第三章 数控铣削加工实例

第三章数控铣削加工实例

无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题(如刀具选择、加工路线等)也需做一些处理。因此程序编制中的工艺分析与制订是一项十分重要的工作。

3.1数控编程的工艺基础

程序编制人员在进行工艺分析时，需借助机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具和夹具手册等资料，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等。此外，编程人员应不断总结、积累工艺分析与制订方面的实际经验，编写出高质量的数控加工程序。

3.1.1 数控铣削加工零件图样的分析

1、零件图的尺寸标注应适应数控加工的特点

在数控加工零件图上，应以同一基准标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很大方便。由于设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配、功用等方面的要求，经常采用局部分散的标注方法，这样就给工序安排与数控加工带来许多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的积累误差而影响使用特性，因此可将局部的分散标注改为同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。

2、零件轮廓的几何元素的条件应充分

在手工编程时要计算基点或节点坐标。在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义，因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分，如圆弧与直线、圆弧与圆弧在图样上相切，其给出的尺寸是否与图样上的几何关系相符等。由于构成零件几何元素条件的不充分，使编程时无法下手。遇到这种情况时，应与零件设计者协商解决。

3.1.2数控铣削加工零件工艺性分析

数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的综合，应用于整个数控加工工艺过程。

数控工艺分析主要从精度和效率两方面对数控铣削的加工艺进行分析，加工精度必须达到图纸的要求，同时又能充分合理地发挥机床的功能，提高生产效率。一般情况下应遵循下列原则：

1、在加工同一表面时，应按粗加工_半精加工_精加工的次序完成。对整个零件的加工也可以按先粗加工，后半精加工，最后精加工的次序进行。

2、当设计基准和孔加工的位置精度与机床的定位精度和重复定位精度相接近时，可采用按同一尺寸基准进行集中加工的原则，这样可以解决多个工位设计尺寸基准的加工精度问题。

3、对于复合加工(既有铣削又有镗孔)的零件，可以先铣后镗。因为铣削的切削力大，工件易变形，采用先铣后镗孔的方法，可使工件有一段时间的恢复，减少变形对精度的影响。相反，如果先镗孔再进行铣削，会在孔口处产生毛刺、飞边，从而影响孔的精度。如对于图

3.1所示零件，应先铣阶梯面，后铰φ20的6个孔。

4、在孔类零件加工时，刀具在XY平面内的运动路线，主要考虑：

（1）定位要迅速，也就是在刀具不与工件、夹具和机床碰撞的前提下空行程时间尽可能短。

（2）定位要准确，当所加工孔系的位置精度要求较高时,尤其是机床进给系统有间隙时，要特别注意安排孔的加工顺序，如安排不当，就可能带入机械进给系统的反向间隙，直接影响位置精度。在图3.1中，

图3.1 数控工艺分析

如按P1—P2—P3—P4—P5—P6的路线加工，y向的反向间隙会使定位误差增加，从而影响P5、P6孔与其他孔的位置精度。正确的加工路线应为P1—P2—P3—P4，刀具退回到P1点，然后折回来加工P6一P5，这样是为了加工方向一致，避免反向间隙的引入。

由于本例中6个孔的位置精度要求不是很高，因此可按第一种方案加工。

5、加工中如果受重复定位误差影响较大时，必须一次定好位，按顺序连续换刀加工，完成同轴孔的加工，然后再加工其他坐标位置的孔，以提高孔系的同轴度。

6、应采取相同工位集中加工的方法，尽量就近加工，以缩短刀具的移动距离，减少空运行时间。

7、按刀具划分工步。在不影响精度的前提下，为了减少换刀次数、空行程时间、不重要的定位误差等，要尽可能用同一把刀完成同一个工位的加工。

8、在一次装夹中要尽可能完成较多表面的加工。

3.1.3数控刀具的选用

1、数控刀具介绍

铣刀的类型很多，这里只介绍在数控机床上常用的铣刀。

（1）面铣刀

面铣刀主要用于加工较大的平面。如图3.2所示，面铣

刀的圆周表面和端面上都有切削刃，圆周表面上的切削刃

为主切削刃，端面切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀齿为高速钢或硬质合金钢。

图3.2面铣刀

与高速钢面铣刀相比，硬质合金面铣刀的铣削速度较高，可获得较高的加工效率和加工表面质量，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛的应用。按刀片和刀齿的安装方式不同，硬质合金面铣刀可分为整体焊接式、机夹焊接式和可转位式三种。由于整体焊接式、机夹焊接式面铣刀难于保证焊接质量，刀具耐用度较低，重磨较费时，现在已逐渐被可转位式面铣刀所替代。

可转位式面铣刀是将可转位刀片通过夹紧元件夹固在刀体上，当刀片的一个切削刃用钝后，直接在机床上将刀片转位或更换新刀片。这种铣刀在提高加工质量和加工效率，降低成本，方便操作使用等方面都表现出明显的优越性，目前已得到广泛应用。

标准可转位面铣刀的直径为16-630 mm。粗铣时，铣刀直径要小些，因为粗铣切削力大，选小直径铣刀可减小切削扭距。精铣时，铣刀直径要选大些，尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。

(2) 立铣刀

图3.3 (a) 立铣刀

立铣刀是数控加工中用得最多的一种铣刀，主要用于加工凹槽、较小的台阶面以及平面轮廓。如图3.3（a）所示，立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们既可以同时进行切削，也可以单独进行切削。圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。主切削刃一般为为螺旋槽，这样可增加切削的平稳性，提高加工精度。端面刃主要用来加工与侧面垂直的底平面，普通立铣刀的端面中心处无切削刃，故一般立铣刀不宜做轴向进给。目前，市场上已推出了有过中心刃的立铣刀，过中心刃立铣刀可直接轴向进给。如图3.3（b）所示

图3.3（b）过中心四刃立铣刀

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。另外，为改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，立铣刀的刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径则较大。一般粗齿立铣刀刀齿数Z=3~4，细齿立铣刀刀齿数Z=5~8，套式结构Z=10~20。容屑槽圆弧半径为2~5mm。

由于数控机床要求铣刀能快速自动装卸，而立铣刀刀柄部结构有很大不同。一般由专业