航空零件数控铣削加工实训指导书

1、PAGE PAGE 110成都航空职业技术学院航空零件数控铣削加工实 训 指 导 书 林 盛 编 写2009年5月第1版 前 言航空零件数控铣削加工是数控技术专业的终端学习课程之一，是一门基于工作过程为导向，工学结合专业技术主干课程。课程以职业岗位需求为逻辑起点，遵循职业教育规律，结合实际条件，注重过程控制，通过5个载体的学习融入数控工艺、数控编程、仿真校验、现场实施加工、质量检测于一体，先从简单的平面零件开始入手，让学生容易加工出合格零件，使学生具有成就感，再学习曲面零件加工，载体具有趣味性，激发学生学习兴趣，最后进入课程主题飞机整体结构件和航空发动机叶片及叶轮零件加工,循序渐进的培养学生的

2、职业能力与职业素质。 简单新手专家复杂职 业 成 长 规 律学 习 认 知 规 律课程教育目标一、课程性质与作用在前期课程如机械制图及建模、数控技术导论、金属零件手工制作与测量、普通机床加工技术、数控机床与操作等的支撑下，通过本课程教学，使学生具备中等复杂零件数控加工工艺设计能力、应用CAM软件编制加工程序能力、应用仿真软件虚拟加工能力、零件数控加工工艺实施能力、零件加工质量评价能力，为后期进行的顶岗实习奠定良好基础；在校内生产性实训基地和企业实训基地中开展理论实践一体化教学，了解企业生产实际，接受职业熏陶，培养职业素养。课程的前后支撑关系如下表：序号前期课程名称为本课程支撑的主要能力1机械制

3、图及建模具备识图能力，能识读第象限视图；具备使用三维CAD 软件建模能力。2数控技术导论认识数控加工的应用领域。3金属零件手工制作与测量钳工基本知识；简单零件的手工制作；公差尺寸链的能力；正确选择和使用量具的能力。4普通机床加工技术普通机床的工艺用途与选用；典型零件的加工方法。5数控机床与操作了解常用数控机床的功能与用途；掌握了解常用数控机床的操作方法。序号后续课程名称需要本课程支撑的主要能力1生产计划与组织具备零件数控铣削加工工艺设计与实施能力。2顶岗实习具备应用CAM软件编制加工程序能力；具备零件数控加工工艺实施能力。二、课程设计的理念与思路1理念课程以职业岗位需求为逻辑起点，遵循职业教育

4、规律，结合实际条件，注重过程控制，循序渐进的培养学生的职业能力与职业素质。课程教育目标服从专业培养目标；课程教学内容符合课程教育目标；课程教学方法适合课程教学内容需要；课程教学手段服务课程教学方法；素质教育贯穿于整个教学过程。2思路以市场调研获得的职业岗位（群）工作任务分析表为课程开发的依据，分析本专业毕业生就业面向的数控机床操作工、数控工艺员、数字化检测员、生产管理员等四个职业岗位职责和职业能力，确定本课程在专业中的功能（地位），根据专业人才培养目标，制定课程教学目标，确定课程工作任务，以工作过程系统化为导向，构建课程内容结构和知识序列，形成以工作过程导向的知识与技能训练体系、能力培养体系，

5、设计学习载体，设计课堂教学及实施方案，制定考核、评价体系，在教学实施中建设课堂教学及学生学习资源，通过对教与学的多元评价形成对课程建设的闭环反馈，得以持续改进。如图1所示。航空零件数控铣削加工课程教学设计流程目 录第一章学生须知6第二章数控加工工艺分析11一、零件加工工艺性分析13二、 机床的选择 14三、加工方法和加工方案的确定15四、工序与工步的划分15五、确定零件基准和坐标系16六、零件的安装与夹具的选择17七、刀具的选择与切削用量的确定21八、切削液的选择47九、加工路线的确定52十、检测手段的选择53第三章常见工艺问题分析58一、加工质量分析58二、刀具失效形式分析62第四章案例分析

6、及实训任务67一、简单平面类零件加工67二、曲面类零件加工75三、飞机整体结构件零件加工81四、工艺规程编制样例92五、实训任务单104第一章学生须知一、课程学习目标1、培养职业能力：（1）、能对简单平面零件进行工艺安排与实施（2）、能对曲面零件进行工艺安排与实施（3）、能对飞机整体结构件（小型零件）进行工艺安排与实施（4）、能对发动机叶片零件进行工艺安排与实施（5）、能对叶轮零件进行工艺安排与实施2、培养方法能力：自主学习能力、与人交流能力、团队协作能力3、培养职业素质：安全意识、纪律意识、质量意识、成本意识、环保意识二、课程学习内容1、数控加工工艺设计；2、UG软件建模与编程； 3、VER

7、ICUT软件加工仿真；4、现场实施零件加工；5、零件质量评价。三、课程教学过程分析图纸确定工艺编程、模拟实施加工零件检测质量评估下厂参观、上网查资料CAD/CAM机房CAD/CAM机房生产性实训基地技术测量室多媒体教室输入：零件图技术要求工艺规程正确程序零件产品检验单总结报告专兼职结合双师教学团队指导师生第三方检测双师型教师点评组织分组讨论分工合作分工合作他检全班集中分组讨论咨询决策计划实施检查评价基于工作工程的教学实施过程输出：合格零件地点成果教学过程：1、接受任务单，自主思考，寻求完成任务的办法（根据需要可以下厂参观学习）2、分组讨论，团结协作，确定工艺并编写工艺规程3、使用UG软件建模与

8、编程，实现数控工艺参数4、使用VERICUT软件校验数控程序的正确性5、现场实施加工并自检加工结果6、各小组之间交换零件互相检测零件质量并提交检验单7、以8人一组制作PPT总结学习情况四、分组安排分组安排2人一组编程与工艺实施小组交换零件互相检测2人一组编程与工艺模拟机床1机床2机床3机床4机床5在课程教学过程中每个小组设有一个小组长，每个大组设有一大组长，小组长要负责组员考勤，安排实训进度和及时总结。大组长负责最终PPT总结分工安排和汇总。五、实训要求1、每小组同学分工合作完成任务，不得拷贝其他组同学的成果；2、工作过程中小组要互相讨论，团结协作，提取较好的一种方案，实施加工；3、实施加工过

9、程中，小组成员必须都到场参与，不得由某一个同学单独完成。4、小组长负责队员考勤及分工具体事宜。5、必须按安全操作规程操作机床。数控加工中心安全操作规程1、实训之间必须认真预习实训指导书及教材中有关的内容，明确实训目的要求、实训原理、方法和步骤。2、严格遵守实训室的规章制度和数控设备操作规程，服从实训指导教师和管理人员的安排，确保实习者安全及设备安全。3、必须熟悉数控机床的功能和操作规程，严格按操作规程进行实训。4、实训时，必须穿工作服。女生必须戴工作帽，不准穿拖鞋、不准戴手套操作机床。5、开机前，要检查机床防护罩是否安装完好，未经允许，不得打开电器柜门。6、实训中必须按管理人员提供的材料进行加

10、工，不准私自装夹材质较硬的材料进行加工。7、实训中必须保持安静与整洁，禁止吸烟、喧哗、打闹、乱扔杂物、串岗、离岗。不准两人或多人同时操作一台机床。严禁乱动机床的按钮，开关。8、违反规定不听劝阻者，将视情况给予停止实习、书面检讨或纪律处分。9、一旦发生机器故障，应立即切断电源，并报告指导教师或管理人员进行处理。10、机器维修必须由正规及有数控维修证书的工作人员进行维修。11、实训室钥匙必须妥善保管，对持有钥匙者进行登记，不准私配或转借他人。12、实训管理人员必须定期对机床进行保养和清洗。数控加工中心的维护与保养一、启动前1、外观是否有异常。每日检查2、工作台鞍座及头部移动范围是否有障碍物。每日检

11、查3、头部鞍座及ATC的滑动面的除污片是否正常。每日适时检查4、主轴的斜销是否正常。每日检查5、主轴的锥度部及主轴清洁干净。每日检查6、各滑动面是否有打痕受伤。每日适时检查7、刀具的刀柄斜度部分擦拭清洁。每日检查8、刀具的拉拴锁紧。每日检查9、检查润滑油的油量。每日检查油量最大容量12公升10、检查切削液量。每日检查11、检查空气压力。每日检查12、检查打刀油缸油量为半杯油。一年换一次13、检查ATC机构油量。每日适时检查，一年换一次14、检查冷却箱冷却油量。每日适时检查，一年换一次二、启动后1、机械各部分是否有异音、异常振动、发热。、2、各滑动面确认润滑油供给正常。3、操作前暖机使主轴低速回

12、转，X、Y、Z各轴全程跑1020分钟。每日检查4、每日作业结束时，清洁机器本体，特别清洁滑动面附近。每日检查5、为防止主轴的锥度部生锈，请喷防锈油，下次操作前再将防锈油清除。六、成绩评定每个学习情境单独考核，每个学习情境都必须通过，否则课程成绩为不及格师评自评互评教师评价60%学生自评10%学生互评30%学习情境评价评价社会能力评价职业素养评价职业能力小组汇报演讲10考勤20加分减分项目10个人学习总结100加工结果60成绩评定情境成绩评定：考勤20+加工结果60+加减分项目10+汇报10备注：平面零件加工结束进行一次汇报，曲面零件加工结束进行一次汇报，整体结构件加工结束进行一次汇报，发动机叶

13、片零件加工结束进行一次汇报，涡轮叶片零件加工结束进行一次汇报。课程结束进行个人答辩。考勤：迟到一次不扣分，迟到两次扣3分，缺勤一次扣3分。同时小组成员扣0.5分。有假条请假不扣分，口头请假无效。加减分项目：平时表现好，如积极帮助他人，积极回答问题，维护现场环境，纪律等一次加2分，团队长期分工明确，互相激励，互相讨论，积极工作小组成员各加3分，小组长加5分。团队懒散，工作进度滞后，不自动寻求方法完成任务，队员经常违反纪律，小组长扣2分。未穿工作服进现场一次扣2分并责令立即穿戴，课堂纪律不好一次扣2分，同时小组成员扣0.5分（如打游戏，看电影，吵闹喧哗，东晃西晃，东敲西敲，拉拉扯扯，勾肩搭背随地吐

14、痰，乱扔垃圾等）加工结果：由其它小组按评分表打分。小组汇报：由学生评分团打分。评分标准参考汇报内容的信息量1.5分，技术含量1.5分，团队组织分工状况1.5分，解决问题能力1.5分，学习成果1.5分（具体收获），汇报质量1.5分等，其它1分个人总结：学生自己推荐+教师评定。评分标准参考总结报告的技术含量7分，排版2分，其它1分。 课程成绩评定：（平均情境成绩）*90%+个人学习总结10%第二章数控加工工艺分析零件的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂的环节，也是数控加工工艺方案设计的核心工作，必须在数控加工方案制定前完成。一个合格的编程人员对数控机床及其控制系统的功能及特点，以及

15、影响数控加工的每个环节都要有一个清晰、全面的了解，这样才能避免由于工艺方案考虑不周而可能出现的产品质量问题，造成无谓的人力、物力等资源的浪费。全面合理的数控加工工艺分析是提高数控编程质量的重要保障。 在数控加工中，从零件的设计图纸到零件成品合格交付，不仅要考虑到数控程序的编制，还要考虑到诸如零件加工工艺路线的安排、加工机床的选择、切削刀具的选择、零件加工中的定位装夹等一系列因素的影响，在开始编程前，必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细的数控加工工艺分析，以最终确定哪些是零件的技术关键，哪些是数控加工的难点，以及数控程序编制的难易程度。 影响数控加工方案的主要因素如图工艺员在进行工艺分析时，要

16、有机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具、夹具手册等资料，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等。此外，工艺员应不断总结、积累工艺分析方面的实际经验，编写出高质量的数控加工程序。 数控加工工艺路线制定所需的原始资料1、零件设计图纸、技术资料，以及产品的装配图纸。 2、零件的生产批量。 3、零件数控加工所需的相关技术标准如企业标准和工艺文件。 4、产品验收的质量标准。 5、现有的生产条件和资料。工艺装备及专用设备的制造能力、加工设备和工艺装备的规格及性能、工人的技术水平。数控加工工艺流程图零件加工工艺性分析

17、数控机床的选择加工方法和加工方案的选择工序与工步的划分零件的安装与夹具的选择检验手段的选择刀具的选择与切削用量的确定确定零件基准和坐标系切削液的选择加工路线的确定数控编程程序校验零件加工 一、零件加工工艺性分析零件加工工艺性分析是数控规划的第一步，在此基础上，方可确定零件数控加工所需的数控机床、加工刀具、工艺装备、切削用量、数控加工工艺路线，从而获得最佳的加工工艺方案，最终满足零件工程图纸和有关技术文件的要求。 1、产品的装配图和零件图分析 对于装配图的分析和研究，主要是熟悉产品的性能、用途和工作条件，明确零件在产品中的相互装配位置及作用，了解零件图上各项技术条件制定的依据，找出其主要技术关键

18、问题，为制定正确的加工方案奠定基础。当然普通零件进行工艺分析时，可以不进行装配图的分析研究。 2、零件图的工艺性分析 对零件图的分析和研究主要是对零件进行工艺审查，如检查设计图纸的视图、尺寸标注、技术要求是否有错误、遗漏之处，尤其对结构工艺性较差的零件，如果可能应和设计人员进行沟通或提出修改意见，由设计人员决定是否进行必要的修改和完善。 （1）、零件图的完整性和正确性分析 零件的视图应符合国家标准的要求，位置准确，表达清楚；几何元素（点、线、面）之间的关系（如相切、相交、平行）应准确；尺寸标注应完整、清晰。 （2）、零件技术要求分析 零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙

19、度及热表处理要求等，这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值。进行零件技术要求分析，主要是分析这些技术要求的合理性以及实现的可能性，有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等，重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求，为制定合理的加工方案做好准备。同时通过分析以确定技术要求是否过于严格，因为过高的精度和过小的表面粗糙度要求会使工艺过程变得复杂，加工难度加大，增加不必要的成本。 （3）、尺寸标注方法分析 零件图的尺寸标注方法有局部分散标注法、集中标注法和坐标标注法等。对在数控机床上加工的零件，零件图上的尺寸在能够保证使用性能的前提下，应尽量采取集中标注或以同一基准标注（即标注

20、坐标尺寸）的方式，这样既方便了数控程序编制，又有利于设计基准、工艺基准与编程原点的统一。（4）、零件材料分析 在满足零件功能的前提下，应选用廉价的材料，选择材料时应立足于国内，不要轻易选择贵重和紧缺的材料。 （5）、零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指所设计的零件，在能够满足使用性能要求的前提下制造的可行性和经济性。好的结构工艺性会使零件加工容易，节省成本，节省材料；而较差的结构工艺性会使加工困难，加大成本，浪费材料，甚至无法加工。通过对零件的结构特点、精度要求和复杂程度进行分析的过程，可以确定零件所需的加工方法和数控机床的类型和规格3、毛坯状态分析 大多数零件设计图纸只定义了零件加工时

21、的形状和大小，而没有指定原始毛坯材料的数据，包括毛料的类型、规格、形状、热处理状态以及硬度等。编程时，对毛料的深入了解是一个重要的开始。如： （1）、毛坯的加工余量是否充分，批量生产时的毛坯余量是否稳定。 （2）、分析毛坯在安装(定位+夹紧）方面的适应性。 （3）、分析毛坯本身的余量大小及均匀性。二、 机床的选择 在数控机床上加工零件时，一般有两种情况。 第一种情况：有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数控机床。 第二种情况：已经有了数控机床，要选择适合在该机床上加工的零件。无论哪种情况，考虑的因素主要有，毛坯的材料和类、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。概

22、括起来有三点：1、要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。 2、有利于提高生产率。 3、尽可能降低生产成本(加工费用)。三、加工方法和加工方案的确定 (一)加工方法的选择加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削，而不宜采用磨削。一般小尺寸的箱体孔选择铰孔，当孔径较大时则应选择镗孔。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。常

23、用加工方法的经济加工精度及表面粗糙度可查阅有关工艺手册。 (二)加工方案确定的原则零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。例如，对于孔径不大的IT7级精度的孔，最终加工方法取精铰时，则精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。四、工序与工步的划分(一) 工序的划分在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先应根据零件图样，考

24、虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪一部分在其他机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。（二)工步的划分工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。下面以加工中心为例来说明工步划分的原则： 1、加工部位分序法：对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成。2、先粗后精分序法：对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生

25、变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的部件都要将工序分开，全部加工表面按先粗后精加工分开进行。3、先面后孔分序法：对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。按此方法划分工步，可以提高孔的精度。因为铣削时切削力较大，工件易发生变形。先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，减少由变形引起的对孔的精度的影响。4、刀具集中分序法：某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步用同一把刀具加工完零件上所有可以加工的部位，再用第二把、第三把刀完成它们可以加工的其它部位，以减少换刀次数，提高加工效率。总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。另外注意在同一次安

26、装所进行的多道工步中，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。五、确定零件基准和坐标系工艺基准是保证零件加工精度和形位公差的一个关键步骤，工艺基准的选择应与设计基准一致。基于零件的加工性考虑，选择的工艺基准也可能与设计基准不一致，但无论如何，在加工过程中，选择的工艺基准必须保证零件的定位准确、稳定，加工测量方便，装夹次数最少。 坐标系的设定一般情况下把零件的长度方向作为X轴方向，坐标系选择原则是：（1）.便于用数字处理和简化程序编制；（2）.在机床上找正容易，加工中便于检查；（3）.引起的加工误差小。对刀点可选在工件上，也可选在工件外面(如选在夹具上或机床上)但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系。

27、为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点”与“对刀点”重合。工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使“刀位点”与对刀点一致。一致性越好，对刀精度越高。六、零件的安装与夹具的选择数控设备尽管减少了对于夹具的依赖程度，但还不能完全取消，在满足零件加工精度和技术要求的前提下，工装越简单越好。(一)定位安装的基本原则：1、力求设计、工艺与编程计算的基准统一。2、尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。3、避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床

28、的效能。(二)选择夹具的基本原则数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下四点：1、当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用。2、在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。3、零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。4、夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)。下面是常用夹具简介：机床夹具种类很多，按其通用化程度可分为通用夹具、专用夹具、

29、成组夹具和组合夹具等几种类型。1、平口钳平口钳具有较大的通用性和经济性，适用于尺寸较小的方形工件的装夹；钳口开V型槽或加V型块也可以夹持圆柱面。特点：装夹方便、迅速可靠、定位准确，适合于各种方形零件，但不适合于夹持薄板零件。数控铣床常用平口钳如图所示，常采用机械螺旋式、气动式或液压式夹紧方式。abcd (a)螺旋夹紧式通用平口钳 (b)液压式正弦规平口钳 (c)气动式精密平口钳 (d)液压式精密平口钳2、压板与螺栓对于尺寸较大或四周不规则的工件，无法采用平口钳或其他夹具装夹时，可直接采用压板装夹，或通过工艺孔直接用螺栓压紧工件。特点：装夹找正比较花时间，加工编程要考虑压板的位置和高度，避免干涉

30、撞刀，螺栓穿工艺孔的方法占据的空间比较小，容易让位，但孔位要刚好与机床T型槽位置吻合，不然就要制造一个垫板专门用来穿螺栓，比较麻烦。它们最适合用于异形零件，大尺寸零件、平口钳无法装夹的零件。3、卡盘根据卡爪的数量分为二爪卡盘、三爪自定心卡盘、四爪卡盘、六爪卡盘等几种类型。在数控铣床和加工中心上应用较多的是三爪自定心单动卡盘和四爪卡盘。特别是三爪自定心卡盘，由于其具有自动定心作用和装夹简单的特点，因此，中小型圆柱形工件在数控铣床或加工中心上加工时，常采用三爪自定心单动卡盘进行装夹。卡盘的夹紧有机械螺旋式、气动式或液压式等多种形式。特点：装夹方便可靠，自动定心，适合于圆柱面零件4、3R夹具系统特点

31、：装夹方便可靠，重复定位精度高，特别适合用于模具电极生产5、磁力吸盘特点：装夹方便可靠，适用范围广，但零件材料必须是可吸磁材料。6、真空夹具 适用于有较大定位平面或具有较大可密封面积的工件。有的数控铣床(如壁板铣床)自身带有通用真空平台，在安装工件时，对形状规则的矩形毛坯，可直接用特制的橡胶条（有一定尺寸要求的空心或实心圆形截面）嵌入夹具的密封槽内，再将毛坯放上，开动真空泵，就可以将毛坯夹紧。对形状不规则的毛坯，用橡胶条已不太适应，须在其周围抹上腻子(常用橡皮泥)密封，这样做不但很麻烦，而且占机时间长，效率低。为了克服这种困难，可以采用特制的过渡真空平台，将其叠加在通用真空平台上使用。7、分度

32、头 许多机械零件，如花键、离合器、齿轮等零件在加工中心上加工时，常采用分度盘分度的办法来等分每一个齿槽，从而加工出合格的零件。8、专用夹具、组合夹具与成组夹具 中小批量工件在加工中心上加工时，可采用组合夹具进行装夹。而大批量工件加工时，大多采用专用夹具或成组夹具进行装夹，但由于加工中心较适合单件、小批量工件的加工。因此，此类夹具在数控机床上运用不多。七、刀具的选择与切削用量的确定(一)、刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更

33、高。不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。刀具选择原则：1以硬质合金涂层刀粒刀具取代高速钢、硬质合金整体刀具，实现数控加工高速化、高精度。2高、中档刀具搭配；粗、半精、精加工刀具分开，加工铜（铝）和钢刀具分开。尽量采用大直径刀具开粗，再用小直径刀具清角。3选好每次走刀的宽度和铣刀的直径，使接刀痕不影响精切走刀精度。4精加工时，铣刀直径要选大些，最好能包容加工面的整个宽度。5适当采用成形刀具加工形状规则的工件以提高效率。例如锥度刀铣斜面， 指状刀铣筋条，圆角刀（R0.31）清小圆角等。平面一般不得采用球刀加工，

34、而要用平底刀加工，最好留0.2mm，精光一刀。6使用刀具刚性要足够，一般用长径比（刀具长度与直径的比值）衡量，长径比不得超过5mm。例如16mm刀具伸出长度不得大于80mm，刀具还应 2545mm 夹持长度。防止加工过程中刚性不足而过切。7铣削平面零件的周边轮廓一般采用立铣刀，刀具的结构参数估算如下：a刀具半径R应小于零件内轮廓的最小曲率半径，一般取R(0.80.9)；b零件的加工高度H(1/41/6)R，以保证刀具有足够的刚度；c切削时的加工宽度 awD/3；（D：刀具直径）刀具选择步骤：1、确定加工类型是面铣、方肩铣、仿型铣还是槽铣以选择刀具类型常用铣削刀具类型介绍：（1）、平底刀：主要用

35、于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。其缺点是刀尖容易磨损，影响加工精度。 （2）、圆鼻刀：刀尖有圆角的刀具，主要用于模具毛坯的粗加工、平面精加工和侧面精加工，特别适合用于材料硬度高的模具加工，开粗时优先选择圆鼻刀。 （3）、球头刀：主要用于非平面的半精加工和精加工 2、确定加工材料是钢、不锈钢、铸铁、铝、耐热合金和钛合金、淬硬材料还是其它材料以选择刀具材料。选择刀具时应根据刀具厂商提供的刀具手册为依据。常见刀具材料介绍常用刀具材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金等。（1）高速钢刀具 高速钢是含有较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢。抗弯强度高，韧性好，常温硬度6266HRC，

36、耐热性600660。 高速钢按化学成分可分为钨系和钼系高速钢。常用钨系牌号W18Cr4V,常制作复杂刀具，常用钼系牌号W6Mo5Cr4V2,常制作热轧刀具。在常用高速钢中加入Co、Al等合金元素即可得到高性能高速钢，可提高高温硬度和抗氧化能力，增加耐热性和耐磨性。可切削不锈钢、高温合金等难加工材料。高速钢刀具特点：价格便宜，但耐磨性不好，磨损快，不能加工硬度高的工件材料（2）硬质合金刀具 硬质合金是由硬度很高的难熔金属碳化物（WC、TiC、Tac、NbC等）和金属粘接剂（Co、Ni、Mo等）用粉末冶金工艺烧结而成。常温硬度7176HRC，耐热性8001000，抗弯强度低，怕冲击和振动。 硬质合

37、金按其化学成分可分以下几种： a、钨钴类（WC+Co)硬质合金 代号为YG，K类。韧性较好，可加工脆性材料； b、钨钛钴类（WC+TiC+Co)硬质合金 代号为YT，P类。硬度较高，适合于精加工c、钨钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC+Co）硬质合金 代号为YW，M类。韧性好且耐磨性较高，既适用于加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。硬质合金刀具特点：切削速度高，耐磨性好，可加工硬度较高的工件材料（3）涂层刀具材料 在韧性较好的刀具基体上，涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。 常用涂层材料有以下几种： a、TiC涂层 硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能

38、产生氧化钛膜，减少摩擦及刀具磨损； b、TiN涂层 在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数小，抗粘接性能好，并能有效降低切削温度； c、TiC TiN复合涂层 第一层涂TiC ，与刀具基体粘牢不易脱落，第二层涂TiN ，减少表面层与工件间的摩擦；d TiC-Al2O3复合涂层 第一层涂TiC ，与刀具基体粘牢不易脱落，第二层涂Al2O3 ，可使刀具表面具有良好的化学稳定性和抗氧化能力。涂层硬质合金刀具特点：切削速度很高，耐磨性好，可加工硬度很高的工件材料（4）其它刀具材料 a、陶瓷刀具材料 以Al2O3或以Si3N4为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成。耐磨性、耐高温性能好，与金属亲和力小

39、切削速度高，但脆性大，易崩刃，主要用于钢、铸铁类零件的车削、銑削加工； b、金刚石刀具材料 在高温高压下由石墨转化而成。硬度极高，可微量切削硬质合金、陶瓷、石材、玻璃等，但与铁有较强的亲和力，不能加工钢材 c、立方氮化硼 （CBN） 由六方氮化硼在高温、高压下加入催化剂转化而成。硬度高，与铁系金属在1300 不易起化学反应，可加工高温合金、淬硬钢等。3、确定加工工况是否稳定以选择刀具齿数为疏齿数还是密齿数或超密齿数刀齿密度对操作稳定性具有低中高之分，当机床功率较小，小型机床，长时间加工时选用疏齿；普通铣削或混合加工优先选用密齿；对铸铁，耐热材料等工件为了获得最大的生产效率，可选用超密齿。整体式

40、刀具齿数的选择： 刃数少的容屑槽大，易于排屑，适合粗加工，刃数多的单位时间内参与切削的刀刃数量多，适合精加工。4、确定切削方式为轻切削还是重切削以选择刀片形式和角度（1）、刀片形式的选择：轻型切削槽形具有锋利的正前角，用于切削平稳，低进给率，低机床功率，低切削力的场合。普通槽行具有用于混合加工（粗精加工）的负前角，中等进给率。重型槽形用与高进给率加工，安全性能最高。（2）、刀具角度的选择1）.前角选择前角是刀具进入工件的切入角。通常，正前角应用范围广泛，它提高了设备的利用率，减少了切削热。与负前角需要更大功率相比，正前角减轻了对设备的损害；当铣削硬度较高材料时，因要求较高的切削刃强度，负前角类

41、型刀片更好。正前角（见图（a）：加工时切削轻快，用于布式硬度 300 HBS以下的所有材料，尤其适用用与小功率铣床或 40 锥度以下的铣床。负前角（见图（b）：尤其适用于短屑铸铁件加工。2）、主偏角的选择主偏角的作用是改善前刀面的几何形状，这样可以减少切削时工件和刀具的振动，在切削易切削材料（如铝合金）时，不管是面铣还是台阶铣，选用该类型铣刀比较经济。面铣刀的主偏角通常小于 90度，以便使切屑容易流出，且增加切削刃的强度。通常主偏角为 45 度和15 度，且提供了优异的切削刃强度，尤其对悬伸长的铣削更加有效，因为，轴向切削力与径向切削力接近相等，见图切削铸铁时易崩刃，故也推荐使用45度主偏角如

42、果工件的形状使刀具的切削位置难于定位时，较小的主偏角效果更好。铣削刀具的主偏角是由刀片和刀体的前刃形成的角度。主偏角会影响切削厚度，切削力和刀具寿命。在给定的进给率下减小主偏角，则切削厚度会减小。这是由于切削刃在更大范围内与工件接触的缘故。减小主偏角允许刀刃逐渐切入或退出工件表面。这有助于减少径向压力，保护刀片的切削刃并降低破损的几率。其负面影响是，会增大轴向压力，并会在加工薄截面工件时在加工表面上引起偏差。3）整体式刀具螺旋角的选择螺旋角对刀具的寿命，加工精度等有较大影响，针对不同的加工条件，请参考以下项目选择刀具螺旋角 螺旋角 项目标准螺旋角30大螺旋角45超大螺旋角60切削力进给抗力，主

43、切削力加工精度粗糙度波度侧面垂直度刀具寿命后刀面磨损折断加工形态侧面加工侧面精加工深槽加工浅槽加工孔，沉孔被加工材料碳素钢 / 合金钢180-380HB调制钢35-45HRC淬火钢铸铁铝合金纯铜，铜合金石墨 注：非常好 良好(二)、切削用量的确定切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。1、 切削参数计算公

44、式 （1）主轴转速：S=V*1000/d*rpm（2）进给速度：F=fz*Z*s mm/min 其中：V切削速度 m/min； Z切削刃数量 fz每齿每转进给量 mm/z.r； d刀具直径 mm 2、硬质合金推荐切削用量（英格刀具手册摘）（最好根据刀具厂商提供的参数为依据根据实际切削情况调整）工件材料切削速度进刀量备注d=6mmd=12mmd=25mm铝 / 铝合金黄铜 / 青铜紫铜 / 紫铜合金365-173107-60275-1070.005-0.0500.013-0.0500.013-0.0500.050-0.1020.050.0.0760.0500.102-0.2030.076-0.1

45、250.050-0.153径向切削量较小，应使用推荐的表内速度较高值径向切削量较大，应使用推荐的表内速度较低值铣槽，速度应比最低值低约20%轴向切削深度，建议不超过刀具直径的1.0-1.5倍铸铁（低硬度）铸铁（高硬度）球墨铸铁可锻铸铁153-60107-24122-24183-1220.013-0.0500.008-0.0200.005-0.0250.005-0.0250.020-0.0500.025-0.0500.025-0.0760.025-0.0500.076-0.0230.050-0.1020.050-0.1530.076-0.178蒙乃尔合金 / 高镍钢 90-450.005-0.0

46、250.025-0.0500.050-0.102低碳钢中碳钢硬质钢153-6075-3037-70.010-0.0380.005-0.0250.005-0.0130.038-0.0500.025-0.0760.013-0.0250.076-0.1780.050-0.1250.025-0.076低硬度不锈钢高硬度不锈钢150-120120-900.013-0.0250.013-0.0250.025-0.0500.025-0.0500.050-01300.050-0.130钛合金60-300.005-0.0130.013-0.0250.025-0.100镍基合金 / 高温合金30-150.005-

47、0.0200.020-0.0250.025-0.0503、高速钢推荐切削用量（西南工具厂刀具手册摘）（最好根据实际刀具厂商提供的参数为依据根据实际切削情况调整）（三）、高速加工技术的应用HSC缘起自航空铝合金零件的加工。在该领域，高速加工主要用于铣削高强度铝合金整体构件、薄壁类零件，切除其90的材料。采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等零件，替代由多个零件通过铆钉、螺钉联结在一起的装配件，使构件的强度、刚度和可靠性得到很大提高，同时也降低了生产成本。另外，飞机的蜂窝结构件必须采用高速铣削技术才能保证质量。HSC技术尤其在现代模具制造行业中具有较大的优势。根据统计，模具制造成本

48、的50是加工成本，其中粗加工12，预精加工25，精加工25，手工修模16，最后装配调节22。另外，在模具制造中，电火花加工(EDM)是最常用的工艺方法。但是电极加工和最后的手工抛光占模具制造总时间的65以上。高速加工的速度是传统加工的510倍，由于高性能加工刀具技术的发展使得HSC能够加工较硬的钢材(硬度可以达到62HRC)，所以可以用较硬的毛坯直接加工成模具成型零件，减少甚至不需要制造电极，极大程度地消除了耗时的磨削和抛光工序，从而出现了通过高速硬铣实现模具全部加工的发展趋势，促使模具制造朝着快捷、精确和经济的方向发展。采用高速切削替代电火花生产模具，可以明显提高效率、提高模具精度、使用寿命

49、长。在工业发达国家，据统计目前有85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在国际模具制造工艺中的主流地位已经确立。由于高速加工技术使模具、汽车、航空等行业的生产率和制造质量显著提高，加速了工艺及装备的更新换代，因此HSC是继数控技术之后的又一场影响深远的技术革命。从技术发展角度看，高速铣削正与超精加工、干硬切削加工相结合，开辟了以铣代磨的新天地，极大地减轻了模具的研抛工作量，缩短了模具制造周期。高速切削生产模具已经逐渐成为模具制造的大趋势。因此可以预计，我国模具企业将会越来越多地应用高速铣削技术。高速切削的关键技术1、硬件技术（1）、高速机床高速机床是实现高速加工的前提和基

50、本条件。高速机床技术主要包括高速单元技术(或称功能部件)和机床整机技术。单元技术包括高速主轴、高速进给系统、高速CNC控制系统等；机床整机技术包括机床床身、冷却系统、安全设施、加工环境等。分别简介如下：、高速主轴单元高速主轴是高速切削最关键零件之一。目前主轴转速在1000020000rmin的加工中心越来越普及，转速高达100000rmin、200000rmin、250000rmin的实用高速主轴也正在研制开发中。高速主轴由于转速极高，主轴零件在离心力作用下产生振动和变形，高速运转摩擦和大功率内装电动机产生的热量会引起高温和变形，所以必须严格控制。为此对高速主轴提出如下性能要求：高转速和高转速

51、范围；足够的刚性和较高的回转精度；良好的热稳定性；大功率；先进的润滑和冷却系统；可靠的主轴监测系统。传统的齿轮、传动带变速主传动系统由于本身的振动、噪声等原因已不能适应要求，高速主轴采用了交流伺服电机直接驱动的“内装电动机”集成化结构，减少了传动部件，具有更高的可靠性。电主轴是高速主轴单元的理想结构，它的电动机转子就是机床主轴，机床主轴单元的壳体就是电动机座，实现了变频电动机与机床主轴的一体化。并采用了电子传感器来控制温度， 自带水冷或油冷循环系统，使主轴在高速旋转时保持“恒温”。冷却水温控制系统，在环境温度l040的条件下，一般可控制在2025范围内某一设定温度，精度为07，特殊要求可达03

52、。同时使用油雾润滑、混合陶瓷轴承等新技术，使主轴可免维护、长寿命、高精度。 2）、高速进给机构高速切削时，为了保持刀具每齿进给量基本不变，随着主轴转速的提高，进给速度也必须大幅度地提高。目前高速切削进给速度已高达50120mmin。而且，由于机床上直线运动行程一般较短，高速加工机床必须实现较高的进给加减速才有意义。为了适应进给运动高速化的要求，在高速加工机床上主要采用如下措施：采用新型直线滚动导轨，直线滚动导轨中球轴承与钢导轨之间接触面积很小，其摩擦系数仅为槽式导轨的120左右，而且使用直线滚动导轨后，“爬行”现象可大大减少；高速进给机构采用小螺距大尺寸高质量滚珠丝杠或粗螺距多头滚珠丝杠，其目

53、的是在不降低精度的前提下获得较高的进给速度和进给加减速度；高速进给伺服系统已发展为数字化、智能化和软件化，高速切削机床已开始采用全数字交流伺服电动机和控制技术；为了尽量减少工作台重量但又不损失刚度，高速进给机构通常采用碳纤维增强复合材料；为提高进给速度，更先进、更高速的直线电动机已经发展起来。 直线电动机的实质是使电能直接转变成直线机械运动的一种推力装置，消除了从电动机到工作台之间的一切机械中间传动环节，实现了所谓的“零传动”。直线电动机具有高加、减速特性，加速度可达2g，为传统驱动装置的1020倍，进给速度为传统的45倍，采用直线电动机驱动，具有单位面积推力大、易产生高速运动、机械结构不需维

54、护等明显优点。 但直线电动机伺服系统一般都须配备冷却系统，使用摩擦阻尼很小的导轨，如磁垫悬浮或滚动导轨。直线电动机不仅本身昂贵，再加上这些措施，成本就更高。3）、高速CNC控制系统 数控高速切削加工要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高的功能化特性，以保证在高速切削时(特别是在45轴坐标联动加工复杂曲面时)仍具有良好的加工性能。高速CNC数控系统的数据处理能力有两个重要指标：一是单个程序段处理时间，为了适应高速，要求单个程序段处理时间要短，为此，需使用32位CPU和64位CPU，并采用多处理器；二是插补精度，为了确保高速下的插补精度，要有前馈和大数目超前程序段处理功能，此外，还可采用NUR

55、BS插补、回冲加速、平滑插补、钟形加减速等轮廓控制技术。高速切削加工CNC系统的功能特征包括：加减预插补；前馈控制；精确矢量补偿；最佳拐角减速度。NURBS插补没有使用NURBS插补技术使用NURBS曲线插补技术后NURBS曲线插补是提高平均进给速度的一种方法。在相同精度的条件下，一段复杂曲线比一条直线段能描述更长的零件轮廓。较少的NC代码文件意味着无需通过DNC将其分批送到计算机数控系统中，计算机数控系统也无需配备辅助存储器。在复杂型腔的高速加工中，如果采用直线段来逼近零件轮廓，每段NC代码定义的位移会较小，因而NC代码文件会变的很长，这会严重影响加工速度。为了获得较高的精度，可以将复杂曲线

56、(如NURBS曲线)直接输入到计算机数控系统而不必像传统那样采用直线段来逼近这种复杂曲线。在很多情况下，这种方法的加工速度相对来说要快得多，加工出的曲线也更加平滑，且其NC代码文件长度不得超过原来的1/10。前馈控制（待加工轨迹监控系统） 待加工轨迹监控是指计算机数控系统在控制加工的同时扫描待加工的数控代码，其目的是发现刀具路径是否有方向上突然改变。如果发现某一加工区域刀具路径方向有较大的改变，则验证当以程编速度进给时，在这些区域是否会产生过切或残留。当加工这些区域时，控制系统通常降低机床的进给速度，以避免出现过切或残留。当机床的数控系统没有待加工轨迹监控功能时，如果在仅仅025mm这样的一小

57、段位移后，刀具进给方向突然改变，计算机数控系统可能会来不及作出相应的反应，如果进给速度太高，其结果便是过切/残留，刀具的中心轨迹便会偏离程编轨迹，导致零件损坏。4）、机床整机技术 机床的基本结构有床身、底座和立柱等，高速切削会产生很大的附加惯性力。因而机床床身、立柱等必须具有足够的强度、刚度和高水平的阻尼特性。很多高速机床的床身和立柱材料采用聚合物混凝土或人造花岗岩，这种材料阻尼特性为铸铁的710倍，密度只有铸铁的1/3。提高机床刚性的另一个措施是改革床体结构，如将立柱和底座合为一个整体，使得机床可以依靠自身的刚性来保持机床精度。比如米克朗公司的高速铣削机床从1998年开始使用人造大理石的材料

58、来代替传统的铸铁材料，其特殊的材料特性，使其减振性能达到铸铁的6倍。由于人造大理石是整体压铸成型的，所以机床结构可以做得更合理。米克朗公司将其设计成整体“O” 型的龙门框架。而铸铁床身的造型就受到很多限制，结构太复杂了就难以实现。5）、刀夹装置高速加工，特别当主轴转速超过15000r/min后，传统刀夹系统必须改进才能适应高速加工对刀夹系统提出的实际要求：高联接刚性、高精度、传递大扭矩和适合于高速运行。标准ISO刀夹采用7:24锥柄BT型，应用在高速加工中是不理想的。这种刀夹系统除重复精度较低外，更重要的是在高速加工应用场合，由于离心力作用会导致主轴锥孔扩张，使刀夹和主轴联接刚性明显降低，径向

59、跳动精度将急剧下降，甚至出现颤振。刀具颤振不仅降低零件加工质量，甚至引发造成机床损坏。一种空心短锥柄、双定位新结构的刀夹系统可克服传统刀央系统在高速加工应用中所存在的缺点。这种新型刀夹系统靠1:10的短锥部和主轴内锥定心，同时要求刀柄凸缘端面和主轴端面紧贴，形成“双定位”而取得高转速的联接刚性，保证在高转速离心力作用下，刀夹会更牢固地锁紧，适合于传递大扭矩，同时，其重量比传统刀夹系统减轻了50。适合于高速加工应用场合的刀夹系统，目前主要有德国HSK空心短锥柄双定位刀夹系统和美国Kennametal（肯钠）公司KM系列产品的l10空心短锥柄双定位刀夹系统。刀杆夹紧刀具的方式主要有侧固式、弹性夹紧

60、式、液压夹紧式和热装式等。侧固式难以保证刀具动平衡，在高速铣削时不宜采用。热装式刀杆夹头的到孔与刀柄为过盈配合，须采用专用热膨胀装置装卸刀具，一般使用感应加热或热空气加热刀杆，使刀孔直径膨胀，装卸刀具，冷却后孔径收缩将刀柄紧紧夹住，加工过程中在温度梯度的作用下，刀具会越夹越紧。除了热膨胀装置初期投资费用较大外，其刀杆结构简单，同心度、操作精度高，动平衡好，使用简便，是最佳的高速铣削刀具的夹紧方式。6）、加工环境冷却系统和切屑处理是高速加工机床中配置切削环境时应考虑的两个最主要的问题。高速切削过程会产生大量的切屑（粗加工中的材料切削量达45m3/min），单位时间内高的切屑切除量需要高效的切屑处