数控铣削加工工艺范围及铣削方式

1、数控铣削加工工艺范围及铣削方式铣削是铣刀旋转作主运动，工件或铣刀作进给运动的切削加工方法。铣削的主要工作及刀具与工件的运动形式如图所示。在铣削过程中，根据铣床，铣刀及运动形式的不同可将铣削分为如下几种：（1）根据铣床分类根据铣床的结构将铣削方式分为立铣和卧铣。由于数控铣削一个工序中一般要加工多个表面，所以常见的数控铣床多为立式铣床。（2）根据铣刀分类根据铣刀切削刃的形式和方位将铣削方式分为周铣和端铣。用分布于铣刀圆柱面上的刀齿铣削工作表面，称为周铣，如图6-2（a）所示；用分布于铣刀端平面上的刀齿进行铣削称为端铣，如图6-2（b）所示。图中平行于铣刀轴线测量的切削层参数ap为背吃刀量。垂直于铣

2、刀轴线测量的切削层参数ac为切削宽度，fz是每齿进给量。单独的周铣和端铣主要用于加工平面类零件，数控铣削中常用周、端铣组合加工曲面和型腔。（3）根据铣刀和工件的运动形式公类 根据铣刀和工作的相对运动将铣削方式分为顺铣和逆铣。铣削时，铣刀切出工件时的切削速度方向与工件的进给方向相同，称为顺铣如图（6-3）a 所示；铣削时，铣刀切入工件时的切削速度方向与工件进给方向相反，称为逆铣，如图（6-3）b所示。顺铣与逆铣比较：顺铣加工可以提高铣刀耐用度23倍，工件表面粗糙度值较小，尤其在铣削难加工材料时，效果更加明显。铣床工作台的纵向进给运动一般由丝杠和螺母来实现，采用顺铣法加工时，对普通铣床首先要求铣床

3、有消除进给丝杠螺母副间隙的装置，避免工作台窜动；其次要求毛坯表面没有破皮，工艺系统有足够的刚度。如果具备这样的条件，应当优先考虑采用顺铣，否则应采用逆铣。目前生产中采用逆铣加工方式的比较多。数控铣床采用无间隙的滚球丝杠传动，因此数控铣床均可采用顺铣加工。数控铣削主要特点（1） 生产率高（2） 可选用不同的铣削方式（3） 断续切削（4） 半封闭切削数控铣削主要加工对象（1）平面类零件 加工面平行或垂直水平面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平面类零件。目前，在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件。（2）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斜角类零件。这类零件多为飞机零

4、件，如飞机上的整体梁、框、橡条与肋等。（3）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、螺旋桨等。加工曲面类零件一般采用三坐标数控铣床。当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及毗邻表面及需刀具摆动时，要采用四坐标或五坐标铣床。数控铣削的刀具与选用对数控铣削刀具的基本要求（1） 铣刀刚性要好（2） 铣刀的耐用度要高 此外，铣刀切削刃的几何参数的选择及排屑性能也非常重要。铣刀的种类（1） 面（端）铣刀 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。由于面铣刀的直径一般较大，为直径50500mm，故常制成套式镶齿结构，即将刀齿和刀体分开，刀齿为高速或硬质合金，刀体采用40cr制

5、作，可长期使用。高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=直径80250mm，螺旋角10度，刀齿数Z1026.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。硬质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、机夹一焊接式和可转位式三种（见图6-4）。面铣刀主要以端齿为主加工各种平面，主偏角为90度的面铣刀还能用时加工出与平面垂直的直角面，但这个面的高度受到刀片长度的限制。面铣刀齿数对铣削生产率和加工质量有直接影响，齿数越多，同时工作齿数也多，生产率高。铣削过程平稳，加工质量好。可转拉面铣刀的齿数根据直径不同可分为

6、粗齿，细齿，密齿三种（参见下表）。粗齿铣刀主要用于粗加工；细齿铣刀用于平稳条件下的铣削加工；密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于薄壁铸铁件加工。（2）立铣刀立铣刀是数控铣床上用得最多的一种刀具，主要有高速钢立铣刀和硬质合金立铣刀两种类型，其结构如图6-5所示。立铣刀的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，主要用于加工凸轮、台阶面、凹槽和箱口面。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。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。一般粗齿立铣刀具数Z34，细齿立铣刀齿数Z58，套式结构Z1020。容屑

7、槽圆弧半径r=2-5cm。直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。（3）模具铣刀 模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、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。（4）键槽铣刀键槽铣刀有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，可以短距离的轴向进给，既像立铣刀，又类似钻头。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，如图所示：按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=222mm，锥柄键槽铣刀直径d=1450mm。键槽铣刀直径偏差有e8t和d8两种。（5）鼓形铣刀 如图所示是一种典型的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为R的圆弧上，端面无切削刃。加工

8、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面。 （6）成形铣刀 图6-10是常见的几种成形铣刀，一般都是为特定的工件结构或加工内容专门设计制造的，如角度面、凹槽、特形孔或特形台等。除了上述几种典型的铣刀类型外，数控铣刀的结构还在不断发展和更新中，例如图6-11所示铣刀（俗称牛鼻铣刀）的刚度、刀具而用度和切削性能都较好。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与尺寸相适应，加工较大的平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小

9、的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；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；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀；加工各种直的或圆弧的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。（2） 铣刀参数的选择1. 面铣刀主要参数的选择标准可转位面铣刀直径为16630mm。铣刀的直径应根据铣削宽度、深度选择，一般铣前深度、宽度越大、越深，铣刀直径也应越大。精铣时，铣刀直径要大些，尽量包容工件整个加工面宽度，以提高加工精度和生产效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕。铣刀齿数应根据工件材料和加工要求选择，一般铣削塑性材料或粗加工时，选用粗齿铣刀；铣削脆性材料或半精加工、精加

10、工时，选用中、细齿铣刀。 面铣刀几何角度的标注见图。前角的选择原则与车刀基本相同，只是由于铣削时有冲击，故前角数值一般比车刀略小，尤其是硬质合金面铣刀，前角数值一般减小得更多些。铣削强度和硬度都高的材料时可选用负前角。前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择。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。常取a=50120，工件材料较软时取大值，工件材料硬取小值，细齿铣刀取大值。铣削时冲击力大，为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的刃倾角常取S= -50 -150。只有在铣削低强度材料时，取S= 50。主偏角在450900范围内选取，铣削铸铁常用450，铣削一般钢材常用750，铣削带

11、凸肩的平面或薄壁零件时要用900。2. 立铣刀主要参数的选择立铣刀主切削刃的前角在法剖面内测量，后角在端剖面内测量，前、后角的标注如图（6-5b）所示。前、后角都为正值，根据工件材料和铣刀直径选取，其具体数值可分别参考表6.3和表6.4。立铣刀的有关尺寸参数如图6.13所示，推荐按下述经验数据选取。l 刀具半径R小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin，一般取R(0.80.9)Rmin.l 零件的加工高度H小于等于1/41/6 R，以保证刀具有足够的刚度。l 对不通孔（深槽），选取1H+（510）mm（1为刀具切削部分长度，H为零件高度）。l 加工外型及通槽时，选择1H+r+(510)mm（r为

12、端刃圆角半径）。l 加工助时，刀具直径为D（510）b（b为肋的厚）。l 粗加工内轮廓面时，立铣刀最大直径D可按下式计算（见图6-14）。式中：D 轮廓的最小凹圆角半径； 圆角邻边夹角等分线上的精加工余量；1 精加工余量； 圆角两邻边的最小夹角。切削用量的选择切削用量的基本选择原则，在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，使生产率达到最大，从而获得最大的切削效益。切削用量的确定顺序，粗加工时，先选取尽可能大的背吃刀量或侧吃刀量，其次选定尽可能大的进给速度，最后根据刀具耐用度确定最佳切削速度。精加工时，先根据粗加工后的余量确定背吃刀量，其次根据零件表面粗糙度要求，选取较小的进给速度，最后在保证刀具而

13、用度的前提下尽可能选取大的切削速度。背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）如图所示，背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸。端铣时，ap为切削层深度；而圆周铣削时，ap为被加工表面的宽度。侧吃刀量ap为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。端铣时，ap为被加固工表面宽度；圆周铣削时，ap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的多少和对表面质量的要求决定。当侧吃刀量ac小于d/2（ d为铣刀直径）时，取ap-(1/31/2)d当侧吃刀量d/2小于等于d时，取ap=（1/41/3）d;当侧吃刀量ac=d（即满刀切削）时，取ap（1/51/4）d。当机床的刚性较好，且刀具的直径较大时，a

14、p可取得更大。粗加工的铣削宽度一般取0.60.8倍刀具的直径，精加工的铣削宽度由精加工余量确定。进给速度进给速度vf是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移。对铣削一般采用每齿进给量fz表示。每齿进给量fz的选取主要取决于工件材料和刀具材料的力学性能、工件表面粗糙度值等因素。工件材料的强度、硬度较高，fz越小；反之则取大值。刀具材料的硬度越高，fz可取大值；反之则fz越小，硬质合金铣刀的每齿进给量一般高于同结构高速钢铣刀的每齿进给量。工件表面粗糙度值要求越小，fz就应越小。工件刚性差或刀具强底低时，应取小值。每齿进给量的确定可参考下表选取。进给速度vf与铣刀每齿进给量fz、铣刀齿数Z及主轴转

15、速n（r/min）的关系为：fv=f.z（min/ r）或vf=n.f.z（mm/min）切削速度 铣削的切削速度计算公式为：由上式可知铣削的切削速度与刀具耐用度T，每齿进给量fz，背吃刀量ap，侧吃力量ac以及铣刀齿数Z成反比，而与铣刀直径成正比。此外，铣削的切削速度也可参考下表选取。主轴转速n（r/min）与铣削速度vc(m/min)及铣刀直径d(mm)的关系为：零件图的工艺性分析（1） 数控铣削加工内容的选择（2） 零件结构工艺性分析l 零件图样尺寸的正确标注l 保证获得要求的加工精度l 尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸l 保证基准统一原则l 分析零件的变形情况（3）零件毛坯的工艺性分析

16、l 毛坯应有充分，稳定的加工余量l 分析毛坯的装夹适应性l 分析毛坯的余量大小及均匀性装夹方案的确定 （1）定位基准的选择选择定位基准时，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的表面都加工出来。尽量选用工件上不需数控铣削的平面和孔作定位基准。对薄板件，选择的定位基准应有利于提高工件的刚性，以减小切削变形。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。（2）夹具的选择数控铣床上工件装夹方法与普通铣床一样，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。但要将加工部位敞开，不能因装夹工件而影响进给和切削加工。加工工序的划分（1）加工阶段l 粗加工阶段l 半精加工阶段l 精加工阶段l 光整加工阶段（2）数控铣加工工序的划分原则l 按所用刀具划分 以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适用于工件的待加工表面较多，机床连续工件时间较长，加工程序的编制和检查难度较大等情况。加工中心常用这种方法划分。l 按安装次数划分 以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适