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数控加工工艺 铣削加工工艺,武汉工程职业技术学院 数控教研室,作为一名数控加工技术人员，不但要了解数控机床、数控系统的功能，而且要掌握零件加工工艺的有关知识，否则，编制出来的程序就不一定能正确、合理地加工出我们需要的零件来。,第六单元 数控铣削加工工艺,了解数控铣削中要解决的主要工艺问题以及各种问题的解决方法。掌握数控铣削工艺拟定的过程、工序的划分方法、工序顺序的安排和进给路线的确定等工艺知识，对数控铣削工艺知识有一个系统的了解，并学会对一般数控铣削零件加工工艺进行分析及制定加工方案。,教学目的：,第五单元 数控铣削加工工艺,学习内容与知识点：,数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，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。,数控铣床的主要加工对象,数控铣床的主要加工对象,（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。,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,数控铣床的主要加工对象,（2）变斜角类零件 加工面与水平面的夹角成连续变化的零件称为变斜角类零件。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。,飞机上变斜角梁缘条,数控铣床的主要加工对象,（3）曲面类（立体类）零件 加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。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。,数控铣床的结构及类型,数控立铣床的结构,数控铣床的结构及类型,中型,大型,卧式,立卧两用式,两轴半控制,三轴控制,多轴控制,小型,立式,按体积分,按主轴布局 形式分,按控制坐标的联动轴数分,华中XKA71402数控立式铣床,数控铣床的结构及类型,华中XKA714数控立式铣床,数控铣床的结构及类型,华中ZJK7532-A铣钻床,数控铣床的结构及类型,张俊雄定梁龙门铣,数控铣床的结构及类型,数控铣床的坐标系统,机床坐标系,是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点。在机床经过设计制造和调整后这个原点便被确定下来，它是固定的点。,迪卡尔,数控机床采用的是笛卡尔的直角三坐标系统，X、Y、Z三轴之间的关系遵循右手定则。如右图所示，右手三指尽量互成直角，拇指指向X轴正方向，食指指向Y轴正方向，中指指向Z轴正方向。,数控铣床的坐标系统,遵循右手笛卡尔直角坐标系原则,由于数控铣床有立式和卧式之分，所以机床坐标轴的方向也因其布局的不同而不同。,数控铣床的坐标系统,立式铣床的坐标系统,数控铣床的坐标系统,立式升降台铣床的坐标方向为：Z轴垂直（与主轴轴线重合），向上为正方向；面对机床立柱的左右移动方向为X轴，将刀具向右移动（工作台向左移动）定义为正方向；根据右手笛卡尔坐标系的原则，Y轴应同时与Z轴和X轴垂直，且正方向指向床身立柱。,卧式升降台铣床的坐标方向为：Z轴水平，且向里为正方向（面对工作台的平行移动方向）；工作台的平行向左移动方向为X轴正方向；Y轴垂直向上。,卧式铣床的坐标系统,数控铣床的坐标系统,数控装置通电后通常要进行回参考点操作，以建立机床坐标系。参考点可以与机床零点重合，也可以不重合，通过参数来指定机床参考点到机床零点的距离。机床回到了参考点位置也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐标轴的参考点，CNC就建立起了机床坐标系。,数控铣床的坐标系统,数控铣床的坐标系统,工件坐标系,用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件坐标系的原点即为工件零点。,工件零点的位置是任意的，它是由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定的。,考虑到编程的方便性，工件坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床的坐标轴方向一致。,工件坐标系 原点,机床坐标系 原点,数控铣床的坐标系统,数控铣削加工工件的安装,数控铣削加工选择定位基准应遵循的原则：,尽量选择零件上的设计基准作为定位基准,定位基准选择要能完成尽可能多的加工内容,定位基准应尽量与工件坐标系的对刀基准重合,必须多次安装时，应遵从基准统一原则,数控铣削加工工件的安装,加工面的安装,数控铣削加工工件的安装,加工内轮廓时的安装,数控铣削加工工件的安装,加工外轮廓时的安装,数控铣削加工工件的安装,不影响进给的装夹示例,数控铣削加工的对刀,对刀方式,标准芯轴和块规对刀,数控铣削加工的对刀,寻边器对刀,对刀方式,数控铣削加工工艺分析,数控铣削加工工艺分析,数控铣削加工的工艺性分析是编程前的重要工艺准备工作之一，关系到机械加工的效果和成败，不容忽视。由于数控机床是按照程序来工作的，因此对零件加工中所有的要求都要体现在加工中，如加工顺序、加工路线、切削用量、加工余量、刀具的尺寸及是否需要切削液等都要预先确定好并编入程序中 。,选择并确定进行数控加工的内容,数控加工内容的选择:,工件上的曲线轮廓,已给出数学模型的空间曲面,形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位,通用机床加工时难以测量和控制进给的内外凹槽,选择并确定进行数控加工的内容,数控加工内容的选择:,以尺寸协调的高精度孔或面,能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状,采用数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容,选择并确定进行数控加工的内容,数控加工内容的选择:,立式数控铣床,卧式数控铣床,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。,适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等。,多坐标联动的卧式加工中心,用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。,零件结构的工艺性分析,零件结构工艺性分析的主要内容：,审查与分析零件图纸中尺寸标注方法是否适合数控加工；,审查与分析图纸中几何元素的条件是否充分、正确；,审查与分析数控加工零件的结构合理性；,预防零件变形措施：,对于大面积的薄板零件，改进装夹方式，采用合适的加工顺序和刀具,采用适当的热处理方法,粗、精加工分开及对称去除余量等措施来减小或消除变形的影响,零件结构的工艺性分析,提高工艺性的措施 ：,减少薄壁零件或薄板零件,尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸,保证基准统一原则,零件结构的工艺性分析,零件图形的数学处理,编程尺寸确定的步骤：,基本尺寸换算成平均尺寸,保持原重要的几何关系不变并修改一般尺寸,计算未知结点坐标尺寸,编程尺寸的最后形成,数控加工的数值计算是程序编制中一个关键的环节。,工序的划分,在数控机床上特别是在加工中心上加工零件，工序十分集中，许多零件只需在一次装卡中就能完成全部工序。,但是零件的粗加工，特别是铸、锻毛坯零件的基准平面、定位面等的加工应在普通机床上完成之后，再装卡到数控机床上进行加工。这样可以发挥数控机床的特点，保持数控机床的精度，延长数控机床的使用寿命，降低数控机床的使用成本。,工序的划分,导轨粗基准的加工,以加工后的床脚为基准加工导轨面,以导轨面为粗基准,加工床脚,工序的划分,数控铣削加工工序的划分,刀具集中分序法,粗、精加工分序法,按加工部位分序法,工序的划分,刀具集中分序法,即按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第三把刀完成它们可以完成的其它部位。,特点：,这种分序法可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。,工序的划分,粗精加工分序法,这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因素，按照粗、精加工分开的原则进行分序。对单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工，而后精加工。,注意：,粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。,工序的划分,按加工部位分序法,即先加工平面、定位面，再加工孔；,先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；,先加工精度比较低的部位，再加工精度要求较高的部位。,工序的划分,零件材料变形小，加工余量均匀，可以采用刀具集中分序法，以减少换刀时间和定位误差；,例如：,若零件材料变形较大，加工余量不均匀，且精度要求较高，则应采用粗精加工分序法。,工序的划分,总之，在数控机床上加工零件，其加工工序的划分要视加工零件的具体情况具体分析,许多工序的安排是综合了上述各分序方法的。,对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，它是通过对刀点来实现的。,对刀点,指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。,确定对刀点与换刀点,确定对刀点与换刀点,刀具与工件原点 Z 轴方向之距离,刀具与工件原点 X 轴方向之距离,刀具与工件原点 Y 轴方向之距离,对刀点的选择原则,便于用数字处理和简化程序编制,在机床上找正容易，加工中便于检查,引起的加工误差小,确定对刀点与换刀点,确定对刀点与换刀点,对刀点与加工原点重合,确定对刀点与换刀点,70,铣削加工零件,确定对刀点与换刀点,对刀点与加工原点重合,确定对刀点与换刀点,对刀点在几何对称中心,确定对刀点与换刀点,对刀点在加工过程中便于检查,对刀点,确定对刀点与换刀点,对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。,对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。,确定对刀点与换刀点,对刀时应使对刀点与刀位点重合。,刀位点,是指确定刀具位置的基准点,如： 平头立铣刀的刀位点一般为端面中心；球头铣刀的刀位点取为球心；钻头为钻尖。,确定对刀点与换刀点,换刀点,应根据工序内容来作安排，为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设在距离零件较远的地方。,走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被加工件的的运动轨迹和方向。走刀路线的确定非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。,选择走刀路线,选择走刀路线,确定走刀路线的一般原则,保证零件的加工精度和表面粗糙度,方便数值计算，减少编程工作量,缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间,尽量减少程序段数,切入切出点,切入点,。,切入切出点,切入点选择原则：,粗加工选择曲面内的最高角点作为切入点。,精加工选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为切入点。,总之避免铣刀当钻头使用，否则因受力大而损坏。,切入切出点,切出点选择原则：,能连续完整的加工曲面。,非加工时间短。,切入切出点,切入点的选择,。,。,。,A,B,C,应尽量避免在连续几何图素的中间切入,虽然是两几何图素的交点，但在这里刀具沿切线方向切出后将影响已加工表面精度,可沿图形轮廓切向切入切出，且保证轮廓封闭,切入切出路径,在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削，由于主轴系统和刀具的刚度变化，当沿法向切入工件时，会在切入处产生刀痕，所以应尽量避免沿法向切入工件。,切入切出路径,铣削外圆的切入切出路径,切入切出路径,铣削外轮廓的切入切出路径,当铣切内表面轮廓形状时，也应该尽量遵循从切向切入的方法，但此时切入无法外延，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线。当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，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。,切入切出路径,铣削内圆的切入切出路径,切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,切入切出路径,从尖点切入铣削内轮廓,铣削内轮廓的切入切出路径,以角点作为切入切出点,铣削内轮廓的切入切出路径,切入切出路径,容易产生过切现象,切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,走圆弧线切入,从直线中间切入,切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,切入切出路径,当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，切入切出点应尽量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。,为了消除由于系统刚度变化引起进退刀时的痕迹，可采用多次走刀的方法，减小最后精铣时的余量，以减小切削力。,避免引入反向误差,数控机床在反向运动时会出现反向间隙，如果在走刀路线中将反向间隙带入，就会影响刀具的定位精度，增加工件的定位误差。,避免引入反向误差,避免反向误差的加工路线,存在反向误差的加工路线,刀具补偿的设置,在切入工件前应该已经完成刀具半径补偿，而不能在切入工件时同时进行刀具补偿，这样会产生过切现象。为此，应在切入工件前的切向延长线上另找一点，作为完成刀具半径补偿点.,刀具补偿的设置,切入工件同时补偿,切入工件前补偿,顺铣和逆铣加工,切削加工方式,顺铣,逆铣,在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相同,在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相反,顺铣和逆铣加工,顺铣和逆铣加工,铣削内沟槽侧面,为保证螺距的准确，应避免在进给机构的加速和减速过程中切削，所以应有引入距离和超越距离。,车螺纹的引入和超越距离,车螺纹的引入和超越距离,引入距离,超越距离,避免刀具干涉,在连续切削的数控机床上，多数是使用立铣刀且几乎都是用侧刃进行切削，往往会产生刀具的干涉现象。,为了避免刀具的干涉，一般采用小直径的铣刀来加工，但在加工时则受力变形而产生的刀具弯斜量直接影响加工精度,避免刀具干涉,虽然可把刀具的倒锥磨好以减轻刀具的弯斜量，但也不能最好地解决问题，特别在加工三维曲面更明显出现加工干涉区或加工盲区。,就加工的可能性而言，在不出现加工干涉区或加工盲区时，复杂曲面一般可以采用球头铣刀进行三坐标联动加工；如果工件还存在加工干涉区或加工盲区，就必须考虑采用四坐标或五坐标联动的机床来加工了。,避免刀具干涉,a,b,c,刀具干涉实例,数控铣削加工工艺参数的确定,步长,逼近误差,行距,切削速度,主轴转速,数控加工工艺参数,数控铣削加工工艺 参数的确定,与切削用量有关的工艺参数确定： 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。 侧吃刀量ae垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。 从刀具耐用度的角度出发，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。 如果零件精度要求不高，在工艺系统刚度允许的情况下，最好一次切净加工余量，以提高加工效率；如果零件精度要求高，为保证精度和表面粗糙度，只好采用多次走刀。,数控铣削加工工艺 参数的确定,2、与进给有关参数的确定 在加工复杂表面的自动编程中，有五种进给速度须设定，它们是： （1）快速走刀速度（空刀进给速度） 为节省非切削加工时间，一般选为机床允许的最大进给速度，即G00速度。 （2）下刀速度（接近工件表面进给速度） 为使刀具安全可靠的接近工件，而不损坏机床、刀具和工件，下刀速度不能太高，要小于或等于切削进给速度。对软材料一般为200mm/min；对钢类或铸铁类一般为50mm/min。,数控铣削加工工艺参数的确定,（3）切削进给速度F 切削进给速度应根据所采用机床的性能、刀具材料和尺寸、被加工材料的切削加工性能和加工余量的大小 一般原则是：工件表面的加工余量大，切削进给速度低；反之相反。 切削进给速度可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手工调整，以获得最佳切削状态。切削进给速度不能超过按逼近误差和插补周期计算所允许的进给速度。,（4）行间连接速度（跨越进给速度） 行间连接速度刀具从一切削行运动到下一切削行的运动速度。 该速度一般小于或等于切削进给速度。 （5）退刀进给速度（退刀速度） 为节省非切削加工时间，一般选为机床允许的最大进给速度，即G00速度。,数控铣削加工工艺 参数的确定,3、与切削速度有关的参数确定 （1）切削速度c 切削速度c的高低主要取决于被加工零件的精度和材料、刀具的材料和耐用度等因素。 （2）主轴转速n 主轴转速n根据允许的切削速度c来确定：n=1000c/d 理论上，c越大越好，这样可以提高生产率，而且可以避开生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，使用国内机床、刀具时允许的切削速度常常只能在100200m/min范围内选取。,数控铣削加工工艺 参数的确定,自动编程加工工艺,两坐标数控铣削加工刀具轨迹生成,外形轮廓,封闭轮廓中的区域和岛,二维型腔,孔,二维字符,两坐标加工的对象,两坐标数控铣削加工刀具轨迹生成,二维型腔的加工,两坐标数控铣削加工刀具轨迹生成,二维型腔的加工,二维型腔的切削方式,行切法,环切法,以一定角度方向进行平行走刀加工,走刀轨迹是沿型腔边界走环形等距线,两坐标数控铣削加工刀具轨迹生成,行切加工方式,两坐标数控铣削加工刀具轨迹生成,环切加工方式,曲面区域加工,曲面型腔加工,多曲面连续加工,曲面间过渡区域加工,裁减曲面加工,主要加工对象,多坐标数控铣削加工刀具轨迹生成,多坐标数控铣削加工刀具轨迹生成,直纹面的加工刀具轨迹,多坐标数控铣削加工刀具轨迹生成,参数线法,截平面法,回转截面法,投影法,常用的刀具轨迹生成方法,参数线法加工,参数线法的基本思想是：任何一个曲面都可以写成参数方程x,y,z=fx(u,v),fy(u,v),fz(u,v)的形式。当u或v中某一个为常数时，形成空间的一条曲线。,参数线法计算简单，速度快，是曲面数控加工编程系统主要采用的方法，但当加工曲面的参数线不均匀时会造成刀具轨迹也不均匀，加工效率不高。,截面法加工,截面法加工的基本思想是：采用一组截面（可以是平面、也可以是回转柱面）去截取加工表面，截出一系列交线，将来刀具与加工表面的切触点就沿着这些交线运动，通过一定方法将这些交线连接在一起，就形成最终的刀具轨迹。,截面法主要适用于曲面参数线分布不太均匀及由多个曲面形成的组合曲面的加工。,截面法加工,投影法加工,投影法的基本思路是将一组事先定义好的曲线（也称导动曲线）或轨迹投影到曲面上，然后将投影曲线作为刀触点轨迹，从而生成曲面的加工轨迹。,投影法常用来处理其它方法难以获得满意效果的组合曲面和曲面型腔的加工。,投影法加工,投影法加工,对于很多复杂曲面零件及模具而言，刀具轨迹计算完成后，都需要对刀具轨迹进行编辑与修改。这是因为：在零件模型的构造过程中，往往处于某种考虑对待加工表面及约束面进行延伸并构造辅助面，从而使生成的刀具轨迹超出加工表面范围需要进行裁剪和编辑；由于生成的曲面不光滑，使刀位点出现异常，需对刀位点进行修改；采用的走刀方式经检验不合理，需改变走刀方式等等，都需进行刀具轨迹的编辑。,刀具轨迹编辑,刀位轨迹编辑一般包括刀位点、切削段、切削行、切削块的删除、拷贝、粘贴、插入、移动、延伸、修剪、几何变换，刀位点的匀化，走刀方式变化时刀具轨迹的重新编排以及刀具轨迹的加载与存储等。,刀具轨迹编辑,刀具轨迹编辑,刀具轨迹的平移,刀具轨迹编辑,刀具轨迹的缩放,刀具轨迹编辑,刀具轨迹的旋转,典型零件的数控加工工艺,毛坯为1206010板材，5深的外轮廓已粗加工过，周边留2余量，要求加工出如图所示的外轮廓及20的孔。工件材料为铝。,典型零件的数控加工工艺,确定工艺方案及加工路线,以底面为定位基准，两侧用压板压紧，固定于铣床工作台上,工步顺序：,钻孔20,按OA