数控铣削加工教案

教案

2010 ～ 2011 学年第 1 学期课程名称：《数控铣削编程与加工技术》

授课教师：***

职称：

教学单位： 07机械师

教研室：

2010 年 11 月 25 日

广东技术师范学院教案

广东技术师范学院教案

教案。

授课内容（示例）

≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈一、新课导入：

在进入本节课的学习内容之前，先让我们来一同看一些图片

图1

图1 图2

从以上图片可以清晰地知道，图中的零件最大的特点是表面光滑。那如何才能加工才能得到如此光滑的表面呢？为了能够得到如此光滑的表面，对于在加工过程中对于刀具路径的确定以及铣削用量的选择将会显得极其的重要。对此，本次课将对刀具路径以及铣削用量的选择进行学习。

二、讲授新课：

(一) 数控铣削刀具路径的确定

1． CNC加工的刀具路径设计要求

刀具路径一般包括：从起始点快速接近工件加工部位，然后以工进速度加工工件结构，完成加工任务后，快速离开工件，回到某一设定的终点。可归纳为两种典型的运动：点到点的快速定位运动——空行程；工作进给速度的切削加工运动——切削行程。

确定加工路线的原则主要有以下几点：

1)规划安全的刀具路径，保证刀具切削加工的正

2)规划适当的刀具路径，有利于零件加工时满足

工质量要求。

3)规划最短的刀具路径，减少走刀的时间，有利

于提高加工效益。

2．刀具路径的安全规划

在数控加工拟定刀具路径时，把安全考虑放在首要地位更切实际。规划刀具路时，最值得注意的安全问题就是刀具在快速的点定位过程中与障碍物的碰撞。

⑴快速的点定位路线起点、终点的安全设定

在拟定刀具快速趋近工件的定位路径时，趋向点与工件实体表面的安全间隙大小应有谨慎的考虑。如图3，刀具在Z 向趋近点相对工件的安全间隙设置多少为宜呢？间隙量小可缩短加工时间，但间隙量太小对操作工来说却是不太安全和方便，容易带来潜在的撞刀危险。对间隙量大小设定时，应考虑到加工面是否已经加工到位，若没有加工，还应考虑可能的最大的毛坯余量。若程序控制是批量生产，还应考虑更换新工件后Z 向尺寸带来的新变化，以及操作员是否有足够的经验。

在铣削加工中，刀具从X 、Y 向趋近工件与Z 向快速

趋于工件的情况相比较，同样应精心设计安全间隙，但

情况又有所不同，因为刀具X 、Y 向刀位点在在圆心，始终与刀具切削工件的点相差一个半径，因此设计刀具趋近工件点与工件的安全间隙时，除了要考虑毛坯余量的大小，又应考虑刀具半径值的大小。起始切削的刀具中心点与工件的安全间隙大于刀具半径与毛坯切削余量之和是比较稳妥的安全的考虑。刀具切出工件安全的地方是离开刚加工完的轮廓有足够安全间隙的地方，安全间隙同样应大于刀具半径与毛坯切削余量之和，如图4所示。

⑵ 避免点定位路径中有障碍物

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5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。

3．保证加工质量的刀具路径的编制

⑴设计有利于保证尺寸精度的定位路线

机床进给运动的定位精度是影响工件加工结构定形尺寸定位尺寸的主要因素，对于采用全闭环伺服系统的机床基定位精度取决于其检测装置的测量精度，但对于大多数半闭环进给伺服系统的机床，丝杆副、齿轮副的传动间隙对定位精度的影响较大，对于尺寸精度要求高的工件加工时，进给路线的设计应考虑到如何避免传动间隙对加工尺寸精度的影响，并注

意到传动间隙对定位精度的影响总是发生在某坐标轴向反方向运动的瞬间。

如图6(a)，在该零件上加工六个尺寸相同孔，位置精度要求较高，若用具有开环或半闭环进给伺服系统的机床，要特别要注意孔的点定位路线的设计，避免坐标轴的反向间隙影响位置精度。

若设计如图6 (b)所示路线加工时，由于4、5、6孔与1、2、3孔Y 轴向定位方向相反，Y 轴传动系统的反向间隙影响1、2、3孔的位置精度。

按图6 (c)所示路线，1、2、3、4、5、6孔定位方向一致，可避免反向间隙的引入，提高孔加工的位置精度。

⑵设计有利于保持工艺系统刚度的刀具路线

刀具路线的设计，应考虑到刀具切削力对工艺系统刚度的影

响，尽量采用选择保证装夹刚度和工件加工变形小的路线，使加

工平稳、震动小，提高切削的质量。

薄壁零件加工的难点在于工件加工变形。随着零件壁厚的降

低, 零件的刚性减低, 加工变形增大, 容易发生切削振颤，影响零件的

加工质量和加工效率。刀具路径设计时应考虑如何保证零件整体刚

性，使切削过程处在刚性较佳的状态。

如图7所示，对于侧壁的铣削加工，在切削用量允许范围内，采用径向切深较大、轴向切深小，逐层往下切的分层铣削加工路线。这种刀路的设计思想在于在切削过程中, 尽可能的应用零件的未加工部分作为正在铣削部分的支撑，充分利用零件整体刚性。

⑶设计保证工件表面质量的刀具路线

设计保证工件表面质量的精加工路线的要求，可归结为两

点：

一是，减少刀具相对工件运动轨迹形成的残留；

二是，精加工路线有利于维持工艺系统的稳定性，避免物

理因素对精加工的干扰。

如图8，球头刀加工空间曲面和变斜角轮廓时，刀路间距

设计，是影响切削残留的重要因素，由于球头刀具在走刀时，

每两行刀位之间，加工表面不可能重叠，总存在没有被加工去除的部分，每两行刀位之间的距离越大，没有被加工去除残余高度越大，表面质量越差。切削行距越小，残余高度越小，有利于提高表面质量，但加工效率越低。

除了注意残留量的控制和保证精加工时的工艺系统稳定性，最终轮廓精加工，宜在一次走刀连续加工出来，注意精加工进、退刀路线设计，以减少接刀痕迹。

如图9所示，用圆弧插补方式精铣削外整圆时，宜安排刀具从切向引入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，又沿切线方向退出。铣削内圆弧时，也要遵守从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧，如图10所示。

⑷合理设计螺纹加工升、降速段路线

由于数控机床主运动机构与进给运动机构之间，没有机械方面的直接联系，CNC 在控制等距螺纹或变距螺纹加工时，必须控制主轴旋转与刀具进给保持一定的协调关系，即同步运行关系。这就意味着当主轴处于特定转速时，进给运动的速度必须达到相应的定值才能正

确加工螺纹。如当主轴500r/min 时，加工螺距为2mm 的螺纹，进给速度必须达到2×500=1000(mm/min)的速度时加工的螺纹才是正确的。因此数控机床的螺纹加工时，无论是车削螺纹还是攻内螺纹，在拟定螺纹加工路线时，须设置足够长的进给运动的升速段和降速段（如图11a 、b ），保证要工件的螺纹段加工时，主运动与进给运动处于正确的同步关系，这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。

4．高效率刀具路径的规划

刀具相对工件的进给运动，实际上可总结为两种典型的运动，即：点到点的定位运动，为快速、非切削的空行程状态；刀具以工进速度切削工件的切削加工运动。规划提高效率的刀具路径，最实际的就是寻求最短刀具路线，缩短路线前提