第5章数控镗铣床加工工艺及其编程XXXX

1第五章数控镗铣加工工艺与编程第一节数控铣床加工的主要对象；第二节数控铣床加工工艺制定；第三节数控铣床编程的基本方法；第四节数控铣床加工编程综合举例2分类：1．数控铣床1）简易型数控铣床：一般只有x、Y两坐标联动功能，加工精度也不高，可以加工平面曲线类和平面型腔类零件。2）普通数控铣床：可以三坐标联动，用于各类复杂的平面、曲面和壳体类零件的加工，如各种模具、样板、凸轮和连杆等.33）数控仿形铣床一般包括三个部分：(1)数控功能它类似一台数控铣床具有的标准数控功能，有三轴联动功能、刀具半径补偿和长度补偿、用户宏程序及手动数据输入和程序编辑等功能。(2)仿形功能在机床上装有仿形头，可以选用多种仿形方式，如笔式手动、双向钳位、轮廓、部分轮廓、三向、NTC(NumericalTracerControl数字仿形)等。(3)数字化功能在仿形加工的同时，可以采集仿形头运动轨迹数据，并处理成加工所需的标准指令，存入存储器或其他介质(如软盘)，以便以后可以利用存储的数据进行加工，因此要求有大量的数据处理和存储功能。44）数控工具铣床在普通数控铣床的基础上增加了功能，适宜加工：各种工装、刀具、各类复杂的平面、曲面零件的加工。5）数控钻床钻削中心主要是点位控制或按平行坐标轴的直线移动。主要加工：钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及连续轮廓控制铣削的数控机床6）数控龙门镗铣床主要用于大中等尺寸、大中等重量之黑色金属和有色金属的各种平面、曲面和孔的加工。56二加工中心立式加工中心卧式加工中心立卧式加工中心功能：它主要用于箱体类零件和复杂曲面零件的加工，能进行铣镗、钻、攻螺纹等工序。因为它具有自动换刀功能，工件一次装夹后，能自动地完成或者接近完成工件各面的所有加工工序。组成：数控系统、机体、主轴、进给系统、刀库、换刀机构、操作面板、托盘交换系统(或工作台)和辅助系统等部分组成78根据加工中心的功能不同，机床可以由单主轴、双主轴或三主轴；工作台形式可以为工作台、双工作台托盘交换系统或多工作台台托盘交换系统刀库可以为回转式刀库或链式刀库按数控系统控制功能可以分为三轴联动、四坐标三轴联动、四轴联动、五轴联动等。94.1数控铣削加工的主要对象不仅能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面，还能铣削普通铣床不能铣削的、需要2～5坐标联动的各种平面轮廓和曲面零件，如凸轮、壳类、模具型腔和叶片等。根据数控铣床的加工特点和工艺范围，数控铣削加工的主要零件类型有以下4种。1．平面类零件加工面平行或垂直于水平面，或与水平面的夹角为定角的零件，如各种盖板、凸轮等。一般只需用三坐标数控铣床的两坐标联动(即两轴半坐标加工)就可以加工出来。102．变斜角类零件加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件，如飞机的整体梁、框和肋等，如图4—1所示。这类零件不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周的瞬时接触为一条线。最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工，若没有上述机床，也可采用三坐标数控铣床进行两轴半控制的行切法近似加工。113．曲面类零件加工面为空间曲面的零件，如模具、叶片和螺旋桨等，如图4—2所示。这类零件不能展开为平面。加工时，铣刀与加工面始终为点接触，一般采用球头铣刀在三坐标数控铣床上加工。当曲面较复杂、通道较狭窄、加工时会伤及相邻表面及需要刀具摆动时，要采用四坐标或五坐标联动数控铣床加工。124．孔类零件可在数控铣床上进行孔及孔系的加工，如钻、扩、镗孔等。对于数量较多、需要频繁换刀的孔加工，不宜在数控铣床上进行，可在加工中心或数控钻床上加工。134.2数控铣削加工工艺的制定4.2.1数控铣削加工内容的选择一般情况下，并不是零件的全部工艺过程都适合在数控铣床上加工，往往只是其中的一部分适合数控加工。通常数控铣削加工的主要内容包括：①由直线、圆弧、非圆曲线及列表曲线构成的内外轮廓；②空间曲线或曲面；③形状虽然简单，但尺寸繁多，检测困难的部位；④用普通机床加工时难以观察、控制及检测的内腔、箱体内部等；⑤有严格位置尺寸要求的孔或平面；14⑥能够在一次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状；⑦采用数控铣削加工能有效提高生产率，减轻劳动强度的一般加工内容。此外，立式数控铣床适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等；卧式数控铣床适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体和壳体等。154.2.2数控铣削加工零件的工艺性分析1．零件结构工艺性分析(1)零件图纸上的尺寸标注应使编程方便编程方便与否是衡量数控工艺性好坏的一个指标。图纸上尺寸数据的给出要符合编程方便的原则。(2)分析零件的变形情况，保证获得要求的加工精度零件在数控铣削加工时的变形，不仅影响加工质量，而且当变形较大时，将使加工不能继续进行。对于面积较大的薄板，当其厚度小于3mm时，应考虑采取一些必要的工艺措施进行预防。可改进装夹方式、采用合适的加工顺序和刀具等.16或对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理，对不能用热处理方法解决的可考虑采用粗、精加工分开及对称去余量等措施来减小或消除变形的影响。(3)尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸①内槽圆角和内轮廓圆弧不宜过小。如图1—37所示。②槽底面圆角半径不宜过大。如图1—38所示。③零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型或尺寸，这样可以减少换刀次数。一般来说，即使不能寻求完全统一，也要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，以尽量减少铣刀规格与换刀次数，并避免因频繁换刀而增加了零件加工面上的接刀，降低表面质量。1718(4)尽量采用统一的定位基准有的零件需要在铣完一面后再重新安装铣削另一面，往往会因为零件的重新安装而接不好刀。这时，最好采用统一基准定位，因此零件上应有合适的孔作为定位基准孔。如果零件上没有基准孔，也可以专门设置工艺孔作为定位基准(如在毛坯上增加工艺凸台或在后续工序要铣去的余量上设基准孔)。19(1)毛坯应有充分、稳定的加工余量根据零件材料及其性能的要求选择毛坯类型后，还要根据零件的形状、结构特点和各工序的加工余量，确定毛坯的形状及尺寸。一般板料和型材毛坯留2～3mm的余量，铸件、锻件毛坯要留5～6mm的余量。如有可能，尽量使各个表面上的余量均匀。2．零件毛坯工艺性分析(2)毛坯的装夹适应性主要考虑毛坯在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便在一次安装中加工出较多表面。对不便于装夹的零件，可考虑在毛坯上另外增加工艺凸台或工艺孔等来定位装夹。204.2.3数控铣削加工工艺路线的确定1加工方法的选择(1)平面加工方法数控铣床上加工平面时主要采用面铣刀和立铣刀。经过粗铣的平面，尺寸精度通常可达1T11～ITl3，表面粗糙度值可达Ra25～6.3µm；经过精铣的平面，尺寸精度可达IT8～IT10，表面粗糙度值可达Ra3.2～1.6µm。21(2)平面轮廓加工方法平面轮廓通常采用三坐标数控铣床进行两轴半进给加工。采用粗铣一精铣的方案，若余量较大，可进行分层铣削，但要特别注意刀具的切入、切出及顺铣和逆铣的选择。(3)固定斜角平面加工方法根据尺寸的大小选择不同的加工方法。当零件尺寸较小时，采用斜垫板垫平后加工，或采用角度铣刀加工；当零件尺寸较大、斜面角度较小时，常采用三轴联动的行切法进行加工。22(4)变斜角面加工方法曲率变化不大的变斜角面，常采用四轴联动的数控铣床和立铣刀进行加工；曲率变化较大的变斜角面，常采用五坐标联动的数控铣床进行加工。(5)曲面加工方法空间曲面的加工可根据曲面的形状、刀具的形状、精度的要求等采用不同的铣削加工方法。曲率变化不大、精度要求不高的曲面，在进行粗加工时，可采用两轴半坐标行切法加工；23曲率变化较大、精度要求较高的曲面，在进行精加工时，常采用三轴联动行切法加工；对于叶片、螺旋桨等复杂曲面零件，因刀具易与相邻表面发生干涉，常采用五轴联动加工。2．工序的划分在数控铣床上加工的零件，一般按工序集中原则划分工序，划分方法详细内容见第1章1.3.2小节。按安装次数划分工序按所用刀具划分工序按粗、精加工划分工序按加工部位划分工序243．加工顺序的安排零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序(包括表面处理、清洗和检验等)，这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。详细内容见第1章1.3.2小节。切削加工工序先粗后精先主后次先面后孔基面先行热处理工序退火与正火:机械加工之前时效处理:在半精加工后或在每个加工阶段之间调质：安排在粗加工之后254．进给路线的确定进给路线是数控加工过程中刀具相对于被加工零件的运动轨迹和方向。零件的加工精度和表面质量与进给路线密切相关。(1)确定进给路线的一般原则①保证被加工零件的加工精度和表面粗糙度；②数值方便计算，减少编程工作量；③缩短进给路线，减少空行程时间，提高效率；④尽量减少程序段数，使用子程序。26(2)确定进给路线的特殊情况①避免引入反向间隙误差。加工位置精度要求较高的孔系时，孔的加工路线的安排就显得比较重要。若安排不当就有可能把坐标轴的反向间隙带入，直接影响孔的位置精度。②切入切出路径。用立铣刀的侧刃铣削平面零件的外轮廓时，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线切向切入和切出零件表面，而不应沿法线直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。如图1—44所示27当铣削内表面轮廓时，也应该尽量遵循从切向切入的方法，但若切入、无法外延时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，这时，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。③采用顺铣加工方式。通常，数控机床传动采用滚珠丝杠，其运动间隙很小，并且顺铣优点多于逆铣，所以应尽可能采用顺铣。采用顺铣方式，零件的表面质量和加工精度较高，可以减少机床的“颤振’’。在精铣内外轮廓时，为了改善表面粗糙度，应采用顺铣的进给路线加工方案。对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料来说，建议也采用顺铣加工，这对于降低表面粗糙度值和提高刀具耐用度都有利。28但如果零件毛坯为黑色金属、锻件或铸件，表皮硬而且余量一般较大，这时采用逆铣较为有利。293031④立体轮廓的加工。加工一个曲面时可能采取沿参数曲面的纵向行切、横向行切和环切的3种进给路线。如图4—3所示图4—3(a)方案的优点是便于在加工后检验型面的准确度。对于直母线类表面，采用图4—3(b)的方案显然更有利，每次沿直线走刀，刀位点计算简单，程序段少，而且加工过程符合直纹面的形成规律，可以准确保证母线的直线度。因此，实际生产中最好将以上两种方案结合起来。32图4—3(c)所示的环切方案一般应用在内槽加工中，在型面加工中由于编程麻烦，一般不用。但在加工螺旋桨桨叶一类零件时，由于零件刚度小，采用从里到外的环切，有利于减少零件在加工过程中的变形。33⑤内槽加工。加工平底内槽一律使用平底铣刀，刀具边缘部分的圆角半径应符合内槽的图纸要求。内槽的切削分两步，第一步切内腔，第二步切轮廓。切削内腔时，环切和行切在生产中都有应用。两种走刀路线都要保证切净内腔中的全部面积，不留死角，不伤轮廓，同时尽量减少重复走刀的搭接量。从走刀路线的长短比较，行切法要略优环切法。但在加工小面积内槽时，环切的程序量要比行切小。34切轮廓通常又分为粗加工和精加工两步。粗加工时从内槽轮廓线向里平移铣刀半径R并且留出精加工余量y。由此得出的多边形是计算粗加工走刀路线的依据，如图4—4所示4.2.4夹具的选择和装夹方式的确定1．数控铣床夹具选择在小批量时应尽量采用标准化通用夹具。通用夹具有较大的灵活性和经济性，适用范围广。常用夹具有台虎钳、三爪或四爪卡盘和压板。台虎钳用于装夹比较规则的中小型块状零件；三爪或四爪卡盘用于装夹轴类或套类零件；压板用于装夹板类零件或较大的零件。35当工作批量较大、精度要求较高时，为了平衡生产节拍，可以设计专用夹具，或采用多工位夹具及气动、液压夹具，但结构应尽可能简单。组合夹具在数控铣床上也常采用，主要用于复杂零件的加工2．装夹方式在数控铣床上加工零件，由于工序较为集中，往往是在一次装夹中完成全部工序。零件定位、夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换以及重要部位的测量。尤其