数控加工工艺策略

数控铣削加工的基本策略

广州番禺职业技术学院机电系张钟

(ZZ26668080@163.COM)2008-08-271学科教学——学习模型（金字塔）哲学命题：理论是实践的基础，实践建立在理论的平台上教育：先建立理论平台再进行实践Leaning(Teaching)BeforeDoing课程：学科系统化课程适应领域：科学研究工程设计实践专门理论基础理论2职业教学——学习模型（同心圆）

哲学命题：理论是实践的背景，实践中内化和提升理论教育：做中学，在学习中构建理论体系LearningIn(By)DoingInsteadOfTeaching课程：任务驱动行动导向产学研结合适应领域：技术应用（以技术为核心的外延）技术理论知识技术实践知识工作任务3实施一体化课程应注意避免:1.将学科体系的理论课搬到实训室来上,换汤不换药.没有综合的项目训练,体现不到完整的工作过程.2.理论实践一体化就是把理论化掉,只有单纯的技能训练.缺乏工作领域理论知识的指点传授,没有策略性教育.学生只知道怎样做,却不知道怎样才能够做得又快又好.4用人单位招聘的启示只有理论知识,没有实践工作经验的毕业生,工作中不能综合权衡质量、效率、成本等因素,肯定不受欢迎.只有实践经验,缺乏理论素养支撑的老员工,墨守陈规、不能创新求变,同样也不受欢迎.因为十年的工作经验也可能只是十次一年的工作经验而已.56基本工艺要求

加工尺寸准确

保证加工质量

提高加工效率

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1.加工尺寸准确1.1无“过切”现象。例如：进、退刀时容易造成过切，加工高度设定出错，或者漏选、错选加工面、保护面造成过切。8

1.加工尺寸准确1.2无“漏切”现象。例如凹曲面加工用平底刀铣不到底（参考图1），球刀、圆角刀加工不到直角台阶（参考图2），或者尺寸加工不到位。

图1平底刀加工凹面图2球刀加工直角台阶91.加工尺寸准确1.3工艺死角的圆角半径尽可能小（可参考长径比小于五选取刀具）。例如：铣矩形凹槽始终会存在加工圆角。102.保证加工质量2.1特别注意刀具刚性要好，以免加工中刀具变形，造成“弹刀”、“抢刀”、“包刀”、“顶底”等现象，影响加工质量。2.1.1一般刀具长径比要小于五，例如直径6mm的刀具装夹长度不要超过30mm。在保证安全的同时，应尽可能缩短刀具的装夹长度。112.1特别注意刀具刚性要好2.1.2对于需要装夹较长的刀具进行粗加工时,应分段采用不同的切削用量,装夹不同长度的同一直径刀具进行加工，就能显著提高加工效率。例如长度160mm直径32mm的刀具，可以分别装夹70mm、120mm、160mm三次进行加工。同一直径的刀具应预备有几支不同长度供切削使用。2.1.3一般不要用球刀开粗，要选用平底刀或圆角刀开粗，其刚性较好。无法用较小平底刀加工到底的曲面凹槽才能用球刀开粗。122.1特别注意刀具刚性要好2.1.4根据工件的形状，在保证安全下，可采用加长杆（小夹头）装夹刀具或采用自制锥柄刀具以增加刀具刚性。（参考图3）132.保证加工质量2.2开粗加工不得垂直下刀，以免刀具“顶底”而损坏。因为平底刀或圆角刀中心无切削刃，并且不易排屑。要在工件毛坯以外下刀或者采用螺旋下刀、斜向下刀方式，角度一般小于3゜，参数设定要合理。142.保证加工质量2.3保持刀具在切削过程中负荷基本稳定，加工余量均匀，走刀方式合理。152.3保持刀具在切削过程中负荷基本稳定2.3.1对于工艺死角位开粗后，要先用较小刀具清角（局部加工），以免精加工到拐角时，刀刃与工件的接触宽度急剧增加（“包刀”现象），负荷突然变大而振动引起崩刃甚至断刀。162.3保持刀具在切削过程中负荷基本稳定2.3.2对于多曲面连续加工，若有明显的凸台、凹坑出现，要先用较小刀具局部清角或做出辅助面进行保护，特别注意避免：加工过程中刀路“大起大落”不畅顺（例如参考图5），加工余量“时大时小”不均匀。因为如果刀具接触面突然变大，就容易产生“弹刀”过切。图5有按键孔的鼠标电极精加工172.3保持刀具在切削过程中负荷基本稳定2.3.3采用等高粗加工后，对工件平坦部位出现较大台阶（参考图14），要改变走刀方式进行半精加工，以保证精加工时余量均匀。18192.3.4对于侧壁与底面的组合加工，要先精加工底面（与侧壁保持安全距离）到位，然后精加工侧壁到底（参考图6）。以避免当侧壁加到底时，刀具的侧刃与底刃同时受力，产生振动而影响底面的表面质量（参考图7）。图6“先底后侧”加工图7“先侧后底”加工（注意避免）202.3保持刀具在切削过程中负荷基本稳定2.3.5对于四周斜面与底面倒圆角造型的型腔，采用球刀等高环绕精加工，当加工到其圆角时，刀具切削接触面突然变大，易产生振动“弹刀”，出现“倒扣”现象（参考图8）。首先要半精加工，再用小于该圆角半径1.5mm左右的球刀精加工,或者采用平底刀往复走刀加工。212.3.6为保持刀具切削受力稳定，一般都要采用逐层环绕加工方式走刀（参考图14），要避免“上下坡”式走刀加工。特别是对于侧壁较陡又较高的工件，不要采用“上下坡”走刀方式来回加工。因为存在加工余量，“上坡”时刀具侧刃与工件接触长度过大会发生“撞刀”（参考图9）。可以采用从上到下单向（下坡）走刀加工（参考图8）或等高环绕加工方式（参考图14）。图8“下坡”加工（注意）图9“上坡”加工（注意避免）222.4

数控编程的工艺规划一般采用粗加工、清角加工、半精加工、精加工四个工序。2.4.1若工件形状简单，或圆角足够大，可省略清角加工；若工件尺寸较小，也可省略半精加工；但工件开粗后余量不均，台阶相差大，要增加局部半精工，以保证精加工时余量基本均匀。2.4.2加工工序要由粗到精逐步进行，加工余量由大到小。除非加工余量极小，不得只用一个工序精加工到尺寸。2.4.3工序之间余量要预留充分，以免精加工后仍残留粗加工痕迹。余量选取参考2.7.3。233.选手的加工工艺编排技术有很大提高，但水平差别较大，普遍反映在未按尺寸差异较大区域进行分区域进行加工、加工顺序安排、走刀方向等欠缺考虑例：某考生造型成绩34分、仿真100分、编程得分仅18分(来自大学生CAD\CAM软件大赛技术总结的案例)242.5

精加工刀具轨迹相对被加工表面的空间切削间距应均匀一致，以避免刀路疏密不一，造成局部区域刀痕粗、表面质量差。2.5.1注意加工方向的选择要与工件表面上关键的棱线成某一角度，否则不能加工出清晰的棱线。例如四方形工件的精加工要采用45°平行走刀（参考图12），不要用0°或90°平行走刀（参考图10、11），才能保证四边都清晰。25

图100°平行走刀（注意避免）图1190°平行走刀（注意避免）

图1245°平行走刀图13“四分法”走刀262.5.2工件平坦部位可采用45°平行往复走刀加工，工件四周斜面可采用等高环绕加工，还可根据工件形状进行组合加工（参考图14、15）。图14只做等高环绕加工（注意）图1545°平行走刀与等高环绕加工组合272.5.3可采用“四分法”进行精加工。用十字线将工件划分为四个区域，采用45°或135°平行走刀加工，以保证四个圆角位置的表面质量（参考图13）。282.保证加工质量2.6尽量采用高耐磨性、高精度的刀具进行精加工（例如硬质合金涂层、立方氮化硼、金属陶瓷等刀具），以免刀具磨损影响工件加工精度和表面质量。292.保证加工质量2.7为提高加工质量和加工效率，要合理设置数控加工艺参数。包括加工余量、切削容差、残留高度、切削进给速度（F），主轴转速（S），加工步距、吃刀深度等。302.7合理设置数控加工艺参数2.7.1主轴转速度与切削进给速度要基本符合公式算结果。主轴转速切削进给速度F=S*N*fZ

312.7合理设置数控加工艺参数2.7.2精加工切削容差（切削精度）一般控制在0.01mm，否则曲面会起棱线，影响表面质量。容差如果取太小，电脑计算刀路时间会太长。粗加工、半精加工精度可设定为加工余量的1/10。2.7.3一般而言，精加工球刀步距取0.3～0.5mm，粗加工步距（切削宽度）平底刀大约取0.7*D（刀具直径），圆角刀大约取0.8*D-2*R（刀具圆半径）；粗加工余量0.6～1.5mm，半精加工余量0.2～0.5mm，精加工余量为0；粗加工吃刀深度0.8～2.5mm。322.保证加工质量2.8数控机床加工一般要采用顺铣，以获得较好的表面质量。仅在开粗有“黑皮”时（加工锻造毛坯）才用逆铣加工。2.9保证加工的安全性。例如根据工件形状，要预留安全高度，并选取适当的刀具长度，保证刀具及刀柄不会与工件发生碰撞或挤檫，以免造成刀具或工件的损坏；对压板螺栓装夹的工件，要在相应的位置做出保护面，以免铣伤压板并造成工件移位。333.提高加工效率3.1提高数控加工效率的首要原则是“大刀开粗，小刀清角”。粗加工要选择足够大并有足够的切削能力的刀具快速去除材料；精加工要使用较小的刀具，能加工到每一个角落，把工件结构形状完全加工出来。343.1“大刀开粗，小刀清角”3.1.1不能只用较小刀具就完成粗、精加工，因为较小刀具粗加工的效率太低。例如直径32mm刀具半径是直径8mm刀具的4倍，但加工面积却相差16倍。而且较大刀具刚性好，吃刀深度和切削进给速度要明显高于较小刀具。353.1“大刀开粗，小刀清角”3.1.2但是对于较小的工件，如果选取刀具较大其切削受力也大，易发生加工变形