数控加工工艺与编程（第3版）-单元4

任务4.1分析数控铣削工艺特点

1.数控铣床数控铣床能在数控系统的控制下，按事先编好的加工程序自动完成铣削加工，数控铣床如同传统的通用铣床一样，按主轴在空间所处的状态，分为立式和卧式以及立、卧两用数控铣床。主轴在空间处于垂直状态的，称为立式数控铣床;主轴在空间处于水平状态的，称为卧式数控铣床。主轴可做垂直和水平转换的，称为立、卧两用数控铣床。1)立式数控铣床图4-1-1所示为立式数控铣床。立式数控铣床是数控铣床中数量最多的一种，应用范围最广。下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点小型数控立式铣床X,Y,Z方向的移动一般都由工作台完成，主运动为主轴旋转，与普通立式升降台铣床相似。中型数控立式铣床的纵向和横向移动一般由工作台完成，且工作台还可手动升降，主轴除完成主运动外，还能沿垂直方向伸缩。大型数控立式铣床由于需要考虑扩大行程、缩小占地面积、刚性等技术问题，多采用龙门架沿床身做纵向移动，主轴在龙门架的横向与垂直溜板上运动。

2)卧式数控铣床卧式数控铣床的主轴水平布置，为了扩大加工范围和使用功能，通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4~5轴加工。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”。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点尤其是万能数控转盘可以把工件上各种不同角度的加工面摆成水平面来加工，以省去许多专用夹具或专用角度成型铣刀。对箱体类零件或在一次安装中需要改变工位的工件来说，选择带数控转盘的卧式数控铣床进行加工是非常合适的。图4-1-2所示为卧式数控铣床。

3)立、卧两用数控铣床立、卧两用数控铣床的主轴方向可以变换，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。立、卧两用数控铣床主轴方向的更换有手动与自动两种。采用数控万能主轴头的立、卧两用数控铣床，其主轴头可以任意转换方向，加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点当立、卧两用数控铣床增加数控转盘后，就可以实现对工件的“五面加工”，即除了工件与转盘贴面的定位面外，其他表面都可以在一次安装中进行加工。因此，其加工性能非常优越。2.数控铣床组成结构由图4-1-3可见，数控铣床一般由以下几个部分组成:1)数控系统数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。主要由输入装置、监视器、计算机数字控制系统、可编程控制器和各类输入/输出接口等组成。2)进给伺服系统上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点数控铣床一般有多个进给方向的运动控制，如前后、左右、上下方向的运动。各方向进给运动的机械执行部件都配有一套伺服驱动系统。3)主轴伺服系统机床主轴的运动是旋转运动，随切削加工情形的变化，要求主轴转速能够随之变化。现代数控机床要求主轴具有很高的转速和很宽的调速范围，主轴的正反方向都可以实现转动和自动加减速，并且可以在最高速与最低速指令间任意转速，属于无级调速方式。

4)辅助装置辅助装置主要包括液压控制系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、工件夹紧放松机构、回转工作台、过载和保护装置等。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点

5)铣床主体铣床主体是数控铣床的机械部件，包括床身、主轴箱、铣头、工作台和进给机构等。与传统的普通铣床相比较，其整体布局、外观造型、传动机构和工具系统等方面都发生了较大的变化。如:主传动及主轴部件具有传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点;进给传动件具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点;机床本身具有很高的动、静刚度，且采用全封闭罩壳。4.1.2数控铣床的选用

1.数控铣床(或加工中心)的类型选择不同类型的数控铣床(或加工中心)，其使用范围也有一定的局限性，只有加工与工作条件相适合的工件，才能达到最佳的效果。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点一般来说，立式数控铣床(或加工中心)适用于加工平面凸轮、样板、箱盖、壳体等形状复杂的单面加工零件，以及模具的内、外型腔等;卧式铣床(或加工中心)配合回转工作台适用于加工箱体、泵体、壳体等有多面加工任务的零件，如果要求箱体的侧面与顶面在一次装夹中加工，可选用五面体加工中心。如果在立式铣床上加工适合卧式铣床加工的典型零件，则当对零件的多个加工面、多工位加工时，需要更换夹具和倒换工艺基准，这样会降低加工精度和生产效率。如果将适合在立式铣床上加工的典型工件在卧式铣床上加工，则常常需要增加弯板夹具，从而降低工件加工工艺系统的刚性。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点为了保持数控铣床的精度、降低生产成本、延长使用寿命，又通常把零件的粗加工及零件基准面、定位面的加工安排在普通机床上进行。2.机床规格的选择应根据被加工典型工件尺寸选用相应规格的数控机床。数控机床的主要规格包括工作台尺寸、几个数控进给坐标的行程范围和主轴电动机功率。选用合适的工作台尺寸以保证工件在其上面能顺利装夹;选择合适的进给坐标行程以保证工件的加工尺寸在各坐标有效行程内。CNC铣床或加工中心的工作台面尺寸和三个直线坐标行程都有一定的比例关系，如机床的工作台为500mmx500mm，其X轴行程一般为700~800mm,Y轴为550~700mm,Z轴为500~600mm，因此工作台的大小基本确定了加工空间的大小。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点此外，选择数控机床时还应考虑工件与换刀空间的干涉及工作台回转时与防护罩等附件干涉等一系列问题，而且还要考虑机床工作台的承载能力。熟知机床主要技术参数是确定机床能否满足加工的重要依据。

3.机床精度的选择机床精度等级的选择应根据被加工工件关键部位的加工精度要求来确定。一般来说，批量生产零件时，实际加工出的精度公差数值为机床定位精度公差数值的1.5~2倍。数控铣床和加工中心按精度分为普通型和精密型，其主要精度项目见表4-1-1。普通型CNC机床可批量加工IT8级精度的工件;精密型CNC铣床和加工中心加工精度可达IT5~IT6级，但对使用环境要求较严格，且要有恒温等工艺措施。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点

CNC铣床与加工中心的直线定位精度和重复定位精度综合反映了该轴各运动零、部件的综合精度，尤其是重复定位精度，其反映了该控制轴在全行程内任意点的定位稳定性，是衡量该控制轴能否稳定可靠工作的基本指标。铣圆精度是综合评价CNC铣床与加工中心有关数控轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的指标。4.1.3铣削特点及数控铣削的内容1.铣削特点铣床切削加工是在机床工作台上安装工件，在机床主轴上安装刀具，机床主轴带动刀具做旋转主运动，提供切削动力。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点旋转的刀具与工件之间又做X,Y,Z向的进给运动，不断地把被切削层投入切削，并在切削力的作用下切出多余材料，逐渐切削出工件表面。铣削的特征有以下几个方面。①铣削是铣刀旋转做主运动、工件或铣刀做进给运动的切削加工方法。②铣刀有多个刀齿参加切削，刀齿依次切入和切离工件，每个刀齿在切削过程中的切削厚度是变化的。③铣削分端面铣削和圆周铣削。图4-1-4(a)所示为圆周铣削，其用分布在刀具圆周的侧刃进行切削。图4-1-4(b)所示为端面铣削，其用刀具端面上排列的多个刀齿切削。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点④铣刀每刀齿切下切屑的大小由铣刀每齿进给量(铣刀每转过一个刀齿的时间内工件的相对位移量)和刀齿的切深决定，切屑从相邻刀齿间流出，刀齿密度高则容屑空间小、排屑条件差。

2.铣削用量铣削用量有切深、进给量和切削速度三要素。1)切深铣削加工的切深分背吃刀量和侧吃刀量。背吃刀量(aD)为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm,端铣时，背吃刀量为切削层深度;而圆周铣削时，背吃刀量为被加工表面的宽度。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点侧吃刀量(ae)为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm,端铣时侧吃刀量为被加工表面宽度;而圆周铣削时，侧吃刀量为切削层深度。如图4-1-4所示。

2)进给量铣削加工的进给量f(mm/r)是指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量;对于多齿刀具(如钻头、铣刀)，每转中每齿相对于工件在进给运动方向上的位移量称为每齿进给量fz，单位为mm/z。显然：上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点进给速度F(mm/min)是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给速度与进给量的关系为3)切削速度切削速度是指切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度，单位为m/min。当主运动为旋转运动时，其计算公式为3.顺铣与逆铣方式选用铣削时，根据铣刀切入、切出工件方向的不同，可分为顺铣和逆铣两种铣削方式。周铣时的顺铣与逆铣如图4-1-5所示。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点顺铣—切削处刀具的旋向与工件的送进方向一致。打个比方，你用锄头挖地，而地面同时往你脚后移动，顺铣就是这样的状况。通俗地说，就是刀齿追着材料“咬”，刀齿刚切入材料时切得深，而脱离工件时则切得少。顺铣时，作用在工件上的垂直铣削力始终是向下的，能起到压住工件的作用，对铣削加工有利，而且垂直铣削力的变化较小，故产生的振动也小，机床受冲击小，同时顺铣也有利于排屑，数控铣削加工一般尽量用顺铣法加工。逆铣—切削处刀具的旋向与工件的送进方向相反。打个比方，你用铲子铲地上的土，而地面同时迎着你铲土的方向移动，逆铣就是这样的状况。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点通俗地说，就是刀齿迎着材料“咬”，刀齿刚切入材料时切得薄，而脱离工件时则切得厚。这种方式机床受冲击较大，加工后的表面不如顺铣光洁，消耗在工件进给运动上的动力较大。由于铣刀刀刃在加工表面上要滑动一小段距离，故刀刃容易磨损。对于表面有硬皮的毛坯工件，顺铣时铣刀刀齿一开始就切削到硬皮，切削刃容易损坏，而逆铣时则无此问题。

4.适合数控铣削的加工内容数控铣床与普通铣床相比，具有加工精度高、加工零件的形状复杂、加工范围广等特点。根据数控铣床的特点，适合数控铣床加工的内容主要有以下几类:①曲线轮廓或曲面等复杂结构。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点工件的平面曲线轮廓是指零件内、外轮廓为复杂曲线，且被加工面平行或垂直于水平面。数控铣削加工时，一般只需用三坐标数控铣床的两坐标联动就可以把它们加工出来。工件的曲面指面上的点在三维空间坐标变化的面，一般由数学模型设计，加工时铣刀与加工面始终为点接触。加工曲面类零件一般采用三坐标联动的数控铣床，往往要借助于计算机来编程加工。②在普通铣床上加工难度大的工件结构。对尺寸繁多、划线与检测困难、普通铣床上加工难以观察和控制的零件适合用数控铣床进行加工。③当在普通铣床上加工难以保证工件尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等要求时，宜选择数控铣床加工。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点④一致性要求好的零件。在批量生产中，由于数控铣床本身的定位精度和重复定位精度都比较高，能够避免在普通铣床加工时人为因素造成的多种误差，故数控铣床容易保证成批零件的一致性，使其加工精度得到提高且质量更加稳定。4.1.4识读典型数控铣床主要技术参数1.典型数控铣床技术参数数控铣床的主要技术参数包括工作台面积、各坐标轴行程、主轴转速范围、切削进给速度范围、定位精度和重复定位精度等。表4-1-2为DT450数控铣床技术参数说明。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点

2.数控铣床技术参数识读数控铣床/加工中心主要技术参数识读可分成尺寸参数、接口参数、运动参数、动力参数、精度参数和其他参数几个方面来认识。1)尺寸参数尺寸参数包括:工作台面积(长、宽)、承重;主轴端面到工作台的距离;交换工作台尺寸数量及交换时间。作用:影响到加工工件的尺寸范围(大小、重量)、编程范围及刀具、工件、机床之间的干涉。2)接口参数上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点接口参数包括:工作台T形槽数、槽宽和槽间距;主轴孔锥度、直径;最大刀具尺寸及重量;刀具容量和交换时间(加工中心)等。作用:影响到工件、刀具安装及加工适应性和效率。3)运动参数运动参数包括:各坐标行程及摆角范围;主轴转速范围;各坐标快速进给速度、切削进给速度范围。作用:影响到加工性能及编程参数。4)动力参数动力参数包括:主轴电动机功率;伺服电动机额定转矩作用:影响到切削负荷。上一页下一页返回任务4.1分析数控铣削工艺特点5)精度参数精度等级包括:定位精度和重复定位精度;回转工作台的分度精度。作用:影响到加工精度及其一致性，6)其他参数其他参数包括:外形尺寸和重量。作用:影响到使用环境。上一页返回任务4.2熟悉CNC铣床的坐标系及偏置、补偿4.2.1CNC铣床坐标系

1.立式铣床的坐标轴名称立式铣床，主轴垂向设置，主轴轴线方向为Z轴方向。Z坐标的正方向是增加刀具和工件之间距离的方向，反之为负方向。人站在立式机床工作台前，面向立柱，刀具向人的右手方向进给，为正X方向，人的正前方向为正Y方向(或当已知+X,+Z，按照右手直角笛卜儿坐标系规定的X,Y,Z三者关系来确定Y坐标的正运动方向)。可把工作台当作写字台，纸张当作工件加工面，笔当作刀具。人手握笔向下到纸张相当于-Z运动，手握笔向右划线相当于+X运动，手握笔向前划线相当于+Y运动，抬笔相当于+Z运动.下一页返回任务4.2熟悉CNC铣床的坐标系及偏置、补偿如图4-2-1所示表示立式铣床的进给运动。图左上角是刀具正向运动+X,+Y和+Z的坐标方向，实际是由工件相对刀具的+X‘,+Y’向运动和刀具相对工件的+Z向运动完成。2.卧式铣床的坐标轴名称卧式铣床，主轴水平方向设置，同样主轴轴线方向为Z轴方向。在卧式钻锁加工中，钻入或镗入工件的方向是Z的负方向。人顺着刀具向工件加工面看去，右手方向为正X方向，人的正前方向为负Z方向，人的上方为正Y方向。对卧式铣床加工，可把工件加工面当作黑板，粉笔当作刀具。上一页下一页返回任务4.2熟悉CNC铣床的坐标系及偏置、补偿人手拿粉笔接近黑板，相当于-Z运动，人手拿粉笔向右划线相当于+X运动，人手拿粉笔向上划线相当于+Y运动，人手拿粉笔垂向离开黑板相当于+Z运动。如图4-2-2所示表示卧式铣床的进给运动。4.2.2数控铣床零点偏置1.数控铣床零点、机床坐标系以立式数控铣床为例，如图4-2-3所示，机床有X,Y,Z三个方向的进给运动，把机床零点M设在机床X,Y,Z的行程终点，则形成了XYZM机床坐标系。如图4-2-3所示的数控立式铣床，机床参考点设在机床X,Y,Z的行程终点并与机床零点重合。上一页下一页返回任务4.2熟悉CNC铣床的坐标系及偏置、补偿通过机床回参考点(回零)操作，各轴向正向极限运动，找到机床零点，确认机床进给运动初始点的坐标。回零后，主轴孔端面中心与R,M重合。数控铣削加工时，代表刀具的点一般为刀具端面回转中心，称为刀位点。如图4-2-4所示，刀位点在回转主轴中心线上，那么刀位点X,Y向的位置与机床零点重合，但Z向位置不重合。可见，回零操作能让CNC直接确认到刀位点的X,Y向初始位置，但不能让CNC直接测量到刀位点的Z向位置。2.工件零点、工件坐标系如图4-2-3所示，在工件上选择一点作为工件坐标测量的零点，其坐标轴的名称和方向与机床坐标系坐标轴的名称和方向一致，则建立了工件坐标系。上一页下一页返回任务4.2熟悉CNC铣床的坐标系及偏置、补偿当工件装夹到机床时，工件零点在机床坐标系的位置就固定了。显然，由于零点位置的不同，机床坐标系与工件坐标系存在差别。3.坐标系零点偏置如图4-2-4所示，如果操作人员测量出工件零点与机床零点的位置差别分别表示为G54X△x,G54Y△y,G54Z△z，且把机床零点进行G54X△x,G54Y△y,G54Z△z值的位置偏置，则机床显示的坐标值与工件坐标系表达的坐标值就相同了。设测量到△x=-364.300,△y=-210.505,△z=-301.210，操作人员通过图4-2-5的零点偏置画面，把G54X,G54Y,G54Z偏置值输人到CNC的参数存储器。上一页下一页返回任务4.2熟悉CNC铣床的坐标系及偏置、补偿CNC在执行进给运动程序前，先根据加工程序的“G54”指令自动进行零点偏置，从而编程者设定的工件坐标系被CNC接受，然后CNC就可以按照编程者用加工程序描述的进给运动意图控制进给加工。FANUC数控系统零点偏置程序格式如下:现代化控制系统中都开始使用工件坐标系偏置功能，大多类似FANUC的数控系统，坐标系零点偏置指令采用G54,G55,G56,G57,G58,G59等。编程时，选用G54~G59中的一个作为零点偏置值的存储地址。上一页下一页返回任务4.2熟悉CNC铣床的坐标系及偏置、补偿操作工测量零点偏置值，并通过零点偏置画面存入零点偏置值到相应地址的存储器。计算机执行程序时，根据指令地址调用零点偏置值实现零点偏置。4.2.3数控铣床刀具长度补偿对于数控铣床或加工中心，刀具长度补偿常被辅助用于工件坐标系Z向零点的设定。即用G54设定工件坐标系时，仅在X,Y方向偏置坐标原点的位置，而Z方向不偏置，Z方向刀位点与工件坐标系Z0平面之间的差值全部通过刀具长度补偿值来解决。这样就将刀具长度补偿工作与工件坐标系Z向的零点设定工作合二为一，方便了操作，如图4-2-6所示。上一页下一页返回任务4.2熟悉CNC铣床的坐标系及偏置、补偿如图4-2-7所示，G54设定工件坐标系时，Z的偏置值为0。安装好刀具，将刀具的刀位点移动到工件坐标系的Z0处，将刀位点在工件坐标系ZO处显示的机床坐标系的坐标值直接输入刀具长度偏置值中去。如图4-2-7(b)所示，1号刀具长度偏置值填写了-140.000,2号刀具长度偏置值填写了-100.000,3号刀具长度偏置值填写了-120.000。采用此种方法的编程格式为上一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令4.3.1FANUC系统数控铣削常用指令数控加工进给运动轨迹一般由若干直线段、圆弧线段连接而成。描述进给运动轨迹程序指令包括以下要素:①表达各线段起点、终点的尺寸坐标指令。尺寸的坐标值形式有绝对尺寸和相对尺寸模式之分，尺寸坐标值的单位又有公、英制之分。②连接线段端点的线型指令。最基本的轨迹线型(插补)指令是直线和圆弧插补指令及快速点定位指令。③表示进给运动轨迹的位置数据是在确立的工件坐标系中得到的。建立工件坐标系的指令由零点偏置指令G54~G59等确定。下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令④刀具相对工件的进给运动轨迹位置还可能因为刀具几何形状的变化而偏离。因此，程序中还应给出刀具几何形状变化的补偿指令，如长度补偿和半径补偿指令。1.尺寸坐标模式(绝对或增量)尺寸必须有一指定的基准测量点。控制系统需要更多的信息来表达尺寸值的测量起点。编程中有两种测量起点。①以零件上同一个基准点作为测量起点—绝对输入的零点。②以零件上的从线段起始点作为测量起点—增量输入零点。上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令在图4-3-1(a)中，CNC程序中从公共点(原点)开始测量A,B的尺寸得到的是绝对尺寸，即:A点(X30,Y30);B点(X110,Y70)。如图4-3-1(b)所示中AB线段，B点坐标从起始点A开始测量得到的是增量尺寸，则B点为(X80,Y40)。由于坐标数值有两种测量方式，并且坐标尺寸指令字的地址符相同，故数控程序中必须加以区分。FANUC数控铣削系统尺寸测量模式的选择由同组的两种模态G指令区分。准备功能G90设定绝对尺寸模式;准备功能G91设定增量尺寸模式。上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令如图4-3-1所示中A→B点的运动，可分别用绝对尺寸与增量尺寸表示B点坐标位置。当数控系统处于G90绝对值编程方式时，B点的坐标是(x110,Y70);当数控系统处于G91增量值编程方式时，B点的坐标是(X80,Y40)。一般开机后，G90作为默认状态被设置。在同一程序中，允许绝对值和增量值交替使用，正确交替使用能给编程带来很大方便。2.快速定位指令G00快速定位指令在数控铣床编程中的应用与数控车床基本相同，但根据联动坐标轴数量的异同，其运行路线会有一定的区别。快速定位G00程序指令格式为上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令如图4-3-2所示，若刀具开始位置为点A,指令刀具快速进给到点B，则其程序为在执行G00指令的过程中，刀具的运动轨迹若不平行于坐标轴直线轨迹，则CNC控制的点定位轨迹为一折线。刀具先以双轴联动的方式(X,Y的速度相同)快速移动，然后再单轴向运动到终点。3.直线插补指令G01上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令在编程中，使用直线插补令刀具从起点到终点做直线切削运动，以精确加工连接起点和终点的直线轮廓。如图4-3-2所示，G01模式与G00模式相比，多轴运动时的轨迹并不一样。直线插补G01指令应用格式:4.圆弧插补指令G02/G031)圆弧插补指令格式圆弧插补指令G02/G03用来命令刀具在指定的平面内，以给定的进给速度进行圆弧加工，切削出圆弧轮廓。G02用于顺时针圆弧加工，G03用于逆时针圆弧加工。如图4-3-3所示。上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令XY平面内圆弧插补指令的编程格式分别为

2)圆弧所在平面设定指令G17,G18,G19如果只规定圆弧的起点、终点、半径、顺逆方向，则在三维空间这样的圆弧应该有无穷个，而我们表达给CNC系统的圆弧应该是唯一确定的。数控铣削规定圆弧所在的平面应该是笛卡儿直角坐标系的XY平面、XZ平面和YZ平面三个平面之一。假如指定了圆弧的插补平面为XY平面，并规定圆弧的起点、终点、半径、顺逆方向，则圆弧便唯一确定了。上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令一般数控系统规定:用指令G17选择XY平面;用G18选择XZ平面;用G19选择YZ平面内加工。如果程序中没有选择平面，那么铣床或加工中心控制器会自动默认为G17(XY)均平面图4-3-4所示为3个选择平面的指令与所选择的平面。对于三坐标运动的铣床和加工中心，在使用圆弧插补指令G02或G03、刀具半径补偿指令G41或G42,固定循环指令等指令应用时，也需要进行平面选择。数控铣削系统往往把XY平面设成默认的平面。在编程时，我们应尽量编写平面选择指令，选择平面的G代码应位于需要设定坐标平面的加工指令的前面，以确定机床在哪一个平面内进行插补运动和刀具半径补偿等。上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令

3)圆弧顺时针、逆时针方向判断如图4-3-3所示，如果选择了插补平面，并确定了圆弧的起点、终点及半径，则连接两点的圆弧仍有顺时针和逆时针方向的区分。直角坐标系中，圆弧顺时针、逆时针回转方向的判断方法是:从垂直于圆弧所在平面的坐标轴由正到负的方向看平面内圆弧的顺逆方向。

4)圆弧半径的正负如图4-3-5所示，在已知圆弧起点和终点的情况下，如果半径R为50，几何作图会出现两段逆时针圆弧，那么该如何区分它们呢?首先这两个圆弧圆心不同，即圆心为O1的圆弧1和圆心为O2的圆弧2，故圆弧插补编程时指令圆心即可。上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令

5)整圆编程格式加工整圆时，应该用I,J,K指令圆心来编程，整圆不能用圆弧半径R编程。如图4-3-6所示，从A点顺时针一周时整圆编程:从B点逆时针一周时整圆编程:

5.进给速率指令F上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令进给速率指令由地址符F和若干位数字组成，故又称F功能或F指令。它的功能是指定切削的进给速率，具体的进给速率由F后的数字给出，如F200。F进给速率的单位有每转进给量(mm/r)和每分钟进给速度(mm/min)两种。在FANUC铣削系统中用G94和G95来选择单位是每分钟进给速度还是每转进给量。4.3.2进给轨迹程序编写实例工件轮廓如图4-3-7(a)所示，试编写刀具沿工件轮廓进给的程序。上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令如图4-3-7(b)所示，设O点为X,Y向零点，上表面为Z向零点，工件轮廓由线段(OA,AB,BC,CD和DO)组成。延长AO线30mm到S，作为刀具路线的起始点，延长DO线30mm到E，作为刀具路线的终止点。设刀具开始时从S点出发，沿SA,AB,BC,CD进给，然后沿DE切出工件轮廓，以O点建立XOY直角坐标系，各点坐标见表4-3-1。刀具沿以上进给路线的程序如下:上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令4.3.3刀具半径补偿1.刀具半径补偿的概念上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令在铣削轮廓时，刀具是有直径的立铣刀，代表刀具的刀位点是刀具端面中心，如图4-3-8(a)所示，当刀具直接沿工件轮廓的进给走刀，实际上对工件轮廓过切了一个半径。要让刀具切削出图纸给出的轮廓，必须让刀具的走刀路线偏离工件轮廓一个半径。如图4-3-8(b)所示的点画线是精心计算的偏离轮廓一个半径的刀具进给路线，刀具沿此路线进给将正好切出工件的轮廓。但新的问题是:轨迹的各基点坐标计算相当复杂，尤其是当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，并修改程序。这样既复杂烦琐，又不易保证加工精度。上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令现代数控铣削系统提供了刀具半径补偿功能，数控程序只需按工件轮廓编写，加工时数控系统会自动计算刀心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿。

2.刀具半径补偿量的指定数控系统的刀具半径补偿是指将计算刀具中心轨迹的过程交由数控系统执行，编程员假设刀具的半径为零，直接根据工件的轮廓形状进行编程。实际的刀具半径则存放在一个可编程刀具半径偏置寄存器中。在加工过程中，数控系统根据工件程序和刀具半径自动计算刀具中心轨迹。当刀具半径发生变化时，不需要修改工件程序，只需修改放在刀具半径偏置寄存器中的刀具半径值。上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令

FANUC的刀具长度、半径补偿值寄存器如图4-3-9所示。在进行数控加工前，必须预先把各刀的半径补偿值填写到寄存器。D~是存放补偿值(刀具半径值)的存储器地址。刀具补偿值由操作者在操作面板上将D~输到指定的存储器中。在编写数控程序半径补偿程序时，只需写出所需刀具半径补偿参数所对应的寄存器编号即可。3.G40,G41,G42指令格式刀具半径补偿指令的格式如下:上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令

如图4-3-10所示，当沿着刀具前进方向看，刀具中心在零件轮廓左边时为左偏置，刀具中心在零件轮廓右边时为右偏置。当不需要进行刀具半径补偿时，则用G40取消刀具半径补偿。G41和G42均为模态指令，G40指令取消模态，G40必须与G41或G42成对使用。刀具半径补偿应在规定的平面内进行，此平面称为补偿平面，使用平面选择指令G17,G18和G19，可以分别选择XY,XZ或YZ平面作为补偿平面，G17可以省略不写。

4.半径补偿的建立、执行和撤销在轮廓加工过程中，刀具半径补偿的执行过程一般分为刀具半径补偿的建立、刀具半径补偿的执行和刀具半径补偿的撤销三步。上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令

1)刀具半径补偿的建立刀具半径补偿的建立就是在刀具从起刀点，用G01或G00进给方式接近零件时，刀具中心轨迹从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径值的过程。刀具半径补偿偏置方向由G41(左补偿)或G42(右补偿)确定。如图4-3-11(a)所示，当刀具T01下刀至切削深度，刀具从起点S用一个快速S→P运动建立半径补偿，程序段的终点是P，但经半径补偿后到达的点是P1点，P1点相对要加工轮廓的延长线向左偏移了一个半径。上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令其程序是2)刀具半径补偿的执行一旦建立了刀具补偿状态，则必须一直维持该状态，除非撤销刀具补偿。在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离程序轨迹一个刀具半径值的距离。3)刀具半径补偿的撤销在零件最后一段刀具半径补偿轨迹加工完成后，刀具撤离零件，回到起刀点，在这个过程中应取消刀具半径补偿，其指令用G40。上一页下一页返回任务4.3熟悉数控铣削编程指令如图4-3-11(b)所示，刀具从Q点用一个快速QS运动取消半径补偿，程序段的起点是Q，但取消半径补偿前的实际刀具中心起点却是QS经取消半径补偿程序段执行后，刀具中心实际从Q，到达的终点是S点。其程序是:G00G40X-42Y-42;在QS点定位运动中取消半径补偿上一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程4.4.1平面铣削加工的内容及要求平面铣削通常是指把工件表面加工到某一高度并达到一定表面质量要求的加工。分析平面铣削加工的内容应考虑:加工平面区域大小和加工面相对基准面的位置。分析平面铣削加工要求应考虑加工平面的表面粗糙度、加工面相对基准面的定位尺寸精度、平行度和垂直度等要求。如图4-4-1所示工件的上表面，区域大小为80mmx120mm矩形，距基准面40mm高度位置，并相对基准面A有0.08mm的平行度要求、形状公差0.06mm平面度要求和Ra3.2表面粗糙度要求。下一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程4.4.2平面铣削方法对平面的铣削加工，存在用立铣刀周铣和面铣刀端铣两种方式，如图4-4-2所示。用面铣刀端铣有如下特点:①用面铣刀加工时，其轴线垂直于工件的加工表面。用端铣的方法铣出的平面，其平面度的好坏主要取决于铣床主轴轴线与进给方向的垂直度。②端铣用的面铣刀其装夹刚性较好，铣削时振动较小。③端铣时，同时工作的刀齿数比周铣时多，工作较平稳。④端铣用面铣刀切削，其刀齿的主、副切削刃同时工作，由主切削刃切去大部分余量，副切削刃则可起到修光作用，铣刀齿刃负荷分配也较合理，铣刀使用寿命较长，且加工表面的表面粗糙度值较小。上一页下一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程⑤端铣的面铣刀便于镶装硬质合金刀片进行高速铣削和阶梯铣削，生产效率高，铣削表面质量也较好。一般情况下，铣平面时，端铣的生产效率和铣削质量都比周铣高，所以平面铣削应尽量用端铣方法。一般大面积的平面铣削使用面铣刀，在小面积平面铣削也可使用立铣刀端铣。4.4.3面铣刀及选用面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，且端部切削刃为副切削刃。

1.硬质合金可转位式面铣刀硬质合金可转位式面铣刀(可转位式端铣刀)如图4-4-3所示。上一页下一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程这种结构成本低，制作方便，刀刃用钝后可直接在机床上转换刀刃和更换刀片。可转位式面铣刀要求刀片定位精度高、夹紧可靠、排屑容易和更换刀片迅速等。硬质合金面铣刀与高速钢面铣刀相比，铣削速度和加工效率较高，且加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，在提高产品质量和加工效率等方面都具有明显的优越性。

2.直径选用平面铣削时，面铣刀直径尺寸的选择是需要重点考虑的问题之一。对于面积不太大的平面，宜用直径比平面宽度大的面铣刀实现单次平面铣削，平面铣刀最理想的宽度应为材料宽度的1.3~1.6倍。上一页下一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程对于面积太大的平面，由于受到多种因素的限制，如考虑到机床功率、刀具和可转位刀片几何尺寸、安装刚度、每次切削的深度和宽度以及其他加工因素，面铣刀刀具直径不可能比加工平面宽度更大时，宜选用直径大小适当的面铣刀分多次走刀铣削平面。特别是平面粗加工时，切深大，余量不均匀，且考虑到机床功率和工艺系统的受力，故铣刀直径D不宜过大。

3.面铣刀刀齿选用面铣刀齿数对铣削生产率和加工质量有直接影响，齿数多，则同时参与切削的齿数也多，生产率高，铣削过程平稳，加工质量好，但要考虑到其负面的影响:刀齿越密，容屑空间越小，排屑不畅，因此只有在精加工余量小和切屑少的场合才用齿数相对多的铣刀。上一页下一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程可转位面铣刀的齿数根据直径不同可分为粗齿、细齿和密齿三种。粗齿铣刀主要用于粗加工;细齿铣刀用于平稳条件下的铣削加工;密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于薄壁铸铁的加工。面铣刀主要以端齿为主加工各种平面。刀齿主偏角一般为45°,60°,75°,90°，主偏角为90°的面铣刀还能同时加工出与平面垂直的直角面，这个面的高度受到刀片长度的限制。4.4.4平面铣削的路线设计平面铣削中，刀具相对于工件的位置选择是否适当将影响到切削加工的状态和加工质量，现分析图4-4-4中面铣刀进人工件材料时的位置对加工的影响。上一页下一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程

1)刀心轨迹与工件中心线重合如图4-4-4(a)所示，刀具中心轨迹与工件中心线重合。单次平面铣削时，当刀具中心处于工件中间位置时，容易引起颤振，从而影响到表面加工质量，因此，应该避免刀具中心处于工件中间位置。

2)刀心轨迹与工件边缘重合如图4-4-4(b)所示，当刀心轨迹与工件边缘线重合时，切削镶刀片进入工件材料时的冲击力最大，是最不利于刀具寿命和加工质量的情况。因此应该避免刀具中心线与工件边缘线重合。3)刀心轨迹在工件边缘外上一页下一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程如图4-4-4(c)所示，当刀心轨迹在工件边缘外，刀具刚刚切入工件时，刀片相对工件材料冲击速度大，引起碰撞力也较大，容易使刀具破损或产生缺口，基于此，拟定刀心轨迹时，应避免刀心在工件外。

4)刀心轨迹在工件边缘与中心线间如图4-4-4(d)所示，当刀心处于工件内时，已切入工件材料镶刀片承受最大切削力，而刚切入(撞入)工件的刀片受力较小，引起碰撞力也较小，从而可延长镶刀片寿命，且引起的振动也小一些。由上面分析可见:拟定面铣刀刀路时，应尽量避免刀心轨迹与工件中心线重合、刀心轨迹与工件边缘重合及刀心轨迹在工件边缘外的三种情况，设计刀心轨迹在工件边缘与中心线间是理想的选择。上一页下一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程再比较如图4-4-5所示的两个刀路，虽然刀心轨迹在工件边缘与中心线间，但图4-4-5(b)所示面铣刀整个宽度全部参与铣削，刀具容易磨损;图4-4-5(a)所示的刀具铣削位置是合适的。单次平面铣削的一般规则同样也适用于多次铣削。铣削大面积工件平面时，分多次铣削的刀路有好几种，如图4-4-6所示。最为常见的方法为同一深度上的单向多次切削和双向多次切削。(1)单向多次切削粗、精加工的路线设计图4-4-6(a)和图4-4-6(b)所示为单向多次切削粗、精加工的路线设计。上一页下一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程单向多次切削时，切削起点在工件的同一侧，另一侧为终点的位置，每完成一次工作进给的切削后，刀具从工件上方快速点定位回到与切削起点在工件的同一侧，这是平面精铣削时常用的方法，但频繁的快速返回运动会导致切削效率很低，但这种刀路能保证面铣刀的切削总是顺铣。

(2)双向来回Z形切削双向来回切削也称为Z形切削如图4-4-6(c)和图4-4-6(d)所示。显然，它的效率比单向多次切削要高，但其在面铣刀改变方向时，刀具要从顺铣方式改为逆铣方式，从而在精铣平面时影响加工质量，因此平面质量要求高的平面精铣通常并不使用这种刀路，其常用于平面铣削的粗加工。上一页下一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程为了安全起见，设计刀具起点和终点时，应确保刀具与工件间有足够的安全间隙。4.4.5平面铣削用量铣削用量选择的是否合理，将直接影响到铣削加工的质量。平面铣削分粗铣、半精铣和精铣三种情况，此处主要讲粗铣及精铣两种情况。粗铣时，铣削用量选择侧重考虑刀具性能、工艺系统刚性、机床功率和加工效率等因素;精铣时侧重考虑表面加工精度的要求。1.平面粗铣用量粗铣加工时，余量多，要求低，所以在选择铣削用量时主要考虑工艺系统刚性、刀具使用寿命、机床功率和工件余量大小等因素。上一页下一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程首先确定较大的Z向切深和切削宽度。铣削无硬皮的钢料，Z向切深一般选择3~5mm，铣削铸钢或铸铁时，Z向切深一般选择5~7mm。切削宽度可根据工件加工面的宽度尽量一次铣出，当切削宽度较小时，Z向切深可相应增大。选择较大的每齿进给量有利于提高粗铣效率，但应考虑到:当选择了较大的Z向切深和切削宽度后，工艺系统刚性是否足够。当Z向切深、切削宽度、每齿进给量较大时，受机床功率和刀具耐用度的限制，一般选择较低的铣削速度。2.平面精铁用量上一页下一页返回任务4.4分析平面铣削工艺及编程当表面粗糙度要求在Ra1.6~3.2µm时，平面一般采用粗、精铣两次加工。经过粗铣加工后，精铣加工的余量为0.5~2mm，考虑到表面质量要求，选择较小的每齿进给量。此时加工余量比较少，因此可尽量选较大铣削速度。表面质量要求较高(Ra0.4~0.8µm)，表面精铣时的深度选择为0.5min左右。每齿进给量一般选较小值。铣削速度在推荐范围内选最大值,Z向切深进给量推荐范围见表4-4-1。上一页返回任务4.5分析轮廓铣削工艺及编程4.5.1轮廓铣削内容、要求及铣削方法由直线、圆弧、曲线通过相交、相切连接而成二维平面轮廓零件，适合用数控铣床周铣加工，这是因为数控铣床相对普通铣床具有多轴数控联动的功能。零件二维平面轮廓一般有轮廓度等形位公差要求，轮廓表面有表面粗糙度要求。具有台阶面的平面轮廓，立铣刀在对平行刀具轴线轮廓进行周铣的同时，对垂直于Z轴的台阶面进行端铣，台阶面亦有相应的质量要求。如图4-5-1所示的工件轮廓，有轮廓度和表面质量要求。台阶面有表面质量要求和深度尺寸的精度要求。下一页返回任务4.5分析轮廓铣削工艺及编程如图4-5-2所示，立铣刀主要是用其侧刃圆周铣削工件轮廓面。铣削时，刀具圆柱素线平行于加工面，平面度的好坏主要取决于铣刀圆柱素线的直线度，铣刀径向圆跳动也会反映到加工工件的表面上。因此，在精铣平面时，铣刀的圆柱度一定要好。周铣用的立铣刀刀杆较长、直径较小、刚性较差，容易产生弯曲变形和引起振动。周铣时，多个刀齿依次切入和切离工件，易引起周期性的冲击振动。为了减小振动，可选用大螺旋角铣刀来弥补这一缺点。轮廓周铣精加工时须采用半径补偿加工的方法，可通过调整半径补偿值控制轮廓尺寸精度。垂直于刀具轴线台阶面的位置尺寸精度可通过调整长度补偿值得到。上一页下一页返回任务4.5分析轮廓铣削工艺及编程4.5.2立铣刀及选用立铣刀是用得最多的一种铣刀，其能够完成的加工内容包括:圆周铣削和轮廓加工;槽和键槽铣削;开放式和封闭式型腔;小面积的表面加工等。1.平底立铣刀1)普通高速钢立铣刀图4-5-3所示为普通高速钢立铣刀，其圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布着副切削刃，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。标准立铣刀的螺旋角刀为40°~45°(粗齿)和30°~35°(细齿)，套式结构立铣刀的螺旋角刀为15°~25°.上一页下一页返回任务4.5分析轮廓铣削工艺及编程

2)硬质合金螺旋齿立铣刀为了提高切削速度，以提高生产效率，立铣刀材料应有更高的硬度。数控铣床或加工中心普遍采用硬质合金螺旋齿立铣刀，它相对普通高速钢立铣刀硬度更大，具有良好的刚性及排屑性能，适于粗、精铣削加工，生产效率比同类型高速钢铣刀提高了2~5倍。硬质合金立铣刀常称为“玉米立铣刀”，在一个刀槽中装有两个或更多的硬质合金刀片，并使相邻刀齿间的接缝相互错开，利用同一刀槽中刀片之间的接缝作为分屑槽，通常在粗加工时选用。3)波形刃立铣刀数控铣床或加工中心加工常选用波形刃立铣刀进行切削余量大的粗加工，能显著提高铣削效率。上一页下一页返回任务4.5分析轮廓铣削工艺及编程波形刃立铣刀与普通高速钢立铣刀的最大区别是其刀刃为波形，如图4-5-4所示。波形刃能将狭长的薄切屑变为厚而短的碎块切屑，使排屑顺畅，有利于自动加工的连续进行;由于刀刃是波形，使它与被加工工件接触的切削刃长度较短，刀具不易产生振动;刀刃的波形特征还使刀刃的长度增大，有利于散热，并有利于切削液渗入切削区，能充分发挥切削液的效果。

2.立铣刀的尺寸选择CNC加工中，必须考虑的立铣刀尺寸因素包括立铣刀直径、立铣刀长度和螺旋槽长度。立铣刀的直径包括名义直径和实测的直径。名义直径为刀具厂商给出的值;实测的直径是精加工用作半径补偿的半径补偿值。上一页下一页返回任务4.5分析轮廓铣削工艺及编程CNC加工中必须区别对待非标准直径尺寸的刀具，比如重新刃磨过的刀具，即使用实测的直径作为刀具半径偏置，也不宜将它用在精度要求较高的精加工中。立铣刀在对内轮廓精铣削加工中，所用立铣刀的刀具半径一定要小于零件内轮廓的最小曲率半径，一般取最小曲率半径的0.8~0.9倍。另外，直径大的刀具比直径小的刀具的抗弯强度大，加工中不易引起受力弯曲和振动。刀具从主轴伸出的长度和立铣刀从刀柄夹持工具的工作部分中伸出的长度也应认真考虑，立铣刀的长度越长，抗弯强度减小，受力弯曲程度增大，会影响加工的质量，并容易产生振动，加速切削刃的磨损。上一页下一页返回任务4.5分析轮廓铣削工艺及编程不管刀具总长如何，螺旋槽长度始终决定着切削的最大深度。

3.刀齿的数量立铣刀根据其刀齿数目不同可分为粗齿(:为3,4,6,8)、中齿(:为4,6,8,10)和细齿(:为5,6,8,10,12)。粗齿铣刀刀齿数目少、强度高、容屑空间大，适用于粗加工;细齿铣刀刀齿数目多、工作平稳，适用于精加工;中齿铣刀刀齿数日介于粗齿和细齿之间。被加工工件材料类型和加工的性质往往影响刀齿数量选择。加工塑性大的工件材料，如铝、镁等，为避免产生积屑瘤，常用刀齿少的立铣刀，立铣刀刀齿越少，螺旋槽之间的容屑空间越大，可避免在切削量较大时产生积屑瘤。上一页下一页返回任务4.5分析轮廓铣削工艺及编程另一方面，刀齿越少，编程的进给率越小。加工较硬的脆性材料，需要重点考虑的是避免刀具颤振，应选择多刀齿立铣刀，刀齿越多，切削越平稳，从而可减小刀具的颤振。小直径或中等直径的立铣刀通常有两个、三个或四个刀齿，三刀齿立铣刀兼有两刀齿刀具与四刀齿刀具的优点，加工性能好，但精加工时一般不应选择三刀齿立铣刀，因为其直径尺寸很难精确测量。4.5.3轮廓铣削的路线设计轮廓铣削时一般需要半径补偿加工，在设计半径补偿加工铣削路线时，应尽量做到在刀具切入工件之前建立刀补;撤销刀补则应放在刀具切出工件之后，且引入和切出点与工件的轮廓保持一定的安全距离，以避免发生碰撞或产生过切现象。上一页下一页返回任务4.5分析轮廓铣削工艺及编程如图4-5-5(a)所示，刀具从S点直线运动趋近轮廓过程中建立半径补偿，以直线运动返回S点，返回运动中取消半径补偿。采用这种直线趋近及返回的方式，刀具轮廓表面接触的地方容易留下斑痕。当轮廓加工要求并不严格时，使用直线趋近效率较高。当轮廓加工要求严格时，如图4-5-5(b)所示，从S点通过一段直线运动建立半径补偿，建立半径补偿在直线运动段不与轮廓接触，而用半径补偿状态的圆弧运动自然切入圆周轮廓。当轮廓加工完成后，采取相反的运动步骤，并且在直线返回运动中取消半径补偿。如图4-5-5(c)所示，精铣削外轮廓时，安排刀具从轮廓外切向引入轮廓铣削加工，当轮廓加工完毕后，又沿切线方向退出。上一页下一页返回任务4.5分析轮廓铣削工艺及编程4.5.4立铣刀切削用量的选用1.立铣刀应用中的切削深度螺旋槽长度(侧刃长度)决定切削的最大深度，实际应用中，铣削深度(Z方向的吃刀深度ae)不宜超过刀具直径的1.5倍，铣削宽度(侧向的吃刀深度ae)不宜超过刀具半径值。直径较小的立铣刀，切削深度应选择得更小些，以保证刃具有足够的刚性。立铣刀用于粗加工铣毛坯面时，在机床、刀具、工件系统允许的情况下，可用波形立铣刀进行强力切削，毛坯去除余量大时，宜选用直径较大而长度较小的立铣刀，这样在强力切削时，可以避免刀具颤振或刀具偏斜，至少可以将颤振和偏斜限制在最低程度。上一页下一页返回任务4.5分析轮廓铣削工艺及编程2.立铣刀应用中的进给速度立铣刀加工应考虑在不同情形下选择不同的进给速度。3.立铣刀主轴转速硬质合金可转位立铣刀相对标准的HSS刀具加工钢材时，主轴转速应相对高一些，硬质合金刀具在加工中，随着主轴转速的提高，与刀具切削刃接触的钢材的温度也升高，从而降低了材料的硬度，这时加工条件较好。硬质合金刀具使用的主轴转速通常为标准HSS刀具的3~5倍，硬质合金可转位立铣刀加工时若使用较低主轴转速，容易使硬质合金刀具崩裂甚至损坏。但对于高速钢刀具，使用较高主轴转速会加速刀具的磨损。上一页下一页返回任务4.5分析轮廓铣削工艺及编程

4.立铣刀加工振动与切削用量修正立铣刀在加工过程中刀具有可能出现颤振现象，发生颤振的原因有很多，主要原因包括刀具安装不牢固、刀具长度过大(从刀架中伸出的部分)、加工薄壁材料时切削深度过大或过大的进给率等，刀具偏斜也会产生振动。振动会使立铣刀圆周刃的吃刀量不均匀，且切削量比原定值增大，影响加工精度和刀具使用寿命。当出现刀具振动时，应考虑降低切削速度和进给速度，如两者都已降低40%后仍存在较大振动，则应考虑减小吃刀量。如果仍然存在颤振，则需要检查加工方法和安装刚度。上一页返回任务4.6分析槽铣削工艺及编程4.6.1铣槽加工要求窄槽是具有一定宽度、深度和截面形状的槽，槽底面与侧面成直角形的称为直角槽。直角槽如图4-6-1所示，可分为敞开式、封闭式和半封闭式三种。直角槽结构的主要尺寸有槽长、槽宽和槽深。尺寸精度主要是槽的位置尺寸精度及槽的宽度、长度和深度的尺寸精度，尤其是与其他零件相配合的槽，其槽的宽度尺寸精度一般要求较高;槽的形位精度主要是槽两侧面的平行度以及对称度等;一般对侧面和底面有表面质量要求。下一页返回任务4.6分析槽铣削工艺及编程4.6.2铣槽刀具及选用

1.键槽铣刀键槽铣刀如图4-6-2所示，它的外形与立铣刀相似，不同的是它在圆周上只有两个螺旋刀齿，其端面刀齿的刀刃延伸至中心，既像立铣刀又像钻头;螺旋齿结构有利于切削平稳。键槽铣刀适用于铣削对槽宽有相应要求的槽类加工。封闭槽铣削加工时，可以做适量的轴向进给，键槽铣刀可先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长，较深的槽要做多次垂直进给和纵向进给才能完成加工。另外，键槽铣刀可用于插入式铣削、钻削和锪孔。2.钻削立铣刀上一页下一页返回任务4.6分析槽铣削工艺及编程钻削立铣刀有一个刀片的铣削刃在径向超过中心线而又稍稍低于(偏离)中心线0.15-0.3mm,配用刀片主要有正方形、平行四边形和不等边、不等角六边形等。表4-6-1为哈尔滨第一工具厂引进生产的Ingersoll钻削立铣刀的型号和基本尺寸，它可沿水平方向、垂直方向和倾斜方向进给，并且可以直接钻浅孔及铣斜槽和封闭槽。4.6.3精确沟槽铣削刀具路线设计有较高加工精度要求的窄槽，为了提高槽宽的加工精度，应分粗加工和精加工。上一页下一页返回任务4.6分析槽铣削工艺及编程粗加工时采用直径比槽宽小的铣刀，铣槽的中间部分在两侧及槽底留下一定余量;精加工时，为保证槽宽尺寸公差，应用半径补偿的加工方法铣削内轮廓。1)开放窄槽的加工路线设计图4-6-3所示为对开放窄槽的粗、精加工路线设计。对开放窄槽加工，刀具的起点可选在工件侧面外，图4-6-3中刀具的起点选在槽中线上并在工件之外具有一定安全间隙的适当位置(S点)。粗加工时，选择直径比槽宽略小的刀具，如图4-6-3所示，刀具经SA直线进给切削后，侧面留下适当的精加工余量，槽的底面亦宜留有适当的精加工余量。上一页下一页返回任务4.6分析槽铣削工艺及编程精加工时，刀具Z向进给运动至窄槽底部深度，通过垂直于窄槽轮廓的SP线段进给建立半径补偿，刀具在顺铣模式下对窄槽沿轮廓进行精加工到轮廓延长线的Q点，并通过QS线段的进给取消半径补偿。

2)封闭窄槽加工刀具路线设计图4-6-4所示为封闭窄槽的粗、精加工路线设计。粗加工时，选择直径比槽宽略小的刀具，以保证粗加工后留有一定的精加工余量。刀具的X,Y起点选择工件槽的某段圆弧轮廓的圆心位置，然后以较小的进给率切入所需的深度(在底部留出精加工余量)，再以直线插补SA运动在两个圆弧中心点之间进行粗加工。精加工时，刀具法向趋近轮廓建立半径补偿并不合适，因为这样会让刀具在加工轮廓上有停留并产生接刀痕迹。上一页下一页返回任务4.6分析槽铣削工艺及编程设计趋近轮廓的路线为与轮廓相切的一个辅助切入圆弧，其目的是引导刀具平滑地过渡到轮廓上，避免接刀痕迹。但刀具半径补偿不能在圆弧插补模式中启动，因此应用A尸直线G01运动建立半径补偿，然后用圆弧运动自然切入到工件下侧轮廓。这样在轮廓精加工前，增加了两个辅助运动，即:①进行直线运动并启动刀具半径补偿。②切线趋近圆弧运动。这里值得注意的是趋近圆弧半径大小的选择(位置选择很简单—圆弧必须与轮廓相切)，趋近圆弧半径必须符合一定的要求，那就是该圆弧的半径必须既大于刀具半径，又小于刀具引入起点到轮廓的距离(这里是窄槽轮廓的半径)，三种半径的关系为上一页下一页返回任务4.6分析槽铣削工艺及编程4.6.4铣槽切削用量的选用铣削加工直角沟槽工件时，加工余量一般都比较大，工艺要求也比较高，不应一次加工完成，而应尽量分粗铣和精铣数次进行加工完成。在深度上，常有一次铣削完成和多次分层铣削完成两种加工方法，这两种加工方法的工艺利弊分析不容忽视。①设计将键槽深度一次铣削完成，能够提高加工效率，但对铣刀的使用较为不利，因为铣刀在用钝时，其切削刃上的磨损长度等于键槽的深度。②设计深度方向多次分层铣削键槽，每次铣削层深度只有0.5~1mm，以较大的进给量往返进行铣削。上一页下一页返回任务4.6分析槽铣削工艺及编程这种加工方法的优点是铣刀用钝后，只需刃磨铣刀的端面(磨短不到1mm，铣刀直径不受影响。铣削加工沟槽时，排屑不畅，铣刀周围的散热面小，不利于切削。铣削用量选用时，应充分考虑这些因素，不宜选择较大的铣削用量，而应采用较小的铣削用量。铣削窄而深的沟槽时，切削条件更差。上一页返回任务4.7分析型腔铣削工艺及编程4.7.1型腔铣削加工的内容、要求型腔是CNC铣床、加工中心中常见的铣削加工内结构。铣削型腔时，需要在由边界线确定的一个封闭区域内去除材料，该区域由侧壁和底面围成，其侧壁和底面可以是斜面、凸台、球面以及其他形状，型腔内部可以全空或有孤岛。对于形状比较复杂或内部有孤岛的型腔则需要使用计算机辅助(CAM)编程。本节讨论的型腔加工指由垂直侧壁轮廓和水平底面围成的规则型腔，如图4-7-1所示。型腔的主要加工要求有:侧壁和底面的尺寸精度，表面粗糙度，二维平面内轮廓的尺寸精度。下一页返回任务4.7分析型腔铣削工艺及编程4.7.2型腔铣削方法型腔的加工分粗、精加工。对于较浅的型腔，可用键槽铣刀插削到底面深度，先铣型腔的中间部分，然后再利用刀具半径补偿对垂直侧壁轮廓进行精铣加工。对于较深的内部型腔，宜在深度方向分层切削，常用的方法是预先钻削一个孔至所需深度，然后再使用比孔尺寸小的平底立铣刀从Z向进入预定深度，随后进行侧面铣削加工，将型腔扩大到所需的尺寸和形状。型腔铣削时，有两个重要的工艺:①刀具切入零件的方法;上一页下一页返回任务4.7分析型腔铣削工艺及编程②刀具粗、精加工的刀路设计。与外轮廓加工不同，型腔铣削时，要考虑如何在Z向入零件实体的问题。通常刀具Z向切入零件实体有以下几种方法:①使用键槽铣刀沿Z轴垂直向下进刀切入零件。②预先钻一个孔，再用直径比孔径小的立铣刀切削。③斜线进刀及螺旋进刀。斜线进刀及螺旋进刀都是靠铣刀的侧刃逐渐向下铣削而实现向下进刀的，所以这两种进刀方式可以用于端部切削能力较弱的端铣刀向下进给。4.7.3刀具选用适合于型腔铣削的刀具有平底立铣刀、键槽铣刀，型腔的斜面、曲面区域要用R刀或球头刀加工。上一页下一页返回任务4.7分析型腔铣削工艺及编程型腔铣削时，立铣刀在封闭边界内进行加工，其加工方法受到内部轮廓结构特点的限制。立铣刀对内轮廓进行精铣削加工时，其刀具半径一定要小于零件内轮廓的最小曲率半径，刀具半径一般取内轮廓最小曲率半径的0.8~0.9倍。粗加工时，在不干涉内轮廓的前提下，应尽量选用直径较大的刀具，直径大的刀具比直径小的刀具抗弯强度大，加工中不易引起受力弯曲和振动。在刀具切削刃(螺旋槽长度)满足最大深度的前提下，尽量缩短刀具从主轴伸出的长度和立铣刀从刀柄夹持工具工作部分中伸出的长度，立铣刀的长度越长，抗弯强度减小，受力弯曲程度增大，会影响加工的质量，并容易产生振动，加速切削刃的磨损。上一页下一页返回任务4.7分析型腔铣削工艺及编程4.7.4型腔铣削用量粗加工时，为了得到较高的切削效率，常选择较大的切削用量，但刀具的切削深度与宽度应与加工条件相适应。直径大的刀具切削宽度也大，一般切削宽度取0.7~0.9倍刀具直径;直径较小的立铣刀，Z向切削深度一般不超过刀具直径的1/3。值得注意的是:型腔粗加工开始第一刀，刀具为全宽切削，切削力大，切削条件差，应适当减小进给量和切削速度。精加工时，为了保证加工质量，避免工艺系统受力变形和减小振动，精加工切深应小一些，一般在深度、宽度方向留0.2~0.5mm余量进行精加工。精加工时，进给量大小主要受表面粗糙度要求限制，切削速度大小主要取决于刀具的耐用度。上一页返回任务4.8编制典型零件铣削工艺和程序4.8.1分析典型零件铣削工艺图4-0-1所示为一套配合零件，工件1为凹件，工件2为凸件。设已经在普通铣床上加工出外形尺寸分别为160mmx120mmx12mm和160mmx120mmx40mm的45钢板料，除上表面以外的其他平面均已加工，并符合尺寸与表面粗糙度要求。现要按图样要求在数控铣床或加工中心上完成配合零件凹凸配合结构的加工，并合理制订工艺方案、编写数控加工程序。1.加工内容、要求分析如图4-0-1所示，配合零件两处凹凸配合面的尺寸精度、表面粗糙度值要求较高，如拟2H7孔、小38H7孔尺寸精度和表面粗糙度值要求较高。下一页返回任务4.8编制典型零件铣削工艺和程序配合工件包含了平面、圆弧、内外轮廓、挖槽、钻孔、锁孔、铰孔以及孔口倒圆曲面的加工，且大部分的尺寸均达到IT8~IT7级精度。2.加工设备选用1)机床选择选用XK5034型数控立式升降台铣床加工该配合零件。机床的数控系统为FANUC0i,主轴电动机容量为4.0kW，脉冲当量为0.001mm，定位精度为±0.02mm/(300mm)，重复定位精度为±0.01mm，工作台允许最大承载为256kg。选用该机床能够满足零件加工。2)装夹方案上一页下一页返回任务4.8编制典型零件铣削工艺和程序工件1、工件2都选用机用平口钳装夹，校正平口钳固定钳口，使之与工作台X轴移动方向平行。在工件下表面与平口钳之间放入精度较高的平行垫块(垫块厚度与宽度适当)，利用木褪或铜棒敲击工件，使平行垫块不能移动后夹紧工件。3)对刀方案设工件1、工件2零点位于工件上表面的中心位置。以工件1为例，利用寻边器测量X,Y轴零点偏置值，X,Y向通过零点偏置设定工件零点，Z向通过长度补偿调整机床Z0与工件Z0差，操作时利用Z轴定位器设定。工件2找正方法与工件1类似。上一页下一页返回任务4.8编制典型零件铣削工艺和程序加工工件1、工件2时，对于同一把刀具仍调用相等的刀具长度与半径补偿值，但由于在Z方向工件1、工件2的上表面高度位置不同，则两工件Z0有差