数控技术应用教程数控铣床和加工第五章

1、第5章 轮廓零件的工艺与编程5.1平面类零件的编程与加工5.1.1 平面加工特点 零部件上的平面根据功用和结构特征可分类为滑动配合面、固定连接平面、高精度平面、非配合非连接的普通平面；根据加工性质可分为工作面和非工作面；根据相互位置分可为水平面、垂直面和斜面 .5.1.1.1 平面和连接平面的技术要求1形状精度 平面是否平整以平面度来衡量。在铣削加工中平面度主要由机床精度、加工方法、工件的定位、夹紧及合理的切削参数来保证。2位置精度对于平面与平面有交接和间接交接，且不在同一平面上的平面，一般有位置精度要求，主要为平行度、垂直度和倾斜度要求。对于与基准面平行的平面，主要为平行度要求。平行度主要由

2、定位、装夹来保证。3尺寸精度一般指平面的长、宽、高以及平面与其他加工面之间的尺寸精度要求。4表面质量表面质量主要有表面粗糙度及调质、淬火等热处理后表面硬度要求。 5.1.1.2 平面加工方法平面的主要加工方法有铣削、车削、刨削、刮削、宽刃细刨、普通磨削、精密磨削、超精加工、研磨、抛光等，还可采用电解磨削平面、电火花线切割平面等特种加工方法。平面加工方法的选择，一般先根据主要表面的质量要求选定最终加工方法，然后再确定精加工前准备工序的加工方法 。平面加工的主要方案主要有以下几种：（1）精度要求不高的平面（非工作面）：粗铣、粗刨或粗车。（2）板形零件的平面：铣（刨）磨。（3）轴、盘套类零件未淬火的

3、端面：粗车半精车精车。 轴、盘套类零件淬火的端面：粗车半精车磨。（4）箱体、支架类零件的固定连接平面：粗铣（刨）精铣（刨）。（5）导向平面：粗刨精刨宽刃精刨（刮研）。（6）大批量生产精度高、面积不大的平面或内平面：拉削。（7）有色金属材料：粗铣（刨）半精铣（刨）精铣（刨）刮研。5.1.1.3 平面的铣削加工方式铣削加工是目前应用最广泛的切削加工方法之一，适用于平面、台阶沟槽、成形表面等加工。铣削平面的方式有两种，即周铣和端铣。如图5-4（a）所示 。1周铣法的顺铣和逆铣（1）逆铣。在铣刀与已加工表面的切点处，铣刀切削刃的旋转方向与工件进给方向相反的为逆铣，如图5-5（a）所示。 （2）顺铣。在

4、铣刀与己加工表面的切点处，铣刀切削刃的旋转方向与工件进给方向相同的为顺铣，如图5-5（b）所示。 2端铣法的对称铣削与不对称铣削端铣时，根据铣刀相对于工件安装位置不同，可分为对称铣削与不对称铣削，如图5-6所示。（1）对称铣削。如图5-6（a）所示 （2）不对称铣削时工件的铣削宽度偏在铣刀一边，它分为顺铣和逆铣两种。 不对称逆铣。如图5-6（b）所示 不对称顺铣。如图5-6（c）所示 5.1.2 平面铣刀5.1.2 平面铣刀标准化可转位面铣刀的选择，主要根据加工材料、加工精度等要求从刀体几何形状、刀片形式、切削参数等方面进行。 5.1.2.1 面铣刀刀体的选择刀体（刀盘）是连接刀柄、安装刀片的

5、基体。选择面铣刀时一般先确定刀体的装配尺寸、几何形状、齿数及直径等。1装配尺寸 刀体安装形式和尺寸是根据刀柄连接形式的不同而设计的。 2刀体几何形状参数 刀体的几何形状参数有主偏角、轴向前角、径向前角。刀体几何形状角度大小，直接影响刀片安装后的角度参数，一般根据加工精度（粗、精加工）、加工深度（小切深、非常大切深）、加工材料（难加工材料）等方面选择合适的刀体形状。3刀体齿数的选择面铣刀由多个刀齿组成，在相同直径的情况下根据齿数分为普通齿距、疏齿和密齿三种，。4刀体直径铣刀直径可选大些，一般情况下，尽量在铣削中将加工表面的宽度一次铣出，避免接刀留下刀痕，以提高加工精度和效率，理想的刀体直径为工件

6、宽度的1.25倍。但铣刀直径大，相应切削力也大，所以在粗加工时，选择较小直径的面铣刀可减少扭矩，提高切削用量。5.1.2.2 选择刀片选择时需对应各编程内容进行具体选择。（1）第1位，刀片形状 。（2）第2位，刀片后角。 （3）第3位，刀片公差等级，主要有A、E、F、G、H、J、K、M、U九个等级。 （4）第4位，刀片类型 。（5）第4位，刀片类型 。（6）第6位，刀片厚度 。（7）第7位，带刀尖倒角/圆角的刀片。 （8）第8位，切削刀刃标识。（9）第9位，切削方向 。（10）第10位，内部标识 。5.1.2.3 面铣刀的安装由于面铣刀一般直径较大，自身重量较重，切削冲击大，故要求装夹紧固，否

7、则在旋转中刀具将发生晃动，后果是轻者影响加工精度，重者损坏刀具。 5.1.2.4 平面铣削参数的选择铣削时的切削用量参数，应在保证工件的加工精度和铣刀耐用度的前提下选用，以获得最高的生产率。在工艺系统刚度允许的条件下，首先选用较大的背吃刀量ap（或ac），再选用较大的进给量，最后根据合理的耐用度来确定适宜的切削速度。1铣削背吃刀量的选择（见表5-3）2铣削速度vc和进给量vf的选择 在保证铣刀耐用度以及机床动力在规定允许的情况下，尽可能选择较大的铣削速度，可转位面铣刀推荐切削参数可参照表5-4。3刀具寿命影响刀具寿命的常见原因和采取的措施见表5-5。5.1.3 装夹1虎钳安装工件应注意事项（1

8、）校正精密虎钳在数控铣床工作台上的位置，其基准不能随意选定，要以虎钳的固定钳口或导轨面为基准，承受铣削力的钳口最好是固定钳口，要使铣削力指向固定钳口，不致在铣削力的作用下产生移动。（2）工件被加工表面必须稍高出钳口，以免铣刀碰触钳口。 （3）装夹较长的工件时，可以使用两个（或多个）精密虎钳同时装夹 。（4）在虎钳上安装工件时为了安装牢固，防止铣削时工件松动，应把比较平整的平面贴紧在垫铁和钳口上，并用锤子轻轻敲击工件 。（5）为了避免钳口损坏已加工表面，安装工件时可在钳口处垫上铜皮。（6）安装刚性较差的工件时，应将工件的薄弱部分预先垫实或作支撑 。2使用压板时应注意事项（1）螺栓要尽量靠近工件，

9、这样可增大夹紧力。 （2）垫铁的高度要适当，防止压板和工件接触不良 。（3）在工件的光整表面与压板之间必须放置垫铁或垫一层硬纸或铜皮之类的软金属。 （4）在工作台面上直接装夹毛坯工件时，应在工件与台面之间加垫纸片或铜片。（5）装夹薄壁工件和在悬空部位夹紧时，夹紧力大小要适当 。（6）在使用压板时注意不要把压板放在加工轨迹通过的位置上。（7）用多个压板共压一个工件时，要同时均匀地锁紧。 5.1.4 平面铣削路线1平面加工路线 大平面的铣削可根据顺、逆方式采用单向或双向等方法，且每一种方法在特定环境下具有不同的加工条件。 2加工路线参数S、E：刀具在起点（终点）位置，刀具中心距工件毛坯外侧的间隙距

10、离。 B：两刀之间的切削宽度，又称步距。 H：铣削过程中，刀具中心距工件外侧的间隙距离。 5.1.5 平面零件编程与加工 对于小平面零件，如采用直径大于平面宽度的端面铣刀，在一次直线走刀中就能完成一个平面的加工，对于单件生产，甚至可在不用设工件坐标，不用建程序名的情况下，将刀具手动移到加工起点，在MDI（录入）方式下以增量编程完成自动进给加工。 对于较大或大面积的平面，应根据精度要求、刀具直径大小，设计走刀路线，根据走刀路线进行编程。 5.1.5.1 大平面编程与加工1粗加工路线及程序（1）粗加工路线采用双向铣削法。为提高切削效率，在刀具、夹具和机床切削用量的范围内，以快速铣除毛坯余量为原则，

11、走刀路线则尽量设计为最短，一般采用双向切削，刀具铣削时能覆盖整个加工面即可。 2精加工路线及程序（1）精加工时为保证接刀处表面粗糙度及表面纹路一致，可采用顺铣方式，每刀从右端铣削至左端，在不抬高刀具的情况下从工件外围快速退回至工件右端走第二刀 。（2）编写加工程序（绝对编程） 5.1.5.2 阶梯面编程与加工加工零件如图5-31所示，零件由三个台阶面组成，毛坯为62mm30mm28mm锻件，无热处理和硬度要求，单件加工。1零件图分析从零件图分析，高度10mm、15mm的台阶平面对基准底平面有0.05mm的平行度要求，后侧平面对底平面有0.1mm的垂直度要求。2加工内容的顺序安排首先加工基准平面

12、即底平面，再依次加工四周侧平面，然后加工上平面及两台阶面。3装夹方法和定位基准采用精密虎钳装夹零件，工件以固定钳口和垫块为定位面。 4刀具参数及切削用量的选择5加工工艺卡片（略）（1）粗、精铣底平面，保证平面度0.025mm（工艺要求）。（2）粗、精铣四周侧平面，保证垂直度0.1mm及长60mm，宽28mm尺寸要求。（3）粗、半精铣、精铣两台阶平面，保证平行度0.05 mm及25mm，15mm，10mm的台阶面高度尺寸要求。6进给路线及编程5.1.6 零件检测及质量分析5.1.6.1 尺寸精度检测用游标卡尺或千分尺进行测量。通过精确对刀及试铣削保证尺寸精度。5.1.6.2 平面度和表面粗糙度的

13、检测1平面度检测（1）用样板平尺检测。 （2）用涂色对研法检测平面度。 2表面粗糙度的检测表面粗糙度测量多用比较法，确定表面粗糙度一般应用不同加工痕、不同精度等级的粗糙度标准样板来比较测量测定，比较时，通常用肉眼观察，手指触摸，或依靠指甲在表面轻轻划动时的感觉来判断平面的表面粗糙度。 3影响铣面平面度和表面粗糙度的因素及解决方法常见的原因及措施有以下几种。（1）当刀具在加工过程中产生振动时。（2）表面粗糙度差时 5.1.6.3 位置精度检测1平行度误差检测如图5-36所示，将工件放在检测平台上，移动百分表测量A与A 点，B与B 点，看两点间的百分表跳动读数误差是否在0.05mm范围内。2垂直度

14、误差检测图5-37 垂直度误差检测如图5-37所示，将工件放在检测平台上，用杠杆百分表分别测量A与A 点，B与B 点，看两点间的百分表跳动读数之差是否在0.1mm范围内。3产生位置精度误差超过要求的主要原因（1）夹具的定位支承面（如固定钳口等）位置不准，这是由夹具本身精度误差和安装不准造成的。（2）工件的基准面与夹具支承面不密合。（3）铣刀本身圆柱度误差或铣床主轴轴线与进给方向不垂直。（4）精铣时夹紧力太大，致使夹具产生变形。（5）工件基准面质量差，以致定位不准。5.2 轮廓类零件的编程与加工5.2.1 轮廓铣削的工艺特点 轮廓类零件的加工主要是指对零件上二维的内轮廓、外轮廓、键槽、凹槽、沟槽

15、、内型腔等加工。二维轮廓零件的加工方法的选择主要受零件轮廓形状的金属材料的影响，常用的加工方法有数控铣削、线切割、电火花加工和数控磨削等，应用最广泛的是数控铣削加工。5.2.2 轮廓加工常用刀具5.2.2.1 立铣刀1立铣刀加工方式 立铣刀在数控加工中由于工艺范围宽、通用性好，是数控机床和加工中心上用得最多的一种加工刀具 ，可加工轮廓、台阶、沟槽、型腔等。2立铣刀结构常用的立铣刀如图5-40所示，立铣刀从结构上一般分为整体式、镶嵌式、还有减振式和内冷式；根据刀柄形式可分为直柄（216mm）、莫氏锥柄（663mm）和7：24锥度的锥柄（2580mm）三种；从材料上一般有高速钢和硬质合金立铣刀，以

16、及在高速钢、硬质合金为基体的刀体或刀片上的涂层材料。3立铣刀的选择（1）刀齿数的选择。 （2）直径和长度的选择。 5.2.2.2 倒角铣刀为了便于装配，避免应力集中，防止工件边缘毛刺锋口划伤人，零件上常将内外轮廓边角加工成圆弧角或直角倒角，特别是圆形配件和圆孔的端面，往往加工成45左右的倒角。 5.2.2.3 球头刀加工曲面类零件时，为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切，以避免刀刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头刀 ，它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。在进行自由曲面（模具）加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行

17、距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。5.2.3 轮廓加工路线加工路线是指刀具刀位点相对于工件运动的轨迹和方向。 其主要确定原则如下：（1）加工方式、路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度。 （2）尽量减少进、退刀时间和其他辅助时间，尽量使加工路线最短。（3）进、退刀位置应选在不大重要的位置，并且使刀具尽量沿切线方向进、退刀，避免采用法向进、退刀和进给中途停顿而产生刀痕。 （4）方便数值计算，尽量减少程序段数，减少编程工作量。5.2.3.1 外轮廓走刀路

18、线根据零件轮廓形状，如图5-47所示，一般可沿零件轮廓的直线段延长方向或以圆弧方式切向切入和切出零件表面。5.2.3.2 内轮廓走刀路线如图5-48所示，铣削内轮廓表面时，刀具运动空间受一定限制，切入和切出有时无法外延，这时铣刀可沿图形轮廓切向切入和切出，且保证轮廓封闭。5.2.3.3 内型腔走刀路线1立铣刀Z轴下刀路线一般采用以下三种方法：（1）用钻头在工件轴向下刀点位置预钻孔，立铣刀可由此孔引入工件进行铣削。 （2）走斜坡下刀。 （3）螺旋下刀。 2内型腔加工路线 所谓内型腔是指以封闭曲线为边界的平底凹槽，加工内型腔一般使用平底铣刀或键槽铣刀，分两步进行铣削，第一步切内腔，第二步铣轮廓。铣

19、轮廓通常又分为粗加工和精加工两步，最后留少量的精加工余量（一般为0.20.5mm），安排在最后一次走刀连续加工出来。具体方法有：（1）行切法。 （2）环切法。 （3）行切法和环切法的综合应用 。5.2.3.4 键槽的加工1键槽铣刀键槽铣刀，如图5-52所示 2键槽铣削方法（1）键槽的技术要求。（2）装夹方法。 用平口虎钳装夹。 用V形架装夹。 直接压装在工作台的T形槽口。 （3）走刀路线。 3T形槽加工T形槽加工即在内轮廓、外轮廓的壁面上进行槽的铣削加工 。5.2.4.1 列方程法求解基点坐标1直线与圆弧相交和相切 如图5-58所示，已知k，b，（x0，y0），R，求以点（x0，y0）为圆心，

20、半径为R的圆与该直线的交点坐标（xc，yc）。2圆弧与圆弧相交和相切 如图5-59所示，已知两相交圆的圆心坐标及半径分别为（x1，y1），R1；（x2，y2），R2。求其交点坐标（xc，yc）。5.2.4.2 三角函数法求解基点坐标见例5.15.2.4.3 CAD绘图查询基点坐标 如图5-61所示，将工件原点建立在A点，鼠标左键双击BC直线，在跳出的“特性”窗口的“几何图形”栏中可查询坐标信息。5.2.5 补偿指令编程和应用5.2.5.1 刀具半径补偿及应用1刀具半径补偿概念2刀具半径补偿指令3刀具半径补偿的过程刀具半径补偿的过程分为刀补的建立、刀补进行、刀补的取消三步。4刀具半径补偿的应用技巧实现粗、精加工可采用以下两种编程方法：（1）用同一程序分两次执行程序完成粗、精加工，每次执行程序前手动输入相应半径补偿值。（2）用同一程序在一次执行中完成粗、精加工，采用子程序的方法调用先设好的两个半径补偿值。5.2.5.2 刀具长度补偿及应用1刀具长度补偿指令格式 2长度补偿的应用 寄存器中的长度补偿量，其值可以是正值或者是负值。当刀具长度补偿量取负值时，G43和G44的功效将互换，即G43为正值刀具向上偏移，为负值向下偏移；G44为正值刀具向下偏移，为负值向