模具零件机械加工

 3.1概述 3.2 模具零件的机械加工 3.3 模具的其他加工 返回目录3.1机械加工方法广泛用于制造模具零件。根据模具设计图样中的模具构成、零件的结构要素和技术要求，制造完成一副完整模具的工艺过程一般可分为：毛坯 外形的加工；工作型面的加工；模具零部件的再加工；模具装配。模具零件的机械加工方法有以下几种情况 普通精度零件用通用机床加工，例如，车削、铣削、刨削、钻削、磨削等。这些加工方法对工人的技术水 平要求较高，具有生产率低，模具制造周期长，成本高等特点。加工完成后要进行必要的钳工修配再装配。 精度要求较高的模具零件用精密机床加工；形状复杂 的空间曲面，采用数控机床加工；对特种返回目录 零件可考虑其他加工方法，如挤压成型、超塑成型 加工、快速成型等。 用于模具加工的精密机床有坐标镗床、坐标磨床等。这些设备多用于加工固定板的凸模固定孔、模 座上的导柱和导套孔、某些凸模和凹模的刃口轮廓加工模具零件常用的数控机床有：三坐标数控铣床、加工中心、数控磨床等。由于数控加工对工人 的操作技能要求低、成品率高、加工精度高、生产率高、节省工装、工程管理容易、对设计更改的适 应性强、可以实现多机床管理等一系列优点，对实 现机械加工自动化，使模具生产更加合理Α谋淠＞呋械加工的传统方式具有十分重要的意义。 这也是今后模具发展的方向。 返回 模架是由模座、模板及导向零件等构成的一种模具组合结构体，用来安装或支承成型零件和其他结构零件， 并保证模具的工作部分在工作时具有正确的相对位置。图3.1所示是冷冲模模架的常见结构。模架的主要组成 零件是：模板、垫板、固定板等平板类零件和导柱、导套等轴套类零件。模架的加工是指组成模架的零件的加 3.2模具零件的机械加工 3.2.1 导柱、导套加工 1.加工要点模架中的导柱和导套是典型的轴类和套类零件。 图3.2所示为冷冲模的一种标准导柱和导套。它们在 模具中起导向作 返回用，保证凸模和凹模在工作时具有正确的相对位置。 为了保证良好的导向性，导柱和导套装配后应保证模架的活动部分运动平稳、无滞阻现象。所以，在 加工中必须保证导柱和导套配合表面的尺寸精度和形状精度，同时还应保证导柱和导套配合面之间的 同轴度。 返回 返回 2.工件的定位方式对轴类零件，一般采用轴两端中心孔作为定位基准。因 为轴类零件的各外圆、锥孔、螺纹等表面的设计基准一般都是中心线，选择两端中心孔定位符合基准重合原则， 加工时能达到较高的相互位置精度，且工件装夹方便。套类零件加工一般采用互为基准的原则，即加工内圆表 面以外圆为基准，加工外圆表面以内圆为基准。用两中心孔定位装夹工件以两中心孔为基准装夹 在车床的前、后顶尖上，用鸡心夹或拨盘带动工件转动。用中心孔定位的优点是：加工过程中不仅基准重合，而 且基准统一，有利于保证各表面间较高的位置精度。用中心孔定位的缺点是：增加了加工中心孔的工序(或工 步)；顶尖孔深度不准确时，不易保证轴向尺寸精度，为此可同时用中心孔及一个端面定位。 用外圆柱表面定位装夹较短的轴类零件常用三爪 自定心卡盘或四爪单动卡盘定位夹紧；较长的轴类零件则要在另一端钻中心孔，利用后顶尖支承，以提高工件 刚性。 返回 用两端孔定位装夹对于粗加工后的孔用有齿的顶尖(菊花顶尖)装夹，如图3.3所示；当零件两端 有锥孔或预先做出了工艺锥孔，就可用锥套心轴或 锥形堵头定位装夹。如图3.4所示。返回 3.加工工艺过程 冷冲模模架的轴套零件如图3.2所示，选用适当尺寸的热 轧圆钢20号钢作毛坯，单件小批生产。其加工工艺过程如表3.1和表3.2所示。 返回 上表注：表中的工序简图是为了直观地表示零件的加工部位绘 制的，除专业模具厂外，一般模具生产属于单件小批生产， 工艺文件多采用工艺过程卡片，不绘制工序图。 返回 返回 4.工艺分析导套加工时能否正确选择定位基准，对保证内外 圆柱面的同轴度要求十分重要。表3.2所列的导套的加工工艺过程，在车削时以外圆柱面定位，一次装 夹加工出Φ32H7内孔和Φ45r6外圆。保证了这两个重要表面的同轴度要求，为精加工提供了良好的质量 准备。精加工在万能外圆磨床上，利用三爪自定心卡盘夹持Φ48mm外圆柱面，一次装夹磨出Φ32H7内 孔和Φ45r6外圆，可以避免由于多次装夹带来的误差。容易保证内外圆柱面的同轴度要求。但每磨一件都 要重新调整机床，所以这种方法只适宜单件小批生产。如果加工数量较多的同一尺寸的导套，可以先 磨内孔，再把导套装在专门设计的锥度心轴上，如图3.5所示，以心轴两端的中心孔定位，借心轴和导 套间的摩擦力带动工件转动，磨削外圆柱面，也能获得较高的同轴度要求，并可使操作过程简化，生 产率提高。 返回 返回 图3.6所示是在车床上用磨削方法修正中心孔。在被磨削的中心孔处，加入少量的煤油或全损耗系统用 油(即机油)，手持工件进行磨削。这种修正方法效率高，质量较好。但砂轮磨损较快，需经常修整。 返回 导柱和导套的研磨加工，其目的在于进一步提高被加工表面的质量，以达到设计要求。在单件小批量生 产中可以采用简单的研磨工具，如图3.7和图3.8所示。在普通车床上进行研磨。研磨时将导柱安装在车床上， 由主轴带动旋转，在导柱表面均匀涂上研磨剂，然后套上研磨工具并用手将其握住，作轴线方向的往复运 动。研磨导套和研磨导柱类似，由主轴带动研磨工具旋转，手握在研具上的导套，作轴线方向的往复直线 运动。通过调节研具上的调整螺钉和螺母，可以调整 研磨套的直径，以控制研磨量的大小。返回 导柱和导套的工艺过程可以归纳为：备料 粗加工和 半精加工阶段 热处理 精加工阶段 光整加工阶段按工艺过程划分加工阶段的目的是保证加工质量、合理 使用设备、便于安排热处理工序。 返回 5.加工方法构成导柱和导套的基本表面都是回转体表面。导柱和 导套主要是进行内、外回转面加工。内、外圆柱面的机械加工方法很多，常用的有车削、钻、扩、铰削、磨削 等加工方法。 车削加工车削加工是用车刀在车床上对轴类零件进行加工的一种方法。车削使用最早，应用最广，在机 械加工中，其加工量占30%左右。 车削一般分为粗车、半精车、精车。粗车的主要目的是在短时间内切除工件上大部分加工 余量，对加工质量要求不高。粗车一般是精车的预备工序，当加工精度要求不高时也可作为终加工工序。通常， 粗车的加工精度为IT12~IT11，表面粗糙度值Ra可达到 50μm~12.5μm。 半精车是在粗车的基础上，进一步提高加工精度和减 小表面粗糙度值。半精加工可作为中等加工质量要求的终加工，也可作为精车或精磨前的预加工。一般，半精 返回 精车的主要目的是确保加工质量，可作为零件的终加工。一般，精加工精度为IT8~IT7，表面粗糙度Ra可达到 1.6μm ~0.8μm。钻孔和扩孔统称为钻削加工。钻孔是用钻头在实体材料上加工孔的一种方法；扩孔是用 扩孔刀具扩大工件孔径的加工方法。钻削加工一般在钻床上加工。模具零件上的许多孔，如螺孔、销钉孔、工 作零件的安装孔等，常用钻床加工。小直径孔常用台式钻床加工；中小型模具零件上较大的直径孔，常用立式 钻床加工；大中型模具零件上的孔则采用摇臂钻床加工。钻孔属于粗加工，可作为攻丝、扩孔、铰孔和镗孔的 预备加工；扩孔属于半精加工，也可作为孔的终加工，或作为铰孔、磨孔前的预加工。两者均适合于加工小直 径孔。钻孔精度可达到IT11~IT12，表面粗糙度值Ra可达 到12.5μm~6.3μm；扩孔精度可达到IT11~IT9，表面粗糙 度Ra值可达到6.3μm ~3.2μm。 返回铰削加工是使用铰刀从工件孔壁切除微量金属层， 以提高其尺寸精度和降低表面粗糙度的方法。 铰孔的工艺范围如下：铰削适用于孔的精加工及半精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。由于铰孔时切削余量小，切削厚度薄，所以，铰孔后公差等级一般为IT9~IT7，表 面粗糙度Ra为0.63μm ~5μm，精细铰尺寸公差最高可达IT6，表面粗糙度Ra为0.32μm ~0.16μm。 铰削是定尺寸刀具，适合加工小直径孔。铰孔时应注意的问题如下：铰削余量要适中。余量过大，会因切削热多而导致铰刀直径增大，孔径扩大；余量过小，会留下底 孔的刀痕，使表面粗糙度达不到要求。粗铰余量一般为0.15mm~0.35mm，精铰余量一般为0.05mm~0.15mm。 返回铰削精度较高。铰刀齿数较多，心部直径大，导向及刚性好。铰削余量小，且综合了切削和挤光作 用，能获得较高的加工精度和表面质量。铰削时采用较低的切削速度，并且要使用切削液，以免积屑瘤对加工质量产生不良影响。粗铰时取0.07m/s~0.17m/s，精铰时取0.025m/s~0.08m/s。铰刀适应性很差。一把铰刀只能加工一种尺寸、一种精度要求的孔。且直径大于80mm的孔不适宜铰削。为防止铰刀轴线与主轴轴线相互偏斜而引起的孔轴线歪斜、孔径扩大等现象，铰刀与主轴之间应采 用浮动连接。当采用浮动连接时，铰削不能校正底孔轴线的偏斜，孔的位置精度应由前道工序来保证。 机用铰刀不可倒转，以免崩刃。返回 (3)零件的外圆磨削与内圆磨削 外圆磨削模具轴类零件的磨削可采用外圆磨床进 行磨削。外圆磨削加工能切除极薄、极细的切屑；修整误差的能力较强；加工精度高，一般可达IT6~IT8 级；表面粗糙度Ra可达0.8μm ~0.1μm。外圆磨削可分为粗磨、精磨、细磨、超精密磨削和镜面磨削。在 磨削时，要特别注意砂轮的选用、砂轮的修整和磨削用量的大小，并要减少加工时的振动。当磨削材料硬 度较高的零件时，应选择较硬的砂轮。为了提高磨削效率，在磨削时尽量要缩短磨削的辅助时间，如采用 自动装卸零件，做到自动测量、数字显示、砂轮磨损自动修整及补偿等；另一方面，要改变切削用量和加 大磨削面积，来提高磨削效率。 内圆磨削的加工精度可以达到IT7~IT9级，表面粗糙度Ra可达5μm ~0.32μm。 零件的内圆磨削方法有三种：普通内圆磨床磨削法(图3.9(a))、行星磨削法(图3.9(b))、无心磨削法(如图 返回 图3.9 内圆磨削方法普通内圆磨床磨削法；(b)行星磨削法；(c) 无心磨削法 返回 返回 1.加工要点 模座包括上、下模座，动、定模座板等；模板包括各种固定板、套板、支承板、垫板等，这些都属于板 类零件，其结构、尺寸已标准化。在制造过程中，主要是进行平面加工和孔系加工，为保证模架的装配要 求，加工后应保证模座上、下平面的平行度要求及装 配时有关接合面的平面度要求Ｉ稀履Ｉ系贾2.工件的定位方式模板加工常用三个相互垂直的平面作定位基准。有 利于保证孔系和各平面间的相互位置精度。定位准确可靠，夹具结构简单，工件装卸方便，生产中应用较 3.2.2模座、模板加工 返回 3.加工工艺过程板类零件主要是平面加工，现在以冷冲模上、下模 座的加工为例，介绍其加工工艺过程的编制，并进行 工艺分析。图3.10所示为上、下模座的零件图，表3.4为上模座 的机械加工工艺过程，表3.5为上模座的机械加工工艺 过程。 返回 返回 返回4.工艺分析 模具中的各种模板、支承板等零件，都是平板类零件， 在制造过程中主要进行平面加工和孔系加工。根据模架的技术要求，在加工过程中要特别注意保证模板平面的平面 度和平行度以及导柱、导套安装孔的尺寸精度、孔与模板平面的垂直度要求。在平面加工中要特别注意防止弯曲变 形。在粗加工后若模板有弯曲变形，在磨削中电磁吸盘会把这种变形矫正过来，磨削后加工表面的这种形状误差又 会恢复。为此，在加工前，应在电磁吸盘与模板间垫入适当厚度的垫片，再进行磨削。上下两面用同样的方法交替 磨削，可获得较高的平面度。若需要更高精度的平面时， 应采用刮研的方法加工。为了保证模板上导柱、导套安装孔的位置精度，根据 实际加工条件，可采用坐标镗床或数控坐标镗床进行加工。若加工精度要求低或现场没有此设备的情况下，可在卧式 铣镗床或铣床上，将动、定模板重叠在一起，一次装夹，同时镗出相应的导柱和导套的安装孔。如果单件生产，可 返回 在对模板进行镗孔加工时，应在模板平面精加工后以模板的大平面及两相邻侧面作定位基准，将模板放置在机床 工作台的等高垫铁上。各等高垫铁的高度应保持一致。对于精密模板，等高垫铁的高度差应小于3μm。工作台和垫 铁应用净布擦拭，彻底清除铁屑粉末。在使模板大致达到平行后，轻轻夹住，然后以长度方向的前侧面为基准，用 百分表找正后将其压紧，最后将工作台再移动一次，进行检验并加以确认。模板用螺栓加垫圈紧固，压板着力点不 应偏离等高垫铁中心以免模板变形。如图3.11所示。 返回 5.加工方法平面的加工方法有刨削、铣削、磨削，根据模座与模板的 不同精度和表面粗糙度要求选用不同的加工方法。铣削加工是以铣刀的旋转做主运动，工件或铣刀作进给运动 的切削加工方法。 铣削加工工艺范围主要包括加工模具零件上的平面、各种沟槽和各种型腔、型孔。如用铣床加工凹模、凸模固定板、 卸料板底座漏孔、型腔模的型腔固定板型孔。 铣削加工特点如下：生产率较高铣削加工以回转主运动代替了刨削加工 的直线往复运动，没有空行程。并且以多齿刀具代替单齿刨 刀。因此，铣削加工的生产率较高。适应性好铣刀的类型多，铣床的附件多，特别是分 度头和回转工作台的应用，使得铣削加工的范围极为广泛。加工质量中等铣削时，每个刀齿轮流切入切出工件， 断续地进行切削，使刀齿和工件受到周期性的冲击，切削力发生波动。因此，铣削总是处于振动和不平稳的工作状态中， 返回 铣削总是处于振动和不平稳的工作状态中，使加工质量 受到影响。成本较高铣床结构复杂，铣刀的制造和刃磨比较 困难。一般来说，铣削加工成本较高。 刨削加工是以刨刀(或工件)的直线往复运动为主运动，以方向与之垂直的工件(或刨刀)的间歇移动为进给运动的 切削加工方法。 刨削加工工艺范围包括牛头刨床主要用于粗加工、半精加工模具零件的外形平面、斜面、垂直面和曲面。由 于冲模制造主要是单件生产，用牛头刨床加工模具零件 具有较好的经济效益。龙门刨床主要加工大型模具零部件，龙门刨床除了可 以加工直平面以外，还可以加工斜面。在加工斜面时水平进刀和垂直进刀可以同时进行。在精度高、刚性好的 龙门刨床上也可以用宽刃刨刀作细刨以代替刮研。 返回 刨削加工工艺特点如下：加工质量中等一般来说，刨削加工切削速度低， 有冲击和振动现象，加工质量一般，但是，刨床通用性好，换刀方便，可以在一次装夹中加工几个不同的表面，用机 床精度保证加工表面之间的位置精度。另外，刨削大平面时无接刀痕，表面质量较好。但是，用宽刃细刨的加工方 生产率低刨削时的直线往复运动，不仅限制了切削速度的提高，而且空行程又显著降低了切削效率。因此， 刨削加工生产率较低。 (3)加工成本较低 刨床结构简单，调整方便。刨刀制造、刃磨容易，因此，刨削加工成本较低。 零件的平面磨削工艺范围包括零件经刨、铣及淬硬后，均需经过平面磨床磨削平面，以使其表面达到所规定的表 面粗糙度等级。一般情况下，经平面磨削后，其表面粗糙 度Ra可达0.8μm以上。平面磨削方法分为圆周磨削法(图3.12(a))和端面磨削法 两种，其磨削特点如表所示。 返回 返回 返回凸模和凹模是冲裁模的工作零件，形状、尺寸差别较 大，有较高的加工精度要求。它们的加工质量直接影响 模具的使用寿命及冲裁制件的质量。冲裁凸模与凹模的加工过程中，凸模的刃口轮廓和凹 模的型孔，是加工难度最大的部位，花费的劳动量最多。由于冲裁制件的形状繁多，凹模型孔和凸模的刃口轮廓 也多种多样，按截面形状可分为圆形和非圆形两类。具有圆形刃口的凸模加工比较简单。具有非圆形型孔 的凹模有以下两种情况。这类模具的型孔加工也比较简单。热处理前采用钻、镗等方法进行粗加工和半精加工。热处理后 型孔在内圆磨床上精加工。 3.2.3工作零件加工 返回 这种模具的型孔加工属于孔系加工，除保证各型孔的尺寸精度及形状精度外，还要保证各型孔的位置精度。可采用高精度坐标镗床加工。 具有异形刃口轮廓的凸模和凹模在加工工艺上比较复杂， 下面重点介绍其加工方法。 1.成型磨削成型磨削用来对模具的工作零件进行精加工，不仅用于 加工凸模，也可以加工镶拼式凹模的工作型面，还可以加工硬质合金和热处理后硬度很高的模具零件。采用成型磨 削加工零件可以获得高精度的尺寸和形状。根据工厂的设备条件，成型磨削可以在平面磨床上采用成型砂轮或利用 成型砂轮磨削法成型砂轮磨削法是将砂轮修整成与工件被磨削表面完全吻合的形状，进行磨削加工，以获得所需要的成型表面， 如图3.13所示。此法 返回 一次磨削的表面宽度不能太大。用成型砂轮磨削法进行磨削，其首要任务是把砂轮修整成所需要的形状， 并保证必要的精度。 轨迹运动磨削法轨迹法是利用刀具或工件作一定规律的轨迹运动来进行加工的方法。图3.14所示是用夹具磨削圆弧面的加 工示意图。工件除了靠机床做纵向进给运动外，还可以借助于夹具使工件作断续的圆周进给，完成要加工 的表面的运动轨迹，这种磨削圆弧的方法叫轨迹法。 常见的成型磨削夹具有以下几种。正弦精密平口钳 如图3.15(a)所示，夹具由带正弦规的虎钳和底座6组 成。正弦圆柱4被固定在虎钳体3的底面，用压板5使其紧贴在底座6的定位面上。在正弦圆柱和底座间垫入适 当尺寸的量块，可使虎钳倾斜成所需要的角度，以磨削工件上的倾斜面，如图3.15(b)所示。量块尺寸按下式 返回 返回 式中：h1 ——垫入的量块尺寸，mm；L——正弦圆柱的中心距，mm； ——工件需要倾斜的角度，。 正弦精密平口钳的最大倾斜角度为45。为了保证磨削精度，应使工件在夹具内正确定位，工件的 定位基面应预先磨平并保证垂直。 正弦磁力夹具 正弦磁力夹具的结构和应用情况与正弦精密平口钳相似，两者的区别在于正弦磁力夹具是用磁力代 替平口钳夹紧工件，如图3.16所示。电磁吸盘能倾 斜的最大角度也是45。 返回图3.16 正弦磁力夹具 1—电磁吸盘；2—电源线；3—正弦圆柱；4—底座；5—锁紧手轮 返回以上磨削夹具，若配合成型砂轮也能磨削平面与圆 弧面组成的形状复杂的成型表面。进行成型磨削时，被磨削表面的尺寸常采用测量调整器、量块和百分表 进行比较测量。测量调整器的结构如图3.17所示。量块座2能在三角架1的斜面上沿V形槽上、下移动，当 移动到适当位置后，用滚花螺母3和螺钉4固定。为了保证测量精度，要求量块座沿斜面移到任何位置时， 量块支承面A、B应分别与测量调整器的安装基面D、C保持平行，其误差不大于0.005mm。 返回 返回 例3-1 图3.18所示凸模，采用正弦磁力夹具磨削斜面a、b及平面c。除a、b、c面外，其余各面均已加工 到设计要求。 返回 磨削工艺过程如下：将夹具置于机床工作台上找正，使夹具的正弦圆柱轴线与机床工作台的纵向运动方向平行。以d及e面为定位基准磨削a面，调整夹具使a面处于水平位置，如图3.19(a)所示。调整夹具倾斜角度的量块尺H1=150mmsin10=26.0472mm磨削时采用比较法测量加工表面的尺寸，图中Φ20mm圆柱为测量基准柱。按图示的位置调整测量调整器上的量 块座，用百分表检查，使量块座的平面B(或A)与测量基准柱的上母线处于同一水平面内，并将量块座固定。检测磨 削尺寸的量块按下式计算：M1=[(50-10)cos10-10]mm=29.392mm 加工面a的尺寸用百分表检测，当百分表在a面上的测量值与百分表在量块上平面的测量示值相同时，工件尺寸即 达到磨削要求。 磨削b面：调整夹具使b面处于水平位置，如图返回 返回调整夹具的量块尺寸： H2=150mmcos30=75mm 测量加工表面尺寸的量块尺寸：M2={[(50-10)+(40-10)tan30]cos30- 10}mm=39.641mm注意：当进给至与c面的相交线近旁时停止，以留下适当 磨削余量。磨削c面：调整夹具磁力台成水平位置，如图3.19(c)所示。磨c面到尺寸，在两平面交线处留适当的磨削余量。测量加工表面尺寸时的量块尺寸： M3={50- [(60-40)tan30+20] }mm=39.641mm磨削b、c面的交线部位：两平面交线部位用成型砂轮磨削，为此，将夹具磁力台调整为与水平面成30，把砂轮圆周修整出部分锥顶角为60的圆锥面，如图3.19(d) 所示。 返回 用成型砂轮磨削b、c面的交线部位，如图3.19(e)所示。使砂轮的外圆柱面与处于水平位置的b面部分微微接触(出现极 微小的火花)，再使砂轮慢速横向进给，直到c面也出现极微 小的火花，加工结束。正弦分中夹具 正弦分中夹具主要用来磨削凸模上具有同一轴线的不同圆 弧面、等分槽及平面，夹具结构如图3.20所示。工件支承在顶尖7和6上，顶尖座4可沿底座上的T形槽移动，用螺钉3固 定，旋转手轮5能使尾顶尖6移动，用以调节工件和顶尖间的松紧程度。顶尖7装在主轴的锥孔内。转动手轮(图中未显 示)，通过蜗杆13、蜗轮9传动，带动主轴和通过鸡心夹头装夹的工件及装在主轴后端的分度盘11一起转动。使工件实现 圆周进给，磨出圆弧面。分度盘的作用是控制工件的回转角度，其工作原理如图3.21所示。分度盘上有四个正弦圆柱， 其中心均处于直径为D的圆周上，并将所在圆周四等分。磨削时，如果工件回转角度的精度要求不高，则转角可直接由 分度盘外圆面上的刻度和读数指示器10读出(见图3.20)。若 返回 返回例如，工件需要回转的角度为α，转动前正弦分度盘 的位置如图3.21(a)所示，转过角度α后正弦分度盘的位置如图3.21(b)、(c)所示。为控制转角垫入的量块尺寸按下 式计算： h1=h-sinα-h2=h+sinα-在图3.21(a)所示的情况下，如果α=0，则 h0=h- 式中：h1、h2——控制工件回转角需要垫入的量块尺寸，mm； h——夹具主轴中心至量块支承面的距离，mm； D——正弦圆柱中心所在圆的直径，mm； α——工件转过的角度，；d——正弦圆柱的直径，mm。 返回 工件在正弦分中夹具上的装夹方法有两种。 心轴装夹法 如果是带圆柱孔的工件，且孔的轴线正好与被磨削圆弧面的轴线重合，可在该孔中插入心轴，利用心轴 两端的顶尖孔定位，将工件支承在正弦分中夹具的两顶尖之间进行磨削，如图3.22所示。夹具主轴回转时，通过鸡心夹 头5和拨盘带动工件一起转动。若工件上没有圆柱孔，在技术要求允许的情况下，也可在工件上作出穿心轴用的工艺孔。 返回 返回 双顶尖装夹法 当工件上没有圆柱孔，不具备作出穿心轴的工艺孔的条件时，可采用双顶尖装夹工件，如图3.23所 示。夹具上除前后顶尖外，还装有一个副顶尖，与此相对应，凸模上除两端的主顶尖孔外还有一个副顶尖孔，主顶 尖孔用来将工件正确定位。副顶尖孔连同副顶尖用来拨动工件回转。副顶尖成弯曲状，可以在叉形滑板的槽内上下 移动，用螺母3调节其伸出的长短并锁紧。因此它有较大的适应范围。采用双顶尖装夹工件，要求各顶尖与顶尖孔配 合良好，不能有轴向窜动；要防止主顶尖孔与顶尖配合过松，副顶尖对工件的轴向推力过大，使工件产生歪斜，影 响加工精度，如图3.24所示。 使用正弦分中夹具进行成型磨削，被磨削表面的尺寸，用测量调整器、量块和百分表进行比较测量。为了能对高 于或低于夹具回转中心线的表面都能进行测量，一般将量块支承面的位置调整到低于夹具回转中心线50mm处。为此， 在夹具两顶尖间装一根直径为d的标准圆柱，如图3.25所示。在测量调整器的量块支承面上放置尺寸为 的量块后， 返回 返回 当工件上被测量表面的位置高于夹具回转中心线h'(若被测量表面为凸圆弧面，则h'为圆弧半径)时，只要在量块支 承面上放置尺寸为(50+ h')的量块，用百分表检测量块上平面与被测量表面的等高性，当两者读数相同时，表明工 件已加工到所要求的尺寸。若被测量表面低于夹具的回转中心h'，则量块支承面上放置的量块尺寸为(50-h')。测量 方法与上述相同。若被测表面是凹圆弧面，则测量圆弧的 最低点。 例3-2图3.26所示凸模，在平面磨床上用正弦分中夹具 磨削刃口的轮廓形状。各面所留磨削余量为 0.15mm~0.2mm。 磨削过程如下：将正弦分中夹具置于机床的工作台上校正。装夹工件，检查各面是否有足够的磨削余量，检查方法如图 3.27(a)所示。磨平面1、2，调整平面1到水平位置，磨削该平面到要求尺寸，如图3.27(b)所示。检查平面尺寸的量块为 返回将工件回转180，磨削平面2到要求尺寸，其操作过 程与平面1相同。磨削斜面3和4。将工件回转40，使斜面3处于水平位置，如图3.27(c)所示。磨削斜面3到尺寸，在砂轮横向进给到距圆弧与斜面的切点1mm~2mm处停止进给，以 免切入凹圆弧。控制工件回转角度的量块尺寸为： h1=h-sin40- 返回返回 设分中夹具的h=70mm，=50mm，d=20mm代入上式得： h1=27.86mm 检测斜面3的量块尺寸为h1=50mm。将工件回转100，使斜面4处于水平位置。磨削斜面4到 要求尺寸，其操作过程和磨削斜面3相同。磨削R35mm的圆弧面。将工件回转130，使R35mm的圆弧面处于磨削位置，如图3.27(d)所示。通过分中夹具使工件作圆周进给，磨削圆弧到尺寸。检测该圆弧 半径的量块尺寸为(50+34.985)mm。磨削时工件可以自由回转，因此不必控制工件的回转角度。磨削R15mm的圆弧面。要求将工件回转180使R15圆弧面处于磨削位置，如图3.27(e)所示。用回转法磨削该圆弧到要求尺寸，检测圆弧半径的量块尺寸为 (50+14.985)mm。为防止砂轮切入斜面3、4，在顺时针旋转磨削时，应控制砂轮左侧宽度b=1mm~2mm左右，磨到距 两圆弧切点1mm~2mm处停止进给。按上述控制方法，逆时针回转磨出另一半圆弧面。 返回 磨削R2mm圆弧面。R2mm的圆弧面用成型砂轮磨削。为此，应将砂轮两侧修整出R2mm的凸圆弧，如图3.27(f)、(g)所示。将工件回转140使斜面3(或4)处于水平 位置。调整机床使砂轮圆周和斜面微微接触，如图3.27(f)所示。再将工件逆时针转过一适当角度，砂轮横向进给(或 手动)使其侧面与R15mm的圆弧面微微接触，如图3.27(g)所示。顺时针回转工件，磨凹圆弧到砂轮圆周与斜面微微 接触为止。 用同样的方法磨出另一个R2mm圆弧面。在磨削过程中，检测被磨削表面尺寸的量块，均按被磨 削表面的平均尺寸计算。从以上磨削实例来看，用正弦分中夹具配合成型砂轮，也可以磨出某些带凹圆弧的成型表 返回返回 万能夹具 万能夹具是成型磨床的主要部件，也可在平面磨床或万能工具磨床上使用。 万能夹具的结构如图3.28所示。它由十字滑板、回 转部分、分度装置和工件的装夹部分组成。 返回 返回十字滑板由固定在主轴5上的滑板座4、中滑板11和小滑 板2组成。转动丝杆3能使中滑板11沿滑板4上的导轨上下移动。转动丝杆10能使小滑板2沿中滑板11上的导轨移动。两 个移动方向互相垂直，用以将安装在转盘上的工件调整到 适当位置。回转部分由蜗杆(图中未画出)及蜗轮6和主轴5组成。用 手轮12转动蜗杆，通过蜗轮6带动主轴、分度盘8、十字滑 板和工件一起转动。分度装置用来控制工件的回转角度，由分度盘8来实现。 夹具装夹部分用来装夹工件，根据不同的加工对象，可 以采用以下几种装夹方法。用螺钉与垫柱装夹工件 如图3.29所示，利用凸模端面上 的螺孔，通过螺钉3、垫柱2将工件拉紧在夹具的转盘1上。垫柱和螺钉的长度要保证砂轮在磨削中超越工件的定位面 时，不至和夹具相碰。为了保证定位精度，要求垫柱高度一致，以免工件产生偏斜。转盘1装在万能夹具的小滑板上， 可绕轴线O—O旋转，便于调整工件在圆周方向上的相对位 返回 返回用精密平口钳装夹工件 利用精密平口钳端部(或侧面)上 的螺孔，用螺钉和垫柱将精密平口钳拉紧在夹具的转盘上，如图3.30所示，再用平口钳夹持工件。这种装夹方法，操 作简单、方便，但一次装夹只能磨出工件上的部分表面。 返回 用电磁台装夹工件利用小型电磁台端部(或侧面)上 的螺孔，用螺钉和垫柱将其拉紧在转盘上，如图3.31所 示，用电磁力吸住工件。这种方法，装夹迅速、方便。但工件必须以平面定位，一次装夹也只能磨削工件上的 部分表面。 返回 万能夹具能磨削刃口由直线和凸、凹圆弧组成的形状复杂的凹模。磨削平面时可利用夹具将被加工表面调整到水 平(或垂直)位置，用砂轮的圆周(或端面)进行磨削；磨削圆弧时可以利用十字滑板将圆弧的圆心调整到夹具主轴的 回转轴线上，用回转法进行磨削。万能夹具中心高度用测量调整器来测量，如图3.32所示。 测量调整器的使用方法是利用测量平台基面至夹具中心的固定距离(该距离在测量平台位置不变时为定值)，根据工 件被测表面位于夹具中心的上方或下方，来增减被测尺寸的量块值，并用百分表对工件磨削面与量块面比较，直至 读数相等。 在夹具上用精密平口钳夹持一个尺寸为100mm的量块组，并校正到水平位置，如图3.32(a)所示。用百分表测量量块 A面，记下读数。将主轴回转180，测量量块B面，与A面读数比较，利用万能夹具十字滑板调整量块位置，使A、 B面对称于夹具主轴的回转轴线。再按图3.32(c)调整量块 支承座的位置 返回当使用万能夹具进行成型磨削时，由于模具零件的设 计图样上给出的尺寸是按设计基准标注的，成型磨削过程中所选定的工艺基准往往与设计基准不一致，因此， 在进行磨削之前，需要根据零件的设计尺寸换算出所需的工艺尺寸，并按计算结果绘制成型磨削工序图，以便 进行加工和测量。 成型磨削的工艺尺寸换算，应按照加工中调整和测量的需要确定。加工中为了进行磨削和测量，工件需要绕 着某些回转中心转动。工件绕着转动的回转中心称为成型磨削的工艺中心。一般情况下工件上有几段用回转法 磨削的圆弧，就有几个工艺中心(同心圆弧例外)。对那些半径很小不适宜用回转法磨削的圆弧面， 常采用成型砂轮进行磨削，它们的圆心不作为工艺 中心。采用回转法磨削圆弧面时，为了把磨削圆弧的工艺中心调整到夹具主轴的回转轴线上，就需要计算出各 工艺中心的坐标。同时在回转磨削过程中，为了不使砂轮超越被磨削的圆弧长度而切入相邻表面，还要计算出 返回 采用回转法磨削圆弧面时，为了把磨削圆弧的工艺中心调整到夹具主轴的回转轴线上，就需要计算出各工艺 中心的坐标。同时在回转磨削过程中，为了不使砂轮超越被磨削的圆弧长度而切入相邻表面，还要计算出被磨 削圆弧的圆心角，以便在磨削时控制工件的回转角度。磨削平面时，为了将被磨削的平面转到水平(或垂直) 位置进行磨削，需要知道这些平面对坐标轴的倾斜角度。为了对被磨削平面进行测量，还应计算出被磨削平面与 工艺中心之间的距离。 总之，用万能夹具进行成型磨削，按工艺要求应进行 下列计算：各工艺中心的坐标尺寸； 各平面至对应工艺中心的垂直距离； 返回 返回 各平面对所选定坐标轴的倾斜角度； 某些圆弧面的圆心角；为了提高计算的精确度，在计算过程中，三角函数及一 般数值计算应精确到小数点后六位，运算的最终结果精确 到小数点后二位或三位。 例3-3图3.33所示为凸模零件图，用万能夹具进行刃口 轮廓的磨削加工。其步骤如下。 确定并计算工艺中心和工艺坐标图3.33所示工件上所有的圆弧都可用回转法磨削，因此需要计算工件的所有 回转中心的坐标O1、O2、O3。为了计算中心坐标，首先建立图3.34所示的XOY直角坐标系。 计算各工艺中心的坐标尺寸工艺中心O1的Y坐标和O3的X坐标设计图上未标注，应按图3.34进行计算： 在O1O2A中 返回 O1O2=16.015mm+15.985mm=32mmO1A=28.015mm-16.015mm=12mm O2A=mm=29.655mm 返回 返回 O1点到X轴的距离AB=O2B-O2A=44.985mm-29.665mm=15.32mm 得到O1点的坐标为(-16.015，-15.32)在O2O3C中 O2O3=65.985mm-15.985mm=50mm O3C=18mm O2C=mm=46.648mmO3点与Y轴的垂直距离 DC= O2C-O2D=46.648mm-18.015mm=18.633mm得O3点的坐标为(18.633，-62.985) 计算斜面3到工艺中心O2的距离及斜面相对于X坐标轴倾斜角度αα=arcsin=arcsin=216' 平面3到工艺中心O2的距离等于凸圆弧的半径15.985mm。 返回计算各圆弧的圆心角磨削凹圆弧R16mm和凸圆 弧R66mm时，工件可以自由回转，不需计算圆心角。磨削两个R16mm凸圆弧时，砂轮有可能切入与它们衔接的 相邻表面，应严格控制工件的回转角度。所以本例中应计算的圆心角有：α1、α2、α3、α4。 α1=O1O2A+90 O1O2A=arcsin=arcsin=221'28"α1=221'28"+90=1121'28" α2=α3=90-α=90-216'=6854' α4=α=216'根据计算结果绘制凸模工序图如图3.35所示。 返回 返回 工件装夹利用凸模端面上的螺孔(图中未画出)，用螺钉和垫柱将凸模装夹在万能夹具的转盘上。通过找正使工件的工艺坐 标轴与十字滑板的导轨方向保持平行，当各工艺中心分别与夹具主轴的回转轴线重合时，工件的各加工表面上都能 有较均匀的余量。 为了找正工件的位置，在分度盘的正弦圆柱下垫入以下 尺寸的量块：h1=h-216' 使十字滑板的导轨分别与水平和垂直方向的夹角为α=216'。转动转盘，用百分表找正工件上的平面3至水平位置后，将转盘固定在小滑板上，如图3.36所示。经过 找正后的工艺坐标轴分别与十字滑板的移动方向平行。由于平面3的宽度比平面1、2大，以它为基准找正坐标轴位 置能获得更高的定位精度。 使十字滑板的导轨分别处于水平和垂直位置，以平面1、2为基准(如果工件上没有和两坐标轴平行的平面，可在工 返回 工艺中心O2调整到夹具的回转轴线上。方法是：在测量调整器上放置尺寸为(50+44.985)mm的量块，使百分表 在量块上平面的读数为“0”，如图3.37(a)所示。用十字滑板调整工件的位置，使百分表在平面1上的读数等于磨 削余量。再将工件顺时针旋转90，使平面2处于水平位置，如图3.37(b)所示。调整工件位置的方法与调整平面1 相同，在测量调整器上放置量块尺寸等于(50-28.015)mm。 返回调整好工艺中心O2的位置后，转动工件，用量块和 百分表检查R16mm和R66mm及斜面3是否有足够的磨 削余量。以平面1、2为测量基准，把工艺中心O3、O1依次 调到夹具的回转轴线上，用量块和百分表检查其余各表面的磨削余量是否够用、均匀。若工件上某些部位 没有余量或余量分布不均匀，还需作补充调整，直到 各表面的磨削余量比较均匀为止。 返回返回 磨削基准面1、2和R16mm凹圆弧面先将工艺中心 O1调整到夹具的回转轴线上，再使平面1处于水平位置，磨削平面至规定尺寸，再将工件旋转90，使平面2处于 水平位置，磨削到规定尺寸，如图3.38(a)、(b)所示。注意平面2在磨削到距凹圆弧切点2mm~3mm处停止磨削， 剩下部分作为磨削切点的余量。 返回 返回用回转法磨R16mm的凹圆弧至规定尺寸。为了易于控制 被磨削圆弧的尺寸，应将砂轮修整成圆弧，其半径小于被磨削的圆弧半径，如图3.38(c)所示。在磨削工程中当平面2转 到水平位置时停止工件转动，用砂轮架或工作台横向进给将切点磨出，使凹圆弧和平面2在切点处连接平滑。因磨削时 工件可以自由回转，不必控制回转角度。磨削R66mm、R16mm的圆弧面和斜面3将工艺中心O2调整到夹具的回转轴线上。用回转法磨削R66mm的圆弧面至尺寸，如图3.39(a)所示。工件可以自由回转，不用控制 回转角度。 使平面3处于水平位置，磨削平面3到规定尺寸，如图3.39(b)所示，控制转角=216'的量块尺寸为h1=h-216'-。用回转法磨削R16mm的圆弧到尺寸，如图3.39(c)所示。为 防止在磨削时砂轮入R16mm的凹圆弧面和斜面3，应控制工件的回转角度、。控制转角和的量块尺寸分别为： H2=h+ 返回 返回 磨O3的凹圆弧将工艺中心O3调整到夹具主轴的回转轴线上，用回转法磨削该圆弧到尺寸，如图 3.40所示。控制回转角度和的量块尺寸分别为： 图3.40 以O3为中心磨凸圆弧 返回h1=h-sin216'- h2=h+sin216'- 由以上磨削实例可以看出，用万能夹具能磨削刃口由不同心圆弧及直线组成的形状复杂的凸模和凹模镶块。 在曲线磨床上进行成型磨削目前专业模具生产厂都采用专用成型磨床加工，如工具曲线磨床、光学曲线磨床等。利用这些专用磨床加工零 件表面，其加工精度高，表面质量好，生产效率高。工具曲线磨床的磨削方法是将被磨削的工件形状分成若 干圆弧与直线，然后分段进行磨削；光学曲线磨床是利用光学投影放大系统将工件放大映像到屏幕上，与夹在屏幕 上的工件放大图对照，加工时操作砂轮，将越过图线的余量磨去，直至物像的轮廓与图线全部重合为止。 图3.41所示为光学曲线磨床。它主要由床身、坐标工作 台、砂轮架、光屏组成。 返回 返回坐标工作台用于固定工件，可做纵向、横向移动和垂 直方向的升降。 砂轮架用来安装砂轮，它能做纵向和横向手动送进，可绕垂直轴旋转一定角度以便将砂轮斜置进行磨削，如图 3.42所示。砂轮除作旋转运动外，还可沿砂轮架上的垂直导轨做往复运动，其行程可在一定范围内调整。为了对非 垂直表面进行磨削，垂直导轨可沿砂轮架上的弧形导轨进行调整，使砂轮的往复运动与垂直方向成一定角度。 光学曲线磨床的光学投影放大系统原理如图3.43所示。光线从机床的下部光源1射出，通过砂轮3和工件2，将两 者的影像射入物镜，经过棱镜和平面镜的反射，可在光屏上得到放大的影像。将该影像与光屏上的工件放大图进行 比较。由于工件留有加工余量，放大影像轮廓将超出光屏上的放大图形。操作者即根据两者的比较结果操纵砂轮架， 做纵、横向运动，使砂轮与工件的切点沿着工件被磨削轮廓线将加工余量磨去，完成仿形加工。 返回 对于光屏尺寸500mm500mm，放大50倍的光学投影放大系统，一次所能看到的投影区域范围为10mm10mm。 当磨削的工件轮廓超出10mm10mm时，应将被磨削表面的轮廓分段，如图3.44(a)所示。把每段曲线放大50倍绘图， 如图3.44(b)所示。为了保证加工精度，放大图应绘制准确，其偏差不大于0.5mm，图线粗细为0.1mm~0.2mm。 返回 返回 返回 磨削时先按放大图磨出曲线1-2所对应的工件轮廓。由于放大图上曲线1-2的终点2和2-3的起点所对应的都 是工件上的同一点。点2在两段放大图上具有相同的纵坐标，沿水平方向两者却相距500mm，所以在磨完1-2 段的形状后，必须借助量块和百分表使工作台向左移动10mm，将工件上的分段点2移到放大图2-3段起点上， 以便按2-3段的放大图磨削工件。如此逐段将工件的整 个形状磨出。在按工件轮廓分段绘制放大图时，对放大50倍的光 学放大系统，其分段长度不能超过10mm。