2.1加工工艺分析

工序的划分方法工序划分主要考虑生产纲领、所用设备及零件本身的结构和技术要求等。大批量生产时，若使用多轴、多刀的高效加工，可按工序集中原则组织生产;若在由组合机床组成的自动线上加工，工序一般按分散原则划分。·在数控机床上加工零件，一般按工序集中原则划分工序，划分方法如下:1、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待加工表面较多，机床连续工作时间过长，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。2、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。这种方法适用于工件的加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检验状态。3、按粗、精加工划分即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零件，如毛坯为铸件，焊接件或锻件。4、按加工部位即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零件，如毛坯为铸件，焊接件或锻件。工序的集中与分散工序集中

优点：在一次安装中可加工出多个表面，不但减少了安装次数，而且易于保证这些表面之间的位置精度所用机器设备的数量少，生产线的占地面积小，使用的工人也少，易于管理缺点：需采用高效的专用机床和工艺装备，机床结构通常较为复杂，调整和维修比较困难单件小批生产采用工序集中

工序集中：即每一工序中能加工尽可能多的加工面，以减少总的加工工序。

工序分散优点：机床设备及工装比较简单，调整方便，生产工人易于掌握可以采用最合理的切削用量，减少机动时间缺点：设备数量多，操作工人多，生产面积大大批量生产采用工序分散

工序分散即是将零件的各加工部位分别由多个工序来完成基准先行先主后次先粗后精先面后孔1-切削加工工序2-热处理工序预备热处理消除残余应力处理最终热处理表面装饰性镀层一般安排在机械加工前粗加工、半精加工和精加工之间一般安排在精加工前一般都安排在机械加工完毕后加工顺序的安排先内后外毛坯制造粗加工半精加工精加工退火或正火调质淬火，渗碳等时效改善切削性能，消除内应力获得细致均匀的组织,提高零件的综合机械性能消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力获得高硬度组织

电镀、发兰、渗氮、渗硼耐磨、耐蚀、装饰

3-辅助工序自检重要工序的前后送往外车间加工之前全部加工工序完成淬火工序之前全部加工工序完成检验去毛刺倒棱清洗防锈去磁和平衡加工顺序的安排

1、数控铣床夹具与安装（1）通用夹具1）机用虎钳2）三爪卡盘3）圆盘工作台4）分度工作台5）压板夹紧安装（2）组合夹具（3）专用夹具（4）可调夹具（1）通用夹具——1）机用虎钳在数控铣削加工中，当粗加工、半精加工和加工精度要求不高时，对于较小的零件是利用机用虎钳进行装夹的。常用来装夹矩形和圆柱形一类的工件。图4－18机用虎钳（1）通用夹具——2）三爪卡盘在数控铣床上加工时，对于结构尺寸不大且零件外表面不需要加工的圆形表面，还可以利用三爪卡盘进行装夹。图4－19三爪卡盘（1）通用夹具——3）圆盘工作台圆盘工作台用于比较规则的内外圆弧面零件的装夹。图4－20圆盘工作台（1）通用夹具——4）分度工作台图4－21为数控气动立卧式分度工作台。端齿盘为分度元件，靠气动转位分度，可完成5°为基数的整倍垂直(或水平)回转坐标的分度。适用于生产批量较大，采用其他夹具又特别费工、费力的工件。图4－21分度工作台（1）通用夹具——5）压板夹紧安装在单件或少量生产和不便于使用夹具夹持的情况下，常常直接在铣床工作台上安装工件，利用压板、螺母、螺栓将工件夹紧。图4－22压板夹紧安装（2）组合夹具组合夹具是由一套预先制造好的标准元件和部件，根据要求组装成的夹具。当产品变换时，可方便地拆成标准元件，以便组合成新的夹具。它适合于小批量生产或研制时的中、小型工件在数控铣床上进行铣削加工。图4－23槽系组合夹具组装过程示意图（3）专用夹具专用夹具是特别为某一项或类似的几项工件设计制造的夹具，仅用于一个具体零件的具体工序，因此它适用于固定产品的大批量生产，以提高生产效率。（4）可调夹具包括通用可调夹具和专用可调夹具，它是通过调整或更换少量元件就能加工一定范围内的工件，兼有通用夹具和专用夹具的优点。图4－24通用可调夹具系统

三、刀具的选择

一般情况下，数控机床的主轴转速比普通机床的主轴转速高1～2倍，并能在大切削用量情况下实现长时间无人自动加工。因此，对数控机床刀具的要求比对普通机床刀具的要求要严格得多，不仅要求具有较高的强度、刚度和使用寿命，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。

1.数控铣刀的种类及选用

(1)数控铣削所用刀具的基本要求1)铣刀刚性要好。要求铣刀刚性好的目的主要有两个：一是满足为提高生产率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。

2)铣刀的使用寿命要长。当一把铣刀的加工内容很多时，如果刀具磨损较快，不仅会影响工件的表面质量和加工精度，而且会增加换刀与对刀次数，从而导致工件加工表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低了工件表面质量。

(2)常用铣刀的种类

1)面铣刀。面铣刀主要用于加工平面、台阶面等。面铣刀的主切削刃分布在铣刀的圆柱面或圆锥面上，副切削刃分布在铣刀的端面上。面铣刀按结构可以分为整体式面铣刀、硬质合金整体焊接式面铣刀、硬质合金机夹焊接式面铣刀和硬质合金可转位式面铣刀等形式。

①整体式面铣刀如图1-3所示。由于该面铣刀的材料为高速钢，所以其切削速度、进给量等都受到限制，从而阻碍了生产效率的提高。而且该铣刀的刀齿损坏后很难修复，所以整体式面铣刀应用很少。

②硬质合金整体焊接式面铣刀如图1-4所示。该面铣刀由硬质合金刀片与合金钢刀体焊接而成。其特点是结构紧凑、切削效率高、制造较方便。但其刀齿损坏后很难修复，所以该铣刀应用也不多。③硬质合金机夹焊接式面铣刀如图1-5所示。该面铣刀是将硬质合金刀片焊接在小刀头上，再采用机械夹固的方法将小刀头装夹在刀体槽中。其特点是切削效率高，而且在刀头损坏后，只要更换新刀头即可，因此延长了刀体的使用寿命。④硬质合金可转位式面铣刀如图1-6所示。该面铣刀是将硬质合金可转位刀片直接装夹在刀体槽中。切削刃用钝后，将刀片转位或更换新刀片即可继续使用。硬质合金可转位式面铣刀具有加工质量稳定、切削效率高、刀具使用寿命长、刀片调整及更换方便、刀片重复定位精度高等特点，适合数控铣床或加工中心使用。2)立铣刀。立铣刀是数控铣床上最常用的铣刀。立铣刀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。

图1-7所示为高速钢立铣刀。该立铣刀的主切削刃分布在铣刀的圆柱面上，副切削刃分布在铣刀的端面上。主切削刃一般为螺旋齿，以增加切削平稳性，提高加工精度。由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面为了能加工较深的沟槽，并保证刀具有足够的备磨量。立铣刀的轴向长度一般较长。为改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，立铣刀刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径较大。高速钢立铣刀有粗齿和细齿之分。粗齿齿数一般为3～6个，适用于粗加工；细齿齿数一般为5～10个，适用于半精加工。柄部有直柄、莫氏锥度锥柄、7∶24锥度锥柄等多种形式。立铣刀应用较广，但切削效率较低。图1-8所示为硬质合金可转位式立铣刀，其基本结构与高速钢立铣刀相差不多，但切削效率大大提高，是高速钢立铣刀的2～4倍，且适用于数控铣床、加工中心的切削加工。3)模具铣刀。模具铣刀主要用于加工模具型腔、三维成形表面等。模具铣刀按工作部分形状不同，可分为圆柱形球头铣刀、圆锥形球头铣刀和圆锥形立铣刀三种。圆柱形球头铣刀如图1-9所示，圆锥形球头铣刀如图1-10所示。此两种铣刀的圆柱、圆锥面和球面上的切削刃均为主切削刃，因此在铣削时不仅能沿铣刀轴向作进给运动，还能沿铣刀径向作进给运动。而且球头与工件接触通常为一点，这样，在数控铣床的控制下，就能加工出各种复杂的成形表面。圆锥形立铣刀如图1-11所示，其作用与立铣刀基本相同，所不同的是圆锥形立铣刀可以利用本身的圆锥体方便地加工出模具型腔拔模斜度。

4)键槽铣刀。键槽铣刀如图1-12所示,主要用于加工圆头封闭键槽等。它有两个刀齿，圆柱表面和端面上都有切削刃，端面刃开至中心，既像立铣刀，又像钻头。用键槽铣刀加工键槽时，先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。图1-12

5)鼓形铣刀。图1-13所示为一种典型的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应改变切削刃的切削部位，可以在工件上加工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大，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，而且不适于加工工件内轮廓的底面，主要用于对变斜角面的近似加工。图1-13

6)成形铣刀。成形铣刀一般是为特定形状的工件或加工内容专门设计制造的，如渐开线齿面、燕尾槽和T形槽等。常用的成形铣刀如图1-14所示。除上述几种铣刀外，数控铣床也可以使用各种通用铣刀。但因不少数控铣床的主轴内有特殊的拉刀装置，或因主轴内锥孔有别，需配过渡套和拉钉。2.铣刀的选用原则

1)硬质合金可转位式面铣刀主要用于铣削平面。粗铣时，铣刀直径选小一些，因为粗铣时切削力大，选小直径铣刀可减小切削力矩。精铣时，铣刀直径选大一些，最好能包容待加工面的整个宽度，以提高加工精度和效率。加工余量大且不均匀时，刀具直径应选小一些，否则，会因接刀刀痕过深而影响工件的加工质量。

2)高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，一般不用来加工毛坯表面，因为毛坯表面的硬化层和夹砂会加快刀具磨损。

3)加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金的立铣刀或玉米铣刀进行强力切削。

4)加工平面工件周边轮廓时，常采用立铣刀。

5)为了提高槽宽的加工精度，减少换刀次数，加工时可采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边。

6)加工立体曲面或变斜角轮廓外形时，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀、盘形铣刀等。7)当加工余量较小，且表面粗糙度要求较高时，可选用镶立方氮化硼刀片或镶陶瓷刀片的面铣刀，以便能进行高速切削。（1）面铣刀45°面铣刀为一般加工首选，背向力大，约等于进给力。加工薄壁零件时，工件会发生挠曲，导致加工精度下降。切削铸铁时，有利于防止工件边缘产生崩落。

平面铣削90°面铣刀适用于薄壁零件、装夹较差的零件和要求准确90°成形场合，进给力等于切削力，进给抗力大，易振动，要求机床具有较大功率和刚性。2．平面铣削方法图5-18周铣和端铣a）周铣b）端铣1）周铣2）端铣

用圆柱铣刀的圆周刀齿加工零件的方法称为周铣法用铣刀的端面刀齿加工零件的方法叫端铣法图5-19端铣的三种方式a)对称端铣b）不对称逆铣c）不对称顺铣

端铣时，根据铣刀与工件相对位置的不同，可分为对称铣削、不对称逆铣和不对称顺铣削3种方式，如图5-19所示。图5-20最佳铣刀直径与安装位置与刀具耐用度关系a）不对称顺铣b）对称铣削c）大直径铣刀对称铣削d）大直径铣刀不对称铣削3．平面铣削的路线设计单次平面铣削的一般规则同样也适用于多次铣削。由于平面铣刀直径的限制而不能一次切除较大平面区域内的所有材料，因此在同一深度需要多次走刀。（1）单向多次切削粗精加工的路线设计（2）双向来回Z形切削效率很低，但能保证面铣刀的切削总是顺铣常用于平面铣削的粗加工走刀路线的确定原则(1）走刀路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。为保证工件轮廓表面加工的表面粗糙度要求，最终轮廓表面应安排最后一次走刀连续加工出来;(2）应尽量使加工路线最短，减少空行程时间，以提高加工效率;(3）合理选用铣削加工中的顺铣或逆铣方式。一般来说，数控机床采用滚珠丝杠，运动间隙很小，因此，顺铣优点多于逆铣。(4）选择工件加工变形小的加工路线。在一次安装加工多道工序中，先安排对工件刚往破坏较小的工序。(5）使数值计算最简单和减少程序段，以减少编程工作量。(6）根据工件的形状、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况，确定循环加工次数。(7）合理设计刀具的切入与切出的方向。采用单向趋近定位方法，避免传动系统反向间隙而产生的定位误差。刀具的进退方向及路线要认真考虑，以尽量减少接刀痕迹。(8）在切削过程中，刀具不能与工件轮廓发生干涉。保证最短的空行程路线的方法：走刀路线应保证最短的空行程路线，包括巧用

起刀点和换刀点，合理安排“回参考点”路线，以及巧排各刀路间空行程的路线。4．平面铣削用量（1）平面粗铣用量

铣削无硬皮的钢料，Z向切深一般选择3～5mm，铣削铸钢或铸铁时，Z向切深一般选择5～7mm。（2）平面精铣用量当表面粗糙度要求在Ra1.6～3.2μm范围时，平面一般采用粗、精铣两次加工。经过粗铣加工，精铣加工的余量为0.5～2mm，考虑到表面质量要求，选择较小的每齿进给量。表面质量要求较高（Ra0.4～0.8μm），表面精铣时的深度的选择为0.5mm左右。每齿进给量一般选较小值，高速钢铣刀为0.02～0.05mm，硬质合金铣刀为0.10～0.15mm。Z向切深、进给量推荐范围如表4-9、表4-10。粗铣平面后精加工余量加工面长度加工面宽度≤100＞100～300＞300～1000余量㎜公差㎜余量㎜公差㎜余量㎜公差㎜≤3001.00.31.50.52.0.7＞300～10001.50.52.0.72.51.0粗加工每齿进给量（mm/z）钢铸铁及铜合金YT15YT5YG6YG80.09～0.180.12～0.240.14～0.240.20～0.29精加工每转进给量（mm/r）Ra3.2Ra1.6Ra0.8Ra0.40.5～1.00.4～0.60.2～0.30.15表4-10硬合金刀具粗、精加工进给量选用推荐表表4-9铣平面后精加工余量

轮廓铣削1．刀具选用1）立铣刀立铣刀是数控铣床/加工中心机床上用得最多的一种铣刀，主要用于加工外形轮廓、沟槽、内腔、台阶面、铣孔、铣曲面等，外形轮廓铣削一般选用立铣刀。立铣刀可分为整体式、焊接式、可转位式及套式等常见的立铣刀有以下几种：（1）整体式立铣刀48标准立铣刀根据螺旋角β可分为30°、45°、60°等不同三种类型，套式结构立铣刀的螺旋角β为15°～25°，如图5-24所示。1.螺旋角的作用立铣刀的螺旋角越大，工件与切削刃的接触长度就越长。这样可以降低单位长度切削刃所承受的负载，因此可延长刀具寿命。但同时，切削阻力会变大，因此必须考虑采用夹持刚性高的刀柄。小螺旋角型立铣刀：切削刃长（蓝线部分长度）短大螺旋角型立铣刀：切削刃长（红线部分长度）长2.螺旋角的选择对于不锈钢类导热率较低且对刃尖受热影响较大的难切削材料，采用大螺旋角型立铣刀进行切削，有助于延长刀具寿命。此外，精加工面的特性因螺旋角而发生改变。例如，需进行平滑精加工时，有时也可使用大螺旋角型立铣刀。

但是，使用大螺旋角型立铣刀时，切削阻力会增大、右螺旋角刀具向外脱出的力也会变大，因此必须采取相应措施，如使用夹持刚性高的刀柄。

虽然可确保刀具的刚性，但在薄板加工等工件刚性较低的情况下，有时也会使用小螺旋角型立铣刀。3.螺旋角50°的大螺旋侧面精加工用立铣刀：采用多刃设计，刀具刚性好，能最大限度减少侧面切削时的让刀量。刃尖经过尖角保护处理，能最大限度地抑制刀尖崩刃。4.适合SUS304等难切削材料高速切削的60°螺旋角型立铣刀：对于导热率低，切削时刃尖温度较易上升的难切削材料，独特的刀刃形状可抑制切削热对刃尖的影响。5.实现高速加工的高效粗加工型立铣刀：采用45°螺旋角与独特的槽形状，同时实现高速加工与高耐磨性。采用细齿纹断屑槽，加工后的表面粗糙度良好。采用润滑性优异、耐热性好(耐热温度1100℃)的ALC涂层。（2）波形刃立铣刀（简称波刃刀）图5-25波形刃立铣刀（3）普通可转位立铣刀（4）硬质合金螺旋齿立铣刀图5-27硬质合金螺旋齿立铣刀a)每齿单条刀片b)每齿多个刀片如图5-27（a）所示，为在每个齿槽上装单条刀片的硬质合金立铣刀。如图5-27（b）所示，在一个刀槽中装上两个或更多的硬质合金刀片，并使相邻刀齿间的接缝相互错开，利用同一刀槽中刀片之间的接缝作为分屑槽，通常在粗加工时选用，常称为“玉米立铣刀”。2．轮廓铣削方法1）轮廓分层铣削Z方向的吃刀深度不宜超过刀具直径的1.5倍，侧向的吃刀深度不宜超过刀具半径值。当工件上要求的表面粗糙度Ra=6.3～3.2时,可分粗、精铣两次加工，粗铣留有0.5～1mm的余量给精加工；当工件上要求的表面粗糙度Ra=1.6～0.8时，可分粗、半精、精铣三次加工，精加工余量0.5mm，半精加工余量1.5～2mm。2）顺铣和逆铣在周铣平面轮廓时，立铣刀的旋转方向一般是不变的，但进给方向是变化的，这就出现了铣削加工中常见的两种现象：顺铣和逆铣。逆铣顺铣顺铣：铣刀与工件接触部位的旋转方向与工件进给方向相同逆铣：铣刀与工件接触部位的旋转方向与工件进给方向相反表4-11顺铣和逆