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[摘要]：为了更好、更有效地提高模具类产品的加工精度，提升精密模具制造品质，本论文将以CNC坐标磨床的模具加工为基础，来解析在该数控机床的加工工程中如何有效的来提高专业加工制造精密医疗用品模具、精密多型腔模具、精密叠层模具等精密模具等的零件精度。
[关键词]：CNC坐标磨床 模具加工 零件精度
中图分类号：TG58 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X（2012）12- 0220 -01
1 引 言
坐标磨床是以消除材料的热处理变形为目的发展起来的高精密机床，通常采用超硬磨料磨具，应用高速、高效、高精度磨削新工艺，是现代精密加工、超精密加工最有效的关键设备。其特征是：坐标磨床二坐标工作台系统（精密坐标系+精密坐标测量系统）+高精度坐标磨削系统，对高硬度、淬硬钢等材料进行磨削。它可以磨削位置精度和尺寸精度很高的孔，以及各种精密轮廓形状。
CNC坐标磨削系统与一般磨床不同，特别是工件不转、磨削运动和圆周走刀运动由磨头的公转和自转完成，上下走刀运动由磨头套筒上下冲程运动完成。磨头是执行坐标磨床主运动——磨削运动的部件。磨头按驱动方式有高频电动磨头和空气透平磨头两种。
2 CNC坐标磨床主要加工对象与特点
总体来看，CNC坐标磨床主要可以磨削诸如：圆孔（直孔、小孔、锥孔、盲孔等）、平面、方孔、圆弧、各类槽、球面、极坐标孔、空间极坐标孔、精密内、外轮廓等十余种磨削工。另外，如果给该数控磨床添加上磨锥机构、各种附件和数控技术后，坐标磨床的应用范围将会有很大的扩展，可以用来磨削工件的形状几乎没有限制，特别适用于加工形状特别复杂和精度很高的各类模具和各种精密机械零件。
该CNC坐标磨床在加工模具方面主要有以下特点：①可实现高速加工。该数控机床加工时最小进给量可达0.0001mm，分辨率可达0.00001mm，定位精度全程为0.002mm；②可实现高精度加工。该机床在精度檢测方面使用的是采用GE/FANUC六轴（X、Y、Z、U、W、C）四联动全闭环数控系统，该系统检测精度非常高，再加之该机床具有MSS、Auto-Size多功能测量系统，这些措施完全可以保证最终的高加工精度。③另外该数控磨床采用超硬磨料磨具，如CBN砂轮等；④最后就是该数控磨床在设计制造时，本身就具有高刚度、良好的抗震性、抗热稳定性等优良性能。所有上述这些都为CNC坐标磨床进行高精密、复杂化加工创造了很好的条件。
如此高性能的CNC坐标磨床，如果再配上世界顶尖级的精确度读至小数点后三位数（取μm级）的电子测量工具，还有量块和针规也精确到祄级。如此配套的高精密机床和量具可直接制造超精密的半导体成型模具，也为制造精密模具和超精密模具提供了强有力的保障
CNC坐标磨床属高精密数控机床，对高精密的机床应该有严格的加工工艺规范及维护使用方案。为此，应根据CNC坐标磨床的性能结合精密塑胶模具制作加工的特性，专门制定了与之相匹配的《坐标磨床加工工艺规范》和《坐标磨床使用维护和程序编写》文件指引和规范加工，并应指定专职的工艺工程师跟进相关技术细节和归纳总结经验。
3 CNC坐标磨床磨削加工工作原理
首先，当磨削一个孔时，砂轮的工作边将偏离行星主轴轴心线一个工件半径值，在磨削过程中砂轮除了本身的转动外，还必须绕行星主轴进行公转。同时，还要在磨削过程中扩大偏心量，进行微量进给，用这种方式来得到孔的精细控制。其次，在平面磨削时，行星主轴一般是不转的，而工作台沿着X向或Y向移动来实现。而砂轮的进给仍用扩大偏心半径，进行微量进给。再次，在轮廓磨削中，CNC坐标磨床是采用点位控制式（也称定点磨削），即利用X、Y坐标的移动使行星主轴中心与工件上圆弧半径的圆心重合，并用行星主轴下端的偏心滑板来微量进给控制半径尺寸。连续轨迹数控坐标磨上，则用范成法进行磨削。最后，在锥孔磨削中，采用组合式径向进给与垂直走刀搭配加工。
4 CNC坐标磨床的磨削技术要领
在使用CNC坐标磨床进行模具的磨削加工时，我们必须要了解和掌握其技术要领。①磨削过程比其它切削加工过程复杂，磨粒的切削过程包括滑擦、耕犁、切削三种状态。砂轮磨削过程由火花切入、稳定磨削和去火花清磨三个阶段组成；②磨削过程中的弹性变形和塑性变形较大，是其他切削加工法较少见的。它直接影响着加工工件的尺寸精度、粗糙度、磨削热、表面质量和磨削效率。使用中必须了解弹性区转变为塑性区和塑性区转变为切削区的临界条件；③与一般的切削加工相比，一般切削加工中切向力比法向力大得多，而磨削中的特点是法向力约为切向力的2～4倍，磨削系统刚度对其影响很大。磨削力由切削力和摩擦力两部分组成。粗磨时，以切削力为主，精磨时则以摩擦力为主；④磨削是一种耗能的加工方法，比其它加工方法大20倍。必须注意磨削热和增加温度的因素对加工的影响；⑤精磨时要保证零件的尺寸、圆度和轮廓精度。（A）要使零件圆度提高，首先毛坯不能有过大的圆度和同轴度误差。（B）为了保证加工工件的最终尺寸精度和粗糙度，要注意磨削力的变化，新旧砂轮更换时会大大增加其不稳定性，为此，需要经常更换砂轮并减少砂轮磨削工件的数目。（C）凸轮轮廓等曲线形状磨削时，在凸轮凹凸处的砂轮工件接触区轨迹的变化，都会导致磨削力的变化，致使磨削产生不稳定，形成形状误差。在凸轮磨床上很难控制，而在坐标磨床上用插磨法和控制工作台成形运动的方法，便可以大大减少上述因素的影响，从而提高加工精度，这也是用坐标磨加工成形模具的优点之一。
5 CNC坐标磨床几种常用的磨削方式
该坐标磨削的方式一般有径向进给式磨削、切入式磨削和插磨法磨削。首先，径向进给磨削是利用砂轮的圆周面进行磨削，进给时每次砂轮沿着偏心半径的方向相对于工件作少量的移动，容易掌握，应用最广泛。其次，切入式磨削是利用砂轮的端面来进行，进给时砂轮沿轴向进给。由于热量和切屑不易排出，磨削条件恶劣，故一般不采用这种方式；最后，插磨法磨削在磨轮快速上下移动的同时，围绕着被磨零件的轮廓进行磨削。它的特点是可以采用较大的切削深度而产生的热量较小，同时其对砂轮的跳动要求比较低，故特别适用于在利用喷镀砂轮来进行磨削轮廓的场合。
结束语：
在掌握了坐标磨床的基本性能和功能后，在相关技术部门的协助和指导下，成功地制造出了一批批国际顶尖级的精密模具和超精密模具，并帮助ASM公司制造出孔径和孔距精度在0.002mm范围内的半导体超精密模板等。从实践中发现，CNC坐标磨床加工的精确度和光洁度是任何机床无法比拟的。而且CNC坐标磨床加工出来的定位装配孔和槽，经反复的装配与拆卸不会擦伤和烧伤，这是现今任何机床所无法替代的顶尖潮流工艺。
参考文献：
[1]吴泊良 梁庆 雷日扬编著.模具机械加工工艺分析与操作案例.化学工业出版社.2007-9-1
[2].王敏杰等主编.中国模具工程大典.电子工业出版社.2007-8-1
[3]赵鸿 于世超编著.现代刀具与数控磨削技术.机械工业出版社.2009-10-1
[4]黄云 黄智编著.现代砂带磨削技术及工程应用.重庆大学出版社.2009-6-1
作者简介： 李振华（1977- ），男，中共党员，河南新乡，学士学位，高校讲师，在新乡职业技术学院从事专业教学和科研工作十余年，已发表论文10余篇，主要研究方向是：高效机械加工及其自动化。
[关键词]：CNC坐标磨床 模具加工 零件精度
中图分类号：TG58 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X（2012）12- 0220 -01
1 引 言
坐标磨床是以消除材料的热处理变形为目的发展起来的高精密机床，通常采用超硬磨料磨具，应用高速、高效、高精度磨削新工艺，是现代精密加工、超精密加工最有效的关键设备。其特征是：坐标磨床二坐标工作台系统（精密坐标系+精密坐标测量系统）+高精度坐标磨削系统，对高硬度、淬硬钢等材料进行磨削。它可以磨削位置精度和尺寸精度很高的孔，以及各种精密轮廓形状。
CNC坐标磨削系统与一般磨床不同，特别是工件不转、磨削运动和圆周走刀运动由磨头的公转和自转完成，上下走刀运动由磨头套筒上下冲程运动完成。磨头是执行坐标磨床主运动——磨削运动的部件。磨头按驱动方式有高频电动磨头和空气透平磨头两种。
2 CNC坐标磨床主要加工对象与特点
总体来看，CNC坐标磨床主要可以磨削诸如：圆孔（直孔、小孔、锥孔、盲孔等）、平面、方孔、圆弧、各类槽、球面、极坐标孔、空间极坐标孔、精密内、外轮廓等十余种磨削工。另外，如果给该数控磨床添加上磨锥机构、各种附件和数控技术后，坐标磨床的应用范围将会有很大的扩展，可以用来磨削工件的形状几乎没有限制，特别适用于加工形状特别复杂和精度很高的各类模具和各种精密机械零件。
该CNC坐标磨床在加工模具方面主要有以下特点：①可实现高速加工。该数控机床加工时最小进给量可达0.0001mm，分辨率可达0.00001mm，定位精度全程为0.002mm；②可实现高精度加工。该机床在精度檢测方面使用的是采用GE/FANUC六轴（X、Y、Z、U、W、C）四联动全闭环数控系统，该系统检测精度非常高，再加之该机床具有MSS、Auto-Size多功能测量系统，这些措施完全可以保证最终的高加工精度。③另外该数控磨床采用超硬磨料磨具，如CBN砂轮等；④最后就是该数控磨床在设计制造时，本身就具有高刚度、良好的抗震性、抗热稳定性等优良性能。所有上述这些都为CNC坐标磨床进行高精密、复杂化加工创造了很好的条件。
如此高性能的CNC坐标磨床，如果再配上世界顶尖级的精确度读至小数点后三位数（取μm级）的电子测量工具，还有量块和针规也精确到祄级。如此配套的高精密机床和量具可直接制造超精密的半导体成型模具，也为制造精密模具和超精密模具提供了强有力的保障
CNC坐标磨床属高精密数控机床，对高精密的机床应该有严格的加工工艺规范及维护使用方案。为此，应根据CNC坐标磨床的性能结合精密塑胶模具制作加工的特性，专门制定了与之相匹配的《坐标磨床加工工艺规范》和《坐标磨床使用维护和程序编写》文件指引和规范加工，并应指定专职的工艺工程师跟进相关技术细节和归纳总结经验。
3 CNC坐标磨床磨削加工工作原理
首先，当磨削一个孔时，砂轮的工作边将偏离行星主轴轴心线一个工件半径值，在磨削过程中砂轮除了本身的转动外，还必须绕行星主轴进行公转。同时，还要在磨削过程中扩大偏心量，进行微量进给，用这种方式来得到孔的精细控制。其次，在平面磨削时，行星主轴一般是不转的，而工作台沿着X向或Y向移动来实现。而砂轮的进给仍用扩大偏心半径，进行微量进给。再次，在轮廓磨削中，CNC坐标磨床是采用点位控制式（也称定点磨削），即利用X、Y坐标的移动使行星主轴中心与工件上圆弧半径的圆心重合，并用行星主轴下端的偏心滑板来微量进给控制半径尺寸。连续轨迹数控坐标磨上，则用范成法进行磨削。最后，在锥孔磨削中，采用组合式径向进给与垂直走刀搭配加工。
4 CNC坐标磨床的磨削技术要领
在使用CNC坐标磨床进行模具的磨削加工时，我们必须要了解和掌握其技术要领。①磨削过程比其它切削加工过程复杂，磨粒的切削过程包括滑擦、耕犁、切削三种状态。砂轮磨削过程由火花切入、稳定磨削和去火花清磨三个阶段组成；②磨削过程中的弹性变形和塑性变形较大，是其他切削加工法较少见的。它直接影响着加工工件的尺寸精度、粗糙度、磨削热、表面质量和磨削效率。使用中必须了解弹性区转变为塑性区和塑性区转变为切削区的临界条件；③与一般的切削加工相比，一般切削加工中切向力比法向力大得多，而磨削中的特点是法向力约为切向力的2～4倍，磨削系统刚度对其影响很大。磨削力由切削力和摩擦力两部分组成。粗磨时，以切削力为主，精磨时则以摩擦力为主；④磨削是一种耗能的加工方法，比其它加工方法大20倍。必须注意磨削热和增加温度的因素对加工的影响；⑤精磨时要保证零件的尺寸、圆度和轮廓精度。（A）要使零件圆度提高，首先毛坯不能有过大的圆度和同轴度误差。（B）为了保证加工工件的最终尺寸精度和粗糙度，要注意磨削力的变化，新旧砂轮更换时会大大增加其不稳定性，为此，需要经常更换砂轮并减少砂轮磨削工件的数目。（C）凸轮轮廓等曲线形状磨削时，在凸轮凹凸处的砂轮工件接触区轨迹的变化，都会导致磨削力的变化，致使磨削产生不稳定，形成形状误差。在凸轮磨床上很难控制，而在坐标磨床上用插磨法和控制工作台成形运动的方法，便可以大大减少上述因素的影响，从而提高加工精度，这也是用坐标磨加工成形模具的优点之一。
5 CNC坐标磨床几种常用的磨削方式
该坐标磨削的方式一般有径向进给式磨削、切入式磨削和插磨法磨削。首先，径向进给磨削是利用砂轮的圆周面进行磨削，进给时每次砂轮沿着偏心半径的方向相对于工件作少量的移动，容易掌握，应用最广泛。其次，切入式磨削是利用砂轮的端面来进行，进给时砂轮沿轴向进给。由于热量和切屑不易排出，磨削条件恶劣，故一般不采用这种方式；最后，插磨法磨削在磨轮快速上下移动的同时，围绕着被磨零件的轮廓进行磨削。它的特点是可以采用较大的切削深度而产生的热量较小，同时其对砂轮的跳动要求比较低，故特别适用于在利用喷镀砂轮来进行磨削轮廓的场合。
结束语：
在掌握了坐标磨床的基本性能和功能后，在相关技术部门的协助和指导下，成功地制造出了一批批国际顶尖级的精密模具和超精密模具，并帮助ASM公司制造出孔径和孔距精度在0.002mm范围内的半导体超精密模板等。从实践中发现，CNC坐标磨床加工的精确度和光洁度是任何机床无法比拟的。而且CNC坐标磨床加工出来的定位装配孔和槽，经反复的装配与拆卸不会擦伤和烧伤，这是现今任何机床所无法替代的顶尖潮流工艺。
参考文献：
[1]吴泊良 梁庆 雷日扬编著.模具机械加工工艺分析与操作案例.化学工业出版社.2007-9-1
[2].王敏杰等主编.中国模具工程大典.电子工业出版社.2007-8-1
[3]赵鸿 于世超编著.现代刀具与数控磨削技术.机械工业出版社.2009-10-1
[4]黄云 黄智编著.现代砂带磨削技术及工程应用.重庆大学出版社.2009-6-1
作者简介： 李振华（1977- ），男，中共党员，河南新乡，学士学位，高校讲师，在新乡职业技术学院从事专业教学和科研工作十余年，已发表论文10余篇，主要研究方向是：高效机械加工及其自动化。