第四章 数控铣床的操作技术

第四章数控铣床的操作技术第一节数控铣床概述•一数控铣床的种类•数控铣床是一种用途广泛的机床，除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削2～5坐标连动的各种平面轮廓和立体曲面轮廓。若以机床主轴布置和机床的布局分类。分三种类型；立式、卧式、龙门式。•⒈数控立式铣床•数控立式铣床的主轴与铣床的工作•台面垂直，优点；工件安装方便，•加工时便于观察，缺点；不便于排•屑。一般采用固定式立柱结构，主•轴箱作上下运动，并通过立柱内的•重锤平衡主轴箱的重量。为保证机•床的刚性，主轴中心线距立柱导轨•面的距离不能太大、因此这种结构•主要用于中小尺寸的数控铣床。•⒉数控卧式铣床•数控卧式铣床的主轴与工作台面平行。优点；排屑方便顺畅，缺点；加工时不便于观察。一般都配有数控迴转工作台，便于加工零件的不同侧面。数控卧式铣床另配备自动换刀装置（ATC）后即为卧式加工中心。•⒊数控龙门式铣床•大型的数控铣床，一般采用对称的双立柱式结构，以保证机床整体刚性和强度即数控龙门式铣床，有工作台移动和龙门架移动两种形式。主要用于加工飞机整体结构件零件，大型箱体零件和大型模具等•二数控铣床的主要功能•1.三坐标联动•数控铣床一般都具备三坐标以上联动的功能。能进行直线插补和圆弧插补，自动控制铣刀相对工件进行铣削加工，坐标的联动轴数的越多，可加工的范围越大。•2.孔及螺纹加工•固定尺寸孔用孔加工刀具进行钻、扩、铰、锪、镗削等加工，也可用铣刀铣削不同尺寸的孔。螺纹孔用丝锥加工。若数控系统有加工螺纹功能，用螺纹铣刀铣削内螺纹和外螺纹，这种方法比传统的丝锥加工效率要高。•3.刀具补偿功能•4.公制、英制单位转换•5.绝对坐标、相对坐标编程•6.主轴转速、进给速度的调整•7.循环功能•8.工作坐标系设定•设定工件坐标系是根据工件的特点确定其在工作台上的装夹位置。可以同时设定4～6个工件坐标系，还可以根据工件位置的变化对工件坐标系进行平4移和－或旋转。这样可方便编程和加工。•9.数据的输入、输出及DNC功能•10.子程序•11.自诊断功能第二节数控铣床的性能特点•一数控铣床的技术参数及组成•如图4.4•XK5032型数控铣床的主要技术参数：•工作台工作面积1220mm×320mm•工作台纵向行程（X轴）750mm•工作台横向行程（Y轴）350mm•工作台垂向行程（Z轴）450mm•主轴孔锥度ISO－40，7∶24•主轴中心线至床身垂直导轨的距离330mm•定位精度±0.013•主轴转速范围150-3500/200-6000rpm•主轴电机功率5.5KW/3.7KW•定位精度±0.013mm•重复定位精度±0.0038mm•工作台允许最大承重363kg•机床重量2722kg•（1）床身有良好的刚性布局合理，在机床内部设有冷却液储存油池，底座有四各调整螺栓用于调整机床水平。•（2）铣头部分由变速箱和铣头两部分组成。铣头具有高速回转精度和良好底刚性。变速范围宽，传动平稳，操作方便。刹车机构能使主轴迅速制动，节约时间。铣头部分装有传动链可使主轴作垂向直线运动。•（3）工作台工作台与床鞍支•承在升降台较宽的导轨上。工•作台的纵横向运动通过伺服电•机、齿轮、同步带、精密滚珠•丝杠符来实现。床鞍纵横导轨•面采用贴塑面，这样提高了导•轨的耐磨性、运动的平稳性和•精度的保持性，消除了低速爬•行现象。•（4）升降台•（5）冷却与润滑装置二数控铣床的控制面板和操作面板1.CRT/MDI控制面板•1）主功能键•2）数据输入键•3）编辑键•4）复位键•5）输入输出键•6）软键•7）：其它辅助键2.机床操作面板•1）手动键•2）自动加工键第三节数控铣床加工前工艺准备及刀具的选用一、数控铣床的加工工艺准备的主要内容1.数控铣床加工零件工艺分析2.数控铣床加工零件工艺路线的制定•制定工艺路线是选择加工表面的加工方法，划分加工阶段、加工工序及安排工序先后次序。结合生产的实际情况通过对比分析，选择最合理的方案。•（1）表面加工的加工方法选择•在数控铣床加工方法有内孔表面加工方法的选择、平面加工方法的选择、平面轮廓加工方法的选择、固定斜角平面加工方法的选择、变斜角面加工方法的选择、曲面轮廓加工方法的选择。•（2）加工阶段的划分•加工阶段的划分是根据零件加工的质量要求，用几道工序逐步达到零件的质量要求。零件加工阶段一般分粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段及光整加工阶段四个。目的是保证加工质量、合理使用设备、便于及时发现毛坯缺陷、便于安排热处理工序。•（3）工序的划分•工序划分的原则有两种工序集中划分和工序分散划分。工序集中是指每道工序中尽可能多的加工内容，从而使加工工序减少。优点；有利于采用高效的专用设备和数控机床，减少工序数目，缩短工艺路线，提高生产效率。缺点；工艺装备和设备一次性投资较大，调整维护较麻烦，生产准备周期较长。工序分散划分是每道工序加工内容少。零件的加工工序多。优点；采用的设备结构简单，调整维修方便，操作简单，转产容易。缺点；工艺路线长，需较多的设备和工人，占地面积大。•（4）加工工序地安排•在加工方法选择、工序划分后。工艺路线拟定就是要合理地安排加工方法和加工顺序。零件地加工顺序有切削加工工序安排、热处理工序和辅助工序安排。切削加工工序安排的原则是优先基面加工，先粗加工后精加工，主表面先加工次表面后加工，先面后孔。热处理工序安排的原则先预备热处理消除毛坯制造的残余应力，消除机械加工中产生的残余应力热处理，最终热处理提高零件的强度，表面硬度和耐磨性。辅助工序安排的原则（包括表面处理、清洗和检验保证质量等），在粗加工结束精加工前、重要工序之后、工件在不同车间转换前后和工件加工结束后。•二刀具的选用•1铣刀的种类•1）、按铣刀的装卡方法分•（1）套装铣刀—铣刀上具有与刀杆相配合的圆孔。•（2）有尾铣刀—直径尺寸比较小的立铣刀做成带柄的。•2）、按铣刀的结构分：•（1）整体铣刀—铣刀用一块材料制成。制造整体铣刀的材料一般为高速钢。•（2）镶齿铣刀—铣刀刀体用普通钢材制造，刀体上开槽，镶上刀齿，刀齿可用高速钢或硬质合金制成。这种铣刀不仅可以节约贵重材料，而且刀齿损坏后可以更换。•3）、按铣刀形状及用途分：•（1）立铣刀—刀齿分布在圆柱的柱面及一端面上，它有直柄和锥柄两种。立铣刀用于铣削平面、沟槽和台阶面。•（2）端铣刀－刀齿分布在圆柱的柱面及一端面上。这种铣刀主要用于铣平面和台阶。•（3）盘铣刀－这种铣刀除在圆柱面上有齿外，有的一个端面上或两个端面上也有齿，分别称为单面刃盘铣刀、双面刃盘铣刀、三面刃盘铣刀。圆柱面上刀齿交错倾斜的又称为错齿盘铣刀。盘铣刀用于铣凹槽和台阶。•（5）圆柱铣刀－刀齿分布在圆柱的柱面上，这种铣刀用于铣削平面。•（6）锯片铣刀－铣刀厚度在1~5毫米之间，刀齿分布在圆周面上。这种铣刀用于铣窄槽和切断。•（7）成形铣刀－用于加工成形面，如凸半圆铣刀、凹半圆铣刀、齿轮铣刀等。其加工精度稳定，生产率高。•（8）T形槽铣刀－用于加工T形槽。•（9）燕尾槽铣刀－用于加工燕尾槽。•2铣刀的选择•数控铣床加工方法与传统加工方法相比，由于数控铣床具有高精度，高性能。所以数控铣床加工对刀具要求更高，数控加工用的刀具要有精度高、刚度好、耐用度高，尺寸稳定，安装调整方便等方面的功能。合理地选择刀具结构及几何参数。是选使数控铣刀时要特别注意的；•1）.面铣刀的选择•标准可转位面铣刀直径为φ16～φ630mm，应根据侧吃刀量选择适当的铣刀直径，尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，减少相邻两次进给之间的接刀痕迹和保证铣刀的耐用度。•可转位面铣刀有粗齿、细齿和密齿三种。粗齿铣刀容屑空间较大，常用于粗铣钢件；粗铣带断续表面的铸件和在平稳条件下铣削钢件时，可选用细齿铣刀。密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于加工薄壁铸件。•2）.立铣刀的选择•立铣刀的选择一般按经验数据选取•刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径ρ，一般取R＝（0.8～0.9）ρ。•零件的加工高度H≤（1/4～1/6）R，以保证刀具具有足够的刚度。•对于不通孔（深槽），选取＝H＋（5～10）mm。（为刀具切削部分长度，H为零件高度）。•加工外形及通槽时，选取＝H＋r＋（5～10）mm(r为刀尖半径)•粗加工内轮廓面时，铣刀的最大直径可按式计算12sin/21sin/2D粗（－）＝＋D－•式中－轮廓的最小凹圆角直径；•－圆角邻边夹角等分线上的精加工余量；•－精加工余量•－圆角两邻边的夹角•加工筋时，刀具直径为＝（5～10）（为筋的厚度）•3）.使用数控铣刀时注意的几个问题；•⑴在数控铣床上铣削平面时，应采用可转位式硬质合金刀片铣刀，采用两次走刀方式；一次粗铣，一次精铣。当连续切削时，粗铣刀直径要小些以减少切削扭矩，精铣刀直径要大一些，最好能包容待加工面的整个宽度。加工余量大且加工表面又不均匀时，刀具直径要选的小一些，否则，当粗加工时会因接刀刀痕过多而影响加工质量。•⑵高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，不要用于加工毛坯面，因为毛坯面有硬化层和夹砂现象，会加速刀具的磨损。•⑶加工余量较小，并且要求表面粗糙度较低时，应采用立方氮化硼（CBN）刀片端铣刀或陶瓷刀片端铣刀。1•⑷镶硬质合金的立铣刀可用于加工凹槽、窗口面、凸台面和毛坯表面。•⑸镶硬质合金的玉米铣刀可以加工进行强力切削，切削毛坯表面和用于孔的粗加工。•⑹加工精度要求较高的凹槽时，可采用直径比槽宽度小一些的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具的半径补偿功能铣削槽的两边，直到达到精度要求位止。•⑺在数控铣床上钻孔，钻孔深度为直径的5倍尺寸时的深孔加工容易折断钻头，应采用固定循环程序，多次自动进退，以利于冷却和排屑。钻孔前最好先用中心钻钻一个中心孔或采用一个刚性好的短转头锪窝引正，锪窝除了可以解决毛坯表面钻孔引正问题外，还可以替代孔口倒角。•3切削用量的确定•铣削切削用量包括主轴转速、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量几个方面。切削用量选择正确与否对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量及加工成本都有影响。数控加工时选取切削用量的原则；就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使加工效率最高，加工成本最低。•1）粗、精加工时切削用量的选择原则•⑴粗加工时切削用量的选取；•首先选取尽量大的背吃刀量，其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取仅可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。•⑵精加工时切削用量的选取；•首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。•⒉）切削用量的选择方法•为保证刀具的耐用度，铣削用量的选择方法是；先选取背吃刀或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。•背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）的选择背吃刀量为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，为切削层深度；而圆周铣削时，为被加工表面的宽度。•⑴背吃刀量（mm）的选择由加工余量确定，粗加工（10~80）时，一次进给应尽可能切除全部余量。在中等功率机床上，背吃刀量可达8～10mm，半精加工（1.25~10）时，背吃刀量可取0.5～2mm•精加工（0.32~1.25）时，背吃刀量取0.2～0.4mm。•粗加工分多次进刀时应在第一、第二次的进给时的背次刀量尽量取大一些。•⑵进给量（mm/r）、进给速度或（mm/min）的选择•进给量、进给速度是数控铣床的重要参数，根据零件的表面粗糙度，加工精度的要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取。对于多齿刀具，其进给速度、刀具转•速、刀具齿数及每齿进给量的关系为zfnfZnfυ•粗加工时；主要考虑机床进给机构的强度和刚性及刀杆的刚度和刚性等因素，根据加工材料、刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量来选择进给量。•半精加工；精加工时按表面粗糙度的要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度来选择进给量，如精铣时取20～25mm/min。第四节数控铣床的基本操作一、加工前底准备及方式选择二、机床的手动操作