第4章数控铣床编程与操作(41-47)

第4章数控铣床编程与操作4.1数控铣床的主要功能与分类4.2数控铣床加工工艺分析4.3数控铣床BEIJING-FANUC0i-MB操作面板4.4F、S功能指令4.5数控铣床对刀方法实训4.6轮廓加工4.7孔系加工习题四4.1数控铣床的主要功能与分类数控铣床按其主轴位置的不同分三类：1、立式数控铣床2、卧式数控铣床3、立、卧两用数控铣床数控铣床从机床数控系统控制的坐标轴数量分:2.5坐标联动数控铣床、3坐标联动数控铣床、4坐标联动数控铣床和5坐标联动数控铣床等。1、立式数控铣床其主轴垂直于水平面。小型数控铣床一般都采用工作台移动、升降及主轴不动方式，与普通立式升降台铣床结构相似；中型数控铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式，且主轴沿垂直溜板上下运动；大型数控铣床因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术问题，往往采用龙门架移动方式，其主轴可以在龙门架的纵向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向移动，这类结构又称之为龙门数控铣床。图4-1各类数控铣床示意图2、卧式数控铣床其主轴平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4至5坐标加工。3、立、卧两用数控铣床它的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，其使用范围更广，功能更全，选择的加工对象和余地更大，给用户带来了很多方便，特别是当生产批量小，品种较多，又需要立、卧两种方式加工时，用户只需要一台这样的机床就行了。4、坐标轴联动数控铣床•（1）2.5坐标联动数控铣床机床只能进行X、Y、Z三个坐标中的任意2个坐标轴联动加工。•（2）3坐标联动数控铣床机床能进行X、Y、Z三个坐标轴联动加工。目前3坐标数控立式铣床仍占大多数。•（3）4坐标联动数控铣床机床主轴可以绕X、Y、Z三个坐标轴和其中一个轴作数控摆角运动。•（4）5坐标联动数控铣床机床主轴可以绕X、Y、Z三个坐标轴和其中两个轴作数控摆角运动。4.2数控铣床加工工艺分析4.2.1数控铣削刀具类型4.2.2数控铣削加工工艺分析4.2.1数控铣削刀具类型1、铣削用刀具（1）面铣刀（2）立铣刀（3）模具铣刀（4）键槽铣刀2、孔加工用刀具（1）数控钻头（2）扩孔刀具（3）铰刀（4）镗刀（5）螺纹刀具（6）复合（组合）孔加工数控刀具1、铣削用刀具（1）面铣刀（2）立铣刀（3）模具铣刀（4）键槽铣刀（1）面铣刀–面铣刀圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。可用于立式铣床或卧式铣床上加工面积较大的平面和台阶面。–硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高、加工效率高、加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。硬质合金面铣刀按刀片和刀齿安装方式的不同，可分为整体焊接式、机夹－焊接式和可转位式三种。图4－2常用硬质合金面铣刀的种类（2）立铣刀–立铣刀是数控铣床上用得最多的一种铣刀。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。主要用于加工凹槽、台阶面和小的平面。。–立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。立铣刀按端部切削刃的不同可分为过中心刃和不过中心刃两种。由于不过中心刃立铣刀端面中心处无切削刃，所以它不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。按螺旋角大小可分为30°、40°、60°等几种形式；按齿数可分为粗齿、中齿、细齿三种。图4－3高速钢立铣刀图4－4硬质合金立铣刀（3）模具铣刀–模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给，主要用于加工模具型腔和凸模成形表面，是加工金属模具型面的铣刀的通称。国家标准规定直径d=4～63mm。图4－5模具铣刀（4）键槽铣刀–键槽铣刀有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既象立铣刀，又像钻头，主要用于加工圆头封闭键槽。按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=2～22mm，锥柄键槽铣刀直径d=14～50mm，键槽铣刀直径的偏差有e8和d8两种。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的一小段长度内发生磨损，重磨时，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后铣刀直径不变。图4－6键槽铣刀2、孔加工用刀具（1）数控钻头（2）扩孔刀具（3）铰刀（4）镗刀（5）螺纹刀具（6）复合（组合）孔加工数控刀具（1）数控钻头–钻削加工中最常用的刀具为麻花钻，它是一种粗加工用刀具，其常用规格为φ0.1～80mm。按柄部形状分为直柄麻花钻和锥柄麻花钻；按制造材料分为高速钢麻花钻和硬质合金麻花钻。硬质合金麻花钻一般制成镶片焊接式，直径在φ5mm以下的硬质合金麻花钻通常制成整体式。如图4-7、4-8所示–在生产中采用多种措施修磨麻花钻的结构：把主切削刃修磨成折线刃或圆弧刃，以增长切削刃、提高钻尖寿命；把横刃修磨短，以减小轴向力，增大横刃的前角；修磨前刀面，增大钻心处的前角；修磨刃带，以减小其与已加工孔孔壁的摩擦；在主切削刃上开出分屑槽，以便于排屑等，就形成了一种新型的钻头，即群钻，如图4-9所示。图4－7高速钢麻花钻图4－8硬质合金钻削刀具图4－9标准型群钻的结构（2）扩孔刀具–扩孔是对已钻出、铸(锻)出或冲出的孔进行进一步加工，数控机床上扩孔多采用扩孔钻加工。扩孔钻的切削刃较多，一般为3～4个切削刃，切削导向性好；扩孔钻扩孔加工余量小，一般为2-4mm，扩孔钻主切削刃短，容屑槽较麻花钻小，刀体刚度好；没有横刃，切削时轴向力小。–扩孔钻切削部分的材料，分为高速钢和硬质合金两种。其刀柄部分结构，有整体直柄，主要用于直径小的扩孔钻；整体锥柄，主要用于中等直径的扩孔钻；套式，主要用于直径较大的扩孔钻。图4－10扩孔钻（3）铰刀–铰刀是对中小直径孔进行半精加工和精加工的刀具，刀具齿数多，槽底直径大、导向性及刚性好。铰削时，铰刀从工件的孔壁上切除微量的金属层，使被加工孔的精度和表面质量得到提高(一般可达到IT6～IT8、Ral.6～0.4mm)。在铰孔之前，被加工孔一般需经过钻孔或钻、扩孔加工。根据铰刀的结构不同，可以加工圆柱孔、圆锥孔；按制造材料分为高速钢铰刀（如图4－11所示）和硬质合金铰刀（如图4－12所示）。图4－11高速钢铰刀图4－12硬质合金铰刀（4）镗刀–镗刀用于加工机座、箱体、支架等外形复杂的大型零件上的直径较大的孔，特别是有位置精度要求的孔和孔系。镗刀的类型按切削刃数量可分为单刃镗刀、双刃镗刀和多刃镗刀；按工件的加工表面特征可分为通孔镗刀、盲孔镗刀、阶梯孔镗刀和端面镗刀；按刀具结构可分为整体式、装配式和可调式。图4－13单刃镗刀图4－14双刃镗刀图4－15微调镗刀（5）螺纹刀具–内螺纹的加工根据孔径的大小，一般情况下，M6～M20之间的螺纹通常采用丝锥攻螺纹的方式加工。M20以上的内螺纹，可采用铣削或镗削加工。图4－16螺纹刀具（6）复合（组合）孔加工数控刀具–集合了钻头、铰刀、扩（锪）孔及挤压刀具的新结构、新技术，整体式、机夹式、专用复合（组合）孔加工数控刀具研发速度很快。总体而言：采用镶嵌模块式硬质（超硬）材料切削刃（含齿冠）及油孔内冷却、大螺旋槽等结构是其前发展趋势。图4－17复合刀具4.2.2数控铣削加工工艺分析一、数控铣床夹具与安装二、数控铣床上工件的找正三、铣削加工切削用量的选择1、数控铣床夹具与安装（1）通用夹具1）机用虎钳2）三爪卡盘3）圆盘工作台4）分度工作台5）压板夹紧安装2、组合夹具3、专用夹具4、可调夹具（1）通用夹具——1）机用虎钳–在数控铣削加工中，当粗加工、半精加工和加工精度要求不高时，对于较小的零件是利用机用虎钳进行装夹的。常用来装夹矩形和圆柱形一类的工件。图4－18机用虎钳（1）通用夹具——2）三爪卡盘–在数控铣床上加工时，对于结构尺寸不大且零件外表面不需要加工的圆形表面，还可以利用三爪卡盘进行装夹。图4－19三爪卡盘（1）通用夹具——3）圆盘工作台–圆盘工作台用于比较规则的内外圆弧面零件的装夹。图4－20圆盘工作台（1）通用夹具——4）分度工作台–图4－21为数控气动立卧式分度工作台。端齿盘为分度元件，靠气动转位分度，可完成5°为基数的整倍垂直(或水平)回转坐标的分度。适用于生产批量较大，采用其他夹具又特别费工、费力的工件。图4－21分度工作台（1）通用夹具——5）压板夹紧安装–在单件或少量生产和不便于使用夹具夹持的情况下，常常直接在铣床工作台上安装工件，利用压板、螺母、螺栓将工件夹紧。图4－22压板夹紧安装（2）组合夹具–组合夹具是由一套预先制造好的标准元件和部件，根据要求组装成的夹具。当产品变换时，可方便地拆成标准元件，以便组合成新的夹具。它适合于小批量生产或研制时的中、小型工件在数控铣床上进行铣削加工。图4－23槽系组合夹具组装过程示意图（3）专用夹具–专用夹具是特别为某一项或类似的几项工件设计制造的夹具，仅用于一个具体零件的具体工序，因此它适用于固定产品的大批量生产，以提高生产效率。（4）可调夹具–包括通用可调夹具和专用可调夹具，它是通过调整或更换少量元件就能加工一定范围内的工件，兼有通用夹具和专用夹具的优点。图4－24通用可调夹具系统2、数控铣床上工件的找正•工件在空间有了明确位置之后，为了保证零件的几何形状和相互位置正确，还必须使工件相对于数控铣床和铣刀有一个正确的位置，因此需要进行找正。数控铣床进行工件的找正装夹时，必须将工件的基准表面，即工件坐标系的X轴和Y轴，找正到与数控铣床的X轴和Y轴平行。•数控铣床进行工件的找正的方法，可以直接利用工件的基准线、面来找正。图4—25工件平面上线印找正图4—26用直角尺找正图4—27用划线盘找正图4—28用百分表找正机用虎钳3、铣削加工切削用量的选择切削用量主要包括：（1）铣削深度ap(或ae)（2）主轴转速n(切削速度VC)（3）进给速度Vf。（1）铣削深度ap(或ae)–背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，ap为切削层深度；而圆周铣削时，ap为被加工表面的宽度。–侧吃刀量ae为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，ae为被加工表面宽度；而圆周铣削时，ae为切削层深度。图4－24通用可调夹具系统图4—29铣削切削用量因此，铣削深度在周铣时为侧吃刀量ae，在端铣时为背吃刀量ap。（2）主轴转速n(切削速度VC)–主轴转速n(r/min)由切削速度Vc来选定。式中：d—刀具直径，mm；VC—切削速度，m/min，由刀具耐用度决定。–切削速度大，能提高生产效率，但切削速度与刀具耐用度成反比，所以切削速度的选取主要取决于刀具耐用度。选取切削速度时可根据实际经验或参阅有关手册，如参考表4－1选取。表4－1铣削时的切削速度工件材料硬度(HBS)切削速度vc/mm·min-1高速钢铣刀硬质合金铣刀钢＜22518-4266-150225-32512-3654-120325-4256-2136-75铸铁＜19021-3666-150190-2609-1845-90160-3204.5-1021-30（3）进给速度Vf的确定–进给速度Vf是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm／min。Vf=fzzn式中：n—主轴转速，r/min；z—刀具齿数；fz—每齿进给量，mm/齿，由刀具耐用度决定，表4-2。工件材料每齿进给量fz/mm·z-1粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.10-0.150.10-0.250.02-0.050.10-0.15铸铁0.12-0.200.15-0.30表4—2铣刀每齿进给量fz切削用量的选择原则–切削用量的具体数值应根据机床性能，相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，主轴转速n、进给速度Vf和铣削深度ap（或ac）三者能相互适应，以形成最佳切削用量。切削用量的选择可参阅表4—3。表4—3切削用量的选取（高速钢立铣刀、粗