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1、模具制造工艺学模具制造工艺学 1.2 1.2 仿形加工仿形加工主讲：仇学青主讲：仇学青Email：TEL:13626389636 仿形加工是以预先制成的靠模为依据，加工时仿形加工是以预先制成的靠模为依据，加工时在一定的压力作用下，触头与靠模工作表面紧密接触，在一定的压力作用下，触头与靠模工作表面紧密接触，并沿其表面移动，使刀具作同步仿形动作，从而在零件并沿其表面移动，使刀具作同步仿形动作，从而在零件毛坯上加工出与靠模相同型面的零件。常用的仿形加工毛坯上加工出与靠模相同型面的零件。常用的仿形加工有：仿形车削、仿形铣削、仿形刨削、仿形磨削、雕刻有：仿形车削、仿形铣削、仿形刨削、仿形磨削、雕刻加工。
2、仿形运动可分为加工。仿形运动可分为平面仿形和立体仿形平面仿形和立体仿形等。仿形机等。仿形机床的加工精度因床的加工精度因切削用量不同而异，一般在切削用量不同而异，一般在0.10.10.030.03毫米范围内毫米范围内,表面粗糙度一般为表面粗糙度一般为R Ra5a51.251.25微米。微米。15781578年，法国的年，法国的J.J.贝松首次用仿形法加工木制装饰品贝松首次用仿形法加工木制装饰品和螺纹。此后机械仿形的机床随之出现，至和螺纹。此后机械仿形的机床随之出现，至1919世纪得到推世纪得到推广。广。2020世纪初出现了带电气机械随动系统的仿形机床。世纪初出现了带电气机械随动系统的仿形机床。1
3、9231923年开始生产电接触仿形铣床。年开始生产电接触仿形铣床。3030年代，瑞士、德国和年代，瑞士、德国和美国等相继生产了液压仿形装置，后经一系列改进。到美国等相继生产了液压仿形装置，后经一系列改进。到5050年代年代,液压仿形机床增加很快。液压仿形机床增加很快。7070年代以后年代以后,由于电子技术由于电子技术和数字控制机床发展较快，仿形机床逐步减少。和数字控制机床发展较快，仿形机床逐步减少。1.2 仿形加工仿形加工12/12/202221.2 仿形加工仿形加工1.2.1 1.2.1 仿形加工原理与控制形式仿形加工原理与控制形式1.2.2 1.2.2 仿形车削仿形车削1.2.3 1.2.
4、3 仿形铣削仿形铣削1.2.4 1.2.4 仿仿形刨削形刨削1.2.5 1.2.5 雕刻加工雕刻加工12/12/202231.2.1 仿形加工原理与控制形式仿形加工原理与控制形式根据靠模触头传递信息的形式和机床进给传根据靠模触头传递信息的形式和机床进给传动控制方式的不同进行分类：动控制方式的不同进行分类：机械式机械式 液压式液压式电控式电控式 电液式电液式光电式光电式12/12/20224一、机械式一、机械式12/12/20225一、机械式一、机械式 机械式仿形的触头机械式仿形的触头与刀具之间与刀具之间刚性连接刚性连接，实，实现同步现同步仿形加工仿形加工。仿形触头始终与靠仿形触头始终与靠模连接
5、，沿其表面移动，模连接，沿其表面移动，并传递给铣刀，铣刀对工并传递给铣刀，铣刀对工件切削，实现仿形。件切削，实现仿形。S1S1产生的进给是主产生的进给是主进给运动，进给运动，S2S2产生的进产生的进给，叫做随动进给运动。给，叫做随动进给运动。12/12/20226一、机械式一、机械式 对于空间轮廓仿真，对于空间轮廓仿真，则需要三个方向的进给则需要三个方向的进给运动配合。运动配合。其中其中S1S1、S3S3为主进为主进给运动，给运动，S2S2为随动进给。为随动进给。12/12/20227一、机械式一、机械式12/12/20228一、机械式一、机械式特点：特点：采用机械式仿形加工工件采用机械式仿形
6、加工工件时，由于靠模与仿形触头之间有较大的时，由于靠模与仿形触头之间有较大的作用力，又有相对运动，因而容易引起作用力，又有相对运动，因而容易引起两构件工作面的磨损，而且加工过程中，两构件工作面的磨损，而且加工过程中，仿形触头以及起刚性连接的中间装置需仿形触头以及起刚性连接的中间装置需要传递很大的力，会产生一定的弹性甚要传递很大的力，会产生一定的弹性甚至塑性变形。所以至塑性变形。所以机械式仿形加工的精机械式仿形加工的精度较低，不适宜加工精度要求高的零件。度较低，不适宜加工精度要求高的零件。12/12/20229二、液压式二、液压式 液压式液压式仿形式仿形式利用液压油作为介利用液压油作为介质来传递
7、运动信息质来传递运动信息和动力的。和动力的。仿形车削时，仿形车削时，车刀纵向进给，仿车刀纵向进给，仿形触头沿着靠模型形触头沿着靠模型面移动，并产生横面移动，并产生横向运动。使液压系向运动。使液压系统工作，推活塞杆统工作，推活塞杆移动，使中拖板和移动，使中拖板和车刀作相应的进给车刀作相应的进给运动，实现仿形车运动，实现仿形车削。削。12/12/202210二、液压式二、液压式特点：特点：液压仿形具有结构简液压仿形具有结构简单，体积小而输出功率大，工作适单，体积小而输出功率大，工作适应性强，动作灵敏度高等优点。且应性强，动作灵敏度高等优点。且液压仿形装置没有传动间隙存在，液压仿形装置没有传动间隙存
8、在，因而其仿形精度要比机械式仿形精因而其仿形精度要比机械式仿形精度高，一般在度高，一般在0.020.1mm0.020.1mm。仿形触。仿形触头压力约为头压力约为610N610N。12/12/202211 图1.18 电控仿形车削示意图1工件；2车刀；3电气控制系统；4靠模；5仿形触头；6信号放大系统三、电控式三、电控式 电控式仿形是以电信号传递仿形信电控式仿形是以电信号传递仿形信息，利用伺服系统带动刀具作仿形运动。息，利用伺服系统带动刀具作仿形运动。特点：系统结构紧凑，传递信号快、准确、灵特点：系统结构紧凑，传递信号快、准确、灵敏度高、仿形触头压力小（敏度高、仿形触头压力小（16N16N）、易
9、于实现远距离控）、易于实现远距离控制，并可用计算机及其构成多工序连续控制的仿形加工制，并可用计算机及其构成多工序连续控制的仿形加工系统，电控式仿形精度可达系统，电控式仿形精度可达0.010.03mm0.010.03mm12/12/202212四、电液式四、电液式 电液式仿形是以电传感器来传递仿形信电液式仿形是以电传感器来传递仿形信号，利用液压力作为动力进行仿形加工的。号，利用液压力作为动力进行仿形加工的。仿形加工时，电传感器得到的电信号经过电仿形加工时，电传感器得到的电信号经过电-液转换液转换机构机构(电液伺服阀电液伺服阀)，使液压缸或液压电动机，使液压缸或液压电动机(也称液压马也称液压马达达
10、)等液压执行机构驱动工作台作相应的伺服运动。等液压执行机构驱动工作台作相应的伺服运动。为了得到较高的加工精度，要求电液伺服阀的启动、为了得到较高的加工精度，要求电液伺服阀的启动、换向、停止等动作灵敏、准确，并且有较大的功率放大换向、停止等动作灵敏、准确，并且有较大的功率放大倍数，这种系统的仿形触头压力约为倍数，这种系统的仿形触头压力约为1 16 N6 N。12/12/2022131.2.2 仿形仿形车削车削 用途用途：主要用于形状复杂的旋转曲面如凸轮、主要用于形状复杂的旋转曲面如凸轮、手柄、凸模、凹模型腔或型孔等的成形表面的加工。手柄、凸模、凹模型腔或型孔等的成形表面的加工。仿形车削加工设备仿
11、形车削加工设备装有仿形装置的通用车床装有仿形装置的通用车床专用仿形车床专用仿形车床12/12/20221412/12/2022151.2.2 仿形仿形车削车削仿形车削是仿形车削是平面轮廓仿形平面轮廓仿形，需要两个方向的进给运动。，需要两个方向的进给运动。一般仿形装置是使车刀在纵向进给的同时，又使车刀一般仿形装置是使车刀在纵向进给的同时，又使车刀按照预定的轨迹横向运动，通过纵向与横向的运动合按照预定的轨迹横向运动，通过纵向与横向的运动合成，完成复杂旋转曲面的内、外形面加工。成，完成复杂旋转曲面的内、外形面加工。根据靠模样板在车床根据靠模样板在车床上的安装位置不同上的安装位置不同靠板靠模仿形靠板靠
12、模仿形尾座靠模仿形尾座靠模仿形12/12/2022161.2.2 仿形仿形车削车削靠板靠模仿行靠板靠模仿行加工过程加工过程1 1工件；工件；2 2靠模板；靠模板；3 3滚柱；滚柱；4 4连接板；连接板；5 5刀具；刀具；车削时，当床鞍作纵向车削时，当床鞍作纵向进给运动，滚柱在靠模进给运动，滚柱在靠模板的型槽内移动，通过板的型槽内移动，通过连接板带动刀具连接板带动刀具5 5作横作横向运动，刀具的纵向、向运动，刀具的纵向、横向运动合成完成仿形横向运动合成完成仿形车削加工。车削加工。12/12/2022171.2.2 仿形仿形车削车削12/12/2022181.2.2 仿形仿形车削车削尾座靠模仿形尾
13、座靠模仿形6 6工件；工件；7 7板架；板架；8 8刀杆；刀杆；9 9靠模；靠模；1010靠模支架靠模支架 车削时，中车削时，中拖板作横向进给运动，拖板作横向进给运动，刀杆在靠模作用下产刀杆在靠模作用下产生纵向运动，完成仿生纵向运动，完成仿形车削加工。这种方形车削加工。这种方法适用于法适用于端面仿形车端面仿形车削削。12/12/2022191.2.2 仿形仿形车削车削靠模选用要求靠模选用要求材料：材料：3 35 mm5 mm厚的钢板或硬铝板制造。有些靠模与触厚的钢板或硬铝板制造。有些靠模与触头间作用压力小的靠模可以选用硬木、铝材或环氧树头间作用压力小的靠模可以选用硬木、铝材或环氧树脂制造，其型
14、面的形状、尺寸与模具零件的形状、尺脂制造，其型面的形状、尺寸与模具零件的形状、尺寸须一致。寸须一致。车削条件：一般用于精加工工序，在仿形车削之前，车削条件：一般用于精加工工序，在仿形车削之前，应先将毛坯粗车成形，留较小的仿形车削余量应先将毛坯粗车成形，留较小的仿形车削余量(一般不一般不大于大于2.5 mm)2.5 mm)，在仿形车削精加工之后，需经抛光等加，在仿形车削精加工之后，需经抛光等加工。工。12/12/2022201.2.3 仿形仿形铣削铣削 仿形铣削主要用于加工仿形铣削主要用于加工非旋转体的复杂的成型非旋转体的复杂的成型表面的零件表面的零件，如凸轮、凸轮轴、螺旋浆叶片、锻模、，如凸轮
15、、凸轮轴、螺旋浆叶片、锻模、冷冲模的成形或型腔表面等。冷冲模的成形或型腔表面等。仿形铣削可以在普通立式铣床上安装仿形装置仿形铣削可以在普通立式铣床上安装仿形装置来实现，也可以在仿形铣床上进行。来实现，也可以在仿形铣床上进行。12/12/202221一、立式铣床上的仿形铣削一、立式铣床上的仿形铣削 在普通立式铣床上应用仿形装置进行在普通立式铣床上应用仿形装置进行平平面轮廓仿形铣削，面轮廓仿形铣削，只需要将与工件成形表面形状只需要将与工件成形表面形状相同或相似的靠模板与工件一起固定在工作台上，相同或相似的靠模板与工件一起固定在工作台上，即可进行成形铣削。即可进行成形铣削。样板、垫板和凹模一样板、垫
16、板和凹模一起安装在铣床工作台上。起安装在铣床工作台上。在指状铣刀的刀柄上在指状铣刀的刀柄上部装一个淬硬的滚轮。部装一个淬硬的滚轮。加工时，铣床工作台加工时，铣床工作台移动，滚轮始终与样板接触，移动，滚轮始终与样板接触，沿着样板的型面作轮廓运动。沿着样板的型面作轮廓运动。12/12/202222二、在仿形铣床上仿形铣削二、在仿形铣床上仿形铣削 在成批或大量生产在成批或大量生产中，平面轮廓仿形铣削最中，平面轮廓仿形铣削最好采用平面仿形铣床进行好采用平面仿形铣床进行以满足成形表面加工精度以满足成形表面加工精度和生产率的要求。常用的和生产率的要求。常用的平面仿形铣床有平面仿形铣床有双轴靠模双轴靠模铣床
17、铣床。在仿形铣床上加工在仿形铣床上加工工件时，必须先做好和零工件时，必须先做好和零件形状相同或相似的靠模件形状相同或相似的靠模板或靠模。板或靠模。平面轮廓平面轮廓12/12/202223二、在仿形铣床上仿形铣削二、在仿形铣床上仿形铣削三维轮廓：立体仿形铣床三维轮廓：立体仿形铣床12/12/202224二、在仿形铣床上仿形铣削二、在仿形铣床上仿形铣削 工作台横向进给，工作台横向进给，装有支架，安装靠模和装有支架，安装靠模和工件。工件。主轴箱水平运动、主轴箱水平运动、上下垂直运动。上下垂直运动。主轴箱上有铣刀和主轴箱上有铣刀和靠模销。靠模销。铣刀对工件三个方铣刀对工件三个方向的进给，可以加工出向的
18、进给，可以加工出立体表面。立体表面。12/12/202225二、在仿形铣床上仿形铣削二、在仿形铣床上仿形铣削 铣削时，靠模销始终铣削时，靠模销始终和靠模表面接触，由于靠和靠模表面接触，由于靠模表面的形状不同，这就模表面的形状不同，这就使靠模销产生轴间移动，使靠模销产生轴间移动，从而发出信号，此信号经从而发出信号，此信号经过传感器变成电信号，经过传感器变成电信号，经机床的随动系统放大后，机床的随动系统放大后，来控制随动运动电动机，来控制随动运动电动机，由丝杆带动铣刀跟随着靠由丝杆带动铣刀跟随着靠模销作相应的轴向移动。模销作相应的轴向移动。从而使铣刀铣削出和靠模从而使铣刀铣削出和靠模表面一致的成形
19、表面。表面一致的成形表面。12/12/202226二、在仿形铣床上仿形铣削二、在仿形铣床上仿形铣削 仿形铣削因铣床不同，其铣削方式存在差异，但其切削运动路线有三种基本方式：12/12/202227二、在仿形铣床上仿形铣削二、在仿形铣床上仿形铣削仿形铣削铣刀的选择：（根据加工表面形状来确定）仿形铣削铣刀的选择：（根据加工表面形状来确定）加工平面轮廓型槽，可选用端头为平面的圆柱加工平面轮廓型槽，可选用端头为平面的圆柱立铣刀；立铣刀；加工立体型槽时，为得到工件全部曲面形状，加工立体型槽时，为得到工件全部曲面形状，应选用锥形球头铣刀，铣刀端头的圆弧半径必须小于应选用锥形球头铣刀，铣刀端头的圆弧半径必须
20、小于工件的内圆弧最小半径，锥形铣刀的倾角应小于被加工件的内圆弧最小半径，锥形铣刀的倾角应小于被加工表面的倾角。工表面的倾角。12/12/202228在仿形加工中，要求靠模销与靠模型面或型槽相适应。靠在仿形加工中，要求靠模销与靠模型面或型槽相适应。靠模销的倾斜角模销的倾斜角应小于靠模工作面的最小斜角应小于靠模工作面的最小斜角。靠模销端头的圆弧半径靠模销端头的圆弧半径R R应小于靠模工作面的最小半径应小于靠模工作面的最小半径r r，如图如图1.251.25所示，否则将造成加工误差。所示，否则将造成加工误差。二、在仿形铣床上仿形铣削二、在仿形铣床上仿形铣削12/12/202229二、在仿形铣床上仿形
21、铣削二、在仿形铣床上仿形铣削加工精度：加工精度：仿形铣床加工成形表面的生产率较高，铣削精仿形铣床加工成形表面的生产率较高，铣削精度较高可达度较高可达0.01 mm0.01 mm，表面粗糙度，表面粗糙度RaRa达达1.61.60.4 m0.4 m，但是工件加工表面并不十分平滑，会留有刀痕。因，但是工件加工表面并不十分平滑，会留有刀痕。因此，此，铣削后仍需要钳工修整铣削后仍需要钳工修整。12/12/2022301.2.4 仿形仿形刨削刨削 仿形刨削在仿形刨床上进行。仿形刨床仿形刨削在仿形刨床上进行。仿形刨床又称刨模机、冲头刨床，用于加工由直线和又称刨模机、冲头刨床，用于加工由直线和圆弧组成的各种形
22、状复杂的零件或凸模。圆弧组成的各种形状复杂的零件或凸模。刨床的刨削加工内容刨床的刨削加工内容模具零件外形加工模具零件外形加工局部圆弧面加工局部圆弧面加工牛头刨床牛头刨床：中小型零件：中小型零件 龙门刨床：大型零件龙门刨床：大型零件 刨削刨削加工的精度加工的精度尺寸精度尺寸精度 IT10IT10表面粗糙度表面粗糙度 Ra1.6Ra1.60.4 0.4 m m刨削加工刨削加工12/12/2022311.2.4 仿形仿形刨削刨削 毛坯需要毛坯需要进行车削、铣削、进行车削、铣削、刨削等预加工。刨削等预加工。然后在凸然后在凸模的端面上划出模的端面上划出凸模轮廓线。凸模轮廓线。再到铣床再到铣床上按线加工出
23、凸上按线加工出凸模粗轮廓。模粗轮廓。最后用仿最后用仿形刨床进行精加形刨床进行精加工。工。12/12/2022321.2.4 仿形仿形刨削刨削 加工时，利用刨刀的切加工时，利用刨刀的切削运动和凸模毛坯的纵向、横向削运动和凸模毛坯的纵向、横向送进和旋转，即可加工出各种复送进和旋转，即可加工出各种复杂形状的凸模。杂形状的凸模。加工圆弧时，必须使凸加工圆弧时，必须使凸模上的圆弧中心与卡盘中心重合。模上的圆弧中心与卡盘中心重合。仿形刨削的原理仿形刨削的原理：在仿形刨床上在仿形刨床上“仿形仿形”精加工凸模是指工件与刀具间形精加工凸模是指工件与刀具间形成母线的相对运动关系是根据工成母线的相对运动关系是根据工
24、件划出的图线来进行调整的。件划出的图线来进行调整的。12/12/2022331.2.4 仿形仿形刨削刨削 仿形刨床上的刨刀除了作垂直向下的直线切削仿形刨床上的刨刀除了作垂直向下的直线切削运动外，切削到达模具根部时，还能作摆动切削使凸运动外，切削到达模具根部时，还能作摆动切削使凸模根部刨出一段圆弧。因此，采用仿形刨床加工凸模模根部刨出一段圆弧。因此，采用仿形刨床加工凸模时，时，其根部应设计成圆弧，凸模的固定部分则设计成其根部应设计成圆弧，凸模的固定部分则设计成圆形或者方形，则可增加凸模的刚性，也便于制造。圆形或者方形，则可增加凸模的刚性，也便于制造。12/12/2022341.2.5 雕刻加工雕
25、刻加工 雕刻加工是对零件、模具型腔表面或型面上的图案花纹、文字和数字的加工。雕刻加工不是直接作用式机械仿形加工，而是通过缩放尺进行仿形的。雕刻加工是在雕刻机上进行的。雕刻机是用于加工文字、数字、刻度以及各种凹凸图案花纹的专用机床，它也可以用于小型模具型腔的加工。12/12/2022351.2.5 雕刻加工雕刻加工 雕刻机按其加工表面的类型可分为两种：一种是主要用于雕刻平面上文字、数字和图案的平面雕刻机；另一种是立体雕刻机，它除了可以进行平面雕刻外，还可以进行小型模具的三维立体型的雕刻。雕刻加工时，以手动或数控方式使仿形触头沿着靠模表面移动，通过缩放尺使用刀具在工件表面上作仿形切削。缩放尺的比例是可调的，根据加工需要，可将靠模与工件尺寸的比例放大或缩小，缩放比为1或几分之一。靠模的放大率越大，雕刻的花纹越细致，精度越高。12/12/2022361.2.5 雕刻加工雕刻加工12/12/2022371.2.5 雕刻加工雕刻加工图图1.29 雕刻机的缩放尺结构雕刻机的缩放尺结构12/12/202238Thank You!