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、進度優(yōu)化等等，包括了工業(yè)機械設(shè)備加工中的主要切削功能，它是各種工業(yè)機械設(shè)備加工技巧的代言人[1]。 并且模具在現(xiàn)實生活中擔當?shù)慕巧蚕喈斨匾?，比如很多日常工作中使用的手機、小靈通、電話機、傳真機、電腦、打印機等，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、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，社會不斷的進步發(fā)展，消費不斷的刺激需求，新產(chǎn)品、新款式的不斷開發(fā)變換，模具就被當作一種產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟一樣蓬勃發(fā)展，一枝獨秀了。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遠不能適應時代發(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. 機械(切削）加工 機械加工（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。機械加工的特點是加工精度高、生產(chǎn)效率高。但加工復雜的形狀時，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、化學能、聲能、光能等來去除工件上多余的材料，以達到一定形狀、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、電化學拋光、電鑄、化學刻蝕、超聲波加工、激光加工等。特種加工與工件的硬度無關(guān)，可以實現(xiàn)以柔克剛，并可加工各種復雜形狀的零件。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力壓入未進行硬化處理的模坯中，使成形模的形狀復印在被壓的模坯上，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，用低熔點材料鋅基合金鑄造模具，其制模速度快，容易制成形狀復雜的模具。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，易殘留熱應變及內(nèi)部應力，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行零件加工的一種工藝方法，精工銑加工與傳統(tǒng)機床加工的工藝規(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械加工方法。它是解決零件品種多變、批量小、形狀復雜、精度高等問題和實現(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床控制系統(tǒng)中，再由其進行運算處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動伺服機構(gòu)的指令信號，從而控制機床各部件協(xié)調(diào)動作，自動地加工出零件來。當更換加工對象時，只需要重新編寫程序代碼，輸入給機床，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，制造出任意復雜的零件。 1.3 精工銑加工特點 ①零件加工的適應性強、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復雜或難以控制尺寸的零件，如模具類零件、殼體類零件等；②能加工普通機床無法加工或很難加工的零件，如用數(shù)學模型描述的復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量一般為0.001mm，高精度的精工系統(tǒng)可達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、精工銑加工實現(xiàn)機構(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，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動，而龍門架則沿床身作縱向運動。大型精工銑床，因要考慮到擴大行程，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)，應用范圍也最廣。從機床精工系繞控制的坐標數(shù)量來看，目前3坐標精工立銑仍占大多數(shù)；一般可進行3坐標聯(lián)動加工，但也有部分機床只能進行3個坐標中的任意兩個坐標聯(lián)動加工(常稱為2.5坐標加工)。此外，還有機床主軸可以繞X、Y、Z坐標軸中的其中一個或兩個軸作精工擺角運動的4坐標和5坐標精工立銑。 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。為了擴大加工范圍和擴充功能，臥式精工銑床通常采用增加精工轉(zhuǎn)盤或萬能精工轉(zhuǎn)盤來實現(xiàn)4、5坐標加工。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，而且可以實現(xiàn)在一次安裝中，通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進行“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，能達到在一臺機床上既可以進行立式加工，又可以進行臥式加工，而同時具備上述兩類機床的功能，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床就行了。 2.2 精工銑床機械結(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、伺服裝置、精工系統(tǒng)等組成。 床身用于支撐和連接機床各部件。主軸箱用于安裝主軸。主軸下端的錐孔用于安裝銑刀。當主軸箱內(nèi)的主軸電機驅(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軌在 X 向移動，滑鞍可沿床身上的導軌在 Y 向移動，從而實現(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驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)。伺服裝置用于驅(qū)動伺服電機。控制器用于輸入零件加工程序和控制機床工作狀態(tài)。控制電源用于向伺服裝置和控制器供電。 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)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和開關(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)?？刂葡到y(tǒng)硬件是一個具有輸入輸出功能的專用計算機系統(tǒng)，按加工工件程序進行插補運算，發(fā)出控制指令到伺服驅(qū)動系統(tǒng)；測量系統(tǒng)檢測機械的直線和回轉(zhuǎn)運動位置、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)的反饋信息進行比較和控制調(diào)節(jié)，控制PWM電流驅(qū)動伺服電機，由伺服電機驅(qū)動機械按要求運動。這三部分有機結(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，以步進電動機為驅(qū)動元件。CNC裝置輸出的進給指令（多為脈沖接口）經(jīng)驅(qū)動電路進行功率放大，轉(zhuǎn)換為控制步進電動機各定子繞組依此通電/斷電的 電流脈沖信號，驅(qū)動步進電動機轉(zhuǎn)動，再經(jīng)機床傳動機構(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，被廣泛應用于經(jīng)濟型精工機床中。 （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軸端或絲杠軸端，通過角位移的測量間接計算出機床工作臺的實際運行位置（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，因此在實際應用中，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床工作臺上，用以檢測機床工作臺的實際運行位置（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、螺母副及機床工作臺這些連接環(huán)節(jié)放在閉環(huán)內(nèi)，導致整個系統(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床上進行零件加工的一種工藝方法。 3.1 精工加工工藝特點 精工機床加工工藝與普通機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行的，因而又有其特點。 （1）工序的內(nèi)容復雜。這是由于精工機床比普通機床價格貴，若只加工簡單工序在經(jīng)濟上不合算，所以在精工機床上通常安排較復雜的工序，甚至在普通機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、換刀點及加工路線[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，運用精工洗加工工藝的第一步是對所需加工對象進行工藝分析，工藝分析包括了如下內(nèi)容：標注尺寸、要素全面、定位準確、統(tǒng)一的類型或尺寸。