数控加工工艺及设备课件：脚踏板注塑模型腔件工艺、程序编制及数控铣加工

项目2：脚踏板注塑模型腔件工艺、程序编制及数控铣加工该零件由校企合作企业提供相关技术资料由企业提供项目2：脚踏板注塑模型腔件工艺、该零件由校企合作企业提2-1项目导入项目来源：该零件图纸、技术要求等资料由校企合作企业提供，是来自企业的真实产品。企业真实产品使用的材料为注塑模具用合金钢，HRC32~40，毛坯为型材。用户要求：该脚踏板注塑件头部、中部为砂纹表面，尾部为光滑表面，相关部位需电极加工和抛光处理。

本项目在教学中为提高教学效率、减少刀具消耗等，实训的毛坯采用铝件。2-1项目导入图2-2-1脚踏板注塑模型腔件三维设计图图2-2-1脚踏板注塑模型腔件三维设计图图2-2-1脚踏板注塑模型腔件实物零件图片图2-2-1脚踏板注塑模型腔件实物零件图片图2-2-2脚踏板注塑件实物图图2-2-2脚踏板注塑件实物图图2-2-2脚踏板注塑件实物图图2-2-2脚踏板注塑件实物图图2-2-3脚踏板注塑件三维设计图图2-2-3脚踏板注塑件三维设计图图2-2-3脚踏板注塑件三维设计图图2-2-3脚踏板注塑件三维设计图图2-2-4脚踏板注塑模模具实物图片图2-2-4脚踏板注塑模模具实物图片图2-2-4脚踏板注塑模模具实物图片图2-2-4脚踏板注塑模模具实物图片2-2项目教学目标【能力目标】通过完成脚踏板注塑模型腔件工艺、程序编制及数控铣加工，学生能运用数控铣削加工工艺、编程和数控铣床操作知识，根据数控加工工艺规范、数控程序编程规则和数控机床操作守则，能够制订数控铣削加工工艺、编制三轴铣削加工程序、操作使用数控铣床等设备并能在工作中与人进行良好的沟通、合作。2-2项目教学目标

【知识目标】知道数控铣削加工工艺制订规范、三轴数控铣削加工程序编程规则和数控铣床操作守则；掌握数控铣削加工工艺制订方法、步骤、原则；掌握数控铣床操作、使用、维护、保养等相关知识；掌握数控铣削加工典型零件数控刀具的选用和切削参数选用等知识；掌握典型数控铣削零件的工艺制订、程序编制和加工的知识。【知识目标】知道数控铣削加工工艺制订规范、三轴数控铣削加工

【素质目标】培养学生具有良好爱岗敬业、认真负责的职业道德，与人团结合作、胜任工作的职业素质，时刻遵守安全制度、工艺规程的职业行为规范。【素质目标】培养学生具有良好爱岗敬业、认真负责的职业道德，

2-3项目教学内容及学生任务：脚踏板注塑模型腔件数控铣削加工工艺方案制订及程序生成2-3-1确定脚踏板注塑模型腔件需加工表面并进行工艺性分析学生任务1：填写表2-2-1脚踏板注塑模型腔件需加工表面2-3项目教学内容及学生任务：脚踏板注塑模型腔件数控铣表2-2-1脚踏板注塑模型腔件需加工表面表2-2-1脚踏板注塑模型腔件需加工表面【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题一：数控铣削加工内容选择及工艺性分析一、选择并确定进行数控铣削加工的内容（1）工件上的曲线轮廓表面，特别是由数学表达式给出的非圆曲线和列表曲线等曲线轮廓。（2）给出数学模型空间曲面或通过测量数据建立空间曲面。（3）形状复杂，尺寸繁多，划线与检测困难的部位。（4）能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状。（5）通用铣床加工难以观察、测量和控制进给的内、外凹槽。（6）采用数控铣削能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动的一般加工内容。【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题一：数控铣削下列加工内容一般不采用数控铣削加工：（1）需要进行长时间占机人工调整的粗加工内容。（2）毛坯上的加工余量不太充分或不太稳定的部位。（3）简单的粗加工面。（4）必须用细长铣刀加工的部位，一般指狭长深槽或高筋板小转接圆弧部位。下列加工内容一般不采用数控铣削加工：二、数控铣削加工工艺性分析（一）零件图形分析

1．检查零件图的完整性和正确性各图形几何要素间的相互关系（如相切、相交、垂直、平行和同心等）应明确；各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。二、数控铣削加工工艺性分析2．检查自动编程时的零件数学模型数学模型的完整性是指数学模型是否全面表达了设计者的全部设计意图；

合理性是指生成的数学模型中的曲面是否满足曲面造型的要求，主要包括曲面参数对应性、曲面的光顺性等；

几何拓扑关系的逻辑性是指曲面与曲面之间的相互关系，主要包括曲面与曲面之间的连接是否满足指定的要求，如位置连续性、切矢连续性、曲率连续性等，曲面的修剪是否干净、彻底等。2．检查自动编程时的零件数学模型数控编程所需的数学模型必须满足如下要求：（1）数学模型必须是完整几何模型，不能有多余或遗漏曲面。（2）数学模型不能有多义性，不允许有曲面重叠现象存在；曲面修剪应彻底、干净，无曲面拓补、结构错误。（3）数学模型应是光滑的几何模型。在曲面的相交处，应按技术要求进行倒圆处理，并对曲面的多余部分进行修剪处理，以满足曲面光滑处理的要求。（4）对外表面的数学模型，必须进行光顺处理，以消除曲面内部的微观缺陷，从而满足零件的光顺要求。（5）数学模型中的曲面参数曲线分布合理、均匀，曲面不能有异常的凸起和凹坑。数控编程所需的数学模型必须满足如下要求：

（二）零件结构工艺性分析及处理1.零件图纸上的尺寸标注应使编程方便凡经数控加工的零件，图纸上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。如对于大面积薄壁板零件，应改进装夹方式，采用合适的加工顺序和刀具。还可采取其它措施，如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等措施来减小或消除变形的影响。（二）零件结构工艺性分析及处理

3．尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸（1）轮廓内圆弧半径常常限制刀具的直径如图2-2-5所示，若工件的被加工轮廓高度低，转接圆弧半径大，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，因此工艺性较好；反之，数控铣削工艺性较差。一般来说，当＜0.2（为被加工轮廓面的最大高度）时，可以判定零件上该部位的工艺性不好。3．尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸图2-2-5肋板的高度与内转接圆弧对零件铣削工艺性的影响图2-2-5肋板的高度与内转接圆弧对零件铣削工艺性的影响

（2）铣削面的槽底面圆角或底板与肋板相交处的圆角半径铣削面的槽底面圆角或底板与肋板相交处的圆角半径（如图2-2-6所示）越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也较低。因为铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D-2r（D为铣刀直径），当D越大而r越小时，铣刀端刃铣削平面的面积越大，加工平面的能力越强，铣削工艺性当然也越好。（2）铣削面的槽底面圆角或底板与肋板相交处的圆角半径图2-2-6底板与肋板的转接圆弧对零件铣削工艺性的影响图2-2-6底板与肋板的转接圆弧对零件铣削工艺性的影响零件的数控铣削加工工艺性实例零件的数控铣削加工工艺性实例零件的数控铣削加工工艺性实例零件的数控铣削加工工艺性实例零件的数控铣削加工工艺性实例零件的数控铣削加工工艺性实例4．保证基准统一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。这时，最好采用统一基准定位，因此零件上应有合适的孔作为定位基准孔。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（如在毛坯上增加工艺凸台或在后继工序要铣去的余量上设基准孔）。4．保证基准统一原则【知识链接】一、学生完成任务参考答案及分析根据用户要求：该脚踏板注塑件的头部、中部为砂纹表面，需2个电极分别加工（参见图2-2-72和图2-2-73），另有8个部位不能数控铣削达到要求，这些部位需另用6个电极加工（参见图2-2-74至图2-2-79），使整个曲面型腔都需要电极加工，因此要整个曲面型腔为电极加工留0.02mm余量。尾部为光滑表面，相关部位需抛光处理。型腔内部为曲面型腔，需数控铣削加工。利用高速加工中心或数控铣床加工，利用UG8.0软件生成程序。【知识链接】一、学生完成任务参考答案及分析图2-2-71脚踏板注塑模型腔件三维设计图图2-2-71脚踏板注塑模型腔件三维设计图图2-2-72头部电极1图2-2-72头部电极1图2-2-73中部电极2图2-2-73中部电极2图2-2-74尾部前端平底处电极3图2-2-74尾部前端平底处电极3图2-2-75尾部前端凹槽处电极图2-2-75尾部前端凹槽处电极图2-2-76尾部左、右两侧圆柱形面处电极图2-2-76尾部左、右两侧圆柱形面处电极图2-2-77尾部斜平面处电极图2-2-77尾部斜平面处电极图2-2-78尾部底平面区域处电极图2-2-78尾部底平面区域处电极图2-2-79尾部左、右两侧圆柱形面上小凹槽处电极图2-2-79尾部左、右两侧圆柱形面上小凹槽处电极表2-2-15学生任务1参考答案：脚踏板注塑模型腔件需加工表面表2-2-15学生任务1参考答案：脚踏板注塑模型腔件需加工表

2-3-2确定脚踏板注塑模型腔件选用的毛坯学生任务2：确定脚踏板注塑模型腔件毛坯的种类及形状、尺寸2-3-2确定脚踏板注塑模型腔件选用的毛坯

【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题二：数控铣削加工毛坯的确定一、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。因模锻时的欠压量与允许的错模量会造成余量的多少不等；铸造时也会因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量的不均匀。此外，锻造、铸造后，毛坯的挠曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。因此，除板料外，不论是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控铣削加工，其加工面均应有充分的余量。【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题二：数控铣图2-2-7一模具零件的铸件毛坯图2-2-7一模具零件的铸件毛坯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。如图2-2-8所示，该工件缺少合适的定位基准，在毛坯上铸出两个工艺凸耳，在凸耳上制出定位基准孔，加工后再将工艺凸耳去掉。2．分析毛坯的装夹适应性图2-2-8增加辅助基准示例图2-2-8增加辅助基准示例3．分析毛坯的变形、余量大小及均匀性分析毛坯加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施和补救措施。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，这时最好采用经预拉伸处理的淬火板坯。对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。自动编程时，这个问题尤其重要3．分析毛坯的变形、余量大小及均匀性二、数控铣削加工中常用毛坯种类也是分铸件、锻件、型材、焊接件等种类的毛坯，其种类的选择和形状、尺寸确定。方法参见项目一【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题二：数控铣削加工毛坯的确定。二、数控铣削加工中常用毛坯种类三、自动编程软件上毛坯确定的方法1．回转类零件毛坯的确定可根据零件最大实体界限加上各方向余量，通过创建圆柱体毛坯来生成自动编程用毛坯。2．方体类零件毛坯的确定可根据零件最大实体界限加上各方向余量，通过创建长方体毛坯来生成自动编程用毛坯。3．大型复杂形状零件毛坯的确定可根据理论模型偏置加工余量后的模型来生成自动编程用毛坯。三、自动编程软件上毛坯确定的方法学生任务2参考答案：脚踏板注塑模型腔件制件尺寸为200mm×120mm×24.339mm，实际生产用注塑合金钢材料，经铣削、磨削加工后为四周外形和上下表面已加工合格的矩形工件。考虑实训时采用铝件毛坯，在平口钳上装夹，需留较大余量，故毛坯为205mm×125mm×30mm的长方体，主要进行数控铣型腔加工。学生任务2参考答案：

2-3-3确定脚踏板注塑模型腔件加工表面的加工方法及加工方案学生任务3：填写表2-2-3脚踏板注塑模型腔件加工表面的加工方法及加工方案2-3-3确定脚踏板注塑模型腔件加工表面的加工方法及表2-2-3脚踏板注塑模型腔件加工表面的加工方法及加工方案表2-2-3脚踏板注塑模型腔件加工表面的加工方法及加工方案【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题三：数控铣削加工表面加工方法及加工方案的确定一、数控铣削平面类零件加工方法、加工方案的确定平面、平面轮廓及曲面的加工方法主要是铣削。经粗铣的平面，尺寸精度可达IT12~IT14级（指两平面之间的尺寸），表面粗糙度Ra值可达12.5~50μm。精密铣削加工时，半精铣切削深度一般取0.1~0.2mm，精铣切削深度一般取0.005~0.05mm。目前高精度的数控铣床、加工中心定位精度可达±1μm，重复定位精度±0.8μm，精加工表面粗糙度Ra值0.089μm。

【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题三：数控铣削（a）图2-2-9典型的平面类零件（a）（b）图2-2-9典型的平面类零件（b）

（一）不同精度、粗糙度要求的平面、平面轮廓的加工方案1．加工精度为IT7~IT8级、Ra1.6~3.2μm除淬火钢以外的常用金属，可采用普通型数控铣床（或加工中心），按粗铣、半精铣、精铣的方案加工。2．加工精度为IT6~IT7级、Ra0.8~0.1.6μm除淬火钢以外的常用金属，可采用精密型数控铣床（或加工中心），按粗铣、半精铣、精铣、细铣的方案加工。3．加工精度高于IT6级、Ra0.08~0.8μm除淬火钢以外的常用金属和一些非金属材料，可采用高档精密型数控铣床（或加工中心），按粗铣、半精铣、精铣、精密铣的方案加工。4．对淬火钢等难铣削材料，其淬火前可采用粗铣、半精铣的方法，淬火后安排磨削加工。（一）不同精度、粗糙度要求的平面、平面轮廓的加工方案

（二）一般平面结构的加工方法1．单一平面加工面积小的平面应选择立铣刀铣削；加工面积大的平面一般选择表面区域铣刀铣削。2．平行面与基准平面或直线平行的平面称为平行面。当加工面安装后是位于顶面位置（图2-2-10）进行加工时，可以在立式数控铣床上用端铣法和在卧式数控铣床上用周铣法铣出平行平面。加工面安装后位于侧面位置（图2-2-11）加工的方式一般应用于较大尺寸的工件直接装夹在工作台上的场合，可采用定位块使基准面与工作台台面垂直，并与进给方向平行，这时在卧式数控铣床上用表面区域铣刀端铣法铣削。（二）一般平面结构的加工方法图2-2-10铣平行面时的装夹方法图2-2-10铣平行面时的装夹方法图2-2-11用定位块装夹工件铣平行面图2-2-11用定位块装夹工件铣平行面

3．垂直面与基准平面或直线垂直的平面称为垂直面。垂直表面区域铣削的技术要求包括平面度、垂直度和表面粗糙度，以及垂直面与其他基准（如对应表面的加工余量等）的尺寸要求。铣削加工垂直平面就是要求铣出的平面要与基准平面垂直，因此，安装时要保证加工面与基准平面垂直。一般用端表面区域铣削法加工。3．垂直面

4．斜面与基准平面或直线成倾斜夹角（>90°或<90°）的平面称为斜面。斜表面区域铣削的技术要求包括平面度、夹角和表面粗糙度要求。可利用具有主轴摆角功能或4、5轴联动功能的数控铣床（加工中心）进行主轴转角采用端铣法铣削斜面（图2-2-12）；当工件通过虎钳、压板等装夹方式水平安装在机床上露出侧面时，可利用立式加工中心两轴联动功能周铣法铣削轮廓侧面斜面；同样，当工件通过虎钳、角铁等装夹方式垂直安装在机床上露出侧面时，可利用卧式数控铣床（加工中心）两轴联动功能周铣法铣削轮廓侧面斜面；也可选用与加工斜面倾斜角度相对应的角度铣刀（图2-2-13）在立式或卧式数控铣床（加工中心）上直接铣出斜面。4．斜面图2-2-12转动主轴铣削斜面图2-2-12转动主轴铣削斜面图2-2-13角度铣刀图2-2-13角度铣刀

（三）直角沟槽结构的加工方法1．敞开式直角沟槽工件（图2-2-14a）当沟槽尺寸较小时，通常用三面刃铣刀加工。成批生产时，则采用盘形槽铣刀进行加工。2．封闭式直角沟槽工件（图2-2-14b）一般采用立铣刀或键槽铣刀铣削加工。立铣刀最适宜于加工两端都封闭、底部穿通、槽宽精度要求不高的直角沟槽，如压板上的穿通沟槽。对于槽宽精度要求较高、深度较浅的封闭式直角沟槽或半封闭式直角沟槽，可以采用键槽铣刀铣削加工。3．半封闭式直角沟槽的工件（图2-2-14c）要根据封闭端的形式不同，采用不同的铣刀进行加工。（三）直角沟槽结构的加工方法图2-2-14直角沟槽的种类图2-2-14直角沟槽的种类

（四）二维表面结构的加工方法二维表面结构包括二维轮廓、二维型腔、二维刻字等结构，其加工方法与平面加工方法类似，主要是采用数控铣削的方法，用立铣刀、锥铣刀等刀具根据精度要求分粗铣、半精铣、精铣等步骤进行加工。刀具轨迹及数控加工程序主要应用数控自动编程软件采用相应的轨迹生成方法来生成。（四）二维表面结构的加工方法

二、数控铣削曲面、雕刻类零件加工方案的确定1．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。这类零件特点是加工面不能展开为平面，但在加工中，铣刀圆周与加工面接触的瞬间为一条直线。变斜角类零件一般采用3轴、4轴或5轴联动的数控铣床用立铣刀或球刀加工，也可以在三轴数控铣床上通过两轴联动用鼓形铣刀分层近似加工，但精度稍差。二、数控铣削曲面、雕刻类零件加工方案的确定图2-2-15飞机上的变斜角梁椽条图2-2-15飞机上的变斜角梁椽条

2．曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件，如图2-2-16某模具型腔零件所示。曲面类零件的特点：一是加工面不能展开为平面，二是加工面与铣刀始终为点接触。通常采用两轴半联动数控铣床来加工精度要求不高的曲面；精度要求高的曲面需用三轴联动数控铣床加工；若曲面周围有干涉表面，需用四轴甚至五轴联动数控铣床加工。3．雕刻类零件由雕刻刀运动轨迹直接获得零件形状的方法为雕刻法加工，雕刻法加工的零件就是雕刻类零件，图2-2-17为一雕刻加工的鱼。2．曲面类零件图2-2-16曲面类（立体类）零件图2-2-16曲面类（立体类）零件图2-2-17雕刻类零件图2-2-17雕刻类零件

曲面类零件常采用粗清根加工—曲面粗铣（包括外表面分层加工和型腔分层加工）—半精清根加工—半精铣（常采用等高、平行等走刀方式）—精清根加工—精铣（亦常采用等高、平行等走刀方式）—最终精清根加工加工方案。雕刻类零件常采用粗清根加工—曲面粗铣—半精清根加工—半精铣—精清根加工—精铣—雕刻铣方案进行加工。曲面类零件常采用粗清根加工—曲面粗铣（包括外表面分层加工和表2-2-16学生任务3参考答案：脚踏板注塑模型腔件加工表面的加工方法及加工方案表2-2-16学生任务3参考答案：脚踏板注塑模型腔件加工表面表2-2-16学生任务3参考答案：脚踏板注塑模型腔件加工表面的加工方法及加工方案数控铣削加工工艺方案为：Ф10立铣刀曲面型腔粗铣加工—Ф6立铣刀深度加工轮廓曲面型腔侧面精加工—Ф6立铣刀底面区域精铣。表2-2-16学生任务3参考答案：脚踏板注塑模型腔件加工表面

2-3-4确定脚踏板注塑模型腔件数控加工选用的设备学生任务4：填写表2-2-4脚踏板注塑模型腔件数控加工选用的设备及主要技术参数2-3-4确定脚踏板注塑模型腔件数控加工选用的设备表2-2-4脚踏板注塑模型腔件数控加工选用的设备及主要技术参数表2-2-4脚踏板注塑模型腔件数控加工选用的设备及主要技术

【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题四：数控铣削加工设备的选定一、立式数控铣床（立式加工中心）立式数控铣床的主轴轴线垂直于水平面，是数控铣床中最常见的一种布局形式，应用范围也最广泛。（1）工作台纵、横向移动并升降，主轴不动方式。目前小型数控铣床一般采用这种方式。（2）工作台纵、横向移动，主轴升降方式。这种方式一般运用在中型数控铣床中，如图2-2-18所示。（3）龙门架移动式，即主轴可在龙门架的横向与垂直导轨上移动，而龙门架或工作台则沿床身做纵向移动。许多大型数控铣床都采用这种结构，又称之为龙门数控铣床，如图2-2-19所示。【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题四：数控铣图2-2-18立式数控铣床图2-2-18立式数控铣床立式加工中心立式加工中心图2-2-19龙门式数控铣床图2-2-19龙门式数控铣床图2-2-19龙门式数控铣床图2-2-19龙门式数控铣床

二、卧式数控铣床（卧式加工中心）卧式数控铣床的主轴轴线平行于水平面，如图2-2-20所示。主要用来加工箱体类零件。为了扩大功能和加工范围，通常采用增加数控转盘来实现4轴或5轴加工。这样，工件在一次加工中可以通过转盘改变工位，进行多方位加工，使配有数控转盘的卧式数控铣床在加工箱体类零件和需要在一次安装中改变工位的零件时具有明显的优势。二、卧式数控铣床（卧式加工中心）图2-2-19卧式数控铣床图2-2-19卧式数控铣床卧式加工中心卧式加工中心

三、立卧两用数控铣床（五轴加工中心）立卧两用数控铣床的主轴轴线方向可以变换，如图2-2-21所示，使一台铣床具备立式数控铣床和卧式数控铣床的功能。立卧两用数控铣床靠手动和自动两种方式更换主轴方向。有些立卧两用数控铣床采用主轴头可以任意方向转换的万能数控主轴头，使其可以加工出与水平面呈不同角度的工件表面。还可以在这类铣床的工作台上增设数控转盘，以实现对零件的“五面加工”。三、立卧两用数控铣床（五轴加工中心）图2-2-21立卧两用数控铣床图2-2-21立卧两用数控铣床五轴加工中心五轴加工中心表2-2-17学生任务4参考答案：脚踏板注塑模型腔件加工选用数控设备及主要技术参数表2-2-17学生任务4参考答案：脚踏板注塑模型腔件加工选

2-3-5确定脚踏板注塑模型腔件加工选用的刀具学生任务5：填写表2-2-5脚踏板注塑模型腔件加工选用的刀具及参数2-3-5确定脚踏板注塑模型腔件加工选用的刀具表2-2-5脚踏板注塑模型腔件数控加工选用的刀具及参数表2-2-5脚踏板注塑模型腔件数控加工选用的刀具及参数

【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题五：数控铣削加工刀具的选择详细分析参见第一篇第三章第五节【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题五：数控铣

表2-2-18学生任务5参考答案：脚踏板注塑模型腔件数控加工选用的刀具及参数选用Φ10立铣刀一把，Φ6立铣刀二把，都为钨钢刀具。表2-2-18学生任务5参考答案：脚踏

2-3-6确定脚踏板注塑模型腔件加工合理的装夹方案学生任务6：填写表2-2-6脚踏板注塑模型腔件数控加工合理的装夹方案2-3-6确定脚踏板注塑模型腔件加工合理的装夹方案表2-2-6脚踏板注塑模型腔件数控加工合理的装夹方案表2-2-6脚踏板注塑模型腔件数控加工合理的装夹方案

【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题六：数控铣削加工工件装夹方案的确定一、加工中心（数控铣床）加工定位基准的选择1．加工中心加工选择定位基准的基本要求同普通机床一样，在加工中心上加工时，零件的装夹仍遵守6点定位原则。在选择定位基准时，要全面考虑各个工位的加工情况，满足三个要求：（1）所选基准应能保证工件定位准确，装卸方便、迅速，夹压可靠，夹具结构简单；（2）所选基准与各加工部位间的各个尺寸计算简单；（3）保证各项加工精度。【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题六：数控铣

2．选择定位基准应遵循的原则（1）尽量选择零件上的设计基准作为定位基准当加工中心不带自动测定工件坐标系的功能，刀具又不能每件每次安装都重新对刀，加工面与其设计基准不在一次安装中同时加工出来时，则设计基准与定位基准不重合会存在基准不重合误差。选择设计基准作为定位基准定位，不仅可以避免因基准不重合而引起的定位误差，保证加工精度，且可简化程序编制。2．选择定位基准应遵循的原则

（2）当零件的定位基准与设计基准不能重合且加工面与其设计基准又不能在一次安装内同时加工时，应认真分析装配图纸，确定该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的公差范围，确保加工精度。（3）当在加工中心上无法同时完成包括设计基准在内的全部表面加工时，要考虑用所选基准定位后，一次装夹能够完成全部关键精度部位的加工。（4）定位基准的选择要保证完成尽可能多的加工内容。为此，需考虑便于各个表面都能被加工的定位方式。对非回转类工件，最好采用一面两孔的定位方案，以便刀具对其它表面进行加工。若工件上没有合适的孔，可增加工艺孔进行定位。（2）当零件的定位基准与设计基准不能重合且加工面与其设计基

二、加工中心（数控铣床）夹具的确定1．对夹具的基本要求（1）夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开。（2）为保持零件安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能使零件定位面与机床之间保持一定的坐标联系。（3）夹具的刚性和稳定性要好。1）在考虑夹紧方案时，夹紧力应力求靠近主要支撑点，或在支撑点所组成的三角形内，并靠近切削部位及刚性好的地方，尽量不要在被加工孔的上方。2）尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计。二、加工中心（数控铣床）夹具的确定

（4）装卸方便，辅助时间尽量短。由于加工中心效率高，装夹工件的辅助时间对加工效率影响较大，所以要求配套夹具在使用中也要装卸快而方便。（5）夹具结构应力求简单。由于零件在加工中心上加工大都采用工序集中原则，加工的部位较多，同时批量较小，零件更换周期短，夹具的标准化、通用化和自动化对加工效率的提高及加工费用的降低有很大影响。（6）减少更换夹具的准备——结束时间。（7）减小夹具在机床上的使用误差。夹具上定位元件定位面的任何磨损以及任何污秽都会引起加工误差，因此，操作者在装夹工件时一定要将定位面擦干净。（4）装卸方便，辅助时间尽量短。由于加工中心效率高，装夹工

2．常用夹具种类（1）通用夹具一般为可装夹各种零件的机床附件或通用装夹工具。如各种虎钳、分度头、花盘和三爪卡盘等通用夹具。（2）组合夹具组合夹具是由一套结构已经标准化，尺寸已经规格化的通用元件、组合元件所构成。可以按工件的加工需要组成各种功用的夹具。组合夹具有孔系组合夹具和槽系组合夹具。（3）专用夹具这是特别为某一项或类似的几项加工专门设计制造的夹具，具有结构合理，刚性强，装夹稳定可靠，操作方便，提高安装精度及装夹速度等优点。2．常用夹具种类

（4）可调整夹具是组合夹具和专用夹具的结合。可调整夹具能有效地克服以上两种夹具的不足，既能满足加工精度要求，又有一定的柔性。（5）多工位夹具可以同时装夹多个工件，减少换刀次数，也便于一面加工，一面装卸工件，有利于缩短辅助时间，提高生产率。（6）成组夹具成组夹具是随成组加工工艺的发展而出现的。通过工艺分析，把形状相似、尺寸相近的各种零件进行分组编制成组工艺，然后把定位、夹紧和加工方法相同的或相似的零件集中起来，统筹考虑夹具的设计方案。对结构外形相似的零件，采用成组夹具，具有经济、夹压精度高等特点。（4）可调整夹具

3．加工中心夹具选用的原则加工中心夹具的选择要根据零件精度等级、结构特点、产品批量及机床精度等情况综合考虑。（1）在单件生产或产品研制时，应广泛采用通用夹具、组合夹具和可调整夹具，只有在通用夹具、组合夹具和可调整夹具无法解决工件装夹时才考虑采用其它夹具。（2）小批量或成批生产时可考虑采用简单专用夹具。（3）在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具和高效气动、液压等专用夹具。（4）采用成组工艺时应使用成组夹具。3．加工中心夹具选用的原则

表2-2-19学生任务6参考答案：脚踏板注塑模型腔件数控加工合理的装夹方案用机用平口钳装夹，工件以侧面和底面作为定位基准，底面用平行垫块支撑，工件顶面伸出钳口5mm左右，用百分表找正。表2-2-19学生任务6参考答案：脚踏

2-3-7确定脚踏板注塑模型腔件数控铣削加工的工步内容及轨迹生成方式学生任务7：填写表2-2-7脚踏板注塑模型腔件数控铣削加工的工步内容及轨迹生成方式2-3-7确定脚踏板注塑模型腔件数控铣削加工的工步内表2-2-7脚踏板注塑模型腔件数控铣削加工的工步内容及轨迹生成方式表2-2-7脚踏板注塑模型腔件数控铣削加工的工步内容及轨迹【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题七：自动编程时相关工艺问题的处理一、与起刀、进刀和退刀有关的工艺问题的处理（一）程序起始点、返回点和切入点（进刀点）、切出点（退刀点）的确定1．程序起始点、返回点和切入点（进刀点）、切出点（退刀点）的概念【知识链接】制订数控铣削加工工艺要解决的主要问题七：自动编程（1）程序起始点是指程序开始时，刀尖（设刀尖为刀位点）的初始停留点。（2）程序返回点是指一把刀程序执行完毕后，刀尖返回后的停留点。一般为换刀点。（3）切入点（进刀点）是指在曲面的初始切削位置上，刀具与曲面的接触点（也称切触点）。（4）切出点（退刀点）是指曲面切削完毕后，刀具与曲面的接触点。（1）程序起始点2．程序起始点、返回点和切入点、切出点的确定方法（1）起始点、返回点确定原则在同一个程序中起始点和返回点最好要相同，如果一个零件的加工需要几个程序来完成，那么这几个程序的起始点和返回点也最好完全相同，以免引起加工操作上的麻烦。起始点和返回点的坐标值最好设X和Y值均为零，这样能使操作方便。起始点和返回点的Z坐标应定义在使刀尖高出被加工零件的最高点50~100mm左右的某一位置上，即起始平面、退刀平面所在的位置。这主要因为数控加工的安全性，防止碰刀，同时也考虑了数控加工的效率，使非切削时间控制在一定的范围内。2．程序起始点、返回点和切入点、切出点的确定方法（2）切入点选择的原则即在进刀或切削曲面的过程中，要使刀具不受损坏。一般来说，对粗加工而言，选择曲面内的最高角点作为曲面的切入点（初始切削点）。因为该点的切削余量较小（特别对余量不均匀的方型等型材和锻件毛坯），进刀时不易损坏刀具。对精加工而言，选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为曲面的切入点。因为在该点处，余量已均匀，刀具所受的弯矩较小，不易折断刀具。总之，要避免将铣刀当钻头使用，否则会因受力大、排屑不便而使刀具受损。（2）切入点选择的原则（3）切出点选择的原则主要考虑曲面能连续完整的加工及曲面与曲面间的非切削加工时间尽可能短，换刀方便，以提高机床的有效工作时间。对被加工曲面为开放型曲面，有曲面的两个角点可作为切出点，按上述原则择其一；若被加工曲面为封闭型曲面，则只有曲面的一个角点为切出点，自动编程时系统一般自动确定。（3）切出点选择的原则（二）进刀、退刀方式及进刀、退刀线的确定1．进刀、退刀方式及进刀（引入）、退刀（引出）线的概念进刀方式是指加工零件前，刀具接近工件表面的运动方式；退刀方式是指零件（或零件区域）加工结束后，刀具离开工件表面的运动方式。进刀、退刀线是为了防止过切、碰撞和飞边在切入前和切出后设置的引入到切入点和从切出点引出的线。（二）进刀、退刀方式及进刀、退刀线的确定2．进刀、退刀方式及进刀、退刀线的确定（1）沿坐标轴的轴方向直接进行进刀、退刀（2）沿给定的矢量方向进行进刀和退刀（3）沿曲面的切矢方向以直线进刀或退刀该方式从被加工曲面切矢方向以直线切入或切出工件表面。其优点是在工件表面的进刀、退刀处，不会留下驻刀痕迹，工件表面的加工精度高。如图2-2-22所示。（4）沿曲面的法矢方向进刀或退刀（5）沿圆弧段方向进刀或退刀该方式是刀具以圆弧段的运动方式切入或切出工件表面，引入、引出线为圆弧并且圆弧与曲面相切。如图2-2-23所示。（6）沿螺旋线或斜线进刀方式2．进刀、退刀方式及进刀、退刀线的确定图2-2-22直线与轮廓相切的进刀、退刀方式图2-2-22直线与轮廓相切的进刀、退刀方式图2-2-23圆弧使刀具与轮廓相切的进刀、退刀方式图2-2-23圆弧使刀具与轮廓相切的进刀、退刀方式（三）起始平面、返回平面、进刀平面、退刀平面和安全平面的确定1．起始平面是程序开始时刀尖的初始位置所在的平面，如前所述，一般定义在被加工零件的最高点之上50~100mm左右的某一位置上，一般高于安全平面。其对应的高度称为起始高度。在此平面上刀具以G00速度行进。2．返回平面是指程序结束时，刀尖所在的平面，它也定义在高出被加工表面最高点50~100mm左右的某个位置上，一般与起始平面重合。因此，刀具处于返回平面上时是非常安全的。其对应的高度称为返回高度。刀具在此平面上也以G00速度行进。（三）起始平面、返回平面、进刀平面、退刀平面和安全平面的确定3．进刀平面刀具以高速（G00）下刀至要切到材料时变成以进刀速度下刀，以免撞刀，此速度转折点的位置即为进刀平面，其高度为进刀高度。也有称为接近高度的，其转折速度称为进刀速度或接近速度。此高度一般在加工面和安全平面之间，离加工面5~10mm（指刀尖到加工面间的距离），加工面为毛坯面时取大值，加工面为已加工面时取小值。无此项设置必撞刀。4．退刀平面零件（或零件区域）加工结束后，刀具以切削进给速度离开工件表面一段距离（5~10mm）后转为以高速（G00）返回安全平面，此转折位置即为退刀平面，其高度为退刀高度。3．进刀平面5．安全平面是指当一个曲面切削完毕后，刀具沿刀轴方向返回运动一段距离后，刀尖所在的平面。它一般被定义在高出被加工零件最高点10~50mm左右的某个位置上，刀具处于安全平面时是安全的，在此平面上也以G00速度行进。这样设定安全平面既能防止刀具碰伤工件，又能使非切削加工时间控制在一定的范围内。其对应的高度称为安全高度。刀具在一个位置加工完成后，退回至安全高度，然后沿安全高度移动到下一个位置再下刀进行另一个表面的加工。5．安全平面二、逆铣、顺铣及切削方向、切削方式的确定（一）逆铣、顺铣的确定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．逆铣与顺铣的特点逆铣时，刀具从已加工表面切入，切削厚度从零逐渐增大。二、逆铣、顺铣及切削方向、切削方式的确定（一）逆铣、顺铣的确铣刀刃口有一钝圆半径，当其大于瞬时切削厚度时，实际切削前角为负值，刀齿在加工表面上挤压、滑行，切不下切屑，使这段表面产生严重冷硬层。下一个刀齿切入时，又在冷硬层表面挤压、滑行，刀齿容易磨损，同时使工件表面粗糙度值增大。并且，刀齿在已加工面处切入工件时，由于切屑变形大，切屑作用在刀具上的力使刀具实际切深加大，可能会产生“挖刀”式的多切，造成后续加工余量不足，此即“挖刀”现象。这种现象对大型复杂零件毛坯危害极大，严重时可能造成零件报废。同时刀齿切离工件时垂直方向的分力的方向使工件脱离工作台，需较大的夹紧力。逆铣的优点是刀齿从已加工表面切入，不会造成直接从过硬的毛坯面切入而打刀的问题。铣刀刃口有一钝圆半径，当其大于瞬时切削厚度时，实际切削前角为图2-2-24逆铣与顺铣1—螺母；2—丝杠图2-2-24逆铣与顺铣顺铣时，如图2-2-24b所示，刀具从待加工表面切入，刀齿的切削厚度从最大开始逐渐降为零，避免了挤压、滑行现象的产生，切屑分离时切削力很小，加工表面处光滑且不会产生“挖刀”，同时垂直方向的分力始终压向工作台，减小了工件的上下振动，因而能提高铣刀耐用度和工件加工表面质量。如果在丝杠与螺母传动副中存在着间隙情况下采用顺铣，当纵向分力逐渐增大至超过工作台摩擦力时，使工作台带动丝杠向左窜动，丝杠与螺母传动副右侧面出现间隙，如图2-2-24d所示，造成工作台颤动和进给不均匀，严重时会使铣刀崩刃。此外，在进行顺铣时遇到加工表面有硬皮，也会加速刀齿磨损甚至打刀。顺铣时，如图2-2-24b所示，刀具从待加工表面切入，刀齿的图2-2-24逆铣与顺铣1—螺母；2—丝杠图2-2-24逆铣与顺铣3．逆铣、顺铣的确定当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣。这正符合粗铣的要求，因此粗铣时应尽量采用逆铣。当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣。因为采用顺铣加工后，零件已加工表面质量好，刀齿磨损小，这正符合精铣的要求，因此，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。数控铣削加工时使用的数控设备基本都采用滚珠丝杠螺母副传动，进给机构一般无间隙，这时，如果加工的毛坯硬度不高，尺寸大，形状复杂，成本大，即使粗加工，也应采用顺铣，这对减少刀具的磨损和避免粗加工时逆铣可能产生“挖刀”式多切而造成的余量不足、工件可能报废大有好处。3．逆铣、顺铣的确定（二）切削方向和切削（走刀）方式的确定切削方向是指在切削加工时，刀具的运动方向；切削（走刀）方式是指生成刀具运动轨迹时，刀具运动轨迹的分布方式。这两个概念在数控铣削工艺分析时是非常重要的，选择是否合理会直接影响零件的加工精度和生产成本。其选择原则为：根据被加工零件表面的几何形状，在保证加工精度的前提下，使切削加工时间尽可能短。（二）切削方向和切削（走刀）方式的确定1．二维线框轮廓加工中的切削方向选择在制订零件轮廓的粗加工工艺时，考虑到零件表面的加工余量大，应采用逆铣方法，以便减少机床的振动；而在制订零件轮廓的精加工工艺时，考虑到精加工的目的是保证零件的加工精度和表面粗糙度，应采用顺铣方法。同时应注意防止刀具直接切入工件表面，留下驻刀痕迹，影响被加工表面的粗糙度，应沿零件轮廓的切线方向切入切出。1．二维线框轮廓加工中的切削方向选择2．三维曲面区域加工中的切削方向、走刀方式的选择在三维曲面区域加工的刀具运动轨迹生成技术中，可采用如下三种走刀方式：（1）往复型走刀方式刀具运动轨迹呈“己”型分布，该走刀方式的特点是：在切削加工过程中顺铣、逆铣交替进行，表面质量较差但加工效率高。（2）单方向走刀方式在切削加工过程中能保证顺铣或逆铣的一致性，编程员可根据实际加工要求选择顺铣或逆铣一种走刀方式。（3）环切走刀方式该刀具运动轨迹是一组被加工曲面的等参数封闭曲线。2．三维曲面区域加工中的切削方向、走刀方式的选择图2-2-25往复型走刀轨迹图2-2-25往复型走刀轨迹图2-2-26单方向走刀轨迹图2-2-26单方向走刀轨迹图2-2-27环切走刀轨迹图2-2-27环切走刀轨迹3．外轮廓拐角过渡方式外轮廓拐角过渡是指在切削过程中遇到外轮廓拐角时的过渡方式，一般为尖角和圆弧两种过渡方式，如图2-2-28所示。尖角：刀具从轮廓的一边到另一边的过程中，以直线的方式过渡。此方式刀具易产生“超程”现象（参见图2-2-69a）且工件边角比较尖锐。圆弧：刀具从轮廓的一边到另一边的过程中，以圆弧的方式过渡。此方式刀具不易产生“超程”现象但工件边角比较圆滑。3．外轮廓拐角过渡方式图2-2-28拐角过渡方式图2-2-28拐角过渡方式三、二坐标数控铣削加工刀具轨迹生成（一）概述1．基本概念（1）平面轮廓平面轮廓是指在一平面内一系列首尾相接曲线的集合，分为开轮廓、闭轮廓，如图2-2-29所示，图a为开轮廓，图b为闭轮廓。在制订二轴数控铣削加工走刀轨迹时，常常需要指定图形的平面轮廓，用来界定被加工的区域或被加工的图形本身。如果轮廓是用来界定被加工区域的，则要求指定的轮廓是闭合的；如果加工的是轮廓本身，则轮廓也可以不闭合。三、二坐标数控铣削加工刀具轨迹生成图2-2-29轮廓示例图2-2-29轮廓示例（2）区域和岛区域指由一个闭合平面轮廓围成的内部空间，其内部可以有“岛”。岛也是由闭合轮廓界定的。区域指外轮廓和岛之间的部分。由外轮廓和岛共同指定待加工的区域，外轮廓用来界定加工区域的外部边界，岛用来屏蔽其内部不需加工或需保护的部分，如图2-2-30所示。同时轮廓和岛可以嵌套使用，即岛内还可以再有岛。（2）区域和岛图2-2-30轮廓与岛的关系图2-2-30轮廓与岛的关系2．二坐标数控加工主要对象（1）外形轮廓平面上的外形轮廓分为内轮廓和外轮廓，其刀具中心轨迹为外形轮廓线的等距线，如图2-2-31所示。图2-2-31外形轮廓及数控加工刀具中心轨迹2．二坐标数控加工主要对象图2-2-31外形轮廓及数控加（2）二维型腔二维型腔是指以平面封闭轮廓为边界的平底直壁凹坑。内部全部加工的为简单型腔，内部有不许加工的区域（岛）或只加工到一定深度（比型腔外面低）的为带岛型腔。其数控加工分为行切和环切法两种切削加工方式，如图2-2-32所示。图2-2-32二维型腔数控加工刀具轨迹（2）二维型腔图2-2-32二维型腔数控加工刀具轨迹（3）孔孔的加工包括钻孔、镗孔和攻螺纹等操作，要求的几何信息仅为平面上的二维坐标点，至于孔的大小一般由刀具来保证（大直径孔的铣削加工除外）。（4）二维字符平面上的刻字加工也是一类典型的二坐标加工，按设计要求输入字符后，采用雕刻刀雕刻加工所设计的字符，其刀具轨迹一般就是字符轮廓轨迹，字符的线条宽度一般由雕刻刀刀尖直径来保证。（3）孔3．二坐标数控加工的方法（1）两轴加工机床坐标系的和轴两轴联动，而轴固定，即机床在同一高度下对工件进行切削。两轴加工适合于铣削平面图形。（2）两轴半加工X、Y、Z三轴中任意两轴联动，第三轴周期进给，可以实现分层加工立体零件，每层在同一高度上进行两轴加工，层间有第三轴轴向的移动。3．二坐标数控加工的方法（二）外形轮廓数控铣削加工刀具轨迹生成外形轮廓加工，一般分为粗加工和精加工等多个工序。确定粗精加工刀具轨迹生成方法可通过刀具半径补偿途径来实现，即在采用同一刀具的情况下，先制订精加工刀具轨迹，再通过改变刀具半径补偿值的方式进行粗加工刀具轨迹设定。另外，也可以通过设置粗精加工次数及余量来设定粗精加工刀具轨迹。图2-2-33所示为二维轮廓粗、精加工刀具轨迹，图2-2-33a为二维轮廓，图2-2-33b为粗、精加工刀具轨迹。（二）外形轮廓数控铣削加工刀具轨迹生成图2-2-33二维轮廓粗、精加工刀具轨迹图2-2-33二维轮廓粗、精加工刀具轨迹（三）二维型腔（内槽区域）数控加工刀具轨迹生成二维型腔加工能自动地清除在边界区域（可以包含孤岛）内的材料，边界能够被定义为凸向区域或带有多重嵌套狭窄的非凸区域。首先选择最大轮廓边界曲线，它决定区域加工的范围；选择一个或多个孤岛，它确定了非加工的保护区域；选择总加工深度或进刀次数及每次进刀深度；选择切削方式，有行切法和环切法可供选择；选择切削方向，它可以用两点或一个矢量来定义；选择跨步方向，对平头刀而言，可指定重叠量或行距来控制刀具运动轨迹的蔬密，对球头刀而言，可指定残留高度或行距来控制刀具运动轨迹的蔬密。键入上述信息后，计算机就能生成加工所需的刀具运动轨迹。（三）二维型腔（内槽区域）数控加工刀具轨迹生成1．行切法加工刀具轨迹生成（1）这种加工方法的刀具轨迹计算过程是：根据型腔轮廓形状，首先确定走刀轨迹的角度（与X轴的夹角），可以是0°（与X轴平行）、90°（与Y轴平行）或任意其它方向的角度，然后根据刀具半径及加工精度要求确定走刀步长l，接着根据平面型腔边界轮廓外形（包括岛屿的外形）、刀具半径和精加工余量计算行距s并确定各切削行的刀具轨迹，最后将各行刀具轨迹线段有序连接起来，连接的方式可以是单向（顺铣或逆铣方式不变），也可以是双向（顺铣逆铣方式交替变化）。单向连接因换向需要抬刀（到安全面高度），遇到岛屿时也需要抬刀，双向连接则不需要抬刀。1．行切法加工刀具轨迹生成（2）对于有岛屿的刀具轨迹线段的连接，需要采用以下步骤确定：1）生成封闭的边界轮廓（含岛屿的边界）2）生成边界（含岛屿的边界）轮廓等距线，如图2-2-34所示图2-2-34边界轮廓等距线的生成（2）对于有岛屿的刀具轨迹线段的连接，需要采用以下步骤确定：3）计算各行刀具轨迹从刀具路径角度方向（本例与轴平行）与上述边界轮廓等距线的第一条切线的切点开始逐行计算每一条行切刀具轨迹线与上述等距线的交点，生成各切削行的刀具轨迹线段，如图2-2-35所示。图2-2-35行切加工刀具轨迹线段生成3）计算各行刀具轨迹图2-2-35行切加工刀具轨迹线段生4）有序联接各刀具轨迹线段从第一条刀具轨迹线段（所有线段均为直线，第一条可能只有一个切点）开始，将前一行最后一条刀具轨迹线段的终点和下一行第一条刀具轨迹的起点沿边界轮廓等距线连接起来，同一行中的不同刀具轨迹线段则要通过抬刀再下刀的方式将刀具轨迹连接起来，即在前一段刀具轨迹的终点处将刀具抬起至安全面高度，用直线连接到下一段刀具轨迹起点的安全面高度处，再下刀至这一段刀具轨迹的起点进行加工，如图2-2-36a所示；或沿岛屿的等距线运动到下一行的下一条刀具轨迹线段的起点将刀具轨迹连接起来，如图2-2-36b所示。4）有序联接各刀具轨迹线段图2-2-36刀具轨迹线段的有序联接图2-2-36刀具轨迹线段的有序联接5）最后沿型腔和岛屿的等距线运动，生成最后一条刀具轨迹，如图2-2-37所示。图2-2-37沿型腔和岛屿的等距线运动的刀具轨迹5）最后沿型腔和岛屿的等距线运动，生成最后一条刀具轨迹，如图2．环切法加工刀具轨迹生成环切法加工分为顺铣（图2-2-38）或逆铣（图2-2-39），其刀具轨迹是沿型腔边界走等距线，优点是铣刀的切削方式不变。图2-2-38顺铣图2-2-39逆铣2．环切法加工刀具轨迹生成图2-2-38顺铣图2-2-40所示为某零件型腔的边界轮廓及其环切法加工的刀具轨迹图。图2-2-40复杂型腔环切法加工刀具轨迹图2-2-40所示为某零件型腔的边界轮廓及其环切法加工的刀具平面型腔的环切法加工刀具轨迹的计算可以归结为平面封闭轮廓曲线的等距线计算。可以采用直接偏置法，如图2-2-41所示。图2-2-41直接偏置法生成等距线平面型腔的环切法加工刀具轨迹的计算可以归结为平面封闭轮廓曲线（四）二维字符数控加工刀具轨迹生成平面上的字符雕刻是一种常见的切削加工，其数控雕刻加工刀具轨迹生成方法依赖于所要雕刻加工的字符。原则上讲，凹陷字符雕刻加工刀具轨迹采用外形轮廓铣削加工的方式沿着字符轮廓生成。对于线条型字符和斜体字符，直接利用字符轮廓生成字符雕刻加工刀具轨迹，同一字符不同笔划间和不同字符间采用抬刀—移位—下刀的方法将分段刀具轨迹连接起来，形成连续的刀具轨迹。这种刀具轨迹不考虑刀具半径补偿，字符线条的宽度直接由刀尖直径确定。如果要使字符呈凸起状态，则要将字符定义为岛屿，按带岛屿的型腔加工方法生成凸起字符的数控雕刻加工刀具轨迹。（四）二维字符数控加工刀具轨迹生成四、多坐标数控铣削加工刀具轨迹生成许多零件表面特别是复杂模具零件表面是由复杂空间曲面构成的，如图2-2-42所示模具零件的型面。这些表面的数控铣削加工是通过生成多坐标数控铣削加工刀具轨迹来进行的。四、多坐标数控铣削加工刀具轨迹生成图2-2-42模具零件的型面图2-2-42模具零件的型面（一）概述1．多坐标数控加工有关的基本概念（1）常见数控铣削加工曲面的概念及种类1）直纹面是由一条母线（直线）两端点分别在两条不重合空间曲线上连续运动而形成的轨迹曲面，亦即两曲线间的参数对应点用直线段连接而成的曲面。2）旋转面是指一轮廓曲线绕某一轴线旋转一定的角度而生成的曲面。（一）概述3）扫描面在截面上定义一个截面曲线，截面曲线沿一个或两个轮廓曲线扫描所形成的曲面。4）昆氏（Coons）曲面昆氏曲面的基本构思是将一个复杂的空间曲面划分成若干“曲面片”，每一个“曲面片”是由四条任意的边界曲线调配成一个光滑的小曲面，这些小曲面之间的梯度和曲率能保持连续。3）扫描面5）放样面以一组互不相交、方向相同、形状相似的特征线（或截面线）为骨架进行形状控制，过这些曲线蒙面生成的曲面称为放样面。6）网格面由特征线组成横竖相交线的网格曲线，以这些网格曲线为骨架，蒙上自由曲面而生成的曲面。自由曲面一般为B样条曲面、NURBS曲面（非均匀有理B样条曲面）等。5）放样面（2）与刀具切削轨迹有关的几个基本概念1）切触点指刀具在加工过程中与被加工零件曲面的理论接触点。对于曲面加工，不论采用什么刀具，从几何学的角度来看，刀具与加工曲面的接触关系均为点接触。2）切触点曲线指刀具在加工过程中由切触点构成的曲线。刀具轨迹生成的依据就是切触点曲线。切触点曲线可以是曲面上实在的曲线，如曲面的等参数线、二曲面的交线等，也可以是对切触点的约束条件所隐含的“虚拟”曲线。如约束刀具沿导动线运动，而导动线的投影可以定义刀具在加工曲面上的切触点，还可以直接定义刀具中心轨迹，切触点曲线由刀具中心轨迹隐式定义。（2）与刀具切削轨迹有关的几个基本概念3）刀位点数据指准确确定刀具在加工过程中每一位置所需的数据。4）刀具轨迹曲线指在加工过程中由刀位点运动构成的曲线，曲线上的每一点包含一个刀轴矢量。刀具轨迹曲线一般由切触点曲线及定义刀具偏置计算得到，计算结束存放于刀位文件。5）导动规则指曲面上切触点曲线的生成方法（如参数线法、截平面法等）及一些有关加工精度的参数（如步长、逼近误差、行距、残留高度等）。3）刀位点数据2．多坐标数控铣削的主要加工对象一般来说，多坐标数控铣削可以加工任何复杂曲面的零件。根据零件的形状特征进行分类，可以归纳为如下几种主要加工对象（或加工特征）：①曲面区域加工；②曲面型腔加工；③多曲面连续加工；④曲面间过渡区域加工；⑤裁剪曲面加工等。2．多坐标数控铣削的主要加工对象（二）多坐标数控加工刀具轨迹生成方法（1）刀具运动轨迹准确无误，无过切、扎刀等质量问题；（2）刀具运动轨迹分布均匀、整齐、便于钳工维修；（3）所生成的刀具运动轨迹应与各类复杂表面的加工精度要求相适应；（4）在刀具运动轨迹中，应绝对避免主轴碰撞工件而损坏机床；（5）在刀具运动轨迹中，刀具受力均匀，避免不必要的冲击力作用而使刀具受到损坏；（6）在刀具运动轨迹中，应缩短直至避免刀具空刀运动轨迹的产生，以提高加工效率。（二）多坐标数控加工刀具轨迹生成方法1．参数线法曲面参数线加工方法是多坐标数控加工中生成刀具轨迹的主要方法之一，特点是切削行沿曲面的参数线分布，即切削行沿线或线分布，适用于网格比较规整的参数曲面的加工。（1）等参数步长法等参数步长法是在整条参数线上按等参数步长计算点位。（2）局部等参数步长法即加工带在参数曲线v方向上按局部等参数步长（曲面片内，实际就是行距）分布；在切削进给路线上，走刀步长根据逼近误差进行计算，方法是在每一段u参数曲线上，按最大曲率估计步长，然后按等参数步长进行离散。1．参数线法图2-2-43参数线加工的刀具轨迹分布图2-2-43参数线加工的刀具轨迹分布2．截平面法截平面法是指采用一组截平面去截取加工表面，截出一系列交线，刀具与加工表面的切触点就沿着这些交线运动，完成曲面的加工。该方法使刀具与曲面的切触点轨迹在同一平面上。截平面可以定义为一组平行的平面（称平行走刀方式），也可以定义为一组绕某直线旋转的平面，如图2-2-44所示，图2-2-44a为截平面绕一直线旋转，图2-2-44b为截平面平行于轴，图2-2-44c为截平面与X轴的夹角为20°。一般来说，截平面平行于刀具轴线，即与Z坐标轴平行。平行截面与X轴的夹角可以为任意角度。若一组截平面与Z轴垂直，则为等高方式加工。2．截平面法图2-2-44截平面法加工的刀具轨迹图2-2-44截平面法加工的刀具轨迹3．回转截面法回转截面法是指采用一组回转圆柱面去截取加工表面，截出一系列交线，刀具与加工表面的切触点就沿着这些交线运动，完成曲面的加工。一般情况下，作为截面的回转圆柱面的轴心线平行坐标轴，如图2-2-45所示。该方法要求首先建立一个回转中心，接着建立一组回转截面，并求出所有的回转截面与待加工表面的交线，然后对这些交线根据刀具运动方式进行串联，形成一条完整的刀具轨迹。回转截面法加工可以从中心向外扩展，也可以由边缘向中心靠拢。回转截面法适用于曲面区域、组合曲面、复杂多曲面和曲面型腔的加工轨迹生成。3．回转截面法图2-2-45回转截面法加工的刀具轨迹图2-2-45回转截面法加工的刀具轨迹4．投影法对投影型刀具运动轨迹来说，应先在二维平面内定义刀具运动轨迹，为导动曲线，然后把该二维刀具运动轨迹投影到被加工曲面上，生成加工三维曲面所需的刀具运动轨迹。导动曲线在待加工表面上的投影一般为切触点轨迹，也可以是刀心点轨迹。切触点轨迹适合于单一曲面的加工，而对于有干涉面的场合，限制刀心点更为有效。导动曲线在待加工表面上的投影一般为切触点轨迹，也可以是刀心点轨迹。4．投影法图2-2-46投影法加工图2-2-46描述了投影法加工限制切触点和限制刀心点的区别。图2-2-46投影法加工图2-2-46描述了投影导动曲线的定义依加工对象而定。对于曲面上要求精确成形的轮廓线，如曲面上的花纹、文字和图形，可以事先将轮廓线投影到工作平面上作为导动曲线。多个嵌套的内环与一个外环曲线作为导动曲线可用于限定曲面上的加工区域。对于曲面型腔的加工，便可采用平面型腔的加工方法：首先将型腔底面与边界曲面和岛屿边界曲面的交线投影到工作平面上，按平面型腔加工方法生成一组刀具轨迹，然后将该刀具轨迹反投影到型腔曲面上，限制刀尖位置，便可生成加工曲面型腔型面的刀具轨迹。导动曲线的定义依加工对象而定。对于曲面上要求精确成形的轮廓线图2-2-47投影法加工图2-2-47是用投影法加工生成刀具轨迹的几个例子图2-2-47投影法加工图2-2-47是用投影法加工生成（三）常见曲面刀具轨迹生成1．旋转面对旋转面来说，一般沿圆周方向进行切削，并选择单方向切削方式。其好处为：在同一条切削轨迹中，切削余量均匀，刀具受力平稳。在切削过程中，切削余量从小到大均匀地变化，这样有利于保护刀具。但具体情况稍有区别。对盘状旋转面而言，不论是生成粗加工刀具运动轨迹，还是精加工刀具运动轨迹，一般选坐标值较小的曲面角点为进刀点，选择环切走刀方式及圆周方向为切削加工方向。其优点为：所生成的刀具运动轨迹分布均匀、整齐，便于钳工修整；刀具受力均匀，排屑方便；切削加工时间短。（三）常见曲面刀具轨迹生成图2-2-48盘状旋转面的刀具运动轨迹图2-2-48盘状旋转面的刀具运动轨迹对轴类旋转面而言，应根据粗、精加工要求生成数控加工所需的刀具运动轨迹。由于在生成粗加工刀具运动轨迹时，主要考虑切削加工过程中刀具受力是否均匀、排屑是否方便及加工效率等因素，因此，应选择双向走刀方式、轴向为切削加工方向，而且刀具运动轨迹是按先深后浅方式分布。刀具运动轨迹见图2-2-49。而对精加工刀具运动轨迹而言，应选择圆周方向为切削加工方向，这样就能生成均匀、整齐，便于钳工修整的高质量刀具运动轨迹。刀具运动轨迹见图2-2-50。对轴类旋转面而言，应根据粗、精加工要求生成数控加工所需的刀具图2-2-49轴类旋转面粗加工刀具运动轨迹图2-2-49轴类旋转面粗加工刀具运动轨迹图2-2-50轴类旋转面精加工刀具运动轨迹图2-2-50轴类旋转面精加工刀具运动轨迹2．直纹面图2-2-51所示为封闭直纹环面，生成这类曲面的粗、精加工刀具运动轨迹时，应选择环切走刀方式及周边方向为切削加工方向，刀具运动轨迹按先深后浅顺序分布，这样能使零件的加工精度、效率及刀具的受力都处于最佳状态。图2-2-51封闭直纹环面的刀具运动轨迹2．直纹面图2-2-51封闭直纹环面的刀具运动轨迹对于非封闭型直纹面一般选择双向走刀方式，这样能减少切削加工时间，同时也能保证零件的加工精度；切削方向应根据直纹面的形状特征及曲面的长宽比大小来合理地确定。图2-2-52特定直纹面的刀具运动轨迹对于非封闭型直纹面一般选择双向走刀方式，这样能减少切削加工时（四）多曲面连续加工刀具运动轨迹生成多曲面连续加工是指按一定的要求对一组曲面同时进行数控加工，并提供每个曲面内的校验及预防曲面间的加工过切等功能的加工方法。其刀具运动轨迹按如下方式定义：刀具运动轨迹在坐标面上的投影由给定行距和切削方向的导动线来控制，而切削加工深度则由一组所定义的被加工曲面来控制。导动线一般应定义在坐标面上，但也可以在空间状态下定义。如果在空间状态下定义，则应以导动线在坐标面上的投影线来控制刀具中心的运动。复杂多曲面刀具轨迹的计算常用的一种处理方法是：先将多张曲面逼近表示成一张曲面，一般用小三角片逼近表示，然后采用多面体曲面加工刀具轨迹计算方法或离散刀具轨迹计算方法生成逼近曲面加工的刀具轨迹。（四）多曲面连续加工刀具运动轨迹生成（五）曲面型腔加工刀具轨迹生成曲面型腔是机械零件上比较典型的加工单元，种类繁多，形状各异，但归纳起来，可分为两大类：即普通曲面型腔和带岛曲面型腔。曲面型腔可视为在一张具有封闭内环的曲面上沿该内环边界挖腔而生成的。一般来说，曲面型腔的加工采用三坐标加工方法。至于一些特殊的需要采用四、五坐标加工的曲面型腔，则需要根据实际情况采用特殊的加工方法。在三坐标数控机床上加工曲面型腔，要求型腔型面沿坐标方向单调。（五）曲面型腔加工刀具轨迹生成1．曲面型腔粗加工（1）确定铣削加工面（含余量）在毛坯上的最高位置。（2）确定型腔分层铣削的切削深度。（3）从铣削加工面在毛坯上的最高位置开始，根据分层切削深度依次用垂直于Z轴的截平面去截曲面型腔，形成一系列封闭截交线。（4）在每一截平面内按平面型腔的行切或环切加工方式确定每一层的刀具轨迹。（5）如果曲面型腔带有岛屿，不宜用螺旋线或斜线进刀，要预先钻一个工艺孔，工艺孔位置一般选在型腔最深的位置。粗铣型腔加工的操作顺序是：先钻工艺孔，然后分层铣削，直到铣削完最后一层。1．曲面型腔粗加工2．曲面型腔精加工曲面型腔精加工主要方法有截平面法和投影法，但从本质上讲，曲面型腔型面精加工刀具轨迹的计算可以归结为组合曲面、裁剪曲面、曲面交线区域、曲面间过渡区域以及复杂曲面等加工特征刀具轨迹的计算与编辑。曲面型腔型面的精加工一般采用球形刀，对于一些特殊的型腔，平底刀也有一定的应用。图2-2-53所示为带岛曲面型腔底面精加工一个实例。2．曲面型腔精加工图2-2-53曲面型腔底面精加工刀具轨迹图2-2-53曲面型腔底面精加工刀具轨迹（六）曲面间过渡区域加工刀具轨迹生成曲面间过渡区域加工是一种比较独特的区域加工方法，一般采用截平面法进行加工，或定义成过渡曲面后，用参数线法进行加工。曲面间过渡区域一般要求为等半径圆弧过渡曲面或变半径圆弧过渡曲面。一旦生成一完整的过渡曲面（参数曲面形式），便可采用参数线法进行加工。最简单的过渡区域加工刀具轨迹生成方法是两曲面间采用等半径圆弧过渡，该半径正好是加工所用球形刀的刀具半径，可直接采用曲面交线清根加工刀具轨迹的生成方法。这类曲面的粗、精加工所需的刀具运动轨迹都应选择交线方向为切削运动方向且采用双向走刀方式。（六）曲面间过渡区域加工刀具轨迹生成（七）裁剪曲面加工刀具轨迹生成裁剪曲面一般表现为如下两种形式：孔边界裁剪和岛屿边界裁剪。图2-2-54所示为一光滑曲面（三个曲面片组合而成）被一个孔和一个岛屿裁剪的情形，主环与岛屿环和型腔环围成的区域为裁剪后的零件面待加工区域。（七）裁剪曲面加工刀具轨迹生成图2-2-54裁剪曲面的加工区域图2-2-54裁剪曲面的加工区域裁剪曲面的数控加工刀具轨迹具有以下特点（1）裁剪之前的曲面是连续的，而且往往是光滑的，可以利用参数线法或截平面法生成数控加工刀具轨迹。（2）被孔裁剪的裁剪曲面，不论孔的形状如何，如果孔的直径远小于待加工曲面的话，数控加工编程时可以不考虑孔的存在，而将裁剪曲面作为一个整体进行刀具轨迹规划。（3）如果孔的直径比较大的话，为了提高加工效率，可将跨越孔的刀具轨迹线段提高进给速度。这时需要对整体刀具轨迹进行裁剪，将加工区域刀具轨迹线段与跨越孔的刀具轨迹线段分开。如图2-2-55所示。裁剪曲面的数控加工刀具轨迹具有以下特点图2-2-55快速跨越孔裁剪曲面的加工图2-2-55快速跨越孔裁剪曲面的加工（4）被岛屿裁剪的裁剪曲面的加工，可以按带岛屿的型腔加工刀具轨迹计算方法生成刀具轨迹。另外，也可以直接利用参数线法或截平面法生成整个曲面数控加工的刀具轨迹，接着用岛屿的边界（内环）对整体刀具轨迹进行裁剪，去掉跨越岛屿的刀具轨迹线段。裁剪刀具轨迹时，需要对岛屿的边界指定一个正的加工余量，加工余量应略大于刀具半径。然后设置刀具回避岛屿的方式：抬刀或沿岛屿最短边界