第3章FANUC系统数控铣床编程与加工

2、孔加工路线及铰孔余量的确定 （1）孔加工导入量 孔加工导入量（图3－17中△Z）是指在孔加工过程中，刀具自快进转为工 进时，刀尖点位置与孔上表面之间的距离。 孔加工导入量的具体值由工件表面的尺寸变化量确定，一般情况下取2～10mm。 当孔上表面为已加工表面时，导入量取较小值（约2～5mm）； （2）孔加工超越量 钻加工不通孔时，超越量（图3－17中△Z′）大于等于钻尖高度Zp=（D/2） COSα≈0.3D；通孔镗孔时，刀具超越量取1～3mm；通孔铰孔时，刀具超越量取 3～5mm；钻加工通孔时，超越量等于Zp+1～3mm。
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3.3 加工方法的选择及加工路线的确定 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要求。由于获 得同一级精度及表面粗糙度的加工方法有多种，因而在实际选择时，要结合零件 的形状、尺寸、批量、毛坯材料及毛坯热处理等情况合理选用。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。 3.3.1 加工路线的确定原则 在数控加工中，刀具刀位点相对于零件运动的轨迹称为加工路线。加工路线 的确定与工件的加工精度和表面粗糙度直接相关,其确定原则如下： （1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。 （2）规划安全的刀具路径，保证刀具切削加工的正常进行；使数值计算简 便，以减少编程工作量。 （3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空走刀时间，有 利于提高加工效益。 （4）规划适当的刀具路径，有利于零件加工时满足工质量要求；加工路线 还应根据工件的加工余量和机床、刀具的刚度等具体情况确定。
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3.3.3 轮廓铣削加工路线的确定 1、切入、切出方法选择 采用立铣刀侧刃铣削轮廓类零件时，为减少接刀痕迹，保证零件表面 质量，铣刀的切入和切出点应选在零件轮廓曲线的延长线上（如图3－11a中 A－B－C－B－D），而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生刀痕， 保证零件轮廓光滑。 铣削内轮廓表面时，如果切 入和切出无法外延，切入与切出 应尽量采用圆弧过渡（图3－ 11b）。在无法实现时铣刀可沿零 件轮廓的法线方向切人和切出， 但须将其切入、切出点选在零件 轮廓两几何元素的交点处。 3－11 轮廓切线切入切出
孔尺寸 0～ 钻–铰 12～ 钻–扩 20～ 30～ 钻–扩–镗（或铰）
60～80
孔的 精度 IT9～ IT1 1 IT8 IT7
有无 预孔 无
有
无
粗扩–精扩；或粗镗–精镗（余量少可一次性扩孔或镗孔）
钻–扩–铰 钻–粗铰–精铰 钻–扩–精镗（或铰） 钻–扩–粗镗–精镗
有
无 有
粗镗–半精镗–精镗（或精铰） 钻–扩–粗铰–精铰；或钻–扩–粗镗–半精镗–精镗 粗镗–半精镗–精镗（如仍达不到精度还可进一步采用精细镗） 23
第3章 数控铣床加工工艺
3.1 数控加工概述
3.1.1 数控加工的定义 数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工 与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。数控 加工是用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、 批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。 3.1.2 数控加工零件的选择要求 适合多品种，小批量生产的零件或新产品试制的零件；2）轮廓形状复杂， 对加工精度要求较高的零件；用普通机床加工时，需要有昂贵的工艺装备（工具、 夹具和模具）的零件；需要多次改型的零件；格昂贵，加工中不允许报废的关键零 件；需要最短生产周期的急需零件。
逆铣
V f
V f
顺铣
图3－13
顺铣
图3－14
逆铣
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5、端面铣削方式 端面铣削时根据铣刀相对于工件安装位置不同可分为对称铣削和不对称铣削两种 ，如图3-15所示。
a)对称铣削
b)不对称逆铣 图3-15
c)不对称顺铣
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6、平面铣削工艺路径 ①单向平行切削路径 刀具以单一的顺铣或逆铣方式切削平面，如图3-16a所示。 ②往复平行切削路径。 刀具以顺铣、逆铣混合方式切削平面，如图3-16b所示。 ③环切切削路径。 刀具以环状走刀方式切削平面，可从里向外或从外向里的方式，如图3-16c所示。
图3-10c 点定位路线并非直线
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2、避免点定位路径中有障碍物 程序员拟定刀具路径必须使刀具移动路线中没有障碍物，一些常见的障 碍物如：加工中心的机床工作台和安装其上的卡盘、分度头，虎钳、夹具、工件 的非加工结构等。对各种影响路线设计因素的考虑不周，将容易引起撞刀危险的 情况。 G00的目的是把刀具从相对工件的一个位置点快速移动到另一个位置点， 但不可忽视的是CNC控制的两点间点定位路线不一定是直线，如图3-10c所示， 定位路线往往是先几轴等速移动，然后单轴驱近目标点的折线，忽视这一点将可 能忽略了阻碍在实际移动折线路线中的障碍物。 非但G00的路线，G28、G29、G30、G81—G89、G73等的点定位路线 也应该考虑同样的问题。还应注意到的是撞刀不仅仅是刀头与障碍物的碰撞，还 可能是刀具其它部分如刀柄与它物的碰撞。
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3.2 数控铣削加工工艺概述
3.2.1 数控加工工艺的基本特点 数控加工工艺是数控加工方法和数控加工过程的总称。 1、工艺内容明确而具体 2、数控加工工艺的工作要求准确而严密 3、采用先进的工艺装备 4、采用工序集中
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3.2.2 数控铣削加工艺过程
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数控铣削加工艺设计过程总结如下： 1、分析数控铣削加工要求：分析毛坯，了解加工条件，对适合数控加工 的工件图样进行分析，以明确数控铣削加工内容和加工要求。 2、确定加工方案：设计各结构的加工方法；合理规划数控加工工序过程。 3、确定加工设备：确定适合工件加工的数控铣床或加工中心类型、规格、 技术参数；确定装夹设备、刀具、量具等加工用具；确定装夹方案、对刀方案。 4、设计各刀具路线，确定刀具路线数据，确定刀具切削用量等内容。 5、根据工艺设计内容，填写规定格式的加工程序；根据工艺设计调整机 床，对编制好的程序必须经过校验和试切，并验证工艺、改进工艺。 6、编写数控加工专用技术文件，作为管理数控加工及产品验收的依据。 7、工件的验收与质量误差分析 工件入库前，先进行工件的检验，并通过质量分析，找出误差产生的原 因，得出纠正误差的方法。
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图3–1 平面类零件 零件
图3–2
变斜角类零件
图3–3
曲面类
3
2、数控加工中心的加工对象
1）既有平面又有孔系的零件
主要是指箱体类零件和盘、套、板类零件。
a）
箱体类零件 图3 －4
b） 盘、套类零件 既有平面又有孔系的零件
4
2）结构形状复杂、普通机床难加工的零件 面组成的零件。
是指其主要表面由复杂曲线、曲
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3、零件各加工部位的结构工艺性
零件各加工部位的结构工艺性的要求如下： （1）零件的内腔与外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，从 而简化编程并提高生产率。
图3－8
零件结构工艺性
图3 －9
槽底平面圆弧对加工工艺的影响
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（2）轮廓最小内圆弧或外轮廓的内凹圆弧的半径R限制了刀具的直径。 因此，圆弧半径R不能取得过小。此外，零件的结构工艺性还与R/H（零件轮廓 面的最大加工高度）的比值有关，当R/H>0.2时，零件的结构工艺性较好（图3-8 外轮廓内凹圆弧），反之则较差（图3-8内轮廓圆弧）。 （3）铣削槽底平面时，槽底圆角半径r（图3－9）不能过大。 圆角半径r越大，铣刀端面刃与铣削平面的最大接触直径d=D－2r（D为铣 刀直径）越小，加工平面的能力就越差，效率越差，工艺性也越差。 4．分析零件的变形情况 对于零件在数控铣加工过程中的变形问题，可在加工前采取适当的热处 理工艺来解决，也可采取粗、精加工分开或对称去余量等常规方法来解决。 5．毛坯结构工艺性 对于毛坯的结构工艺性要求，首先应考虑毛坯的加工余量应充足和尽量 均匀；其次应考虑毛坯在加工时定位与装夹的可靠性和方便性，以便在一次安 装过程中加工出尽量多的表面。对于不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另外增 加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。
a) 模具类零件
b）
整体类零件
c）
螺旋类零件
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3）外形不规则的异形零件 异形零件是指支架（图3－5d）、拨叉类外形不规则 的零件，大多采用点、线、面多任务位混合加工。
d) 异形零件图
4）其它类零件 加工中心除常用于加工以上特征的零件外，还较适宜加工周期 性投产的零件、加工精度要求较高的中小批量零件和新产品试制中的零件等。
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3.2.3 数控铣削加工零件结构工艺性分析
零件的结构工艺性是指根据加工工艺特点，对零件的设计所产生的要求， 也就是说零件的结构设计会影响或决定加工工艺性的好坏。本书仅从数控加工的 可行性、方便性及经济性方面加以分析。 1、零件图样尺寸的正确标注 由于数控加工程序是以准确的坐标点为基础进行编制的。因此，各图形 的几何要素的相互关系应明确；各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多 余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。 2、保证基准统一 在数控加工零件图样上，最好以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。 这种标注方法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保持设计基准、工艺 基准、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来了方便。
a) 单向平行切削路径
b) 往复平行切削路径
c) 环切切削路径
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7、轮廓形位精度及其误差分析
影响因素 装夹与校 正 序号 1 产 生 原 因 工件装夹
夹紧力过大，产生弹性变形，切削完成后变形恢复
工件校正不正确，造成加工面与基准面不平行或不垂直 刀具刚性差，刀具加工过程中产生振动 对刀不正确，产生位置精度误差
刀具 加工
6
9 10 11
切削深度过大，导致刀具发生弹性变形，加工面呈锥形
铣削用量选择不当，导致切削力过大，而产生工件变形 夹具装夹找正不正确（如本任务中钳口找正不正确） 机床几何误差