凹面零件数控加工工艺优化编制

任务描述

1.分析如图3-6-1所示盒形模具凹模加工案例零件，制订正确的数控铣削加工工艺；

2.编制如图3-6-1所示盒形模具凹模加工案例零件的数控加工工序卡、数控加工刀具卡等工艺文件。

图3-6-1　盒形模具凹模加工案例零件

盒形模具凹模加工案例零件说明：该盒形模具凹模为单件生产，工件材料为T8A，外形为六面体，内腔型面复杂。它是由多个曲面组成的凹形型腔。型腔四周的斜平面之间采用R7.6 mm 的圆弧面过渡，斜平面与底平面之间采用R5 mm 的圆弧面过渡，在模具的底平面上有一个四周也是斜平面的锥台。模具的外部结构是一个标准的长方体。该案例零件除凹形型腔外，其他部位均已加工好，要求数控铣削凹形型腔。

该盒形模具凹模加工案例零件加工工艺规程见表3-6-1（注：ϕ20 铣刀4 刃，ϕ8 铣刀2 刃）。

表3-6-1　盒形模具凹模加工案例零件数控加工工艺规程

能力目标

1.会分析数控铣削模具的加工工艺特点；

2.会制订型腔类模具零件的数控铣削综合加工工艺；

3.会编制型腔类模具零件的数控铣削加工工艺文件。

相关知识

数控铣削模具的加工工艺特点如下：

一、模具加工的基本特点

1.加工精度要求高

模具上模、下模的组合，镶块与型腔的组合，模块之间的拼合均要求有很高的加工精度。精密模具尺寸精度甚至达微米级。

2.表面复杂

有些模具表面是由多种曲面组合而成的。因此，模具型腔面很复杂，有些曲面必须用数学计算方法进行处理。

3.批量小

模具的生产不是大批量成批生产，在很多情况下往往只生产一副。

4.工序多

模具加工中总要用到铣、镗、钻、铰及攻螺纹等工序。

5.重复性投产

模具的使用寿命是有限的，当一副模具的使用超过其寿命时，就要更换新的模具。因此，模具的生产往往有重复性。

6.仿形加工

模具生产中有时既没有图样，也没有数据，要根据实物进行仿形加工。

7.模具材料优异，硬度高

模具的主要材料多采用优质合金钢制造，这类钢材从毛坯锻造、加工到热处理均有严格的要求。

根据上述特点，在选用加工机床上要尽可能满足加工要求。例如，数控系统的功能要强，机床精度高，刚性好，热稳定性好，以及具有仿形加工功能等。

二、模具加工一般应采取的技术措施

根据上述模具加工的特点，一般在加工工艺上采取一些措施，以便发挥机床高精度、高效率的特点，保证模具加工质量。

①精选材料，毛坯材质均匀。

②合理安排工序，精化工件毛坯。

③数控机床的刚性好，在加工中尽可能选择较大的切削用量，以提高效率。

④有些工件由于易产生切削内应力、热变形，故必须多次装夹才能完成。

⑤加工顺序的安排：

a.重切削、粗加工、去除零件毛坯上大部分余量。

b.加工发热量小，精度要求不高的工序。

c.在模具加工中精铣曲面。

d.打中心孔、钻小孔、攻螺纹。

e.精镗孔、精铣平面、铰孔。

三、刀具的选择(www.xing528.com)

数控机床加工曲面构成的型腔时，需采用球头刀以及环形刀（即立铣刀刀尖呈圆弧倒角状）。

四、铣削曲面时应注意的问题

①粗铣。粗铣时，应根据被加工曲面给出的余量，用立铣刀按等高面一层一层地铣削，粗铣台阶的高度视粗铣精度而定。

②半精铣。半精铣的目的是使被加工表面更接近于理论曲面，采用球头铣刀加工。半精加工的行距和步距可比精加工大。

③精铣。精铣最终加工出理论曲面。用球头铣刀精加工曲面时，一般用行切法。对敞开性较好的工件，行切折返点应选在曲面的外面。对敞开性不好的工件表面，因折返时切削速度的变化，故易在已加工表面上留下由停顿和振动产生的刀痕。

④球头铣刀在铣削曲面时，其刀尖处的切削速度很低，应适当地提高机床主轴转速，避免用刀尖切削。

⑤避免垂直下刀。平底圆柱铣刀有两种：一种是端面有顶尖孔，其端刃不过中心：另一种是端面无顶尖孔，端刃相连且过中心。在铣削曲面时，有顶尖孔的端铣刀绝对不能像钻头一样向下垂直进刀，除非预先钻有工艺孔，否则会把铣刀顶断。如果使用无顶尖孔的端铣刀时，可垂直向下进刀，最好的办法是采用坡走铣或螺旋插补铣进刀到一定深度后，再用侧刃横向进给切削。在铣削凹槽面时，可预先钻出工艺孔以便下刀。用球头铣刀垂直进刀的效果虽然比平底的端铣刀好，但也会因为轴向力过大，影响切削效果，最好不使用这种下刀方式。

⑥铣削曲面零件时，如果发现零件材料热处理不好、有裂纹、组织不均匀等现象，应及时停止加工。

⑦在铣削模具型腔较复杂的曲面时，一般需要较长的周期。因此，在每次开机铣削前，应对机床、夹具、刀具进行适当的检查，以免中途发生故障，影响加工精度，甚至造成废品。

⑧在模具型腔铣削时，应根据工件表面粗糙度确定修挫余量。对铣削较困难的部位，如果工件表面粗糙度高，应适当多留些修挫余量；而对平面、垂直沟槽等容易加工的部位，应尽量降低工件表面粗糙度值，减少修挫工作量，避免因大面积修挫而影响型腔曲面的精度。

任务实施

1.加工案例工艺分析

①对如图3-6-1所示的盒形模具凹模加工案例零件进行详尽分析，找出该盒形模具凹模加工工艺的不妥之处。

a.加工方法选择是否得当。

b.夹具选择是否得当。

c.刀具选择是否得当。

d.加工工艺路线是否得当。

e.切削用量是否合适。

f.工序安排是否合适。

g.机床选择是否得当。

h.装夹方案是否得当。

②对上述问题进行分析后，如果有不当的地方改正过来，提出正确的工艺措施。

③制订正确工艺，并优化工艺。

④填写该盒形模具凹模加工案例零件的数控加工工序卡、刀具卡，确定装夹方案。

2.加工案例零件加工工艺与装夹方案

1）盒形模具凹模加工案例零件数控加工工序卡

盒形模具凹模加工案例零件数控加工工序卡见表3-6-2。

表3-6-2　盒形模具凹模加工案例零件数控加工工序卡

2）盒形模具凹模加工案例零件数控加工刀具卡

盒形模具凹模加工案例零件数控加工刀具卡见表3-6-3。

表3-6-3　盒形模具凹模加工案例零件数控加工刀具卡

3）盒形模具凹模加工案例零件装夹方案

该盒形模具凹模加工案例零件前后、左右结构对称，凹形型腔深度尺寸以上平面作为尺寸基准，上下平面已按图纸技术要求加工好，保证平行，故该案例零件加工时可以下平面及相互垂直的两侧面作为定位基准定位。因该盒形模具凹模加工案例零件为半成品，单件生产，工件四周已按图纸技术要求加工好，外形尺寸不大，故可采用按如图3-1-42所示螺栓压板组合夹具示例找正后再装夹工件。

任务评价

评价方式见表3-6-4。

表3-6-4　评价表

巩固与提高

如图3-6-2所示为凹模零件。该零件为半成品，除3 个凹槽型腔和凹球面外，其他加工部位均已加工好，工件材料为45 钢调质。试设计该凹模型腔（含凹球面）的数控加工工艺，并确定装夹方案。

图3-6-2　凹模