第3章数控铣削加工工艺(教案9)

第3章数控铣削加工工艺3.2数控铣削加工工艺的制订

4）曲面轮廓加工（1）曲率变化不大和精度要求不高的曲面常用两轴半联动的行切法进行粗加工，即x、y、z三轴中任意两轴作联动插补，另一轴单独进行周期进给，这样就将复杂的立体型面转化为较简单的平面轮廓加工。如图3-11所示，将x向分成若干段，球头铣刀沿yz面所截的曲线进行铣削，每一段加工完后进给Δx，再加工另一相邻曲线，如此依次切削即可加工出整个曲面。加工时Δx要根据表面粗糙度的要求及刀头不能干涉相邻表面的原则选取。

(2）对曲率变化较大和精度要求较高的曲面常用x、y、z三坐标联动插补的行切法进行精加工。

(3）对叶轮、螺旋桨等复杂型面，常采用立铣刀用五坐标联动进行加工。图3-11两轴半坐标行切法加工曲面3.2.2选择定位装夹方案

1.定位基准的选择为在一次装夹中加工出所有需加工的表面，除遵循定位基准的选择原则外，最好选择不需数控铣削的平面或孔作定位基准，

并注意所选的定位基准应有利于提高工件的刚性。

2.夹具的选择

(1)为了保持零件安装位置与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，同时还要求能协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标尺寸关系。

(2)在加工过程中，为了保证夹具与铣床主轴套筒或刀套、刀具不发生干涉，夹具在设计和制造时应尽可能开敞，使待加工面充分暴露在外，同时夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离。

(3)在夹具的设计中，应尽量避免加工时更换夹紧点，以免影响零件的定位精度。

铣削工件的常见安装方式（一）用机用平口钳安装工件机用平口钳是一种通用夹具，适用于安装中小尺寸和形状规则的工件。安装平口钳时必须先将底面和工作台面擦干净，利用百分表校正钳口，使钳口与横向或纵向工作台方向平行，以保证铣削的加工精度。（二）用组合压板安装工件（三）用卡盘安装利用压板将三爪卡盘或四爪卡盘安装在工作台面上，可装夹圆柱形零件。3.2.3进给路线的确定

1.确定铣削进给路线应考虑的主要问题确定铣削进给路线时应考虑以下一些问题：（1）铣削零件表面时，要正确选用铣削方式。（2）进给路线尽量短，以减少加工时间，提高效率。（3）进刀、退刀位置应选在零件不太重要的部位，并且使刀具沿零件的切线方向进刀、退刀，以避免产生刀痕。当铣削内表面轮廓时，切入、切出无法外延，铣刀只能沿法线方向切入和切出，此时，切入点、切出点应选在零件轮廓的两个几何元素的交点上。（4）

先加工外轮廓，

后加工内轮廓。

2.平面轮廓的进给路线

1)铣削外轮廓的进给路线

为避免因切削力变化在加工表面产生刻痕，当用立铣刀铣削外轮廓平面时，应避免刀具沿零件外轮廓的法向切入、切出，而应沿切削起始点延伸线或切线方向（见图3-12）逐渐切入、切离工件。

2)铣削内轮廓的进给路线铣削封闭的内轮廓表面时，为避免沿轮廓曲线的法向切入、切出，刀具可以沿一过渡圆弧切入和切出工件轮廓。图3-13所示为铣削内轮廓的进给路线。图中R1为零件圆弧轮廓半径，R2为过渡圆弧半径。

图3-12铣削外轮廓的进给路线

图3-13铣削内轮廓的进给路线

3)铣削内槽的进给路线所谓内槽，是指以封闭曲线为边界的平底凹槽。这种内槽用平底立铣刀加工，刀具圆角半径应符合内槽的图纸要求。

3.曲面轮廓的进给路线加工边界敞开的三维曲面，可根据曲面形状、精度要求、刀具形状等情况，常采用两轴半坐标联动或三坐标联动的方法进行行切加工。用球头铣刀对三维曲面进行行切加工时，先是一行一行地加工曲面，每加工完一行，铣刀要沿一个坐标方向移动一个行距，直至将整个曲面加工出为止，如图3-14所示。用三坐标联动加工时，球头铣刀沿着曲面一行一行自动连续切削，最后获得整张曲面（见图3－14(a)）；用两轴半联动加工时，相当于将被加工曲面切成许多薄片，由两坐标联动切削一行就相当于加工出一个平面曲线轮廓的薄片，每加工完一行后，铣刀沿某一坐标进行周期进给移动一个行距，直至加工好整个曲面（见图3-14(b)）。

图3-14曲面的行切法加工(a)三坐标联动；(b)两轴半联动图3-15行切法的加工结果(a)两轴半联动；

(b)三坐标联动

3.2.4铣刀的种类及选择

1.常用铣刀的种类

1)面铣刀如图3-16所示，面铣刀一般多在40Cr的盘状刀体上机夹、焊接硬质合金刀片或其它刀头，故面铣刀又称盘铣刀。面铣刀常用于端铣较大的平面。

图3-16面铣刀

2)立铣刀立铣刀是数控铣削加工中最常用的一种铣刀，图3-17所示是两种最常见的立铣刀。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刀为副切削刃。主切削刃一般为螺旋齿，这样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，因而立铣刀不能作轴向进给。端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。

立铣刀广泛用于加工平面类零件。

图3-17立铣刀(a)削平柄波刃立铣刀；

(b)直柄立铣刃

为了能加工较深的沟槽并保证有足够的备磨量，立铣刀的轴向长度一般较长。直径较小的立铣刀一般制成带柄的形式。￠2～￠71mm的立铣刀为直柄；￠6～￠63mm的立铣刀为莫氏锥柄；￠25～￠80mm的立铣刀为带有螺孔的7∶24锥柄，螺孔用来拉紧刀具。直径大于￠40～￠160mm的立铣刀可做成套式结构。

3)成型铣刀成型铣刀一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，适用于加工平面类零件的特定形状（如角度面、凹槽面等），也适用于加工特形孔或凸台。图3-18是常见的几种成型铣刀。

图3-18成型铣刀

4)球头铣刀球头铣刀如图3-19所示，适用于加工空间曲面零件，有时也用于平面类零件上有较大转接凹圆弧的过渡加工。球头铣刀与铣削特定曲率半径的成型曲面铣刀（如图3-18(e)所示）相比较，虽然加工对象都是曲面类零件，但两者仍有较大差别。它们的主要差别在于球头铣刀的球半径通常小于加工曲面的曲率半径，而成型曲面铣刀的曲率半径则与加工曲面的曲率半径相等。

图3-19球头铣刀

5)鼓形铣刀如图3-20所示的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。R越小，鼓形铣刀所能加工的斜角范围越广，但所获得的表面质量也越差。这种刀具的缺点是刃磨困难，切削条件差，而且不适于加工有底的轮廓表面。鼓形铣刀主要用于对变斜角类零件的变斜角面进行近似加工。

图3-20鼓形铣刀

6)键槽铣刀键槽铣刀如图3-21所示，它有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像立铣刀，又像钻头。利用键槽铣刀加工时，先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。

图3-21键槽铣刀

按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d＝2～22mm，锥柄键精铣刀直径d＝14～50mm。键槽铣刀直径的偏差有e8和d8两种。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的一小段长度内发生磨损，重磨时，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后铣刀直径不变。

2.铣刀的选择

1)铣刀类型的选择铣刀类型应与工件表面形状和尺寸相适应。加工大平面应采用面铣刀；加工凸台、凹槽及平面轮廓常采用立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔，可选用镶硬质合金的玉米铣刀；加工曲面常采用球头铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成型表面多采用模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形或锥形铣刀；加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成型铣刀。

2)铣刀参数的选择铣刀参数的选择主要应考虑零件加工部位的几何尺寸和刀具的刚性等因素。数控铣床上使用最多的是可转位面铣刀和立铣刀，因此，下面重点介绍面铣刀和立铣刀参数的选择。

·面铣刀主要参数的选择应根据工件的材料、刀具材料及加工性质的不同来确定面铣刀的几何参数。粗铣时，铣刀直径要小些，因为粗铣切削力大，小直径铣刀可减小切削扭矩。精铣时，铣刀直径要大些，尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。由于铣削时有冲击，故面铣刀的前角一般比车刀略小，尤其是硬质合金面铣刀，前角小得更多。铣削强度和硬度都高的材料还可用负前角。前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择，其具体数值可参考表。铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此适当加大后角可减少铣刀磨损，故常取α＝5°～12°，工件材料软的取大值，工件材料硬的取小值；粗齿铣刀取小值，细齿铣刀取大值。因铣削时冲击力较大，为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的刃倾角常取λs＝-15°～-5°。只有在铣削低强度材料时，才取λs＝5°。主偏角κr在45°～90°范围内选取，铣削铸铁时取κr=45°，铣削一般钢材时取κr=75°，铣削带凸肩的平面或薄壁零件时取κr=90°。

·立铣刀主要参数的选择（1）铣刀直径D的选择。一般情况下，为减少走刀次数，提高铣削速度和铣削量，保证铣刀有足够的刚性以及良好的散热条件，应尽量选择直径较大的铣刀。但选择铣刀直径往往受到零件材料，刚性，加工部位的几何形状、尺寸及工艺要求等因素的限制。图3-22所示零件的内轮廓转接凹圆弧半径R较小时，铣刀直径D也随之较小，一般选择D=2R。若槽深或壁板高度H较大，则应采用细长刀具，从而使刀具的刚性变差。铣刀的刚性以铣刀直径D与刃长l的比值来表示，一般取D／l＞0.4～0.5。当铣刀的刚性不能满足D／l＞0.4～0.5的条件（即刚性较差）时，可采用直径大小不同的两把铣刀进行粗、精加工。先选用直径较大的铣刀进行粗加工，然后再选用D、l均符合图样要求的铣刀进行精加工。图3-22立铣刀尺寸选择

(2）铣刀刃长的选择。为了提高铣刀的刚性，对铣刀的刃长应在保证铣削过程不发生干涉的情况下，尽量选较短的尺寸。一般可根据以下两种情况进行选择。①

加工深槽或盲孔时：

l＝H＋2式中:l为铣刀刀刃长度（mm）；

H为槽深尺寸（mm）。

②

加工外表面或通孔、通槽时：

l＝H＋r＋2式中：r为铣刀端刃圆角半径（mm）。