锁定功能
一般的数控机床都具有锁定功能(全锁或单轴锁)。当输入程序后,锁定Z轴,可通过Z轴的坐标值判断是否会发生碰撞。此功能的应用应避开换刀等运作,否则无法程序通过。
  5、坐标系、刀补的设置必须正确
  在启动机床时,一定要设置机床参考点。机床工作坐标系应与编程时保持一致,尤其是Z轴方向,如果出错,铣刀与工件相碰的可能性就非常大。此外,刀具长度补偿的设置必须正确,否则,要么是空加工,要么是发生碰撞。
6、提高编程技巧
  程序编制是数控加工至关重要的环节,提高编程技巧可以在很大程度上避免一些不必要的碰撞。
  例如:铣削工件内腔,当铣削完成时,需要铣刀快速退回至工件上方100mm处,如果用N50 G00 X0 Y0 Z100 编程,这时机床将三轴联动,,则铣刀有可能会与工件发生碰撞,造成刀具与工件损坏,严重影响机床精度,这时可采用下列程序N40 G00 Z100;  N50 X0 Y0; 即刀具先退至工件上方 100mm处,然后再返回编程零点,这样便不会碰撞。  
  总之,掌握加工中心的编程技巧,能够更好地提高加工效率、加工质量,避免加工中出现不必要的错误。这需要我们在实践中不断总结经验,不断提高,从而使编程、加工能力进一步加强,为数控加工事业的发展作贡献。 [s:19] [s:52]

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不锈钢的切削加工www.tool-tool.com

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随着航空、航天、石油、化工、冶金和食品等工业的蓬勃发展,不锈钢材料已得到广泛应用,而不锈钢材料由于韧性大、热强度高、导热系数低、切削时塑性变形 大、加工硬化严重、切削热多、散热困难等原因,造成刀尖处切削温度高、切屑粘附刃口严重、容易产生积屑瘤,既加剧了刀具的磨损,又影响加工表面粗糙度。此 外,由于切屑不易卷曲和折断,也会损伤已加工表面,影响工件的质量。为提高加工效率和工件质量,正确选择刀具材料、车刀几何参数和切削用量至关重要。

一、刀具材料的选择

正确选用刀具材料是保证高效率加工不锈钢的决定因素。根据不锈钢的切削特点,刀具材料应具备足够的强度、韧性、高硬度和高耐磨性且与不锈钢的粘附 性要小。常用的刀具材料有硬质合金和高速钢两大类,形状复杂的刀具主要采用高速钢材料。由于高速钢切削不锈钢时的切削速度不能太高,因此影响生产效率的提 高。对于较简单的车刀类刀具,刀具材料应选用强度高、导热性好的硬质合金,因其硬度、耐磨性等性能优于高速钢。常用的硬质合金材料有:钨钴类(YG3、 YG6、YG8、YG3X、YG6X),钨钴钛类(YT30、YT15、YT14、YT5),通用类(YW1、YW2)。YG类硬质合金的韧性和导热性较 好,不易与切屑粘结,因此适用于不锈钢粗车加工;而YW类硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化性能以及韧性都较好,适合于不锈钢的精车加工。加工 1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢时,不宜选用YT类硬质合金,由于不锈钢中的Ti和YT类硬质合金中的Ti产生亲合作用,切屑容易把合金中的Ti带走, 促使刀具磨损加剧。

二、刀具几何角度的选择

刀具切削部分的几何角度,对于不锈钢切削加工的生产率、刀具耐用度、被加工表面粗糙度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影响,合理选择和改进刀具几何参数是保证加工质量、提高效率、降低成本的有效途径。
  1. 车刀前角γ0的选择
    前角的大小决定刀刃的锋利与强度。增大前角可以减小切屑的变形,从而减小切削力和切削功率,降低切削温度,提高刀具耐用度。但是增大前角会使楔角 减小,降低刀刃强度,造成崩刃,使刀具耐用度下降。车削不锈钢时,在不降低刀具强度的条件下,应把前角适当取大一些。在刀具前角大时其塑性变形小,切削力 和切削热降低,减轻加工硬化趋势,提高刀具耐用度,一般刀具前角宜取12°~20°。
  2. 车刀后角α0的选择
    在切削过程中,后角可以减小后刀面与切削表面的摩擦。若后角过大,则楔角减小,使散热条件恶化,刀具刃口强度下降,降低刀具耐用度;若后角过小,摩擦严 重,则会使刃口变钝,增大切削力,增高切削温度,加剧刀具磨损。在一般情况下,后角变化不大,但必须有一个合理的数值,以利于提高刀具的耐用度。车削不锈 钢时,由于不锈钢的弹性和塑性都比普通碳素钢大,所以刀具后角过小会使切断表面与车刀后角的接触面积增大,摩擦产生的高温区集中于车刀后角,加快车刀磨 损,降低被加工表面光洁度,所以车削不锈钢时的车刀后角要比车削普通碳钢时稍大一些,但后角过大又会降低刀刃强度,直接影响车刀的耐用度,因此,一般情况 下车刀后角宜取6°~10°。
  3. 车刀主偏角Kr的选择
    当切削深度ap 和进给量f不变时,减小主偏角Kr可使散热条件得到改善,减少刀具损坏,使刀具切入、切出平稳。但主偏角减小又会使径向力增大,在切削时容易引起振动。车 削不锈钢的硬化倾向性强,易产生振动,振动又会使加工硬化严重。因此,主偏角一般宜取45°~90°。具体角度应根据机床、零件、刀具系统的刚性和切削用 量来选择。
  4. 车刀刃倾角λs的选择
    刃倾角可控制切屑流向,当刃倾角λs为负值时,切屑流向已加工表面;当刃倾角λs为正值时,切屑流向待加工表面。为了使切屑不划伤已加工表面,在精加工 时,刃倾角λs值为正值。当λs为正值时,刀尖强度低并首先接触工件,易损坏;当λs为负值时,刀尖强度高,耐冲击,可避免崩坏刀尖,切入、切出平稳,车 削不锈钢时,一般刀具刃倾角宜取0°~20°。

三、切削用量的选择

切削用量的大小对生产效率和加工质量有很大影响,因此在确定了刀具的几何参数以后,还要选定合理的切削用量。在选择切削用量时,应注意考虑以下因素:一是 要根据不锈钢及各类毛坯的硬度等来选择切削用量;二是要根据刀具材料、焊接质量和车刀的刃磨条件来选择切削用量;三是要根据零件直径、加工余量和车床精度 等来选择切削用量。同时为了抑制积屑瘤和鳞刺的产生,提高表面质量,在采用硬质合金刀具进行加工时,切削用量应比车削一般碳钢类工件稍低些,特别是切削速 度不宜过高(vc=50~80m/min);切削深度ap不宜过小,以避免切削刃和刀尖划过硬化层,ap=0.4~4mm;因此进给量f对刀具耐用度影响 不如切削速度大,但会影响断屑和排屑,拉伤、擦伤工件表面,影响加工的表面质量,进给量一般取f=0.1~0.5mm/r。
不锈钢尤其是奥氏体型不锈钢的塑性较好,在切削加工时,产生的切屑难以折断,加大了切屑与刀具前刀面之间的摩擦力,增大了切削力。同时,因加工硬化会增大 被切削材料的硬度和强度,也导致切削力增大。为此,在合理选择刀具材料、刀具的几何角度和切削用量的基础上,对不锈钢和45钢做了切削力对比试验。试验结 果表明,在相同切削用量的情况下,加工不锈钢时切削力比加工45钢时只增加了8.5%。
合理选择刀具材料、刀具几何角度和切削用量,对于提高不锈钢切削加工的生产效率和加工工件质量是完全能够实现的。

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