第3章数控铣削加工工艺(教案9)

第3章 数控铣削加工工艺
(3） 铣刀端刃圆角半径r的选择。铣刀端刃圆角半径 r的大小一般应与零件上的要求一致。但粗加工铣刀因尚 未切削到工件的最终轮廓尺寸，故可适当选得小些，有 时甚至可选为“清角” （即r＝0～0.5mm），但不要造 成根部“过切”的现象。
（4） 立铣刀几何角度的选择。对于立铣刀，主要
第3章 数控铣削加工工艺 2. 夹具的选择 (1) 为了保持零件安装位置与机床坐标系及编程坐标系方 向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，同时还要
求能协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标尺寸关系。
(2) 在加工过程中，为了保证夹具与铣床主轴套筒或刀套、
刀具不发生干涉，夹具在设计和制造时应尽可能开敞， 使待加 工面充分暴露在外，同时夹紧机构元件与加工面之间应保持一
5) 鼓形铣刀

如图3-20所示的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径 为R的圆弧面上，端面无切削刃。加工时控制刀具上下位 置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负 到正的不同斜角。R越小，鼓形铣刀所能加工的斜角范围 越广，但所获得的表面质量也越差。这种刀具的缺点是
刃磨困难，切削条件差， 而且不适于加工有底的轮廓表
还可用负前角。前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择，
5°。主偏角κr 在45°～90°范围内选取，铣削铸铁时取κr=45°，
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· 立铣刀主要参数的选择
（1） 铣刀直径D的选择。一般情况下，为减少走刀次数， 提高铣削速度和铣削量，保证铣刀有足够的刚性以及良好的散热 条件，应尽量选择直径较大的铣刀。但选择铣刀直径往往受到零 件材料，刚性，加工部位的几何形状、尺寸及工艺要求等因素的 限制。图3-22所示零件的内轮廓转接凹圆弧半径R较小时， 铣刀 直径D也随之较小，一般选择D=2R。 若槽深或壁板高度H较大， 则应采用细长刀具，从而使刀具的刚性变差。 铣刀的刚性以铣刀 直径D与刃长l的比值来表示，一般取D／l＞0.4～0.5。 当铣刀的 刚性不能满足D／l＞0.4～0.5的条件（即刚性较差）时，可采用直 径大小不同的两把铣刀进行粗、精加工。先选用直径较大的铣刀 进行粗加工，然后再选用D、l均符合图样要求的铣刀进行精加工。
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3) 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。这种内槽用平底立铣刀加工，刀具圆角半径
应符合内槽的图纸要求。
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3. 曲面轮廓的进给路线
加工边界敞开的三维曲面，可根据曲面形状、精度要求、刀 具形状等情况，常采用两轴半坐标联动或三坐标联动的方法进行 行切加工。 用球头铣刀对三维曲面进行行切加工时，先是一行一行地加 工曲面，每加工完一行，铣刀要沿一个坐标方向移动一个行距， 直至将整个曲面加工出为止，如图3-14所示。用三坐标联动加工 时， 球头铣刀沿着曲面一行一行自动连续切削， 最后获得整张 曲面（见图3－14(a)）；用两轴半联动加工时，相当于将被加工 曲面切成许多薄片，由两坐标联动切削一行就相当于加工出一个 平面曲线轮廓的薄片，每加工完一行后，铣刀沿某一坐标进行周 期进给移动一个行距，直至加工好整个曲面（见图3-14(b)）。
(3） 对叶轮、 螺旋桨等复杂型面，常采用立
铣刀用五坐标联动进行加工。
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图3-11 两轴半坐标行切法加工曲面
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3.2.2 选择定位装夹方案 1. 定位基准的选择 为在一次装夹中加工出所有需加工的表面， 除遵循定位基准的选择原则外，最好选择不需数 控铣削的平面或孔作定位基准， 并注意所选的定 位基准应有利于提高工件的刚性。
的玉米铣刀； 加工曲面常采用球头铣刀；加工空间曲面、
面、特殊孔等应选用成型铣刀。
第3章 数控铣削加工工艺 2) 铣刀参数的选择
铣刀参数的选择主要应考虑零件加工部位的几何尺寸和刀具 因此，下面重点介绍面铣刀和立铣刀参数的选择。 · 面铣刀主要参数的选择
的刚性等因素。数控铣床上使用最多的是可转位面铣刀和立铣刀，
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图3-21 键槽铣刀
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按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d＝2～22 mm， 锥柄键精铣刀直径d＝14～50 mm。键槽铣刀直径的偏差
有e8和d8两种。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的 因此重磨后铣刀直径不变。
一小段长度内发生磨损，重磨时，只需刃磨端面切削刃，
面。鼓形铣刀主要用于对变斜角类零件的变斜角面进行
近似加工。
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图3-20 鼓形铣刀
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6) 键槽铣刀

键槽铣刀如图3-21所示，它有两个刀齿，圆 柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像
立铣刀，又像钻头。利用键槽铣刀加工时，先轴
向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。
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图3-14 曲面的行切法加工 (a) 三坐标联动； (b) 两轴半联动
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图3-15 行切法的加工结果 (a) 两轴半联动； (b) 三坐标联动
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3.2.4
铣刀的种类及选择
1. 常用铣刀的种类 1) 面铣刀
如图3-16所示，面铣刀一般多在40Cr的盘状刀体上
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图3-22 立铣刀尺寸选择
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(2） 铣刀刃长的选择。为了提高铣刀的刚性，对铣刀的刃长
应在保证铣削过程不发生干涉的情况下，尽量选较短的尺寸。一 般可根据以下两种情况进行选择。 ① 加工深槽或盲孔时：
l＝H＋2
式中: l为铣刀刀刃长度（mm）； H为槽深尺寸（mm）。 ② 加工外表面或通孔、通槽时： l＝H＋r＋2 式中：r为铣刀端刃圆角半径（mm）。
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2. 平面轮廓的进给路线
1) 铣削外轮廓的进给路线
为避免因切削力变化在加工表面产生刻痕，
当用立铣刀铣削外轮廓平面时，应避免刀具沿零
件外轮廓的法向切入、 切出， 而应沿切削起始
点延伸线或切线方向（见图3-12）逐渐切入、切
离工件。
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2) 铣削内轮廓的进给路线
有时也用于平面类零件上有较大转接凹圆弧的过渡加工。
18(e)所示）相比较，虽然加工对象都是曲面类零件，但
两者仍有较大差别。它们的主要差别在于球头铣刀的球
半径通常小于加工曲面的曲率半径， 而成型曲面铣刀的
曲率半径则与加工曲面的曲率半径相等。
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图3-19 球头铣刀
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定的安全距离。
(3) 在夹具的设计中，应尽量避免加工时更换夹紧点，以免 影响零件的定位精度。
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铣削工件的常见安装方式 （一）用机用平口钳安装工件
机用平口钳是一种通用夹具， 适用于安装中小尺寸和形状规则的 工件。安装平口钳时必须先将底面 和工作台面擦干净，利用百分表校 正钳口，使钳口与横向或纵向工作 台方向平行，以保证铣削的加工精 度。
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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。 直径较小的立铣刀一般制成带柄的形式。
￠2～ ￠ 71 mm的立铣刀为直柄；￠6～ ￠63
mm的立铣刀为莫氏锥柄； ￠ 25～ ￠80 mm的立 直径大于￠40～ ￠160 mm的立铣刀可做成套式
铣刀为带有螺孔的7∶24锥柄，螺孔用来拉紧刀具。 结构。
机夹、 焊接硬质合金刀片或其它刀头，故面铣刀又称盘
铣刀。面铣刀常用于端铣较大的平面。
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图3-16 面铣刀
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2) 立铣刀

立铣刀是数控铣削加工中最常用的一种铣刀，图317所示是两种最常见的立铣刀。立铣刀的圆柱表面和端 面上都有切削刃，圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面
上的切削刀为副切削刃。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。由于普通立铣刀
端面中心处无切削刃，因而立铣刀不能作轴向进给。端
面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。 立铣刀广泛 用于加工平面类零件。
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图3-17 立铣刀 (a) 削平柄波刃立铣刀； (b) 直柄立铣刃
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2. 铣刀的选择
1) 铣刀类型的选择
铣刀类型应与工件表面形状和尺寸相适应。加工大
平面应采用面铣刀；加工凸台、凹槽及平面轮廓常采用
立铣刀； 加工毛坯表面或粗加工孔，可选用镶硬质合金 模具型腔或凸模成型表面多采用模具铣刀；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 鼓形或锥形铣刀；加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角
根据工件材料和铣刀直径选取前、后角，具体数值可参
考表选取。为了使端面切削刃有足够的强度，在端面切
削刃前刀面上一般磨有棱边，其宽度br1为0.4～1.2 mm，

铣削封闭的内轮廓表面时，为避免沿轮廓曲线的法 向切入、 切出，刀具可以沿一过渡圆弧切入和切出工件 轮廓。图3-13所示为铣削内轮廓的进给路线。图中R1为 零件圆弧轮廓半径，R2为过渡圆弧半径。
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图3-12 铣削外轮廓的进给路线
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图3-13 铣削内轮廓的进给路线
所示，将x向分成若干段，球头铣刀沿yz面所截的曲线进
如此依次切削即可加工出整个曲面。加工时Δx要根据表 面粗糙度的要求及刀头不能干涉相邻表面的原则选取。
行铣削，每一段加工完后进给Δx，再加工另一相邻曲线，
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(2） 对曲率变化较大和精度要求较高的曲面 常用x、y、 z三坐标联动插补的行切法进行精加 工。
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3.2 数控铣削加工工艺的制订
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4） 曲面轮廓加工
（1） 曲率变化不大和精度要求不高的曲面常用两
轴半联动的行切法进行粗加工，即x、y、z三轴中任意两
轴作联动插补， 另一轴单独进行周期进给，这样就将复
杂的立体型面转化为较简单的平面轮廓加工。如图3-11
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3) 成型铣刀

成型铣刀一般都是为特定的工件或加工内容 专门设计制造的，适用于加工平面类零件的特定
形状（如角度面、凹槽面等），也适用于加工特
形孔或凸台。图3-18是常见的几种成型铣刀。
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图3-18 成型铣刀
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4) 球头铣刀

球头铣刀如图3-19所示，适用于加工空间曲面零件， 球头铣刀与铣削特定曲率半径的成型曲面铣刀（如图3-
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（二）用组合压板安装工件
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（三）用卡盘安装
利用压板将三爪卡盘或 四爪卡盘安装在工作台 面上，可装夹圆柱形零 件。
第3章 数控铣削加工工艺 3.2.3 进给路线的确定 1. 确定铣削进给路线应考虑的主要问题 确定铣削进给路线时应考虑以下一些问题：
应根据工件的材料、刀具材料及加工性质的不同来确定面铣 刀的几何参数。粗铣时，铣刀直径要小些，因为粗铣切削力大，
小直径铣刀可减小切削扭矩。精铣时，铣刀直径要大些， 尽量包
容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，减小相邻两次进 给之间的接刀痕迹。
第3章 数控铣削加工工艺 由于铣削时有冲击，故面铣刀的前角一般比车刀略小， 尤其 是硬质合金面铣刀，前角小得更多。铣削强度和硬度都高的材料 其具体数值可参考表。铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此适 当加大后角可减少铣刀磨损，故常取α＝5°～12°，工件材料软 的取大值，工件材料硬的取小值；粗齿铣刀取小值， 细齿铣刀取 大值。因铣削时冲击力较大， 为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的 刃倾角常取λs＝-15°～-5°。只有在铣削低强度材料时，才取λs＝ 铣削一般钢材时取κr=75°，铣削带凸肩的平面或薄壁零件时取 κr=90°。
（1） 铣削零件表面时， 要正确选用铣削方式。
（2） 进给路线尽量短， 以减少加工时间， 提高效率。 （3） 进刀、退刀位置应选在零件不太重要的部位，并且使 刀具沿零件的切线方向进刀、退刀，以避免产生刀痕。当铣削内 表面轮廓时，切入、切出无法外延，铣刀只能沿法线方向切入和 切出，此时，切入点、切出点应选在零件轮廓的两个几何元素的 交点上。 （4） 先加工外轮廓， 后加工内轮廓。