第5章数控镗铣床加工工艺及其编程2012

1、1第五章第五章 数控镗铣加工工艺与编程数控镗铣加工工艺与编程第一节第一节 数控铣床加工的主要对象；数控铣床加工的主要对象；第二节第二节 数控铣床加工工艺制定；数控铣床加工工艺制定；第三节数控铣床编程的基本方法；第三节数控铣床编程的基本方法；第四节数控铣床加工编程综合举例第四节数控铣床加工编程综合举例2分类：分类：1数控铣床数控铣床1）简易型数控铣床：一般只有）简易型数控铣床：一般只有x、Y两坐标联动功能，加工精两坐标联动功能，加工精度也不高，可以加工平面曲线类和平面型腔类零件。度也不高，可以加工平面曲线类和平面型腔类零件。2）普通数控铣床：可以三坐标联动，用于各类复杂的平面、）普通数控铣床：可

2、以三坐标联动，用于各类复杂的平面、曲面和壳体类零件的加工，如各种模具、样板、凸轮和连杆等曲面和壳体类零件的加工，如各种模具、样板、凸轮和连杆等.33）数控仿形铣床）数控仿形铣床 一般包括三个部分：一般包括三个部分： (1)数控功能数控功能 它类似一台数控铣床具有的标准数控功能，有三轴联动功能、它类似一台数控铣床具有的标准数控功能，有三轴联动功能、刀具半径补偿和长度补偿、用户宏程序及手动数据输入和程刀具半径补偿和长度补偿、用户宏程序及手动数据输入和程序编辑等功能。序编辑等功能。 (2)仿形功能仿形功能在机床上装有仿形头，可以选用多种仿形方式，如笔式手动、在机床上装有仿形头，可以选用多种仿形方式，

3、如笔式手动、双向钳位、轮廓、部分轮廓、双向钳位、轮廓、部分轮廓、 三向、三向、NTC(Numerical TracerControl数字仿形数字仿形)等。等。 (3)数字化功能数字化功能在仿形加工的同时，可以采集仿形头运动轨迹数据，并处理在仿形加工的同时，可以采集仿形头运动轨迹数据，并处理成加工所需的标准指令，存入存储器或其他介质成加工所需的标准指令，存入存储器或其他介质(如软盘如软盘)，以便以后可以利用存储的数据进行加工，因此要求有大量的以便以后可以利用存储的数据进行加工，因此要求有大量的数据处理和存储功能。数据处理和存储功能。44）数控工具铣床）数控工具铣床在普通数控铣床的基础上增加了功能

4、，适宜加工：在普通数控铣床的基础上增加了功能，适宜加工：各种工装、刀具、各类复杂的平面、曲面零件的加工。各种工装、刀具、各类复杂的平面、曲面零件的加工。5）数控钻床）数控钻床 钻削中心钻削中心主要是点位控制或按平行坐标轴的直线移动。主要是点位控制或按平行坐标轴的直线移动。主要加工：钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及连续轮廓控制主要加工：钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及连续轮廓控制铣削的数控机床铣削的数控机床6）数控龙门镗铣床）数控龙门镗铣床主要用于大中等尺寸、大中等重量之黑色金属和有色金属的主要用于大中等尺寸、大中等重量之黑色金属和有色金属的各种平面、曲面和孔的加工。各种平面、曲面和孔的加工。56二二 加工

5、中心加工中心立式加工中心立式加工中心卧式加工中心卧式加工中心立卧式加工立卧式加工中心中心功能：它主要用于箱体类零件和复杂曲面零件的加工，能功能：它主要用于箱体类零件和复杂曲面零件的加工，能进行铣镗、钻、攻螺纹等工序。因为它具有自动换刀功能，进行铣镗、钻、攻螺纹等工序。因为它具有自动换刀功能，工件一次装夹后，能自动地完成或者接近完成工件各面的工件一次装夹后，能自动地完成或者接近完成工件各面的所有加工工序。所有加工工序。 组成：数控系统、机体、主轴、进给系统、刀库、组成：数控系统、机体、主轴、进给系统、刀库、换刀机换刀机构构、操作面板、托盘交换系统、操作面板、托盘交换系统(或工作台或工作台)和辅助

6、系统等部分和辅助系统等部分组成组成78根据加工中心的功能不同，机床可以由单主轴、双主轴或三根据加工中心的功能不同，机床可以由单主轴、双主轴或三主轴；主轴；工作台形式可以为工作台、双工作台托盘交换系统或多工作工作台形式可以为工作台、双工作台托盘交换系统或多工作台台托盘交换系统台台托盘交换系统 刀库可以为回转式刀库或链式刀库刀库可以为回转式刀库或链式刀库 按数控系统控制功能可以分为三轴联动、四坐标三轴联动、按数控系统控制功能可以分为三轴联动、四坐标三轴联动、四轴联动、五轴联动等。四轴联动、五轴联动等。94.1 数控铣削加工的主要对象数控铣削加工的主要对象不仅能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面，还

7、能铣削不仅能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面，还能铣削普通铣床不能铣削的、需要普通铣床不能铣削的、需要25坐标联动的各种平面轮廓坐标联动的各种平面轮廓和曲面零件，如凸轮、壳类、模具型腔和叶片等。和曲面零件，如凸轮、壳类、模具型腔和叶片等。根据数控铣床的加工特点和工艺范围，数控铣削加工的主根据数控铣床的加工特点和工艺范围，数控铣削加工的主要零件类型有以下要零件类型有以下4种。种。1平面类零件平面类零件 加工面平行或垂直于水平面，或与水平面的夹角为定角加工面平行或垂直于水平面，或与水平面的夹角为定角的零件，如各种盖板、凸轮等。的零件，如各种盖板、凸轮等。一般只需用三坐标数控铣床的两坐标联动一般只

8、需用三坐标数控铣床的两坐标联动(即两轴半坐标加即两轴半坐标加工工)就可以加工出来。就可以加工出来。10 2变斜角类零件变斜角类零件 加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件，如飞机的整体加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件，如飞机的整体梁、框和肋等，如图梁、框和肋等，如图41所示。所示。 这类零件不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周这类零件不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周的瞬时的瞬时接触为一条线接触为一条线。最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆。最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工，若没有上述机床，也可采用三坐标数控铣床进行两角加工，若没有上述机床，也可采用三坐标数控铣床进行两轴

9、半控制的行切法近似加工。轴半控制的行切法近似加工。113曲面类零件曲面类零件 加工面为空间曲面的零件，如模具、叶片和螺旋桨等，如加工面为空间曲面的零件，如模具、叶片和螺旋桨等，如图图42所示。这类零件不能展开为平面。所示。这类零件不能展开为平面。加工时，铣刀与加工面始终为加工时，铣刀与加工面始终为点接触点接触，一般采用，一般采用球头铣刀球头铣刀在三坐标数控铣床上加工。在三坐标数控铣床上加工。当曲面较复杂、通道较狭窄、加工时会伤及相邻表面及需当曲面较复杂、通道较狭窄、加工时会伤及相邻表面及需要刀具摆动时，要采用四坐标或五坐标联动数控铣床加工。要刀具摆动时，要采用四坐标或五坐标联动数控铣床加工。1

10、2 4孔类零件孔类零件 可在数控铣床上进行孔及孔系的加工，如钻、扩、镗孔等。可在数控铣床上进行孔及孔系的加工，如钻、扩、镗孔等。对于数量较多、需要频繁换刀的孔加工，不宜在数控铣床上对于数量较多、需要频繁换刀的孔加工，不宜在数控铣床上进行，可在加工中心或数控钻床上加工。进行，可在加工中心或数控钻床上加工。13 4.2 数控铣削加工工艺的制定数控铣削加工工艺的制定4.2.1 数控铣削加工内容的选择数控铣削加工内容的选择 一般情况下，并不是零件的全部工艺过程都适合在数控铣一般情况下，并不是零件的全部工艺过程都适合在数控铣床上加工，往往只是其中的一部分适合数控加工。床上加工，往往只是其中的一部分适合数

11、控加工。通常数控铣削加工的主要内容包括：通常数控铣削加工的主要内容包括： 由直线、圆弧、非圆曲线及列表曲线构成的内外轮廓；由直线、圆弧、非圆曲线及列表曲线构成的内外轮廓； 空间曲线或曲面；空间曲线或曲面； 形状虽然简单，但尺寸繁多，检测困难的部位；形状虽然简单，但尺寸繁多，检测困难的部位； 用普通机床加工时难以观察、控制及检测的内腔、箱体用普通机床加工时难以观察、控制及检测的内腔、箱体内部等；内部等； 有严格位置尺寸要求的孔或平面；有严格位置尺寸要求的孔或平面； 14能够在一次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状；能够在一次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状； 采用数控铣削加工能有效提高生产率，

12、减轻劳动强度的采用数控铣削加工能有效提高生产率，减轻劳动强度的一般加工内容。一般加工内容。此外，此外，立式数控立式数控铣床适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样铣床适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等；等；卧式数控铣床卧式数控铣床适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体和适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体和壳体等。壳体等。154.2.2 数控铣削加工零件的工艺性分析数控铣削加工零件的工艺性分析1零件结构工艺性分析零件结构工艺性分析 (1)零件图纸上的尺寸标注应使编程方便零件图纸上的尺寸标注应使编程方便 编

13、程方便与否是衡量数控工艺性好坏的一个指标。图纸上编程方便与否是衡量数控工艺性好坏的一个指标。图纸上尺寸数据的给出要符合编程方便的原则。尺寸数据的给出要符合编程方便的原则。 (2)分析零件的变形情况，保证获得要求的加工精度分析零件的变形情况，保证获得要求的加工精度 零件在数控铣削加工时的变形，不仅影响加工质量，而零件在数控铣削加工时的变形，不仅影响加工质量，而且当变形较大时，将使加工不能继续进行。且当变形较大时，将使加工不能继续进行。对于面积较大的薄板，当其厚度小于对于面积较大的薄板，当其厚度小于3 mm时，应考虑采取时，应考虑采取一些必要的工艺措施进行预防。可改进装夹方式、采用合一些必要的工艺

14、措施进行预防。可改进装夹方式、采用合适的加工顺序和刀具等适的加工顺序和刀具等.16或对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理，对不能用或对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理，对不能用热处理方法解决的可考虑采用粗、精加工分开及对称去余量热处理方法解决的可考虑采用粗、精加工分开及对称去余量等措施来减小或消除变形的影响。等措施来减小或消除变形的影响。(3)尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸 内槽圆角和内轮廓圆弧不宜过小。如图内槽圆角和内轮廓圆弧不宜过小。如图137所示。所示。 槽底面圆角半径不宜过大。如图槽底面圆角半径不宜过大。如图138所示。所示。 零件的外形、内

15、腔最好采用统一的几何类型或尺寸，这样零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型或尺寸，这样可以减少换刀次数。一般来说，即使不能寻求完全统一，也要可以减少换刀次数。一般来说，即使不能寻求完全统一，也要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，以尽量力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，以尽量减少铣刀规格与换刀次数，并避免因频繁换刀而增加了零件加减少铣刀规格与换刀次数，并避免因频繁换刀而增加了零件加工面上的接刀，降低表面质量。工面上的接刀，降低表面质量。1718(4)尽量采用统一的定位基准尽量采用统一的定位基准 有的零件需要在铣完一面后再重新安装铣削另一面，往往有的零件需要在铣完一面后

16、再重新安装铣削另一面，往往会因为零件的重新安装而接不好刀。会因为零件的重新安装而接不好刀。这时，最好采用统一基准定位，因此零件上应有合适的这时，最好采用统一基准定位，因此零件上应有合适的孔作孔作为定位基准孔为定位基准孔。如果零件上没有基准孔，也可以专门设置工。如果零件上没有基准孔，也可以专门设置工艺孔作为定位基准艺孔作为定位基准(如在毛坯上增加工艺凸台或在后续工序要如在毛坯上增加工艺凸台或在后续工序要铣去的余量上设基准孔铣去的余量上设基准孔)。19 (1)毛坯应有充分、稳定的加工余量毛坯应有充分、稳定的加工余量 根据零件材料及其性能的要求选择毛坯类型后，还要根根据零件材料及其性能的要求选择毛坯

17、类型后，还要根据零件的形状、结构特点和各工序的加工余量，确定毛坯据零件的形状、结构特点和各工序的加工余量，确定毛坯的形状及尺寸。的形状及尺寸。一般板料和型材毛坯留一般板料和型材毛坯留23 mm的余量，铸件、锻件毛的余量，铸件、锻件毛坯要留坯要留56 mm的余量。如有可能，尽量使各个表面上的的余量。如有可能，尽量使各个表面上的余量均匀。余量均匀。2零件毛坯工艺性分析零件毛坯工艺性分析 (2)毛坯的装夹适应性毛坯的装夹适应性 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较多表面。对不便于装夹的零件，可便在一次安装中加工出较

18、多表面。对不便于装夹的零件，可考虑在毛坯上另外增加工艺凸台或工艺孔等来定位装夹。考虑在毛坯上另外增加工艺凸台或工艺孔等来定位装夹。204.2.3 数控铣削加工工艺路线的确定数控铣削加工工艺路线的确定 1 加工方法的选择加工方法的选择 (1)平面加工方法平面加工方法 数控铣床上加工平面时主要采用面铣刀和立铣刀。数控铣床上加工平面时主要采用面铣刀和立铣刀。经过粗铣的平面，尺寸精度通常可达经过粗铣的平面，尺寸精度通常可达1T11ITl 3，表面，表面粗糙度值可达粗糙度值可达Ra256.3m；经过精铣的平面，尺寸精度可达经过精铣的平面，尺寸精度可达IT8IT10，表面粗糙度，表面粗糙度值可达值可达Ra

19、3.2 1.6m 。21 (2)平面轮廓加工方法平面轮廓加工方法 平面轮廓通常采用三坐标数控铣床进行两轴半进给加工。采平面轮廓通常采用三坐标数控铣床进行两轴半进给加工。采用用粗铣一精铣粗铣一精铣的方案，若余量较大，可进行分层铣削，但要的方案，若余量较大，可进行分层铣削，但要特别注意刀具的切入、切出及顺铣和逆铣的选择。特别注意刀具的切入、切出及顺铣和逆铣的选择。(3)固定斜角平面加工方法固定斜角平面加工方法 根据尺寸的大小选择不同的加工方法。当零件尺寸较小时，根据尺寸的大小选择不同的加工方法。当零件尺寸较小时，采用斜垫板垫平后加工，或采用角度铣刀加工；采用斜垫板垫平后加工，或采用角度铣刀加工；当

20、零件尺寸较大、斜面角度较小时，常采用三轴联动的行当零件尺寸较大、斜面角度较小时，常采用三轴联动的行切法进行加工。切法进行加工。22(4)变斜角面加工方法变斜角面加工方法 曲率变化不大的变斜角面，常采用四轴联动的数控铣床和立曲率变化不大的变斜角面，常采用四轴联动的数控铣床和立铣刀进行加工；铣刀进行加工；曲率变化较大的变斜角面，常采用五坐标联动的数控铣床进曲率变化较大的变斜角面，常采用五坐标联动的数控铣床进行加工。行加工。 (5)曲面加工方法曲面加工方法空间曲面的加工可根据曲面的形状、刀具的形状、精度的要空间曲面的加工可根据曲面的形状、刀具的形状、精度的要求等采用不同的铣削加工方法。求等采用不同的

21、铣削加工方法。曲率变化不大、精度要求不高的曲面，在进行粗加工时，可曲率变化不大、精度要求不高的曲面，在进行粗加工时，可采用两轴半坐标行切法加工；采用两轴半坐标行切法加工；23曲率变化较大、精度要求较高的曲面，在进行精加工时，常曲率变化较大、精度要求较高的曲面，在进行精加工时，常采用三轴联动行切法加工；采用三轴联动行切法加工；对于叶片、螺旋桨等复杂曲面零件，因刀具易与相邻表面发对于叶片、螺旋桨等复杂曲面零件，因刀具易与相邻表面发生干涉，常采用五轴联动加工。生干涉，常采用五轴联动加工。2工序的划分工序的划分在数控铣床上加工的零件，一般按工序集中原则划分工序，在数控铣床上加工的零件，一般按工序集中原

22、则划分工序，划分方法详细内容见第划分方法详细内容见第1章章1.3.2小节。小节。按安装次数划分工序按安装次数划分工序按所用刀具划分工序按所用刀具划分工序按粗、精加工划分工序按粗、精加工划分工序按加工部位划分工序按加工部位划分工序243加工顺序的安排加工顺序的安排 零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序助工序(包括表面处理、清洗和检验等包括表面处理、清洗和检验等)，这些工序的顺序直，这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。详细内容见第详细内容见第1章章1.3.2小节

23、。小节。 切削加工工序切削加工工序先粗后精先粗后精先主后次先主后次先面后孔先面后孔基面先行基面先行热处理工序热处理工序退火与正火退火与正火:机械加工之前机械加工之前时效处理时效处理 :在半精加工后或在每个加工阶段之间在半精加工后或在每个加工阶段之间调调 质：质：安排在粗加工之后安排在粗加工之后25 4进给路线的确定进给路线的确定 进给路线是数控加工过程中刀具相对于被加工零件的运动进给路线是数控加工过程中刀具相对于被加工零件的运动轨迹和方向。零件的加工精度和表面质量与进给路线密切相轨迹和方向。零件的加工精度和表面质量与进给路线密切相关。关。 (1)确定进给路线的一般原则确定进给路线的一般原则 保

24、证被加工零件的加工精度和表面粗糙度；保证被加工零件的加工精度和表面粗糙度； 数值方便计算，减少编程工作量；数值方便计算，减少编程工作量； 缩短进给路线，减少空行程时间，提高效率；缩短进给路线，减少空行程时间，提高效率； 尽量减少程序段数，使用子程序。尽量减少程序段数，使用子程序。26 (2)确定进给路线的特殊情况确定进给路线的特殊情况 避免避免引入反向间隙引入反向间隙误差。误差。加工位置精度要求较高的孔系时，孔的加工路线的安排就显加工位置精度要求较高的孔系时，孔的加工路线的安排就显得比较重要。若安排不当就有可能把坐标轴的反向间隙带得比较重要。若安排不当就有可能把坐标轴的反向间隙带入，直接影响孔

25、的位置精度。入，直接影响孔的位置精度。 切入切出切入切出路径。路径。用立铣刀的侧刃铣削平面零件的外轮廓时，铣刀的切入和切用立铣刀的侧刃铣削平面零件的外轮廓时，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线出点应沿零件轮廓曲线的延长线切向切向切入和切出零件表面，切入和切出零件表面，而不应沿法线直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保而不应沿法线直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。如图证零件轮廓光滑。如图144所示所示 27当铣削内表面轮廓时，也应该尽量遵循从切向切入的方法，当铣削内表面轮廓时，也应该尽量遵循从切向切入的方法，但若切入、无法外延时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，但若

26、切入、无法外延时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，这时，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而这时，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。且进给过程中要避免停顿。 采用采用顺铣加工顺铣加工方式。方式。通常，数控机床传动采用滚珠丝杠，其运动间隙很小，并且通常，数控机床传动采用滚珠丝杠，其运动间隙很小，并且顺铣优点多于逆铣，所以应尽可能采用顺铣。顺铣优点多于逆铣，所以应尽可能采用顺铣。采用顺铣方式，零件的表面质量和加工精度较高，可以减少采用顺铣方式，零件的表面质量和加工精度较高，可以减少机床的机床的“颤振颤振。在在精铣精铣内外轮廓时，为了改善表面粗糙度，应内外

27、轮廓时，为了改善表面粗糙度，应采用顺铣采用顺铣的进的进给路线加工方案。对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料给路线加工方案。对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料来说，建议也采用顺铣加工，这对于降低表面粗糙度值和提来说，建议也采用顺铣加工，这对于降低表面粗糙度值和提高刀具耐用度都有利。高刀具耐用度都有利。28但如果零件毛坯为黑色金属、锻件或铸件，表皮硬而且余但如果零件毛坯为黑色金属、锻件或铸件，表皮硬而且余量一般较大，这时采用量一般较大，这时采用逆铣逆铣较为有利。较为有利。293031立体轮廓的加工。立体轮廓的加工。加工一个曲面时可能采取沿参数曲面的加工一个曲面时可能采取沿参数曲面的纵向行切、横向

28、行切纵向行切、横向行切和环切和环切的的3种进给路线。如图种进给路线。如图43所示所示图图43(a)方案的优点是便于在加工后检验型面的准确度。方案的优点是便于在加工后检验型面的准确度。对于对于直母线类直母线类表面，采用图表面，采用图43(b)的方案显然更有利，每次的方案显然更有利，每次沿直线走刀，刀位点计算简单，程序段少，而且加工过程符沿直线走刀，刀位点计算简单，程序段少，而且加工过程符合直纹面的形成规律，可以准确保证母线的直线度。因此，合直纹面的形成规律，可以准确保证母线的直线度。因此，实际生产中最好将以上两种方案结合起来。实际生产中最好将以上两种方案结合起来。32图图43(c)所示的环切方案

29、一般应用在内槽加工中，所示的环切方案一般应用在内槽加工中，在型面加工中在型面加工中由于编程麻烦，一般不用由于编程麻烦，一般不用。但在加工螺旋桨桨。但在加工螺旋桨桨叶一类零件时，由于零件刚度小，采用从里到外的环切，有叶一类零件时，由于零件刚度小，采用从里到外的环切，有利于减少零件在加工过程中的变形。利于减少零件在加工过程中的变形。33内槽加工。内槽加工。加工平底内槽一律使用平底铣刀，刀加工平底内槽一律使用平底铣刀，刀具边缘部分的圆角半径应符合内槽的具边缘部分的圆角半径应符合内槽的图纸要求。图纸要求。内槽的切削分两步，内槽的切削分两步，第一步切内腔，第一步切内腔，第二步切轮廓。第二步切轮廓。切削内

30、腔时，切削内腔时，环切和行切环切和行切在生产中都在生产中都有应用。两种走刀路线都要保证切净有应用。两种走刀路线都要保证切净内腔中的全部面积，不留死角，不伤内腔中的全部面积，不留死角，不伤轮廓，同时尽量减少重复走刀的搭接轮廓，同时尽量减少重复走刀的搭接量。从走刀路线的长短比较，行切法量。从走刀路线的长短比较，行切法要略优环切法。要略优环切法。但在加工但在加工小面积内槽小面积内槽时，环切的程序时，环切的程序量要比行切小。量要比行切小。34切轮廓通常又分为切轮廓通常又分为粗加工和精加工粗加工和精加工两步。两步。粗加工时从内槽轮廓线向里平移铣刀半径粗加工时从内槽轮廓线向里平移铣刀半径R并且留出精加工余

31、并且留出精加工余量量y。由此得出的多边形是计算粗加工走刀路线的依据，如图。由此得出的多边形是计算粗加工走刀路线的依据，如图44所示所示4.2.4 夹具的选择和装夹方式的确定夹具的选择和装夹方式的确定1数控铣床夹具选择数控铣床夹具选择在小批量时应尽量采用标准化通用夹具。通用夹具有较大在小批量时应尽量采用标准化通用夹具。通用夹具有较大的灵活性和经济性，适用范围广。的灵活性和经济性，适用范围广。常用夹具有常用夹具有台虎钳、三爪或四爪卡盘和压板台虎钳、三爪或四爪卡盘和压板。台虎钳用于装夹比较规则的台虎钳用于装夹比较规则的中小型块状中小型块状零件；零件；三爪或四爪卡盘用于装夹三爪或四爪卡盘用于装夹轴类或

32、套类轴类或套类零件；零件；压板用于装夹压板用于装夹板类零件或较大板类零件或较大的零件。的零件。35当当工作批量较大工作批量较大、精度要求较高时，为了平衡生产节拍，可、精度要求较高时，为了平衡生产节拍，可以设计以设计专用夹具专用夹具，或，或采用多工位夹具采用多工位夹具及气动、液压夹具，但及气动、液压夹具，但结构应尽可能简单。组合夹具在数控铣床上也常采用，主要结构应尽可能简单。组合夹具在数控铣床上也常采用，主要用于复杂零件的加工用于复杂零件的加工2装夹方式装夹方式在数控铣床上加工零件，由于工序较为集中，往往是在一在数控铣床上加工零件，由于工序较为集中，往往是在一次装夹中完成全部工序。零件定位、夹紧

33、的部位应不妨碍次装夹中完成全部工序。零件定位、夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换以及重要部位的测量。尤其要避各部位的加工、刀具更换以及重要部位的测量。尤其要避免刀具与零件、刀具与夹具相撞的现象。免刀具与零件、刀具与夹具相撞的现象。夹紧力应尽量靠近主要支撑点或在支撑点所组成的三角形夹紧力应尽量靠近主要支撑点或在支撑点所组成的三角形区域内。应力求靠近切削部位，并在刚性较好的地方。区域内。应力求靠近切削部位，并在刚性较好的地方。36尽量不要在被加工孔径的上方，以减少零件变形。零件的尽量不要在被加工孔径的上方，以减少零件变形。零件的装夹、定位要考虑到重复安装的一致性，以减少对刀时间，装夹、定位要

34、考虑到重复安装的一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。提高同一批零件加工的一致性。4.2.5 刀具的选择和对刀刀具的选择和对刀 1刀具的选择刀具的选择见第见第1章章1.2.4小节。小节。2对对 刀刀“对刀点对刀点是指通过对刀确定刀具与零件相对位置的基准是指通过对刀确定刀具与零件相对位置的基准点，是数控加工中刀具相对于零件的起点。程序也是从这点，是数控加工中刀具相对于零件的起点。程序也是从这一点开始执行。对刀点也称为一点开始执行。对刀点也称为“程序起点程序起点或或“起刀起刀点点”。37对刀点的选择原则是：对刀点的选择原则是：尽量方便数学处理和简化程序编制；尽量方便数学处理和简化程序

35、编制；便于装夹和找正，便于确定零件的加工原点的位置；便于装夹和找正，便于确定零件的加工原点的位置；加工过程中便于检查；加工过程中便于检查；引起的加工误差小。引起的加工误差小。 对刀点可设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零件对刀点可设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。的定位基准有已知的准确关系。为提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工为提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对艺基准上。对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点刀点38确定对刀点在机床坐标系中位置的操作过程称为对刀。确定对刀点在

36、机床坐标系中位置的操作过程称为对刀。生产中常使用百分表、中心规及寻边器等工具来对刀。生产中常使用百分表、中心规及寻边器等工具来对刀。无论采用哪种工具对刀，无论采用哪种工具对刀，都是使数控铣床主轴中都是使数控铣床主轴中心与对刀点重合。简单心与对刀点重合。简单地说，对刀就是告诉机地说，对刀就是告诉机床零件装夹在机床工作床零件装夹在机床工作台的什么地方。台的什么地方。39500-600r/min404.2.6 铣削用量的选择铣削用量的选择 1背吃刀量背吃刀量ap，或侧吃刀量，或侧吃刀量ae 背吃刀量为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为背吃刀量为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时。

37、端铣时ap为切削层深度，而圆周铣削时为切削层深度，而圆周铣削时ap为被加工为被加工表面的宽度。表面的宽度。 侧吃刀量侧吃刀量ae垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，。端铣时，ae为被加工表面宽度，而圆周铣削时为被加工表面宽度，而圆周铣削时ae为切削层深度。为切削层深度。 ap或或ae主要由机床、夹具、刀具、零件的刚度和被加工零主要由机床、夹具、刀具、零件的刚度和被加工零件的精度要求来决定。件的精度要求来决定。如果零件精度要求不高，在工艺系统刚度允许的情况下，如果零件精度要求不高，在工艺系统刚度允许的情况下，最好一次切净加工余量，以提高加工效

38、率；如果零件精度最好一次切净加工余量，以提高加工效率；如果零件精度要求高，为保证表面粗糙度和精度，采用多次走刀加工。要求高，为保证表面粗糙度和精度，采用多次走刀加工。4142当零件表面粗糙度值要求为当零件表面粗糙度值要求为Ra2512.5m时，如果圆周铣时，如果圆周铣削加工余量小于削加工余量小于5 mm，端面铣削加工余量小于，端面铣削加工余量小于6 mm，粗铣，粗铣一次进给就可以达到要求。但是在余量较大，工艺系统刚性一次进给就可以达到要求。但是在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分为两次或多次进给完成。较差或机床动力不足时，可分为两次或多次进给完成。 当零件表面粗糙度值要求为当零件

39、表面粗糙度值要求为Ra12.53.2m时，分为粗铣时，分为粗铣和半精铣两步进行。粗铣时和半精铣两步进行。粗铣时ap或或ae选取同前。粗铣后留选取同前。粗铣后留0.51.0 mm余量，在半精铣时切除。余量，在半精铣时切除。 当零件表面粗糙度值要求为当零件表面粗糙度值要求为Ra3.20.8m时，应分为粗时，应分为粗铣、半精铣和精铣三步进行。铣、半精铣和精铣三步进行。半精铣时半精铣时ap或或ae取取152 mm。精铣时，圆周铣削。精铣时，圆周铣削ae取取0.30.5 mm，面铣刀，面铣刀ap取取0.5 1 mm。432进给速度进给速度 进给速度进给速度vf是指单位时间内零件与铣刀沿进给方向的相对是指

40、单位时间内零件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位是位移，单位是mmmin。它与铣刀转速它与铣刀转速n、铣刀齿数、铣刀齿数z以及每齿进给量以及每齿进给量fz(mmz)的关系的关系为为 vf=fzzn fz的选取主要依据零件材料的力学性能、刀具材料、零件表的选取主要依据零件材料的力学性能、刀具材料、零件表面粗糙度等因素。零件材料的强度和硬度越高，面粗糙度等因素。零件材料的强度和硬度越高，fz越小；反越小；反之则越大。之则越大。硬质合金铣刀的硬质合金铣刀的fz高于同类高速钢铣刀。高于同类高速钢铣刀。零件表面粗糙度要求越高，零件表面粗糙度要求越高，fz越小。零件刚性差或刀具强度越小。零件刚性差或刀具强度

41、低时，应取较小值。低时，应取较小值。fz的确定可参考表的确定可参考表41选取。选取。44453切削速度切削速度vc 铣削的切削速度铣削的切削速度vc与刀具寿命与刀具寿命T、每齿进给量、每齿进给量fz、背吃刀量、背吃刀量ap侧吃刀量侧吃刀量ae以及铣刀齿数以及铣刀齿数z成反比，而与铣刀直径成反比，而与铣刀直径d成正比。成正比。可参考表可参考表42选取，也可参考有关切削用量手册中的经验公选取，也可参考有关切削用量手册中的经验公式通过计算选取。式通过计算选取。464.3 数控铣床编程基本方法数控铣床编程基本方法4.3.1 数控铣床的编程特点数控铣床的编程特点在数控铣床上加工零件时，通常刀具旋转而工件

42、相对于刀在数控铣床上加工零件时，通常刀具旋转而工件相对于刀具作具作X，y，Z轴移动。主要加工包括轴移动。主要加工包括平面平面的铣削加工、的铣削加工、二二维轮廓维轮廓的铣削加工、的铣削加工、平面型腔平面型腔的铣削加工、的铣削加工、钻孔钻孔加工、加工、镗镗孔孔加工、加工、攻螺纹攻螺纹加工、加工、箱体类箱体类零件的加工以及零件的加工以及三维复杂型三维复杂型面面的铣削加工的铣削加工其特点如下：其特点如下： 加工多维复杂的曲线、曲面，须根据曲面的类型特点加工多维复杂的曲线、曲面，须根据曲面的类型特点来确定刀具的类型及进给路线。来确定刀具的类型及进给路线。47在设置工件坐标系时要正确选择在设置工件坐标系时

43、要正确选择程序原点程序原点的位置。在的位置。在确定程序原点的位置时，不仅要便于确定程序原点的位置时，不仅要便于对刀测量对刀测量，而且要，而且要便于便于编程计算编程计算，必要时可以采用，必要时可以采用多程序原点多程序原点编程。编程。用立铣刀加工零件内、外轮廓表面时，为减少编程计算及用立铣刀加工零件内、外轮廓表面时，为减少编程计算及控制零件加工符合尺寸公差要求，常使用控制零件加工符合尺寸公差要求，常使用刀具半径补偿刀具半径补偿功能。功能。轮廓加工时，应使刀具沿零件轮廓的轮廓加工时，应使刀具沿零件轮廓的切向切入与切向切出切向切入与切向切出，及选择顺铣还是逆铣加工。及选择顺铣还是逆铣加工。为避免刀具在

44、下刀时与零件或夹具发生干涉或碰撞，要处为避免刀具在下刀时与零件或夹具发生干涉或碰撞，要处理好理好安全高度与进给高度安全高度与进给高度的的Z轴位置。轴位置。为简化编程，数控系统提供了各种为简化编程，数控系统提供了各种孔加工的固定循环功孔加工的固定循环功能、子程序及宏子程序能、子程序及宏子程序编程功能编程功能、镜像和缩放、镜像和缩放等编程功能，等编程功能，在编程时应充分利用，以提高编程效率。在编程时应充分利用，以提高编程效率。48工艺问题提示：工艺问题提示：1工件坐标系的确定及程序原点的设置工件坐标系的确定及程序原点的设置 工件坐标系采用与机床运动坐标系一致的坐标方向，工件工件坐标系采用与机床运动

45、坐标系一致的坐标方向，工件坐标系的原点坐标系的原点(即程序原点即程序原点)要选择便于测量或对刀的基准位要选择便于测量或对刀的基准位置，同时要便于编程计算。置，同时要便于编程计算。 2安全高度的确定安全高度的确定对于铣削加工，起刀点和退刀点必须离开加工零件上表面对于铣削加工，起刀点和退刀点必须离开加工零件上表面一个安全高度，保证刀具在停止状态时，不与加工零件和一个安全高度，保证刀具在停止状态时，不与加工零件和夹具发生碰撞。在安全高度位置时刀具中心夹具发生碰撞。在安全高度位置时刀具中心(或刀尖或刀尖)所在的所在的平面也称为安全面，如图所示。平面也称为安全面，如图所示。493进刀退刀方式的确定进刀退

46、刀方式的确定 对于铣削加工，刀具切入工件的方式，不仅影响加工对于铣削加工，刀具切入工件的方式，不仅影响加工质量，同时直接关系到加工的安全。对于二维轮廓加质量，同时直接关系到加工的安全。对于二维轮廓加工，一般要求从工，一般要求从侧向进刀侧向进刀或或沿切线沿切线方向进刀尽量避免方向进刀尽量避免垂直垂直进刀，如图所示。退刀方式也应从侧向或切向退进刀，如图所示。退刀方式也应从侧向或切向退刀刀50刀具从安全面高度下降到切削高度时，应离开工件毛坯边缘刀具从安全面高度下降到切削高度时，应离开工件毛坯边缘一个距离，不能直接贴着加工零件理论轮廓直接下刀以免发一个距离，不能直接贴着加工零件理论轮廓直接下刀以免发生

47、危险。生危险。如图所示。下刀运动过如图所示。下刀运动过程不能用快速程不能用快速(G00)运动，运动，而而要用要用(G01)直线插补运直线插补运动。动。51对于型腔的粗铣加工，一般对于型腔的粗铣加工，一般应先钻一个工艺孔至型腔底应先钻一个工艺孔至型腔底面面(留一定精加工余量留一定精加工余量)，并，并扩孔，以便所使用的立铣刀扩孔，以便所使用的立铣刀能从工艺孔进刀，进行型腔能从工艺孔进刀，进行型腔粗加工，如图所示。型腔粗粗加工，如图所示。型腔粗加工方式一般采用从中心向加工方式一般采用从中心向四周扩展。四周扩展。52 4刀具半径补偿的建立刀具半径补偿的建立二维轮廓加工，一般均采用刀具半径补偿。在建立刀

48、具半径二维轮廓加工，一般均采用刀具半径补偿。在建立刀具半径补偿之前，刀具应远离零件轮廓适当的距离，且应与选定好补偿之前，刀具应远离零件轮廓适当的距离，且应与选定好的切入点和进刀方式协调，保证刀具半径补偿的有效，如图的切入点和进刀方式协调，保证刀具半径补偿的有效，如图所示。刀具半径补偿的建立和取消必须在直线插补段内完成。所示。刀具半径补偿的建立和取消必须在直线插补段内完成。535刀具半径的确定刀具半径的确定对于铣削加工，精加工刀具半径选择的主要依据是零件加工对于铣削加工，精加工刀具半径选择的主要依据是零件加工轮廓和加工轮廓凹处的最小曲率半径或圆弧半径，刀具半径轮廓和加工轮廓凹处的最小曲率半径或圆

49、弧半径，刀具半径应小于该最小曲率半径值应小于该最小曲率半径值，如图所示。另外还要考虑刀具尺，如图所示。另外还要考虑刀具尺寸与零件尺寸的协调问题，即不要用一把很大的刀具加工一寸与零件尺寸的协调问题，即不要用一把很大的刀具加工一个很小的零件。个很小的零件。54二、常用编程指令的应用二、常用编程指令的应用5556注意：一行中只能有一个注意：一行中只能有一个M指令，否则按最后一个执行。指令，否则按最后一个执行。57二、常用编程指令的应用二、常用编程指令的应用1、尺寸单位选择指令、尺寸单位选择指令G20,G21,G22格式：格式：G20 ;英制英制G21 ；米制；米制G22 ； 脉冲当量输入脉冲当量输入

50、必须在程序开头坐标系设定前有单独的程序段指令，一必须在程序开头坐标系设定前有单独的程序段指令，一经制定不允许在程序中途切换。经制定不允许在程序中途切换。582 2、设定工件坐标系的程序段、设定工件坐标系的程序段 用用G92G92指令建立工件坐标系，指令建立工件坐标系，G92G92指令通过设定刀具起点相指令通过设定刀具起点相对于工件坐标系原点的相对位置，建立工件坐标系。程序对于工件坐标系原点的相对位置，建立工件坐标系。程序段如下：段如下： N10 G92 X240. Y80. Z60.N10 G92 X240. Y80. Z60.；注意注意：执行：执行G92G92功功能时，刀具并不能时，刀具并不

51、产生任何运动产生任何运动59机机床床坐坐标标系系原原点点起刀点起刀点工工件件坐坐标标系系原原点点60机床坐标系机床坐标系的原点位置的原点位置是在各坐标是在各坐标轴的正向最轴的正向最大极限处，大极限处，用用M M表示表示。613快速定位快速定位(G00或或G0)刀具以点位控制方式从当前所在位置快速移动到指令给出刀具以点位控制方式从当前所在位置快速移动到指令给出的的目标位置，只能用于快速定位，不能用于切削加工。目标位置，只能用于快速定位，不能用于切削加工。例如例如G0 X0Y0Z100使刀具快速移动到使刀具快速移动到(0，0，100)的的位置。位置。 一般用法：一般用法： G0 Z100 刀具快速

52、移动到刀具快速移动到Z=100mm高度的位置高度的位置 X0Y0 刀具接着移动到工件原点的上方刀具接着移动到工件原点的上方 注意：一般不直接用注意：一般不直接用G0 X0Y0Z100的方式，避的方式，避免刀具在安全高度以下首先在免刀具在安全高度以下首先在XY平面内快速运动而与平面内快速运动而与工件或夹具发生碰撞。工件或夹具发生碰撞。62 4直线插补直线插补(G01或或G1)刀具以一定的进给速度从当前所在位置沿直线移动到指令给刀具以一定的进给速度从当前所在位置沿直线移动到指令给出的目标位置。例如出的目标位置。例如G01 X10Y20Z20F80使刀具从使刀具从当前位置以当前位置以80mmmin的

53、进给速度沿直线运动到的进给速度沿直线运动到(10，20，20)的位置。的位置。注意：注意：G01与坐标平面的选择无关；与坐标平面的选择无关；切削加工时，一般要求进给速度恒定，因此在一个稳定切削加工时，一般要求进给速度恒定，因此在一个稳定的切削加工过程中，往往只在程序开始的某个插补的切削加工过程中，往往只在程序开始的某个插补(直线插直线插补或圆弧插补补或圆弧插补)程序段写出程序段写出F值。值。对于四坐标和五坐标数控加工，对于四坐标和五坐标数控加工，G01为线性插补，为线性插补，F为进为进给率，即走完一个程序段所需要的时间的倒数。给率，即走完一个程序段所需要的时间的倒数。63 例例1：已知待加工工

54、件轮廓如图所示，立铣刀直径为：已知待加工工件轮廓如图所示，立铣刀直径为20mm，起刀点为，起刀点为O(-15，-15)，采用绝对坐标编程，其程，采用绝对坐标编程，其程序为：序为：G0l G42 X10Y10F50 D01; X50; Y50; X10 ; Y10 ; G00 G40 X-15Y-15;645 5、坐标平面选择的程序段、坐标平面选择的程序段对数控铣床等三轴联动机床的加工，通常需要在其加工对数控铣床等三轴联动机床的加工，通常需要在其加工程序内指定加工中有关运动坐标轴的所在平面。程序内指定加工中有关运动坐标轴的所在平面。656 6、圆弧插补程序段、圆弧插补程序段 程序段格式：程序段格

55、式：G17 G02/G03 XG17 G02/G03 XY YI IJ JF F；G18 G02/G03 XG18 G02/G03 XZ ZI IK KF F；G19 G02/G03 YG19 G02/G03 YZ ZJ JK KF F；或：或：G17 G02/G03 XG17 G02/G03 XY YR RF F；G18 G02/G03 XG18 G02/G03 XZ ZR RF F；G19 G02/G03 YG19 G02/G03 YZ ZR RF F；66两种格式的区别：两种格式的区别：对于图对于图a所示的圆弧插补，采用所示的圆弧插补，采用G17 G02 X20.Y20.110. J0F

56、得到得到的圆弧是唯一的。的圆弧是唯一的。而采用而采用G17 G02 X20Y20R10F-得到的圆弧，从理论上讲可得到的圆弧，从理论上讲可以是图以是图a所示的圆弧，也可以是图所示的圆弧，也可以是图b所示的圆弧，前者的圆弧角小所示的圆弧，前者的圆弧角小于于180，后者的圆弧角大于，后者的圆弧角大于180。由于存在这种不唯一性。由于存在这种不唯一性(当当然可以规定圆弧角一定要小于然可以规定圆弧角一定要小于180。)，现代，现代CNC系统一般采用第系统一般采用第一种格式，即一种格式，即G17 G02 X20Y20110J0F-，其中，其中I、J为圆为圆心相对于圆弧起点的坐标。心相对于圆弧起点的坐标。

57、677 7、刀具、刀具半径补偿半径补偿的程序段的程序段刀具半径补偿的指令刀具半径补偿的指令 G41/G42 G40G41/G42 G40 G40 G40 刀具补偿结束并予注销的指令；刀具补偿结束并予注销的指令； G41 G41 刀具半径左边补偿指令，指沿刀具运动方刀具半径左边补偿指令，指沿刀具运动方 向看，当刀具在工件左边位置补偿时应用，向看，当刀具在工件左边位置补偿时应用， 如图如图所示；所示； G42 G42 刀具半径右边补偿指令，指沿刀具运动方刀具半径右边补偿指令，指沿刀具运动方 向看，当刀具在工件右边位置补偿时应用，向看，当刀具在工件右边位置补偿时应用， 如图所示。如图所示。6869

58、刀具半径补偿的程序段刀具半径补偿的程序段该程序段的基本格式为：该程序段的基本格式为：格式中格式中X X、Y Y地址字表示刀具位移至终点时的坐标；地址字表示刀具位移至终点时的坐标；D#D#为指令刀具补偿半径的地址符，其后两位数为系为指令刀具补偿半径的地址符，其后两位数为系统规定的偏置号统规定的偏置号( (即补偿组号即补偿组号) )。当其补偿指令为。当其补偿指令为G40G40时，注销时，注销G41/G42G41/G42。G41G41G42G42G40G40G01G01G00G00X_Y_D#X_Y_D#X_Z_D#X_Z_D#Y_Z_D#Y_Z_D#G17G17G18G18G19G1970注意注意

59、: :进行刀具半径补偿时进行刀具半径补偿时, ,一定一定要有一定距离建立刀具半径要有一定距离建立刀具半径补偿；如图补偿；如图a aN10 G90 G92 X-10.0 Y-10.0 N10 G90 G92 X-10.0 Y-10.0 Z0. ;Z0. ;定义程序原点，起刀点坐定义程序原点，起刀点坐标为标为( (一一1 01 0一一1010O)O)N20 S900 M03N20 S900 M03; ;启动主轴正转启动主轴正转N30 N30 G17G17 G01 G41 X0 Y0 D01; G01 G41 X0 Y0 D01;建立刀具半径左补偿，刀具半建立刀具半径左补偿，刀具半径偏置寄存器号径偏

60、置寄存器号D01D01N40 Y50N40 Y50; ;定义首段零件轮廓定义首段零件轮廓N100 G01 X0. Y0. ;N100 G01 X0. Y0. ;G110 G00 G110 G00 G40G40 X-10. Y-10. ; X-10. Y-10. ;71用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿，用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿，可进行粗精加工。可进行粗精加工。如图所示，如图所示，刀具半径刀具半径r，精加工余量，精加工余量。粗加工时，输入刀具半径粗加工时，输入刀具半径R=r+ ，则加工出虚线轮，则加工出虚线轮廓；廓；精加工时，用同一程序，同一精加工时，用同一程序，同