第6章数控铣床加工工艺

【国家级中职骨干教师培训】教案《数控机床加工工艺》单位：宁夏青铜峡市职教中心学员：郑月萍日期：二00七年九月十日1第6章数控铣床加工工艺课题一：数控铣床加工工艺概述（连上2节课）课型：理论课课时：2课时教学目的：1、基础知识：了解数控铣床的类型和主要加工对象等一些相关概念，掌握数控铣床的结构及工艺特点和主要内容。2、能力培养：培养学生的识图和理解能力。教学重点：数控铣床的结构及加工工艺的基本特点和主要内容。教学难点：数控铣床的结构及加工工艺的基本特点。教学过程：A、引入新课：数控铣床加工工艺以普通铣床的加工工艺为基础，结合数控铣床的特点，综合运用多方面的知识解决数控铣床加工过程中面临的工艺问题，其内容包括金属切削原理与刀具、加工工艺、典型零件加工及工艺性分析等方面的基础知识和基本理论。B、新课内容：一、数控铣床的类型数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，主要采用铣削方式加工工件，能够进行外形轮廓铣削、平面或曲面型铣削及三维复杂型面的铣削，在数控加工中占据了重要地位。世界上首台数控机床就是一部三坐标铣床，这主要因于铣床具有X、Y、Z三轴向可移动的特性，更加灵活，且可完成较多的加工工序。现在数控铣床已全面向多轴化发展。目前迅速发展的加工中心和柔性制造单元也是在数控铣床和数控镗床的基础上产生的。二、数控铣床的分类：1、按体积大小分：小型（工作台宽度多在400mm以下）、中型、大型2、按控制坐标的联动轴数：两轴半联动如图1所示三轴联动如图2所示多轴联动：加入一个回转的A坐标或C坐标（若增加一个数控分度头或数控回转工作台，则为四轴联动控制数控系统，用来加工螺旋槽、叶片等空间曲面零件）图1两轴半联动加工曲面图2三轴联动加工曲面3、按主轴布局形式分：立式、卧式、立卧两用式（1）立式数控铣床主轴轴线垂直于水平面，是数控铣床中常见的一种布局形式，应用范围广泛。如图3所示，它按坐标的控制方式又有以下几种：2图3立式数控铣床图4龙门式数控铣床①、工作台纵、横向移动并升降，主轴不动方式②、工作台纵、横向移动，主轴升降方式③、龙门架移动式，即主轴可在龙门架的横向与垂直导轨上移动，而龙门架则沿床身做纵向移动，如图4所示。（2）卧式数控铣床主轴轴线平行于水平面，主要用来加工箱体类零件，如图5所示。为了扩大功能和加工范围，通常采用增加数控转盘来实现4轴或5轴加工。这样，工件在一次加工中可以通过转盘改变工位，进行多方位加工。（3）立卧两用式数控铣床主轴轴线方向可以变换，使一台铣床同时具备立式数控铣床和卧式数控铣床的功能，如图6所示。这类铣床适应性更强，适用范围广，生产成本低，所以数量逐渐增多。立卧两用式数控铣床靠手动和自动两种方式更换主图5卧式数控铣床轴方向。有些立卧两用式数控铣床采用主轴头可以任意方向转换的万能数控主轴头，使其可以加工出与水平面成不同角度的工件表面。还可以在这类铣床的工作台上增设数控转盘，以实现对零件的“五面加工”。4、按数控系统的功能分：经济型、全功能型、高速型（1）、经济型数控铣床它是在普通立式铣床或卧式铣床的基础上改造来的，其成本低，功能少，主轴转速和进给速度低，用于精度要求不高的简单平面或曲面零件加工（2）、全功能数控铣床一般采用半闭环或闭还控制，其加工适应性强，可实现四坐标或以上的联动，应用最为广泛。（3）、高速铣削数控铣床一般指主轴转速在8000至40000r/min的数控铣床，其进给速度可达10至30m/min。它采用全新的机床结构和功能强图6立卧两用数控铣床大的数控系统，并配以加工性能优越的刀具系统，可对大面积的曲面进行高效率、高质量的加工。3二、数控铣床的结构数控铣床一般由以下几部分组成：（1）、主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统。（2）、进给伺服系统由进给电动机和进给执行机构组成。（3）、控制系统是数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。（4）、辅助装置如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。（5）、机床基础件指底座、立柱、横梁等，是整个机床的基础和框架。（6）、工作台三、数控铣床的主要加工对象铣削是机械加工中最常用的加工方法之一，主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰和镗孔加工与攻丝等。适于采用数控铣削的零件有：1、平面类零件平面类零件的特点是各个加工表面是平面，或可以展开为平面。目前在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件。平面类零件是数控铣削]加工对象中最简单的一类，一般只须用三轴数控铣床的两轴联动（即两轴半坐标加工）就可以加工，如图7所示：图7带平面轮廓的平面类零件带斜平面的平面类零件带正台和斜筋平面类零件2、变斜角类零件（1）定义：加工面与水平面的夹角成连续变化的零件。如图8所示：图8飞机上变斜角梁缘条4（2）方法：加工变斜角类零件最好采用四轴或五轴数控铣床进行摆角加工，若没有上述机床，也可在三轴数控铣床上采用两轴半控制的行切法进行近似加工，但精度稍差。3、曲面类（立体类）零件（1）定义：加工面为空间曲面的零件。（2）方法：曲面类零件的加工面与铣刀始终为点接触，一般采用三轴联动数控铣床加工，常用的加工方法主要有下列两种：a、采用两轴半联动行切法加工。行切法是在加工时只有两个坐标联动，另一个坐标按一定行距周期行进给。这种方法常用于不太复杂的空间曲面的加工。b、采用三轴联动方法加工。所用的铣床必须具有X、Y、Z三轴联动加工功能，可进行空间直线插补。这种方法常用于发动机及模具等较复杂空间曲面的加工。4、箱体类零件（1）定义：指具有一个以上孔系，内部有一定型腔或空腔，在长、高、宽方向有一定比例的零件。如图9所示。（2）方法：a、当即有面又有孔时，应先铣面，后加工孔；b、所有孔系都先完成全部孔的加工，再进行精加工；图9曲面类零件c、一般情况下，直径＞30的孔都应铸造出毛坯孔；d、直径＜30的孔可以不铸出毛坯孔，孔和孔的端面全部加工都在加工中心上完成；e、在孔系加工中，先加工大孔，再加工小孔；f、对跨距较大的箱体同轴孔，尽量采用调头加工的方法；g、螺纹加工，对M6以上、M20以下的螺纹可在加工中心上完成。四、数控铣床加工工艺的基本特点数控铣床加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还包括切削用量、走刀路线、刀具尺寸以及铣床的运动过程。数控铣床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动进行的。因此，要求编程人员对数控铣床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法都要非常熟悉。五、数控铣床加工工艺的主要内容1、选择适合在数控铣床上加工的零件，确定工序内容。2、分析被加工零件的图样，明确加工内容及技术要求。3、确定零件的加工方案，制定数控铣削加工工艺路线。4、加工工序的设计。5、数控铣削加工程序的调整。六、小结1、数控铣床的类型2、数控铣床的结构3、数控铣床的主要加工对象54、数控铣床加工工艺的基本特点和主要内容。七、作业1、数控铣床的类型有哪些？其用途如何？2、数控铣床是由哪几部分组成的？3、数控铣削的主要加工对象有哪些？其特点是什么？4、数控铣床加工工艺的基本特点和主要内容是什么。八、教学后记：6课题二：数控铣床加工工序设计（连上2节课）课型：理论课课时：2课时教学目的：1、基础知识：了解数控铣床夹具、刀具的选择原则，掌握数控铣床切削用量的选择、装刀与对刀。2、能力培养：培养学生的识图和理解能力。教学重点：数控铣床的切削用量的选择、装刀与对刀。教学难点：数控铣床切削用量的选择与对刀。教学过程：A、复习提问：1、数控铣床的加工阶段可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四的阶段。2、数控铣床的工序划分的原则是工序集中和工序分散原则，工序划分主要考虑生产纲领、所用设备及零件本身的结构和技术要求等。3、数控铣床加工顺序的安排就是合理安排加工方法和加工工序的顺序，即合理安排好切削、热处理和辅助工序的顺序，并解决好工序间的衔接问题。4、在确定铣床的走刀路线时，重点考虑的问题是零件的加工精度、表面粗糙度和走刀路线最短、减少刀具空行程时间、提高加工效率。B、新课内容：一、数控铣床加工工序设计1、夹具的选择数控铣床的工件装夹方法与普通铣床一样，所使用的夹具只要求有简单的定位、夹紧机构就可以，但要将加工部位敞开。选择夹具时，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次安装中能把零件上所有要加工的表面都加工出来。具体的选用方法同机床。2、刀具的选择对刀具的基本要求主要有：①、铣刀刚性要好。其目的一是满足为提高生产效率而采用大切削量的需要，二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。②、铣刀的耐用度要高。除上述两点外，还要考虑铣刀切削刃的几何角度参数的选择与排屑性能。具体的选用方法同机床。3、切削用量的选择（1）影响切削用量的因素：①、机床②、刀具下表是常用刀具材料的性能比较表，如表1：表1常用刀具材料的性能比较刀具材料切削速度耐磨性硬度硬度随温度变化高速钢最低最差最低最大硬质合金低差低大陶瓷刀片中中中中金刚石高好高小7可切削性能良好的标志是：在高速切削下有效地形成切屑，同时具有较小的刀具磨损和较好的表面加工质量。较高的切削速度、较小的背吃刀量和进给量可得到较好的表面加工质量。（2）切削用量的内容包括切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。①、背吃刀量ap与侧吃刀量ae背吃刀量ap——平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。侧吃刀量ae——垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。背吃刀量ap与侧吃刀量ae的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定：a、当工件表面粗糙度要求为Ra=(12.5～25)微米时，若圆周铣削加工余量小于5毫米，端面铣削加工余量小于6毫米，粗铣一次进给就可达要求。b、当工件表面粗糙度要求为Ra=(3.2～12.5)微米时，应分为粗铣和半精铣两步进行。粗铣时ap和ae选取同前，粗铣后留(0.5～1.0)mm余量，在半精铣时切除。c、当工件表面粗糙度要求为Ra=(0.8～3.2)微米时，应分为粗铣、半精铣和精铣三步进行。半精铣时ap和ae取(1.5～2.0)mm，精铣时圆周铣ae取(0.3～0.5)mm，面铣刀ap取(0.5～1)mm。②、进给量f和进给速度vfa、进给量f——指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量，单位是（mm/r）；b、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量，单位是（mm/min）；c、vf与f的关系是：vf=nf进给量与进给速度应根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取或通过选取每齿进给量fz，再根据f=zfz计算。每齿进给量fz的选取主要依据工件材料的力学性质、刀具材料、工件表面粗糙度等因素，具体的选取可参考表2：表2铣刀每齿进给量参考值工件材料每齿进给量fz/mm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0.12～0.200.15～0.30③、切削速度υc切削速度υc与刀具的耐用度、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。为提高刀具耐用度允许使用较低的切削速度，但加大铣刀直径则可改善散热条件，提高切削速度。切削速度的选取可参考手册，也可参考表3：（3）从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选取背吃刀量ap或侧吃刀量ae，其次确定进给速度，最后确定切削速度。8表3铣削加工的切削速度参考值工件材料硬度（HBS）铣削速度υc/m/min高速钢铣刀硬质合金铣刀钢＜22518～4266～150225～32512～3654～120325～4256～2136～75铸铁＜19021～3666～150190～2609～1845～90260～3204.5～1021～30二、数控铣床加工中的装刀与对刀1、对刀点的选择（1）对刀点的定义：对刀点是工件在机床上定位装夹后，设置在工件坐标系中，用于确定工件坐标系与机床坐标系空间位置关系的参考点。在程序编制时，不管实际上是刀具相对工件移动，还是工件相对刀具移动，都把工件看