平面铣削

第4章平面铣削•4.1平行面铣削•4.2台阶面铣削4.1平行面铣削•1.平面铣削概述•当把一根直线以任意方向和位置放在一个表面上，直线都能与表面密合，这一表面就是理想的平面。平面铣削是铣削加工中最基本的加工内容，在实际生产中应用相当广泛，汽车覆盖件模具、发动机箱体等零件的凸台面、接合面（如图4-1所示），均要进行平面铣削。•按照平面与机床工作台的相对位置关系，平面铣削可分为平行面、垂直面、斜面及台阶面的加工，如图4-2所示。针对平面铣削的技术要求主要是平面度和表面粗糙度的要求，对某些零件上的平面，可能还有其他物理性能等方面的要求。下一页返回4.1平行面铣削•2.学习目标•从编程角度看，编写平面铣削的数控加工程序并不困难，简单平面有时还可使用手动或MDI方式即可完成加工。平面铣削的关键是合理选用刀具、铣削方式、切削参数、零件的装夹找正等。通过完成本次学习情境中的工作任务，促使学习者达到以下几个学习目标。•1.知识目标•（1）掌握平面铣削相关的工艺知识及方法。•（2）能根据零件特点正确选择刀具，合理选用切削参数及装夹方式。•（3）掌握零件平面铣削常用的编程指令与方法。•（4）掌握平面铣削的精度控制方法。上一页下一页返回4.1平行面铣削•2.技能目标•能够应用数控铣床/加工中心进行平行面及阶梯面的铣削加工，所加工的平面应满足尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等方面的要求，同时具有铣削垂直面和斜面的迁移能力。•4.1.1平行面铣削工艺知识准备•1.平行面铣削刀路设计•（1）刀具直径大于平行面宽度•当刀具直径大于平行面宽度时，铣削平行面可分为对称铣削、不对称逆铣与不对称顺铣三种方式。上一页下一页返回4.1平行面铣削•①对称铣削。•铣削平行面时，铣刀轴线位于工件宽度的对称线上。如图4-3（a）所示，刀齿切入与切出时的切削厚度相同且不为零，这种铣削称为对称铣削。•对称铣削时，刀齿在工件的前半部分为逆铣，在进给方向的铣削分力F2f与工件进给方向相反；刀齿在工件的后半部分为顺铣，F1f与工件进给方向相同。对称铣削时，在铣削层宽度较窄和铣刀齿数少的情况下，由于Ff在进给方向上的交替变化，使工件和工作台容易产生窜动。另外，在横向的水平分力Fc较大，对窄长的工件易造成变形和弯曲。因此，只有在工件宽度接近铣刀直径时才采用对称铣削。上一页下一页返回4.1平行面铣削•②不对称逆铣。•铣削平行面时，当铣刀以较小的切削厚度（不为零）切入工件，以较大的切削厚度切出工件时，这种铣削称为不对称逆铣，如图4-3（b）所示。•不对称逆铣时，刀齿切入没有滑动，因此，也没有铣刀进行逆铣时所产生的各种不良现象。而且采用不对称逆铣，可以调节切入与切出的切削厚度。切入厚度小，可以减小冲击，有利于提高铣刀的耐用度，适合铣削碳钢和一般合金钢。这是最常用的铣削方式。上一页下一页返回4.1平行面铣削•③不对称顺铣。•铣削平行面时，当铣刀以较大切削厚度切入工件，以较小的切削厚度切出工件时，这种铣削称为不对称顺铣，如图4-3（c）所示。•不对称顺铣时，刀齿切入工件时虽有一定冲击，但可避免刀刃切入冷硬层。在铣削冷硬性材料或不锈钢、耐热钢等材料时，可使切削速度提高40%～60%，并可减少硬质合金刀具的热裂磨损。上一页下一页返回4.1平行面铣削•（2）刀具直径小于平行面宽度•当工件平面较大、无法用一次进给切削完成时，就需采用多次进刀切削，而两次进给之间就会产生重叠接刀痕。一般大面积平行面铣削有以下三种进给方式。•①环形进给，如图4-4（a）所示。•这种加工方式的刀具总行程最短，生产效率最高。如果采用直角拐弯，则在工件四角处由于要切换进给方向，造成刀具停在一个位置无进给切削，使工件四角被多切了一薄层，从而影响了加工面的平面度，因此在拐角处应尽量采用圆弧过渡。•②周边进给，如图4-4（b）所示。•这种加工方式的刀具行程比环形进给要长，由于工件的四角被横向和纵向进刀切削两次，其精度明显低于其他平面。上一页下一页返回4.1平行面铣削•③平行进给，如图4-4（c）、（d）所示。•平行进给就是在一个方向单程或往复直线走刀切削，所有接刀痕都是方向平行的直线，单向走刀加工平面度精度高，但切削效率低（有空行程），往复走刀平面度精度低（因顺、逆铣交替），但切削效率高。对于要求精度较高的大型平面，一般都采用单向平行进刀方式。•2.平面铣削常用刀具类型•（1）可转位硬质合金面铣刀•这类刀具由一个刀体及若干硬质合金刀片组成，其结构如图4-5所示，刀片通过夹紧元件夹固在刀体上。按主偏角kr值的大小分类，可转位硬质合金面铣刀可分为45°、90°等类型。上一页下一页返回4.1平行面铣削•可转位硬质合金面铣刀具有铣削速度高，加工效率高，所加工的表面质量好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，因而得到了广泛的应用。适用于平面铣、台阶面铣及坡走铣等场合，如图4-6所示。•（2）可转位硬质合金R面铣刀•这类刀具的结构与可转位硬质合金面铣刀相似，只是刀片为圆形，如图4-7所示。可转位R面铣刀的圆形刀片结构赋予其更大的使用范围，它不仅能执行平面铣、坡走铣，还能进行型腔铣、曲面铣、螺旋插补等，如图4-8所示。上一页下一页返回4.1平行面铣削•（3）立铣刀•在特殊情况下，也可用立铣刀进行平行面铣削。常用立铣刀的结构形式及材料如图4-9所示。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，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。主切削刃一般为螺旋齿，可以增加切削平稳性，提高加工精度。由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以，立铣刀通常不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。•为了改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，刀齿数比较小，容屑槽圆弧半径则较大。一般粗齿立铣刀齿数z=3～4，细齿立铣刀齿数z=5～8。标准立铣刀的螺旋角b为40°～50°（粗齿）和30°～35°（细齿）。上一页下一页返回4.1平行面铣削•3.刀具直径的确定•平面铣削时刀具直径可根据以下方法来确定。•（1）最佳铣刀直径应根据工件宽度来选择，D的范围为（1.3～1.5）WOC（切削宽度），如图4-10（a）所示。•（2）如果机床功率有限或工件太宽，应根据两次进给或依据机床功率来选择铣刀直径，当铣刀直径不够大时，选择适当的铣削加工位置也可获得良好的效果，此时，WOC=0.75D，如图4-10（b）所示。•一般情况下，在机床功率满足加工要求的前提下，可根据工件尺寸，主要是工件宽度来选择铣刀直径，同时也要考虑刀具加工位置和刀齿与工件接触类型等。进行大平面铣削时铣刀直径应比切削宽度大20%～50%。上一页下一页返回4.1平行面铣削•4.切削用量的选择•平面铣削切削用量主要包含铣削深度ap（背吃刀量）、铣削速度Vc及进给速度F，如图4-11所示。（1）背吃刀量ap的选择•在加工平面余量不大的情况下，应尽量一次进给铣去全部的加工余量。只有当工件的加工精度较高时，才分粗、精加工平面；而当加工平面的余量较大、无法一次去除时，则要进行分层铣削，此时背吃刀量ap值可参考表4-1来选择。原则上尽可能选大些，但不能太大，否则会由于切削力过大而造成“闷车”或崩刃现象。上一页下一页返回4.1平行面铣削•（2）铣削速度Vc的确定•当ap选定后，应在保证合理刀具寿命的前提下，确定其铣削速度Vc。在这个基础上，尽量选取较大的铣削速度。粗铣时，确定铣削速度必须考虑到机床的许用功率。如果超过机床的许用功率，则应适当降低铣削速度。精铣时，一方面应考虑合理的铣削速度，以抑制积屑瘤的产生，保证表面质量。另一方面，由于刀尖磨损往往会影响加工精度，因此，应选用耐磨性较好的刀具材料，并尽可能使其在最佳铣削速度范围内工作。铣削速度太高或太低，都会降低生产效率。•铣削速度可在表4-2推荐的范围内选取，并根据实际情况进行试切后的调整。上一页下一页返回4.1平行面铣削•在完成Vc值的选择后，应根据公式（4-1）计算出主轴转速n值。•n=1000Vc/pD（4-1）•式中，n——主轴转速（r/min）；•D——铣刀直径（mm）。•（3）确定进给速度F•铣刀的进给速度大小直接影响工件的表面质量及加工效率，因此进给速度选择的合理与否非常关键。在确定好背吃刀量ap及铣削速度Vc后，接下来就是确定刀具的进给速度F，通常根据公式（4-2）计算得•F=f·z·n（4-2）•式中，f——铣刀每齿进给量（mm/z）；•z——铣刀齿数；•n——主轴转速（r/min）。上一页下一页返回4.1平行面铣削•一般来说，粗加工时，限制进给速度的主要因素是切削力，确定进给量的主要依据是铣床进给机床的强度、刀杆刚度、刀齿强度以及机床、夹具、工件等工艺系统的刚度。在强度、刚度许可的条件下，进给量应尽量取得大些。半精加工和精加工时，限制进给速度的主要因素是表面粗糙度，为了减小工艺系统的振动，提高已加工表面的质量，一般应选取较小的进给量。刀具铣削时的每齿进给量f值可参考表4-3来选取。上一页下一页返回4.1平行面铣削•4.1.2程序指令准备•1.辅助功能指令（M指令）•辅助功能指令又称M指令，其主要作用是控制机床各种辅助动作及开关状态，如主轴的转动与停止、冷却液的开与关闭等，通常是靠继电器的通断来实现控制过程的，用地址字符M及两位数字表示。程序的每一个程序段中M代码只能出现一次。•常用辅助功能M指令及其说明见表4-4。上一页下一页返回4.1平行面铣削•2.主轴转速功能指令（S指令）•主轴转速功能指令也称S功能指令，其作用是指定机床主轴的转速。•输入格式：S□□•主轴速度•3.进给速度功能指令（F指令）•也称F功能指令，其作用是指定刀具的进给速度。•输入格式：F□□•刀具进给速度•进给单位可以是mm/min，也可以是mm/r。编程时，程序中若输入了G94指令或省略，此时进给单位为mm/min，如输入F120，表示刀具进给速度为120mm/min；若输入了G95指令，则进给单位为mm/r，如输入F0.2，表示刀具进给速度为0.2mm/r。上一页下一页返回4.1平行面铣削•4.准备功能指令（G指令）•准备功能指令也称G指令，是建立机床工作方式的一种指令。用字母G加数字构成。进行零件平面加工所需的G指令见表4-5。•（1）G00——快速定位指令•该指令控制刀具以点定位从当前位置快速移动到坐标系中的另一指定位置，其移动速度不是用程序指令F设定，而是由厂家预先设定。•指令格式：G00X__Y__Z__•其中，X__Y__Z__为刀具运动的目标点坐标，当使用增量编程时，X__Y__Z__为目标点相对于刀具当前位置的增量坐标，同时不运动的坐标可以不写。•如图4-12所示，刀具从当前点O点快速定位至目标点A（X45Y30Z20），上一页下一页返回4.1平行面铣削•若按绝对坐标编程，其程序段如下：•G00X45Y30Z20•执行此程序段后，刀具的运动轨迹由标识①所示的三段折线组成。由此可看出，刀具在以三轴联动方式定位时，首先沿正方体（三轴中最小移动量为边长）的对角线移动，然后再以正方形（剩余两轴中最小移动量为边长）的对角线运动，最后再走剩余轴长度。•因此，在执行G00时，为避免刀具与工件或夹具相撞，通常采用以下两种方式编程。上一页下一页返回4.1平行面铣削•①刀具从上向下移动时。•编程格式：G00X__Y__•Z__•②刀具从下向上移动时。•编程格式：G00Z__•X__Y__•注意：不能使用G00指令切削工件。•（2）G01——直线插补指令•该指令控制刀具从当前位置沿直线移动到目标点，其移动速度由程序指令F控制。它适合加工零件中的直线轮廓。上一页下一页返回4.1平行面铣削•指令格式：G01X__Y__Z__F__•其中，X__Y__Z__为刀具运动的目标点坐标。当使用增量编程时，X__Y__Z__为目标点相对于刀具当前位置的增量坐标，同时不运动的坐标可以不写。•F__为指定刀具切削时的进给速度。刀具的实际进给速度通常与操作面板进给倍率开关所处的位置有关，当进给倍率开关处于100%位置时，进给速度与程序中的速度相等。•