数控铣床加工

1、数控铣床加工1.1数控铣床概论数控铣床是出现比较早和使用比较早的数控机床，在制造中具有很重要的地位，在汽车，航天，军工，模具等行业得到了广泛的应用。1.1.1数控铣床分类一 数控铣床按构造上分类工作台升降式数控铣床 这类数控铣床采用工作台移动、升降，而主轴不动的方式。小型数控铣床一般采用此种方式。主轴头升降式数控铣床 这类数控铣床采用工作台纵向和横向移动，且主轴沿垂向溜板上下运动；主轴头升降式数控铣床在精度保持、承载重量、系统构成等方面具有很多优点，已成为数控铣床的主流。龙门式数控铣床 这类数控铣床主轴可以在龙门架的横向与垂向溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。大型数控铣床，因要考虑到扩大

2、行程，缩小占地面积及刚性等技术上的问题，往往采用龙门架移动式。二 数控铣床也可以按通用铣床的分类方法分类 数控立式铣床数控立式铣床在数量上一直占据数控铣床的大多数，应用范围也最广。从机床数控系绕控制的坐标数量来看，目前3坐标数控立铣仍占大多数；一般可进行3坐标联动加工，但也有部分机床只能进行3个坐标中的任意两个坐标联动加工(常称为2.5坐标加工)。此外，还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中一个或两个轴作数控摆角运动的4坐标和5坐标数控立铣。卧式数控铣床与通用卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工

3、。这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。 立卧两用数控铣床目前，这类数控铣床已不多见，由于这类铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，而同时具备上述两类机床的功能，其使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，且给用户带来不少方便。特别是生产批量小，品种较多，又需要立、卧两种方式加工时，用户只需买一台这样的机床就行了。1.1.2数控铣床的组成，工作原理及特点1.数控铣床的组成数控铣床的基本组成见图 1，它由床身、立柱、主轴箱、工作台、滑鞍、滚珠丝杠、伺服电机、伺服装置、数控系统

4、等组成。床身用于支撑和连接机床各部件。主轴箱用于安装主轴。主轴下端的锥孔用于安装铣刀。当主轴箱内的主轴电机驱动主轴旋转时，铣刀能够切削工件。主轴箱还可沿立柱上的导轨在 Z 向移动，使刀具上升或下降。工作台用于安装工件或夹具。工作台可沿滑鞍上的导轨在 X 向移动，滑鞍可沿床身上的导轨在 Y 向移动，从而实现工件在 X 和 Y 向的移动。无论是 X、Y 向，还是 Z 向的移动都是靠伺服电机驱动滚珠丝杠来实现。伺服装置用于驱动伺服电机。控制器用于输入零件加工程序和控制机床工作状态。控制电源用于向伺服装置和控制器供电。 图12数控铣床的工作原理根据零件形状、尺寸、精度和表面粗糙度等技术要求制定加工工艺

5、，选择加工参数。通过手工编程或利用 CAM 软件自动编程，将编好的加工程序输入到控制器。控制器对加工程序处理后，向伺服装置传送指令。伺服装置向伺服电机发出控制信号。主轴电机使刀具旋转，X、Y 和 Z 向的伺服电机控制刀具和工件按一定的轨迹相对运动，从而实现工件的切削。3数控铣床加工的特点（1）用数控铣床加工零件，精度很稳定。如果忽略刀具的磨损，用同一程序加工出的零件具有相同的精度。（2）数控铣床尤其适合加工形状比较复杂的零件，如各种模具等。（3）数控铣床自动化程度很高，生产率高，适合加工批量较大的零件。4.数控铣床的功能各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但各种数控系统的功能，除一些

6、特殊功能不尽相同外，其主要功能基本相同。1、 点位控制功能 此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。2、 连续轮廓控制功能 此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。3、 刀具半径补偿功能 此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。4、 刀具长度补偿功能 此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。5、 比例及镜像加工功能 比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。镜像加工又称轴对称加工，如果一个零件的形状关于坐标轴对称，那么只要编出一个或两个象限的程序，而其余象限的轮廓就可以通

7、过镜像加工来实现。6、 旋转功能 该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。7、 子程序调用功能有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将这一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。8、 宏程序功能该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令，并能对变量进行运算，使程序更具灵活性和方便性。5.数控铣床的主要加工对象 （1）平面类零件（2）变斜角类零件（3）曲面类（立体类）零件1. 2数控铣床编程基本方法数控铣床编程就是按照数控系统的格式要求，根据事先设计的刀具运动路线，将刀具中心运动轨迹上或零件轮廓上个点的坐标编写成数控加工程

8、序。所编成的数控加工程序，要符合具体的数控系统的格式要求。1.2.1数控铣削加工工艺数控加工程序不仅包括零件的工艺规程，还包括切削用量、走刀路线、刀具尺寸和铣床的运动过程等，所以必须对数控铣削加工工艺方案进行详细的制定。1 数控铣削加工的内容（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）用通用铣床加工时难以观察、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，大大减轻体力劳动强度的一般加工

9、内容。2零件的工艺性分析（1）零件图样分析 1）零件图样尺寸的正确标注；2）零件技术要求分析；3）零件图上尺寸标注是否符合数控加工的特点。（2）零件结构工艺性分析1）保证获得要求的加工精度；2）尽量统一零件外轮廓、内腔的几何类型和有关尺寸；3）选择较大的轮廓内圆弧半径；4）零件槽底部圆角半径不宜过大；5）保证基准统一原则；6）分析零件的变形情况。（3）零件毛坯的工艺性分析1）毛坯应有充分、稳定的加工余量；2）分析毛坯的装夹适应性；3）分析毛坯的余量大小及均匀性。3工艺路线的确定（1）加工方法的选择1）内孔表面的加工方法2）平面的加工方法3）平面轮廓加工方法4）曲面轮廓加工方法。（2）加工阶段的

10、划分 1）有利于保证加工质量；2）有利于及早发现毛坯的缺陷；3）有利于设备的合理使用。（3）工序的划分1）按所用刀具划分工序的原则；2）按粗、精加工分开，先粗后精的原则；3）按先面后孔的原则划分工序。（4）加工顺序的安排1）切削加工工序的安排a基面先行原则；b先粗后精原则；c先主后次原则；d先面后孔原则。2）热处理工序的安排 a预备热处理；b消除残余应力；c最终热处理。3）辅助工序的安排4）数控加工工序与普通工序的衔接（5）装夹方案的确定（组合夹具的应用）（6）进给路线的确定加工路线的确定原则主要有以下几点：1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面质量，且效率要高；2）使数值计算简单，以减少编

11、程运算量；3）应使加工路线最短，这样既可简化程序段，又可减少空走刀时间。1）顺铣和逆铣的选择2）铣削外轮廓的进给路线（切入、切出）3）铣削内槽的进给路线（行切法、环切法）4）铣削曲面的进给路线4刀具选择（1）数控刀具材料：高速钢、硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、金刚石、立方氮化硼、表面涂层。（2）数控铣削对刀具的要求：刚性好、耐用度高。（3）铣刀的种类：面铣刀、立铣刀、模具铣刀、键槽铣刀、鼓形铣刀、成形铣刀。（4）铣刀的选择减少刀具数量；一把刀具完成其所能进行的所有加工部位；粗精加工的刀具应分开使用；先铣后钻；先曲面精加工，后二维轮廓精加工。1）铣刀类型的选择2）铣刀参数的选择 a面铣刀主要参数的选

12、择标准 b立铣刀主要参数的选择3）铣刀生产厂家的选择5切削用量的选择在编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。选择切削用量时，一定要充分考虑影响切削的各种因素，正确的选择切削条件，合理地确定切削用量，可有效地提高机械加工质量和产量。影响切削条件的因素有：机床、工具、刀具及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命及最大生产率；切削液的种类、冷却方式；工件材料的硬度及热处理状况；工件数量；机床的寿命。上述诸因素中以切削速度、切削深度、切削进给率为主要因素。切削速度快慢直接影响切削效率。若切削速度过小，则切削时间会加长，刀具无法发挥其功能；若切削速度太快，虽

13、然可以缩短切削时间，但是刀具容易产生高热，影响刀具的寿命。决定切削速度的因素很多，概括起来有：（1）刀具材料（2）工件材料 （3）刀具寿命（4）切削深度与进刀量（5）刀具的形状（6）冷却液使用上述影响切削速度的诸因素中，刀具材质的影响最为主要。切削深度主要受机床刚度的制约，在机床刚度允许的情况下，切削深度应尽可能大，如果不受加工精度的限制，可以使切削深度等于零件的加工余量。这样可以减少走刀次数。主轴转速要根据机床和刀具允许的切削速度来确定。可以用计算法或查表法来选取。进给量f(mmr)或进给速度F(mmmin)要根据零件的加工精度、表面粗糙度、刀具和工件材料来选。最大进给速度受机床刚度和进给驱

14、动及数控系统的限制。编程员在选取切削用量时，一定要根据机床说明书的要求和刀具耐用度，选择适合机床特点及刀具最佳耐用度的切削用量。当然也可以凭经验，采用类比法去确定切削用量。不管用什么方法选取切削用量，都要保证刀具的耐用度能完成一个零件的加工，或保证刀具耐用度不低于一个工作班次，最小也不能低于半个班次的时间。1.2.2数控铣床的程序编制1. 以XK5032立式数控铣床为参考（所配的是FANUC-0MC系统）。1. 数控铣床的坐标系（1）机床坐标系机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的零点（机械零点），它由厂家在生产机床时确定。XK5032立式数控铣床符合ISO规定，即以机床主轴轴线方向为Z

15、轴，刀具远离工件方向为Z轴正方向；X轴规定为水平平行于工件工件装夹表面，人在工作台前面对主轴，右方向为X轴正方向；Y轴垂直于X，Z轴坐标轴，其方向根据笛卡儿坐标系右手定则确定。（2）工件坐标系       工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件坐标系的原点即为工件零点。工件零点的位置是任意的，由编程人员编制程序时根据零件特点选定。（3）工件坐标系的设定工件坐标系的设定是进行变成计算的第一步，应当根据不同的加工要求和编程的方便性恰当选择。1）用G92设定工件坐标系其输入格式：G92 X  Y

16、0; Z         该指令可以出现在程序的第一段，也可出现在程序段中间，以重新设定工件坐标系。数控系统执行该指令前，一般先把刀具置于一个合适的位置，执行该段程序后，机床并不产生运动，只是把坐标设定值送入内存。2）G54G59设定工件坐标系       XK5032立式数控铣床还可以通过CRT/MDI在参数设置方式下，设定6个不同的工件坐标系。这6个坐标系分别被记忆成G54、G55、G56、G57、G58、G59，在加工时通过G54G59指令选择相应的坐标系。&

17、#160;      G90指令与G54G59指令的使用区别是：G92指令通过程序来设定工件加工程序，其坐标原点与当前刀具所在位置有关；而G54G59指令通过CRT/MDI在参数设置方式下设定工件坐标系，其坐标原点与当前刀具所在位置无关。G92指令只是设定坐标系，不产生任何移动；G54G59指令可以与G00指令等组合在相应的工件坐标系中进行位移。2主要功能指令（1）常用辅助功能指令用来指定机床的辅助动作和状态（如机床的启停、转向、切削液的开关、主轴转向、刀具夹紧松开等M00程序暂停，机床的转动、进给、切削液停止。重新启动机床后继续执行下面的程序

18、；M01程序选择停止指令，只有按下面板上“选择停止”键，该指令才有效。执行该指令，与M00相似。按“启动”键，继续执行下面的程序；M02程序结束，机床处于复位状态；M03主轴正转（CW）； M04主轴反转（CCW）；M05主轴停转。M03和M04指令之间必须用M05指令使主轴停转后进行；M08冷却液开；M09冷却液关；M98放在主程序中，用来调用子程序。格式为：M98 P   ，其后8位数字，前4位是调用次数，后4位是子程序号。调用1次时，前4位可省略。M99放在子程序最后，用来返回主程序的相应程序段。当M99后不跟任何代码时，返回调用程序的后一段程序段。否则返回到M98

19、P   所指定的P后的程序段。  当M99单独在主程序中使用时，不跟任何代码，返回主程序的开头，否则返回到主程序P指定的程序段。（2）绝对尺寸指令和增量尺寸指令1）绝对尺寸方式（G90） 在该方式下，程序段中的尺寸为绝对坐标值。2）增量尺寸方式（G91） 在该方式下，程序段中的尺寸为增量坐标值，即相对于前一工作点的增量值。（3）基本进给指令（G指令）1）快速进刀指令（G00） G00 X  Y   Z   ；最快进给速度为系统默认，由系统参数调整；2）直线插补指令（G01）G01 X  Y  &

20、#160;Z   F   ；注意到G90和G91时，起刀的原点不同，F单位是mm/min； 3）圆弧插补指令（G02、G03）     在XY平面（G17）内，G02 X  Y  R   F      顺圆插补  G03 X  Y  R   F     逆圆插补或者： G02  X  Y   I&#

21、160;  J  F      顺圆插补  G03 X  Y   I   J  F     逆圆插补采用G90时，X  Y   Z   是圆弧终点相对于工件零点的坐标，采用G91时，X  Y   Z   是圆弧终点相对于圆弧起点的坐标。I   J   K   

22、是圆弧的圆心坐标值，均为圆心点相对于圆弧起点的增量值。 R   为圆弧半径。圆心角小于等于180度R为正值、圆心角大于180度R为负值。当圆弧为整圆时，不能用R，只能用I，J，K。4）进给暂停指令（G04）G04指令可使进给暂停，刀具在某一点停留一段时间后再执行下一段程序。输入格式：G04 X   或G04 P  ；X   或P  均为指定进给暂停时间。两者区别是：X后面可带小数点，单位是s；P后面数字不能带小数点，单位为ms。如，G04 X3.5，或者G04 P3500，都表示刀具暂停了3.5秒。（4）补偿指令1

23、）刀具半径补偿指令（G41、G42、G40）       G41为左刀补指令，表示沿着刀具进给方向看，刀具中心在零件轮廓的左侧；G42为右刀补指令，表示沿着刀具进给方向看，刀具中心在零件轮廓的左侧；输入格式： G41（G42）G01 X  Y  D   ；式中，D  为刀具号，存有预先由MDI方式输入的刀具半径补偿值。G40为取消刀具半径补偿指令； 输入格式：G40 G01 X  Y  ； 刀补指令使用注意：G40与G41或G42要成对使用；从无刀补状态进入刀补状态

24、转换时必须采用G00或G01直线移动指令，不能用G02、G03；刀补撤消时也要用G00或G01直线移动指令。2）刀具长度补偿指令（G43、G44、G49）G43为正补偿，表示刀具在Z方向实际坐标值比程序给定值增加一个偏移量；G42为负补偿，表示刀具在Z方向实际坐标值比程序给定值减少一个偏移量；输入格式： G43（G44）G01 Z   H   ；式中，H  为刀具号，存有预先由MDI方式输入的刀具长度补偿值。G49为取消刀具长度补偿指令；输入格式：G49 G01 Z  ；2. 数控铣削加工综合举例凸轮的数控铣削工艺分析及程序编制平面凸

25、轮如图3所示。1、工艺分析从图上要求看出，凸轮曲线分别由几段圆弧组成，30孔为设计基准，其余表面包括4-13H7孔均已加工。故取30孔和一个端面作为主要定位面，在联接孔13的一个孔内增加削边销，在端面上用螺母垫圈压紧。因为孔是设计和定位的基准，所以对刀点选在孔中心线与端面的交点上，这样很容易确定刀具中心与零件的相对位置。2、加工调整加工坐标系在X和Y方向上的位置设在工作台中间，在G53坐标系中取X-400，Y图3平面凸轮-100。Z坐标可以按刀具长度和夹具、零件高度决定，如选用20的立铣刀，零件上端面为Z向坐标零点，该点在G53坐标系中的位置为Z-80处，将上述三个数值设置到G54加工坐标系中

26、。加工工序卡如表1所示。表1 数控加工工序卡数控加工工序卡 零件图号 零件名称 文件编号 第 页 NC 01 凸轮           工序号 工序名称 材料 50 铣周边轮廓 45#       加工车间 设备型号     XK5032         主程序名 子程序名 加工原点 O100   G54       刀具半径补偿 刀具长度补偿   H0110 0      

27、                    工步号 工步内容 工 装   1 数控铣周边轮廓 夹具 刀具       定心夹具 立铣刀20                 更改标记 更改单号 更改者/日期           工艺员   校对   审定   批准   3、编写加工程序凸轮加工的

28、程序及程序说明如下：N10 G54 X0 Y0 Z40 /进入加工坐标系N20 G90 G00 G17 X-738 Y20 /由起刀点到加工开始点N30 G00 Z0 /下刀至零件上表面N40 G01 Z-16 F200 /下刀至零件下表面以下1mmN50 G42 G01 X-638Y10 F80 H01 /开始刀具半径补偿N60 G01 X-638 Y0 /切入零件至A点N70 G03 X-996 Y-6302 R638 /切削ABN80 G02 X-557 Y-6376 R175 /切削BCN90 G03 X6399 Y-028 R64 /切削CDN100 G03 X6372 Y003 R03 /切削DEN110 G02 X4479 Y196 R21 /切削EFN120 G03 X1479 Y5918 R46 /切削FGN130 G03 X-5526 Y2505 R61 /切削GHN140 G02 X-6302 Y997 R175 /切削HIN150 G03 X-6380 Y0 R638 /切削IAN160 G01 X-6380 Y-10 /切削零件N170 G0