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。

一般由专业厂家按照一定的规范制造成统一形式、尺寸的刀柄。

直径大于Φ40~160mm立铣刀可做成套式结构。

立铣刀的有关尺寸参数，如图3.4所示，推荐用下述经验数据选取：①刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径，R，一般取R=(0.8~0.9)R曲。

②零件的加工高度H≤(1/4~1/6)R，以保证刀具有足够的刚度。

③对于深槽，选取l=H+(5~10)mm(l为刀具切削部分长度)。

④加工肋时，刀具直径为D=(5~10)b(b为肋的厚度)。

（3）模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而来，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头铣刀和圆锥头铣刀三种。

其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。

模具铣刀的结构特点是球部或端面上布满切削刃，圆周刃与球部刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。

铣刀部分用高速钢或硬质合金钢制造。

国家标准规定刀柄直径为d=4~63mm。

直径较小的硬质合金模具铣刀多制成整体式结构，直径在Φ16mm以上的制成焊接式或机夹可转位刀片结构。

圆柱球头铣刀如图3.5所示，图 3.4立铣刀的尺寸选择图3.5 圆柱球头铣刀图样（4）键槽铣刀键槽铣刀主要用于加工封闭的键槽，键槽铣刀结构与立铣刀相近，圆柱面和端面都有切削刃，它只有两个刀齿，端面刃延至中心，既像立铣刀，又像钻头，加工时，先沿轴向进给达到键槽深度，然后，沿键槽方向铣出键槽全长，见图3.6。

图3.6 键槽铣刀图样（5）其他成形铣刀成形铣刀一般是为了加工特定的工件专门设计制造的，如各种直形或圆弧形的凹槽、斜角面、特形孔等。

如图3.7所示。

图3.7 其它成型刀具3.1.4切削用量的选择铣削加工的切削用量包括：切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。

如图3.8所示。

图3.8 铣削切削用量从刀具耐用度出发，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。

（1）背吃刀量αp或侧吃刀量αe背吃刀量αp为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。

端铣时，αp为切削层深度，而圆周铣削时，αp为被加工表面的宽度。

侧吃刀量αe为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。

端铣时，αe为被加工表面宽度；而圆周铣削时，αe为切削层深度。

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当工件表面粗糙度值要求为Ra=12.5~25 m时，如果圆周铣削加工余量小于5mm，端面铣削加工余量小于6mm，粗铣一次进给就可以达到要求。

但是在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分为两次或多次进给完成。

②当工件表面粗糙度值要求为R a=3.2~12.5 m时，应分为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当工件表面粗糙度值要求为R a=0.8~3.2 m时，应分为粗铣、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。

（2）进给速度V f进给速度V f是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位是mm/min。

它与铣刀转速n、铣刀齿数Z以及每齿进给量f z (单位为mm)的关系是：V f= f z Zn。

每齿进给量f z的选取主要依据工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。

工件材料的强度和硬度越高，fz越小，反之则越大。

硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。

工件表面粗糙度要求越高，f z就越小。

每齿进给量的确定可参考表3-1选取。

工件刚性差或刀具强度低时，应取较小值。

（3）切削速度v c铣削的切削速度v c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f z，αp，αe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。

铣削加工的切削速度v c可参考表3-2选取，也可参考有关切削用量手册中的经验公式通过计算选取。

3.1.5夹具及夹紧方式的选用1、装夹方案的确定同普通机床一样，在确定装夹方案时，要根据已选定的加工表面和定位基准确定工件的夹紧定位方式，并选择合适的夹具。