海南科技职业技校数控机床加工工艺教案第5章数控铣削加工工艺

1、第五章 数控铣削加工工艺 01第一节 数控铣削的主要加工对象数控铣削是机械加工中最常用的和最主要的数控加工方法之一， 它除了能铣 削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削普通铣床不能铣削的需 25 坐标联动的各种平面轮廓和立体轮廓。 根据数控铣床的特点， 从铣削加工角度来 考虑，适合数控铣削的主要加工对象有以下几类：一、平面类零件加工面平行或垂直于水平面， 或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平面 类零件二、变斜角类零件加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件。三、曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件，如模具、叶片、螺旋浆等。第二节 数控铣削加工工艺的制订制订零件的数

2、控铣削加工工艺是数控铣削加工的一项首要工作。 数控铣削加 工工艺制订的合理与否，直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。 根据 数控加工实践，制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题有以下几个方面：一、零件图的工艺性分析制订零件的数控铣削加工工艺时，首先要对零件图进行工艺分析，其主要 内容包括：（一）数控铣削加工内容的选择选择数控铣削加工内容时， 应从实际需要和经济性两个方面考虑， 通常选择 下列加工部位为其加工内容。1. 零件上的曲线轮廓， 特别是由数学表达式描绘的非圆曲线和列表曲线等曲 线轮廓；2. 已给出数学模型的空间曲面；3. 形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位4. 用通用铣床加

3、工难以观察、测量和控制进给的内外凹槽5. 以尺寸协调的高精度孔或面6. 能在一次安装中顺带铣出来的简单表面7. 采用数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动的一般加工内容。（二）零件结构工艺性分析1. 零件图样尺寸的正确标注2. 保证获得要求的加工精度根据实践经验，对于面积较大的薄板，当其厚度小于 3mm 时，就应在工艺 上充分重视这一问题。3. 尽量统一零件轮廓圆弧的有关尺寸轮廓内圆弧半径R常常限制刀具直径。如图5-3所示，若工件的被加工轮廓 高度低，转接圆弧半径也大， 可以采用较大直径的铣刀来加工， 且加工其底板面 时，进给次数也相应减少，表面加工质量也会好一些。铣削面的槽底圆角或底板

4、与肋板相交处的圆角半径r（如图5-4所示）越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也越低。当 r达到一定程度时甚至必须用球头 铣刀加工。4. 保证基准统一的原则有些零件需要在铣完一面后再重新安装铣削另一面， 由于数控铣削时不能使 用通用铣床加工时常用的试切方法来接刀， 往往会因为零件的重新安装而接不好 刀，最好采用同一基准原则。5. 分析零件的变形情况（三）零件毛坯的工艺性分析1. 毛坯应有充分、稳定的加工余量毛坯主要指锻件、 铸件。锻件在锻造时欠压量与允许的错模量会造成余量不 均匀；铸件在铸造时因砂型误差、 收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等 造成余量不均匀。 此外，毛坯的挠曲和扭曲变形

5、量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。为此，在对毛坯的设计时就加以充分考虑，即在零件图样注明的非 加工面处增加适当的余量2. 分析毛坯的装夹适应性主要考虑毛坯在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性， 以便在一次安装中加 工出现较多表面。 对不便于装夹的毛坯， 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。3. 分析毛坯的余量大小及均匀性主要是考虑在加工时要不要分层切削， 分几层切削。 也要分析加工中与加工 后的变形程度， 考虑是否应采取预防性措施与补救措施。 如对于热轧中、厚铝板， 经淬火时效后很容易在加工中与加工后变形，最好采用经预拉伸处理的淬火板 坯。（四）加工方案分析1.

6、 平面轮廓加工平面轮廓多由直线和圆弧或各种曲线构成， 通常采用三坐标数控铣床进行两 轴半坐标加工。2. 固定斜角平面加工1）当零件尺寸不大时，可用斜垫板垫平后加工；如果机床主轴可以摆角， 则可以摆成适当的定角，用不同的刀具来加工； 当零件尺寸很大， 斜面斜度又较 小时，常用行切法加工。2）对于正圆台和斜筋表面，一般可用专用的角度成型铣刀加工。其效果比 采用五坐标数控铣床摆角加工好。3. 变斜角面加工1）对曲率变化较小的变斜角面采用 x、y、z和A四坐标联动的数控铣床，采 用立铣刀（但当零件斜角过大， 超过机床主轴摆角范围时， 可用角度成型铣刀加 以弥补）以插补方式摆角加工。2） 对曲率变化较大

7、的变斜角面，用 x、y、z、A和B（或C转轴）的五坐标联 动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工3）采用三坐标数控铣床两坐标连动，利用球头铣刀和鼓形铣刀，以直线或 圆弧插补方式进行分层铣削加工， 加工后的残留面积用钳修方法清除， 图5-9 所 示是用鼓形铣刀铣削变斜角面的情形。4. 曲面轮廓加工1）对曲率变化不大和精度要求不高的曲面的粗加工，常采用两轴半坐标的 行切法加工，即X、y、z三轴中任意两轴做联动插补，第三轴做单独的周期进给。2） 对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工，常采用x、y、z 三坐标联动插补的行切法加工。3）对象叶轮、螺旋桨这样的零件，因其叶片形状复杂，刀具易于相邻表面 干

8、涉，常用五坐标联动加工。、装夹方案的确定 一）定为基准的选择选择定为基准时， 应注意减少装夹次数， 尽量做到在一次安装中能把零件上 所有要加工表面都加工出来。 定位基准应尽量与设计基准重合， 以减少定位误差 对尺寸精度的影响。（二）夹具的选择数控铣床可以加工形状复杂的零件， 所使用的夹具往往并不很复杂， 只要求 有简单的定位、 夹紧机构就可以了。三、进给路线的确定数控铣削加工中进给路线对零件的加工精度和表面质量有直接的影响。因 此，确定好进给路线是保证铣削加工精度和表面质量的工艺措施之一。 进给路线 的确定与工件表面状况、要求的表面零件质量、 机床进给机构的间隙、 刀具耐用 度以及零件轮廓形状

9、等有关。（一）顺铣和逆铣的选择1、逆铣与顺铣的概念铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反时称为逆铣，相同时称为顺铣。2、逆铣、顺铣的确定当工件表面无硬皮， 机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进 给路线。因为采用顺铣加工后，零件已加工表面质量好，刀齿磨损小。精铣时， 尤其是零件材料为铝镁合金、钛合金或耐热合金时，应尽量采用顺铣。 当工件表 面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进给路线。因 为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入， 不会崩刀；机床进给机构的间隙不会引起 振动和爬行。逆铣与顺铣I 一螺母；2 一丝杠（二）进给路线的确定确定进给路线时，要在保证被加工零件获得良好

10、的加工精度和表面质量的前提 下，力求计算容易，走刀路线短，空刀时间少。进给路线的确定与工件表面状况、 要求的零件表面质量、机床进给机构的间隙、刀具耐用度以及零件轮廓形状等有 关。确定进给路线主要考虑以下几个方面：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。在铣削内表面轮廓时，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，后加工内轮廓四、刀具的选择这里主要是指数控铣削加工刀具一）对刀具的基本要

11、求1. 铣刀刚性要好 要求铣刀刚性要好的目的有二：一是为提高生产效率而 采用大切削用量的需要； 二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特 点。2 铣刀的耐用度高尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快， 不仅会影响零件的表面质量与加工精度， 而且会增加换刀引起的调 刀与对刀次数， 也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶， 从而降低了 零件的表明质量。除上述两点之外， 铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重 要。切削粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。总之， 根据被加工工件材 料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分 发

12、挥数控铣床的生产效率和获得满意加工质量的前提。二）铣刀的种类（1）面铣刀如图 5-18 所示，面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃， 端部 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， 刀 体为 40Cr。 面铣刀主要用于面积较大的平面铣削和较平坦的立体轮廓的多坐标加工。高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=80250mm螺旋角B =10,刀齿数Z=10 26。硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高、加工效率高、 加工表面质量 也较好， 并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。合金面铣刀按刀 片和刀齿的安装方式不同， 可分为整体焊接式。 机夹- 焊接式和可转位

13、式三种 （见 图 5-19 ）。（2）立铣刀立铣刀也可称为圆柱铣刀，如图 5-20，广泛用于加工平面类零件。立铣刀圆柱 表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。 立铣刀圆 柱表面的切削刃为主切削刃， 端面上的切削刃为副切削刃。 主切削刃一般为螺旋 齿（图 5-20），这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。一种先进的结构为切 削刃是波形的（图 5-20），其特点是排屑更流畅，切削厚度更大，利于刀具散热 且提高了刀具寿命， 刀具不易产生振动。 立铣刀按端部切削刃的不同可分为过中 心刃和不过中心刃两种。过中心刃立铣刀可直接轴向进刀 。由于不过中心刃立 铣刀端面中心处无切削刃，

14、所以它不能作轴向进给， 端面刃主要用来加工与侧面 相垂直的底平面。立铣刀按齿数可分为粗齿、中齿、细齿三种。为了改善切屑卷 曲情况，增大容屑空间， 防止切屑堵塞， 刀齿数比较少， 容屑槽圆弧半径则较大。 一般粗齿立铣刀齿数 Z=34,细齿立铣刀齿数Z=58,套式结构Z=1020,容 屑槽圆弧半径r=25mm当立铣刀直径较大时，还可制成不等齿距结构，以增 强抗振作用，使切削过程平稳。立铣刀按螺旋角大小可分为 30、 40、 60等几种形式。标准立铣刀的螺旋 角B =4045 (粗齿)和3035 (细齿)，套式结构立铣刀的B为15 25。直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。 2 71mm勺立铣刀制成

15、直柄； 6 63mni的立铣刀制成莫氏锥柄； 25 80mm的立铣刀做成7: 24锥柄，内有 螺孔用来拉紧刀具。直径大于 40 160mm勺立铣刀可做成套式结构。( 3)模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而成， 它是加工金属模具型面的铣刀的通称。 可分为圆锥 形立铣刀(圆锥半角二3、5、7、10)、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头 立铣刀三种，其柄部有直柄、 削平型直柄和莫氏锥柄。 它的结构特点是球头或端 面上布满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接， 可以作径向和轴向进给。 铣刀工 作部分用高速钢或硬质合金制造。国家标准规定直径d=463mm (图5-21图5-22 )。小规格的硬质合金模具铣刀多制成整体

16、结构， 16mn以上直径的，制成焊接或机夹可转位刀片结构。( 4)键槽铣刀如图 5-23 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， 既象立铣刀，又像钻头。用键槽铣刀铣削键槽时，先轴向进给达到槽深，然后沿 键槽方向铣出键槽全长。 由于切削力引起刀具和工件的变形， 一次走刀铣出的键 槽形状误差较大，槽底一般不是直角。为此，通常采用两步法铣削键槽，即先用 小号铣刀粗加工出键槽，然后以逆铣方式精加工四周，可得到真正的直角。直柄键槽铣刀直径 d=222mm锥柄键槽铣刀直径d=1450mm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一小段长度内发 生磨损，重

17、磨时，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后铣刀直径不变。(5)鼓形铣刀 图 5-24 所示的是一种典型的鼓形铣刀，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面，主要用于对变斜角面的近似加工。( 6)成形铣刀成形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 )，也适用于特形孔或台，图 641 所示的 是几种常用

18、的成形铣刀。( 8)锯片铣刀 锯片铣刀可分为中小型规格的锯片铣刀和大规格锯片铣刀(GB613 85)，数控铣和加工中心主要用中小型规格的锯 片铣刀。其分类及主要尺寸参数范围见表 61。目前国外有可转位锯片铣刀生 产，如图 642所示。锯片铣刀主要用于大多数材料的切槽、 切断、内外槽铣削、 组合铣削、缺口实验的槽加工、齿轮毛坯粗齿加工等 。( 三)铣刀的选择(1)铣刀类型的选择 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应 ?加工较大的平面应选择面铣刀；?加工平面零件周边轮廓、凹槽、较小的台阶面应选择立铣刀。 ?加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多选用模具铣刀；加工封闭的键槽

19、 选用键槽铣刀；?加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀； ?加工立体型面和变斜角轮廓外形常采用球头铣刀、鼓形刀； ?加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。（2）铣刀主要参数的选择面铣刀主要参数的选择标准可转位面铣刀直径为 巾16630mm铣刀直径（一般比切宽大 20%50%尽 量包容工件整个加工宽度。 粗铣时，铣刀直径要小些。 精铣时，铣刀直径要大些， 尽量包容工件整个加工宽度。为了获得最佳的切削效果，立铣刀主要参数的选择 立铣刀主切削刃的前角、后角的标注如图634b 所示，前、后角都为正值， 分别根据工件材料和铣刀直径选取为使端面切削刃有足 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 0.41.2 mm， 前角为 6立铣刀的有关尺寸参数（见图 646），推荐按下述经验数据选取。a. 刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径p，一般取r=（0.8