《数控加工工艺》-项目三数控铣削加工工艺

课题一数控铣床概述一、数控铣床的分类1.按主轴位置分(1)立式数控铣床立式数控铣床的主轴轴线垂直于水平面，是数控铣床中最常见的一种布局形式，应用范围也最广泛。从机床数控系统控制的坐标数量来看，目前3坐标数控立铣仍占大多数。一般可进行3坐标联动加工，但也有部分机床只能进行3个坐标中的任意两个坐标联动加工(常称为2.5坐标加工)。此外，还有机床可以绕X,Y,Z坐标轴中的其中一个或两个轴做旋转运动的4坐标和5坐标数控立铣。如图3一1(a)所示为立式数控铣床，一般用在中型数控铣床中;图3一1(b)所示为龙门数控铣床，大型数控铣床多采用此种结构。下一页返回课题一数控铣床概述(2)卧式数控铣床卧式数控铣床(如图3-2所示)与通用卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4,5坐标加工。这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。

(3)立卧两用数控铣床目前，这类数控铣床已不少见，由于这类铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，而同时具备上述两类机床的功能，其使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，且给用户带来不少方便。特别是生产批量小，品种较多，又需要立、卧两种方式加工时，用户只需买一台这样的机床就行了。主轴轴线方向可以变换，使一台铣床同时具备立式数控铣床和卧式数控铣床的功能。这类铣床适应性更强，适用范围广，生产成本低，所以数量逐渐增多。下一页上一页返回课题一数控铣床概述2.按系统功能分

(1)经济型数控铣床经济型数控铣床(如图3一3所示)是在普通铣床基础上改造而来，采用经济型数控系统，成本低，机床功能较少，主轴转速和进给速度不高，主要用于精度要求不高的简单平面或曲面类零件的加工。

(2)全功能数控铣床全功能数控铣床(如图3-4所示)一般采用半闭环或闭环控制，控制系统功能较强，一般可实现四坐标或以上的联动，加工适应性强，应用最为广泛。下一页上一页返回课题一数控铣床概述(3)高速数控铣床高速数控铣床(如图3一5所示)主轴转速在8000~40000r/min、进给速度可达10~30m/min，采用全新的机床结构(主体结构及材料变化)、功能部件(电主轴、直线电机驱动进给)和功能强大的数控系统，并配以加工性能优越的刀具系统，可对大面积的曲面进行高效率的、高质量的加工。二、数控机床的特点①零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。②能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。③能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。下一页上一页返回课题一数控铣床概述④加工精度高、加工质量稳定可靠。⑤生产自动化程序高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化。⑥生产效率高。⑦从切削原理上讲，无沦端铣或是周铣都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切削，因此，对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干式切削状况下，还要求有良好的红硬性。下一页上一页返回课题一数控铣床概述三、数控铣床主要加工对象1.数控铣床主要功能①点位控制功能②连续轮廓控制功能。③刀具半径补偿功能。④刀具长度补偿功能。⑤比例及镜像加工功能。⑥旋转功能。⑦子程序调用功能。⑧宏程序功能。⑨自动加减速控制。⑩数据输入输出及DNC功能自诊断功能。下一页上一页返回课题一数控铣床概述2.数控铣床主要加工对象数控铣床用来加工精密、复杂的平面类、曲面类零件。

(1)平面类零件加工面平行、垂直于水平面或其加工面与水平面的夹角为定角的零件称为平面类零件。这类加工面可展开为平面，如图3-7所示的三个零件均为平面类零件。

(2)变斜角类零件加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件。这类零件多为飞机零件，如飞机上的整体梁、框、缘条与肋等;此外还有检验夹具与装配型架等也属于变斜角类零件。下一页上一页返回课题一数控铣床概述

加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件，如模具、叶片、螺旋桨等。曲面类零件的加工面不能展开为平面，加工时，加工面与铣刀始终为点接触。加工曲面类零件一般采用三坐标数控铣床。当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及毗邻表面及需刀具摆动时，要采用四坐标或五坐标铣床。图3一10所示为曲面类(立体类)零件。四、数控铣床主要技术未数数控铣床主要技术参数包括工作台尺寸、工作台承重;坐标行程;主轴转速范围、功率，主轴孔锥度;主轴端面到工作台的距离;定位精度、重复定位精度;快速进给速度、切削进给速度;外形尺寸;净重等下一页上一页返回课题一数控铣床概述五、数控铣床的结构数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。数控铣床的工作台有多种形式，最常用的主要有矩形、回转式两种。①矩形工作台用于直线坐标进给②数控回转工作台和数控分度工作台用于回转坐标进给。上一页返回课题二数控铣削刀具及切削用量的选择一、枕刀类型的选择铣刀类型应与工件表面形状与尺寸相适应。加工较大的平面应选择面铣刀;加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀;加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多选用模具铣刀;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、特殊孔等应选用成形铣刀。被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据。①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，而避免刀刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头刀，粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀，如图3一12所示。下一页返回课题二数控铣削刀具及切削用量的选择②加工较大平面时，为了提高生产效率和降低加工表面粗糙度，一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀，如图3一13所示。③铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀，如图3一14所示。④铣键槽时，为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀，如图3一15所示。⑤加工孔时，可采用钻头、撞刀等孔加工类刀具，如图3一16所示。二、可转位铣刀的选用1.铣刀结构选择可转位铣刀一般由刀片、定位元件、夹紧元件和刀体组成。由于刀片在刀体上有多种定位与夹紧方式，刀片定位元件的结构又有不同类型，因此铣刀的结构形式有多种，分类方法也较多。选用时，主要可根据刀片排列方式。刀片排列方式可分为平装结构和立装结构两大类。下一页上一页返回课题二数控铣削刀具及切削用量的选择

①平装结构(刀片径向排列)平装结构铣刀(如图3一17所示)的刀体结构工艺性好，容易加工，并可采用无孔刀片(刀片价格较低，可重磨)。由于需要夹紧元件，刀片的一部分被覆盖，容屑空间较小，且在切削力方向上的硬质合金截面较小，故平装结构的铣刀一般用于轻型和中量型的铣削加工。②立装结构(刀片切向排列)立装结构铣刀(如图3一18所示)的刀片只用一个螺钉固定在刀槽上，结构简单，转位方便。虽然刀具零件较少，但刀体的加工难度较大，一般需用五坐标加工中心进行加工。由于刀片采用切削力夹紧，夹紧力随切削力的增大而增大，因此可省去夹紧元件，增大了容屑空间。由于刀片切向安装，在切削力方向的硬质合金截面较大，因而可进行大切深、大走刀量切削，这种铣刀适用于重型和中量型的铣削加工。下一页上一页返回课题二数控铣削刀具及切削用量的选择2.可转位铣刀的角度选择可转位铣刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等各种角度中最主要的是主偏角和前角(制造厂的产品样本中刘一刀具的主偏角和前角一般都有明确说明。三、切利用量的选择切削用量包括:切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量，如图3-21所示从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是:先选取背吃刀量或侧吃刀量其次确定进给速度，最后确定切削速度。下一页上一页返回课题二数控铣削刀具及切削用量的选择1.背吃刀量(端铣)或侧吃刀量背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定。①在工件表面粗糙度值要求为Ra12.5~25时，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm，粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次进给完成。②在工件表面粗糙度值要求为Ra3.2~12.5时，可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前。粗铣后留0.5~1.0mm余量，在半精铣时切除。③在工件表面粗糙度值要求为Ra0.8~3.2时，可分粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.5~2mm;精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3~0.5mm，面铣刀背吃刀量取0.5~1mm下一页上一页返回课题二数控铣削刀具及切削用量的选择2.进给速度vf(mm/min)

进给速度vf是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。它与铣刀转=速n,铣刀齿数z及每齿进给量fz(单位为mm/z)的关系为vf=

fzzn3.切削速度vc

铣削的切削速度vc与刀具的耐用度、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。其原因是当fz,ap、ez和z增大时，刀刃负荷增加，而且同时工作的齿数也增多，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高。为提高刀具耐用度允许使用较低的切削速度。但是加大铣刀直径则可改善散热条件，可以提高切削速度。上一页返回课题三数控铣削工艺的制订一、零件图的工艺性介析1.数控铣削加工内容的选择数控铣床的工艺范围比普通铣床宽，但其价格较普通铣床高得多，因此，选择数控铣削加工内容时，应从实际需要和经济性两个方面考虑。通常选择下列加工部位为其加工内容。①零件上的曲线轮廓，特别是由数学表达式描绘的非圆曲线和列表曲线等曲线轮廓。②已给出数学模型的空间曲面。③形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位。④用通用铣床加工难以观察、测量和控制进给的内外凹槽。⑤能在一次安装中顺带铣出来的简单表面。⑥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。下一页返回课题三数控铣削工艺的制订2.零件结构工艺性分析(1)零件图样尺寸的正确标注(2)保证获得要求的加工精度(3)尽量统一零件内圆弧的有关尺寸(4)保证基准统一原则(5)分析零件的变形情况下一页上一页返回课题三数控铣削工艺的制订二、加工方案的确定1.平面轮廓加工平面轮廓多由直线和圆弧或各种曲线构成，通常采用三坐标数控铣床进行两轴半坐标加工。图3-26为由直线和圆弧构成的零件平面轮廓ABCDEA，采用半径为R的立铣刀沿周向加工，虚线A‘B’C‘D’E‘A’为刀具中心的运动轨迹。为保证加工面光滑，刀具沿PA‘切入，沿A’K切出。2.固定斜角平面固定斜角平面是与水平面成一固定夹角的斜面，常用如下的加工方法，如图3一27所示下一页上一页返回课题三数控铣削工艺的制订3.变斜角面的加工常用的加工方案有下列三种。①对曲率变化较小的变斜角面，选用X,Y,Z和A四坐标联动的数控铣床，采用立铣刀(但当零件斜角过大，超过机床主轴摆角范围时，可用角度成型铣刀加以弥补)以插补方式摆角加工，如图3一28(a)所示。②对曲率变化较大的变斜角面，用四坐标联动加工难以满足加工要求，最好用X,Y,Z,A和B(或C转轴)的五坐标联动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工，如图3-28(b)所示。下一页上一页返回课题三数控铣削工艺的制订③采用三坐标数控铣床两坐标联动，利用球头铣刀和鼓形铣刀，以直线或圆弧插补方式进行分层铣削加工，加工后的残留面积用钳修方法清除，图3一29所示是用鼓形铣刀分层铣削变斜角面的情形。由于鼓形铣刀的鼓径可以做得比球头铣刀的球径大，所以加工后的残留面积高度小，加工效果比球头铣刀好。4.曲面轮廓加工①对曲率变化不大和精度要求不高的曲面的粗加工，常用两轴半坐标的行切法加工，即X,Y,Z三轴中任意两轴做联动插补，第三轴做单独的周期进给。②对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工，常用X,Y,Z三坐标联动插补的行切法加工。③对象叶轮、螺旋桨这样的零件，因其叶片形状复杂，常用五坐标联动加工。其加工原理如图3一33所示。下一页上一页返回课题三数控铣削工艺的制订三、进给路线的确定1.顺铣和逆铣的选择铣削有顺铣和逆铣两种方式。当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给路线。因为采用顺铣加工后，零件已加工表面质量好，刀齿磨损小。精铣时，尤其是零件材料为铝镁合金、钦合金或耐热合金时，应尽量采用顺铣。当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进给路线。因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入，不会崩刃;机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行。下一页上一页返回课题三数控铣削工艺的制订2.铣削外轮廓的进给路线铣削平面零件外轮廓时，一般是采用立铣刀侧刃切削。刀具切入零件时，应避免沿零件外轮廓的法向切入，以免在切入处产生刀具的刻痕，而应沿切削起始点延仲线(图3一34(a))或切线方向(图3一34(b))逐渐切入工件，保证零件曲线的平滑过渡。同样，在切离工件时，也应避免在切削终点处直接抬刀，要沿着切削终点延仲线(图3一34a)或切线方向(图3一34(b))逐渐切离工件。3.铣削内轮廓的进给路线铣削封闭的内轮廓表面时，同铣削外轮廓一样，刀具同样不能沿轮廓曲线的法向切入和切出。此时刀具可以沿一过渡圆弧切入和切出工件轮廓。图3一35所示为铣切内圆的进给路线。下一页上一页返回课题三数控铣削工艺的制订4.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。这种内槽在飞机零件上常见，一律用平底立铣刀加工，刀具圆角半径应符合内槽的图纸要求。图3一36所示为加工内槽的三种进给路线。5.铣削曲面的进给路线对于边界敞开的曲面加工，可采用如图3一37所示的两种进给路线。对于发动机大叶片，当采用图3一37(a)所示的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。当采用图3一37(b)所示的加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其他表面限制，所以曲面边界可以延仲，球头刀应由边界外开始加工。当边界不敞开时，确定进给路线要另行处理。上一页返回课题四典型零件的数控铣削工艺一、平面齿轮加工工艺平面凸轮零件是数控铣削加工中常见的零件之一，其轮廓曲线组成不外乎直线一圆弧、圆弧一圆弧、圆弧一非圆曲线及非圆曲线等几种。所用数控机床多为两轴以上联动的数控铣床。加工工艺过程也大同小异。