模具数控加工技术及应用PDF电子书下载

目录 1

第一章 概论 1

第一节 数控机床的基本知识 1

一、概述 1

二、数控机床的基本概念 2

（一）数控机床的概念 2

（二）数控机床的特点 2

（三）数控机床的组成 3

（四）数控机床控制的对象 7

（五）数控机床插补控制 7

三、数控机床的发展 9

四、我国数控机床发展概况 10

五、数控机床技术发展趋势 10

（一）高速、高效加工 10

（二）高精密、超精密化加工 10

（三）高可靠性 11

（四）工序复合化和复合加工 11

（五）智能化、网络化、柔性化和集成化 11

（六）并联机床技术 12

六、数控机床的分类 12

（一）按工艺用途分类 12

（三）按控制方式分类 14

（二）按加工路线分类 14

（一）制定加工工艺 15

七、数控编程的一般步骤 15

（二）数学运算及编制加工程序 16

（三）制作控制介质 16

（四）程序校验与空运行 16

（五）实际数控加工 16

（二）机床精度的选择 17

（三）数控系统的选择 17

（一）典型加工零件的选择 17

八、数控机床的选用原则 17

（四）辅助装置的选择 18

第二节 数控机床及数控功能技术术语 19

一、数控机床技术术语 19

（一）计算机直接控制技术DNC(Direct Numerical Control) 19

（二）柔性制造系统（Flexible Manufacturing System） 19

（三）数控机床技术术语 20

二、数控机床功能术语 20

三、数控系统功能术语 21

第三节 数控加工在模具制造中的作用 22

一、模具加工方法的新动向 22

三、模具工业发展趋势 23

二、数控加工带来了模具行业技术的提高 23

第二章 数控机床的机械结构 26

第一节 机械结构的主要特点与基本要求 26

一、数控机床对机械结构的基本要求 26

二、数控机床机械结构构成 26

三、数控机床的机械结构 27

（一）铸造床身结构 27

（二）钢板焊接结构 28

（三）人造花岗岩床身 28

（三）刚度 29

（二）运动精度 29

（一）回转精度 29

一、主轴组件的性能要求 29

第二节 数控机床的主轴组件及传动装置 29

（四）抗振性 30

（五）温升 30

（六）耐磨性 30

二、主轴 30

三、主轴轴承 30

四、主轴轴承配置的主要形式 33

五、主轴轴承的配合 34

（一）圆柱滚子轴承的配合量 34

（二）角接触轴承的预紧 35

（一）双列圆柱滚子轴承的预紧 35

（二）角接触球轴承的配合量 35

六、滚动轴承的预紧 35

七、主轴轴承的润滑方式 36

（一）油脂润滑 36

（二）油液循环润滑 36

（三）油雾润滑 36

（四）油气润滑 36

八、主轴内刀具的自动夹紧装置和切屑清除装置 37

九、主轴准停装置 37

（一）机械控制的主轴准停装置 37

（一）采用齿形皮带的主轴传动 38

（二）电气控制的主轴准停装置 38

十、主轴传动方式 38

（二）带变速齿轮的主轴传动 40

（三）由电动机直接驱动的主轴传动 40

第三节 进给系统的机械传动机构 40

一、伺服电动机与进给丝杠的连接 40

二、传动装置 41

（一）滚珠丝杠螺母副 41

（二）进给导轨副 45

（一）单盘式刀库及无机械手换刀机构 47

二、刀库的主要结构形式 47

第四节 自动换刀装置 47

一、自动换刀装置的组成及工作原理 47

（二）链式刀库及机械手刀具自动交换装置 49

三、刀具的选择方式 49

第五节 回转工作台 54

一、数控旋转工作台 54

二、分度工作台 55

（一）定位销式分度工作台 55

（二）鼠齿盘式分度工作台 56

二、CNC的内部工作过程 59

（一）位置数据处理 59

第三章 数控系统 59

一、数控（NC）及计算机数控（CNC） 59

第一节 概述 59

（二）主轴驱动的处理 60

（三）机床开关功能的控制 60

三、数控的类型 60

（一）点位控制系统 60

（二）直线运动控制系统 60

（一）控制类型 61

（二）几何参数 61

（三）轮廓控制系统 61

四、CNC的功能 61

（三）工艺参数 62

（四）操作方式 62

（五）数控程序的编程功能 62

（六）通信功能 62

一、数控系统的组成 63

（一）基本组成 63

（二）模块功能 63

第二节 数控系统的组成及工作过程 63

（八）故障诊断功能 63

（七）可编程控制器 63

二、数控系统的硬件结构 64

（一）单微处理器结构 64

（二）多微处理器结构 64

三、数控系统的软件结构 66

（一）软件结构的特点 66

（二）CNC系统软件的工作过程 68

第三节 数控伺服系统 70

一、概述 70

（一）伺服系统的组成 70

（二）对伺服系统的基本要求 71

（三）伺服系统的分类 72

（二）全数字式伺服系统的特点 75

（一）全数字伺服系统的构成 75

二、全数字式伺服系统 75

第四节 险测元件 76

一、概述 76

二、旋转编码器 77

（一）增量式旋转编码器 77

（二）绝对式旋转编码器 78

（三）编码器在数控机床中的应用 79

三、光栅尺 80

四、感应同步器 82

五、磁栅尺 83

第五节 驱动伺服电动机 86

一、步进电动机 87

（一）步进电动机的种类 87

（二）步进电动机使用特性 88

二、交流伺服电动机 89

三、直线电动机 90

（一）直线电动机直接驱动的特点 90

（二）直线电动机原理及分类 91

（三）直线电动机所特有的端部效应问题 92

四、交流主轴伺服电动机 92

（二）PLC的基本概念 93

（一）数控机床上的两类控制信息 93

第六节 数控机床的可编程控制器 93

一、概述 93

二、PLC的构成 94

（一）PLC的硬件结构 94

（二）PLC的软件系统 96

三、PLC用户程序的表达方法 96

四、PLC的工作过程 97

五、数控机床的控制对象 98

六、数控机床PLC形式 99

（一）内装型PLC 99

（二）CNC装置和机床输入／输出信号的处理 99

（一）PLC在数控机床中的配置方式 99

（二）独立型PLC 100

七、FANUC PLC指令系统 101

（一）基本指令 101

（二）功能指令 102

（三）FANUC PLC梯形图编制的一般规定 108

（四）FANUC PLC的应用实例 108

第四章 数控加工工艺 110

第一节 数控加工工艺特点 110

一、概述 110

（一）模具加工的基本技术特点 110

（二）数控机床工艺特点分析 111

（三）主要工艺措施 111

二、数控铣床的机床坐标系 112

三、数控铣床的加工特点 113

（一）铣削加工类型 113

（二）螺纹铣削加工 117

第二节 确定零件的安装方法及夹具方案 117

一、夹具、工件与机床工作台面的连接方式 118

二、零件的定位和夹紧 118

三、夹具的选择和使用 119

第三节 确定加工路线及切削参数 120

一、确定加工路线的基本原则 120

二、确定对刀点 121

三、确定走刀加工路线 122

四、切削用量的选用 124

（一）影响切削用量的因素 124

（二）切削参数选择的方法 125

（三）选择切削用量 125

（四）切削液的选用 125

第四节 数控机床刀具系统 126

一、加工中心刀柄 126

（一）7:24刀柄及拉钉规格 127

（二）刀柄的类型 129

（三）刀柄的选择 132

（一）刀具 133

二、刀具及材料 133

（二）刀具材料 135

三、刀具预调 137

第五章 数控铣床与加工中心的操作及编程 138

第一节 数控铣床与加工中心的基本操作 138

一、数控机床操作面板组成 138

（一）CNC操作面板 138

（二）机床外部操作面板 139

二、数控机床面板操作 139

（一）方式选择开关（MODE SELECT） 139

（二）机床操作面板开关（按钮） 141

（二）一般操作键 145

三、数控系统面板主要功能及操作（以FANUC为例） 145

（一）功能键 145

（三）面板操作 146

（四）图形显示操作 150

第二节 数控加工程序编制原理 155

一、概述 155

（一）数控编程的步骤 155

（二）数控编程的方法 157

二、数控机床的有关功能 158

（一）准备功能 158

（二）辅助功能 159

（四）主轴转速功能（S指令） 161

（五）刀具功能（T指令） 161

（三）进给功能（F指令） 161

三、数控机床的坐标系 162

（一）数控机床坐标系的确定原则 162

（二）机床坐标系 162

（三）工件坐标系 163

（四）局部坐标系 163

四、刀具补偿及测量 164

（一）刀具长度补偿 164

（四）刀具半径补偿方法 166

（二）刀具半径补偿 166

（三）刀具半径补偿的目的 166

第三节 手工编程 171

一、零件加工程序的组成 171

（一）程序的开始部分 172

（二）程序内容部分 172

（三）程序的结束部分 172

二、程序的分类 172

（一）主程序 172

（二）子程序 172

（二）快速定位G00 174

（一）绝对／相对坐标编程G90/G91 174

三、手工编程及G指令格式 174

（三）直线插补G01 175

（四）圆弧插补G02，G03 175

（五）暂停G04 178

（六）参考点指令G27，G28(G30)，G29 178

（七）进给功能控制G代码 179

（八）主轴速度G代码 180

（九）极坐标指令G15，G16 180

（十）比例缩放G50，G51 182

（十二）坐标系旋转G68，G69 184

（十一）编程镜像指令G50.1，G51.1 184

（十三）孔的固定循环加工功能指令 185

四、手工编程典型实例 191

第六章 模具的高速数控铣削加工 195

第一节 高速数控铣削加工技术 195

一、高速数控铣削加工的概念 195

（一）高速数控铣削加工的产生和发展 195

（二）高速铣削的定义 195

二、高速铣削及控制技术特点 195

（一）CNC控制系统 195

（二）高速主轴系统 196

（三）刀柄系统 198

（四）高速进给系统 199

四、热变形控制系统 202

（一）几何精度平衡补偿装置 202

（二）自动恒温控制系统 202

第二节 高速铣削加工的刀具选用 202

一、高速铣削加工的技术特点 202

（一）以铣代磨实现高精度铣削加工、缩短工艺流程 202

三、高速机床机械结构特点 202

（四）适合复杂形状零件加工 203

（一）切削刀具的选择 203

二、高速加工切削技术要求 203

（三）适合硬铣削加工 203

（二）适合加工薄壁零件 203

（二）刀柄的选择 205

三、冷却、润滑方式的选择 205

（一）传统的润滑油和水基的冷却剂 205

（二）油雾润滑 205

（三）空气风冷 205

（四）通过主轴和刀具中心的高压内冷 206

第三节 高速铣削加工在模具加工中的应用 206

一、高速冷硬铣削加工 206

二、减少或取代电火花机床EDM 206

二、机床结构 207

一、机床外观 207

第四节 典型高速铣床介绍 207

三、主轴 208

四、工作台 208

五、自动换刀装置 209

六、进给系统 210

七、数控系统 210

八、机床规格 211

第七章 数控加工自动编程（CAD/CAM）技术 213

第一节 数控加工自动编程（CAD/CAM）基础 213

一、数控加工自动编程（CAD/CAM）的发展历史 213

二、CAD/CAM类型简介 214

三、模具CAD/CAM的基本流程 215

第二节 模具CAD简介 218

第三节 模具数控加工自动编程系统的常用类型 220

第四节 数控加工刀路轨迹实践CAM系统——PowerMILL 221

一、CAM系统——PowerMILL界面与基本流程 221

二、自动编程的几个重要概念 222

三、加工刀路轨迹的生成 227

（一）粗加工 227

（二）残余量粗加工 230

（三）精加工 230

四、数控加工刀路编辑 240

五、数控刀路的管理与后处理 246

六、DNC通信 247

第五节 数控编程实例 251

第八章 数控机床的安装、调试及故障诊断与维修 255

第一节 数控机床的安装与调试 255

一、概述 255

（一）安装调试的准备工作 255

（二）安装调试的配合工作 255

（三）数控机床的检测、验收 255

二、数控机床使用环境的要求 257

（一）工作环境温度、相对湿度 257

（二）远离粉尘和有腐蚀性气体的环境 257

（六）地基 258

（七）压缩空气供给系统 258

（三）交流电网电压和供电功率 258

（五）占地面积和厂房高度 258

（四）可靠的接地线 258

三、机床的拆箱及就位 259

（一）机床的搬运 259

（二）数控机床开箱 259

四、机床安装 260

（一）机床各部件组装 260

（二）通电前需确认的事项 261

（二）功能检查 262

（一）机床空运行 262

五、通电试车 262

六、机床功能的测试 262

七、数控机床的验收 264

（一）常规检查 264

（二）几何精度检测 265

（三）机床定位精度检测 267

（四）数控机床切削精度检查 268

第二节 数控机床的维护保养、故障诊断与维修 270

一、数控机床维护保养、故障诊断与维修的特点 270

（一）每日应当进行的维护保养工作 271

二、数控机床维护保养、故障诊断与维修的内容 271

（二）定期应当进行的维护保养工作 273

（三）油料物品的使用方法 273

三、数控机床常见故障的判断方法及维修 277

（一）机械部分故障 277

（二）硬件故障的检查与分析 278

（三）CNC装置故障 279

四、使用PLC梯形图寻找故障点 281

（一）PLC梯形图的特点介绍 281

（二）应用PLC梯形图对常见故障判断和维修中的应用实例 281

主要参考文献 284