数控铣床加工工艺(课件)

第四章数控铣床加工工艺第一节数控铣削加工的主要对象第二节数控铣削加工工艺的制订第三节数控铣床的编程基础第四节数控铣床的基本编程方法化学工业出版社第一节数控铣削加工的主要对象第四章数控铣床加工工艺数控铣床进行铣削加工主要是以零件的平面、曲面为主，还能加工孔、内圆柱面和螺纹面。它可以使各个加工表面的形状及位置获得很高的精度。一、平面类零件第四章数控铣床加工工艺如图4-1所示，零件的被加工表面平行、垂直于水平面或加工面与水平面的夹角为定角的零件，称为平面类零件。对于平面垂直于坐标轴的面，其加工方法与普通铣床的加工方法一样。对斜面的加工方法可采用：①将斜面垫平加工，这是在零件不大或夹具容易实现零件的加工情况下进行。第四章数控铣床加工工艺②用行切法加工，如图4-2所示，这样会留有行与行之间的残留余量，最后要由钳工修锉平整，飞机上的整体壁板零件经常用这个方法加工。③用五坐标数控铣床的主轴摆角后加工，不留残留余量，效果最好，如图4-3所示。对于斜面是正面台和斜肋板的表面，可采用成形铣刀加工；也可用五坐标数控铣床加工，但不经济。二、变斜角类零件第四章数控铣床加工工艺零件被加工表面与水平面夹角呈连续变化的零件，称为变斜角类零件。这类零件一般为飞机上的零部件，如飞机的大梁、桁架框等。以及与之相对应的检验夹具和装配支架上的零件。如图4-4所示为一种变斜角零件，该零件共分为三段，从第②肋到第⑤肋的斜角a由3°10′均匀变到2°32′，从第⑤肋到第⑨肋再均匀变为1°20′，从第⑨肋到第⑿肋均匀变为0°。第四章数控铣床加工工艺变斜角零件不能展开成为平面，在加工中被加工面与铣刀的圆周母线瞬间接触。用五坐标数控铣床进行主轴摆角加工，也可用三坐标数控铣床进行行切法加工。①对曲率变化较小的变斜角面，用x、y、z和A四坐标联动的数控铣床加工，如图4-5所示为用立铣刀直线插补方式加工的情况。②对曲率变化较大的变斜角面，用x、y、z和A、B五坐标联动的数控铣床加工，如图4-6所示。也可以用鼓形铣刀采用三坐标方式铣削加工，，所留刀痕用钳工修锉抛光去除，如图4-7所示。三、曲面类零件第四章数控铣床加工工艺零件被加工表面为空间曲面的零件，称为曲面类零件。曲面可以是公式曲面，如抛物面、双曲面等，也可以是列表曲面，如图4-8所示。曲面类零件的被加工表面不能展开为平面；铣削加工时，被加工表面与铣刀始终是点对点相接触。用三坐标数控铣床加工时，一般采用行切法用球头铣刀铣削加工，如图4-9所示。四、孔类零件第四章数控铣床加工工艺孔类零件上都有多组不同类型的孔，一般有通孔、盲孔、螺纹孔、台阶孔、深孔等。在数控铣床上加工的孔类零件，一般是孔的位置要求较高的零件，如圆周分布孔，行列均布孔等，如图4-10所示。其加工方法一般为钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、锪孔、攻螺纹等。第二节数控铣削加工工艺的制订一、零件的工艺分析（1）要彻底读懂图样第四章数控铣床加工工艺零件图样的尺寸是否标注全，有无漏、多尺寸的情况，有无封闭尺寸，尺寸的标注法是否方便编程，零件结构是否表示清楚了，视图是否完整，各几何元素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）是否明确。（2）要分析透零件的加工工艺性研究零件的被加工表面是否适于数控铣床加工，被加工表面是否太厚，内转接圆弧R是否太小。如图4-11所示，当R＜0.2H（H为被加工内轮廓面的最大厚度）时，其加工工艺性不好。即刀具被迫采用小直径而使得其刚性太差，需采取多次分层切削加工。第四章数控铣床加工工艺一个零件上内壁转接圆弧半径尺寸的大小和一致性，影响加工能力、加工质量和换刀次数等。如图d=D-2r铣刀端刃铣削平面的面积越大，则加工平面的能力越强，因而，铣削工艺性越好。图4－12零件槽底平面圆弧对加工工艺的影响（3）要研究分析零件的精度（4）要研究分析零件的刚性（5）要研究分析零件的定位基准（6）要研究分析零件的毛坯和材料第四章数控铣床加工工艺零件的精度（尺寸、形状、位置）是否能够保证，表面质量能否保证。根据精度、表面质量来决定是否采用粗铣，还是精铣，以及是否要多次进给。零件的厚度如果太单薄会引起加工变形。当加工薄壁零件时，若面积较大的零件，其加工后也易产生变形，很难保证精度，尤其是铝合金板。零件上如有统一的定位基准，便可保证在零件多次装夹后各加工表面之间的位置精度。其定位基准能保证零件定位稳定可靠，便没有基准不重合误差。材料是否具有较好的加工工艺性能，硬度、热处理状态是怎样的？毛坯的余量是否足够，是否均匀，毛坯的安装定位平面是否方便可靠。二、装夹方案的确定1．定位基准的选择第四章数控铣床加工工艺选择定位基准时，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。一般选择零件上不需要数控铣削的平面或孔做定位基准。对薄板零件，选择的定位基准应有利于提高工件的刚性，以减少切削变形。定位基准应尽量与设计基准重合，以减少定位误差对尺寸精度的影响。2．夹具的选择数控铣床可以加工形状复杂的零件，但在数控铣床上的工件装夹方法与普通铣床的工件装夹方法一样，所使用的夹具往往并不复杂，只要求有简单的定位、夹紧机构就可以了。但要将加工部位敞开，不能因装夹工件而影响进给和切削加工。3．必须注意的问题第四章数控铣床加工工艺①工件的被加工表面必须充分暴露在外，夹紧元件与被加工表面间的距离要保持一定的安全距离。各夹紧元件应尽可能低，以防铣夹头或主轴套筒与之在加工过程中相碰撞。②夹具安装应保证工件的方位与工件坐标系一致，并且还要能协调零件定位面与数控铣床之间保持一定的坐标联系。③夹具的刚性和稳定性要好，尽量不采用更换压板（夹紧点）的设计。若必须更换时，要保证不破坏工件的定位。4．夹具选用原则第四章数控铣床加工工艺（1）在生产类型为批量较小或单件试制时，若零件复杂，应采用组合夹具。如图所示，它是由可重复使用的标准零件组成。若零件结构简单时，可采用通用夹具，如虎钳、压板等，如图所示。第四章数控铣床加工工艺（2）在生产类型为中批量或批量生产时，一般用专用夹具，其定位效率较高，且稳定可靠。（3）在生产批量较大时，可考虑采用多工位夹具、机动夹具，如液压、气压夹具。三、刀具选择的基本要求（1）刀具的刚性要好第四章数控铣床加工工艺为提高生产率而采用大切削用量时，需要刚性好的刀具，刚性差的刀具在大切削用量时很容易断刀。要保证被加工表面的形状精度，用刚性差的刀具在大切削力的作用下，会产生变形而形成“让刀”，使加工的型面会出现斜面，如图4-15所示。当被加工表面各处余量不一样时，用普通铣床可多次进给解决问题，而数控铣床则要改变程序，而用刚性强的刀具就可一次加工，不必改变程序。（2）刀具的耐用度要高因为数控铣床靠程序控制精度，刀具若磨损很快，则尺寸精度、型面精度很难保证，故要用耐用度高的刀具。此外，刀具参数、几何角度、排屑性能等因素也要综合考虑。四、切削用量的选择第四章数控铣床加工工艺合理的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大，这在实际加工中往往是很难掌握的，必须要有丰富的实践经验才能够掌握好切削用量的选择。因此，在编程时只能根据一般情况，大致选择切削用量。在实际加工中，根据具体加工情况进行调整。五、进给路线的确定在确定进给路线时，要考虑零件的被加工表面的精度、表面质量、表面形状。零件材料的刚度、切削余量。机床的类型、刚度、精度以及刀具的刚度等等。要考虑被加工表面与夹具的空间关系，以防碰撞。合理的进给路线应能保证零件的加工精度、表面质量的要求。数值计算简单、程序段少、编程量小、进给路线短、空行程少的高效率路线。1．钻孔加工的进给路线第四章数控铣床加工工艺钻孔加工的进给路线，包括钻、扩、铰、攻螺纹、镗孔等孔的加工方法。这种进给路线包括两个方面：x、y方向和z方向。如图4-16所示，该零件要钻孔，则进给路线是参照普通钻床钻孔的动作设计的，按G81固定循环动作。①钻头（铰刀、镗刀、螺纹刀具）在x、y方向快速移动至孔的中心位置。②钻头快速下刀至工件表面上方3～5mm的距离。③钻头工作进给至指定深度。④钻头快速返回初始平面。⑤若加工多个孔则要考虑x、y方向的最短加工路线，如图2-56c所示。2．铣削平面轮廓的进给路线第四章数控铣床加工工艺（1）铣削外轮廓零件铣削外轮廓零件的路线分为z方向和x、y方向，要一一确定。x、y方向的确定，如图4-17所示。①在开始切削段和结束切削段要有切入、切出的路线，以避免产生刀痕，保证被加工表面的光滑。②应建立径向刀具补偿段和取消径向刀具补偿段，这一点非常重要。它的目的是为了编程简单，可灵活使用不同直径的刀具，并利用刀具补偿值有效地控制尺寸精度。③在实际切削段，只要沿着实际轮廓编制程序段就行了。在进给方向上一般用顺铣，这是因为数控铣床的丝杠是滚珠丝杠，间隙极小甚至为零，不存在普通铣床上顺铣易损坏刀具的情况。顺铣加工的表面质量比逆铣要高，切削状态也好。第四章数控铣床加工工艺（2）铣削内轮廓零件铣削内轮廓零件的路线也同样分为z方向和x、y方向，但铣削内轮廓零件与铣削外轮廓零件的情况不同，不能从切线方向切入、切出。①开始切削段可用圆弧切入，结束切削段可用圆弧切出，以保证不留刀痕，如图18所示。若要求不高，也可用斜线切入、切出，如图4-19所示。圆弧的大小和斜线的长短视内轮廓零件的尺寸大小而定。第四章数控铣床加工工艺②应建立径向刀具补偿段和取消径向刀具补偿段。③进给方向一般用顺铣，在确定路线时，要考虑刀具直径的大小，每段轮廓的长度必须大于刀具半径和刀具半径补偿值之和，否则机床将报警，防止过切，如图4-20所示。第四章数控铣床加工工艺（3）内、外轮廓零件z方向的确定如图4-21所示，铣刀快速进给至z＇，再工作进给至切削长度z＇＇。这个z＇值的确定很重要，设定的太高效率低，设定的太低，则快速下刀距离工件太近，容易出危险，很容易碰刀。铣削外轮廓零件时，落刀点要选在工件外，距离工件一定的距离L（Lr+k，r为刀具半径，k为余量），铣削内轮廓零件时，落刀点选在有空间下刀的地方，一般在内轮廓零件的中间，若没有空间的话，应先钻落刀孔。第四章数控铣床加工工艺（4）型腔加工这类零件是要去除中间的余量。如图2-58所示，在x、y方向从落刀点下刀后有三种情况：平行切法（进给路线最短，表面质量差）、环切法（进给路线最长，表面质量好。）、混合法（先平行切削再环切，进给路线较短，表面质量好。）。在z方向路线的确定，与加工内、外轮廓零件基本相同。环切法行切法行切+环切法3．曲面加工的进给路线第四章数控铣床加工工艺曲面加工的进给路线对于三坐标数控铣床来说比较简单，用球头铣刀采用行切法加工，如图2-72所示。行切法是指刀具与零件表面的切点轨迹是一行一行的，且行距根据加工精度要求来确定。若曲面比较复杂，则要用四坐标数控铣床、五坐标数控铣床加工。六、平面凸轮零件的数控铣削工艺第四章数控铣床加工工艺如图4-22所示，平面凸轮零件是平面轮廓零件加工的典型零件，它的轮廓是由圆弧与直线组成。1．零件工艺分析第四章数控铣床加工工艺零件图样的尺寸、视图都完整，表达清楚，几何关系明确；零件的结构工艺性也很好，无难以加工的结构。侧面与底面垂直，零件的厚度不厚，在垂直方向可一刀切削完成；零件的精度要求较高，R61±0.05，R64±0.05，R63.5±0.05，要采用粗铣—半精铣—精磨的工艺路线；用数控铣床只能完成半精加工，精加工需淬火后磨削完成；可用零件的大平面和两孔作定位基准；零件材料是CrWMn钢，淬火后硬度为HRC58～62。数控铣削工序完成半成品，为半精加工。已加工好孔和平面，经调质硬度为HRC22～26，切削加工性较好。2．夹具选择第四章数控铣床加工工艺根据零件被加工表面的情况，该零件需限制五个自由度，可采用一面二孔的定位方法，如图4-23所示。为了露出被加工表面，不能从周边压紧，而用螺钉、压板机构从中间压紧。这个夹具是一种专用夹具，凸轮批量较大时，用这个夹具可提高效率。3．刀具选择4．切削用量的选择加工该凸轮用立铣刀，直径可大可小，根据刚性好、耐用度高这样一个特点，选择Φ20高速钢立铣刀。其切削长度