数控铣削加工教案

教案2010～2011学年第1学期课程名称：《数控铣削编程与加工技术》授课教师：罗龙辉职称：教学单位：07机械师教研室：2010年11月

广东技术师范学院教案课程名称《数控铣削编程与加工技术》授课专业中等职业学校数控技术应用专业班级07机械师授课教师罗龙辉职称单位课程类型必修课专业必修课（√）；公共必修课（）选修课专业选修课（）；公共选修课（）授课方式课堂讲授（√）；实践（）考核方式考试（√）；考查（）课程教学总学时数3学分数3学时分配课堂讲授（3）学时；实践课（0）学时教材名称《数控铣削编程与加工技术（第2版）》作者张英伟出版社及出版时间2009年12月参考书目作者出版社及出版时间授课时间2010年11月24日注：表中（）选项请打“√”。每门课程只需填写一次本表。

广东技术师范学院教案周次第12周，第2次课章节名称4.1.8

走刀路线的确定4.2

数控铣削用量的选择

授课方式课堂讲授（√）；实践课（）教学时数3授课内容请将授课内容以每次课为顺序，根据第一学时、第二学时写成详细文字材料作为附件附在教案最后，正文采用宋体小四号字体，1.5倍行距。教学重点与难点重点：1、数控铣削刀具路径的确定（1）刀具路径的安全规划；（2）保证加工质量的刀具路径的编制；（3）高效率刀具路径的规划；2、数控铣削用量的选用（1）刀具铣削用量的选择（2）铣削用量的选择原则难点：1、高加工质量的刀具路径的编制；2、刀具铣削用量三要素的各自选择。课堂讨论与练习a孔加工零件bc图61、讨论分析图6中b、c图两种加工路线何种方法会使得加工的零件得到更高的精度？2、三相步进电动机的步距角是1.5°，若步进电动机通电频率为2000Hz，则步进电动机的转速为_____r／min。A、3000；B、500；C、1500：D、1000。3、铣削用量的选择原则有哪些？参考资料备注注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。授课内容（示例）≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈一、新课导入：在进入本节课的学习内容之前，先让我们来一同看一些图片图1图1图2从以上图片可以清晰地知道，图中的零件最大的特点是表面光滑。那如何才能加工才能得到如此光滑的表面呢？为了能够得到如此光滑的表面，对于在加工过程中对于刀具路径的确定以及铣削用量的选择将会显得极其的重要。对此，本次课将对刀具路径以及铣削用量的选择进行学习。二、讲授新课：(一)数控铣削刀具路径的确定1．CNC加工的刀具路径设计要求刀具路径一般包括：从起始点快速接近工件加工部位，然后以工进速度加工工件结构，完成加工任务后，快速离开工件，回到某一设定的终点。可归纳为两种典型的运动：点到点的快速定位运动——空行程；工作进给速度的切削加工运动——切削行程。确定加工路线的原则主要有以下几点：规划安全的刀具路径，保证刀具切削加工的正常进行。规划适当的刀具路径，有利于零件加工时满足工质量要求。图3刀具Z向安全间隙设计规划最短的刀具路径，减少走刀的时间，有利于图3刀具Z向安全间隙设计2．刀具路径的安全规划在数控加工拟定刀具路径时，把安全考虑放在首要地位更切实际。规划刀具路时，最值得注意的安全问题就是刀具在快速的点定位过程中与障碍物的碰撞。⑴快速的点定位路线起点、终点的安全设定图4铣削加工X、Y向安全间隙设计在拟定刀具快速趋近工件的定位路径时，趋向点与工件实体表面的安全间隙大小应有谨慎的考虑。如图3，刀具在Z向图4铣削加工X、Y向安全间隙设计在铣削加工中，刀具从X、Y向趋近工件与Z向快速趋于工件的情况相比较，同样应精心设计安全间隙，但情况又有所不同，因为刀具X、Y向刀位点在在圆心，始终与刀具切削工件的点相差一个半径，因此设计刀具趋近工件点与工件的安全间隙时，除了要考虑毛坯余量的大小，又应考虑刀具半径值的大小。起始切削的刀具中心点与工件的安全间隙大于刀具半径与毛坯切削余量之和是比较稳妥的安全的考虑。刀具切出工件安全的地方是离开刚加工完的轮廓有足够安全间隙的地方，安全间隙同样应大于刀具半径与毛坯切削余量之和，如图4所示。图5点定位路线并非直线⑵图5点定位路线并非直线拟定刀具路径必须使刀具移动路线中没有障碍物，一些常见的障碍物如：加工中心的机床工作台和安装其上的卡盘、分度头，虎钳、夹具、工件的非加工结构等。对各种影响路线设计因素的考虑不周，将容易引起撞刀危险的情况。G00的目的是把刀具从相对工件的一个位置点快速移动到另一个位置点，但不可忽视的是CNC控制的两点间点定位路线不一定是直线，如图5所示，定位路线往往是先几轴等速移动，然后单轴驱近目标点的折线，忽视这一点将可能忽略了阻碍在实际移动折线路线中的障碍物。非但G00的路线，G28、G29、G30、G81—G89、G73等的点定位路线也应该考虑同样的问题。还应注意到的是撞刀不仅仅是刀头与障碍物的碰撞，还可能是刀具其它部分如刀柄与它物的碰撞。3．保证加工质量的刀具路径的编制⑴设计有利于保证尺寸精度的定位路线a孔加工零件a孔加工零件b位置精度不高的定位路线c位置精度高的定位路线图6有利于定位精度的点定位刀路设计

如图6(a)，在该零件上加工六个尺寸相同孔，位置精度要求较高，若用具有开环或半闭环进给伺服系统的机床，要特别要注意孔的点定位路线的设计，避免坐标轴的反向间隙影响位置精度。若设计如图6(b)所示路线加工时，由于4、5、6孔与1、2、3孔Y轴向定位方向相反，Y轴传动系统的反向间隙影响1、2、3孔的位置精度。按图6(c)所示路线，1、2、3、4、5、6孔定位方向一致，可避免反向间隙的引入，提高孔加工的位置精度。图7薄壁铣削路线⑵设计有利于保持工艺系统刚度图7薄壁铣削路线刀具路线的设计，应考虑到刀具切削力对工艺系统刚度的影响，尽量采用选择保证装夹刚度和工件加工变形小的路线，使加工平稳、震动小，提高切削的质量。薄壁零件加工的难点在于工件加工变形。随着零件壁厚的降低,零件的刚性减低,加工变形增大,容易发生切削振颤，影响零件的加工质量和加工效率。刀具路径设计时应考虑如何保证零件整体刚性，使切削过程处在刚性较佳的状态。如图7所示，对于侧壁的铣削加工，在切削用量允许范围内，采用径向切深较大、轴向切深小，逐层往下切的分层铣削加工路线。这种刀路的设计思想在于在切削过程中,尽可能的应用零件的未加工部分作为正在铣削部分的支撑，充分利用零件整体刚性。图8刀路间距与残余高度⑶设计图8刀路间距与残余高度设计保证工件表面质量的精加工路线的要求，可归结为两点：一是，减少刀具相对工件运动轨迹形成的残留；二是，精加工路线有利于维持工艺系统的稳定性，避免物理因素对精加工的干扰。如图8，球头刀加工空间曲面和变斜角轮廓时，刀路间距设计，是影响切削残留的重要因素，由于球头刀具在走刀时，每两行刀位之间，加工表面不可能重叠，总存在没有被加工去除的部分，每两行刀位之间的距离越大，没有被加工去除残余高度越大，表面质量越差。切削行距越小，残余高度越小，有利于提高表面质量，但加工效率越低。除了注意残留量的控制和保证精加工时的工艺系统稳定性，最终轮廓精加工，宜在一次走刀连续加工出来，注意精加工进、退刀路线设计，以减少接刀痕迹。图9精铣削外整圆路线图10精铣削内整圆路线如图9所示，用圆弧插补方式精图9精铣削外整圆路线图10精铣削内整圆路线⑷合理设计螺纹加工升、降速段路线由于数控机床主运动机构与进给运动机构之间，没有机械方面的直接联系，CNC在控制等距螺纹或变距螺纹加工时，必须控制主轴旋转与刀具进给保持一定的协调关系，即同步运行关系。这就意味着当主轴处于特定转速时，进给运动的速度必须达到相应的定值才能正确加工螺纹。如当主轴500r/min时，加工螺距为2mm的螺纹，进给速度必须达到2×500=1000(mm/min)的速度时加工的螺纹才是正确的。因此数控机床的螺纹加工时，无论是车削螺纹还是攻内螺纹，在拟定螺纹加工路线时，须设置足够长的进给运动的升速段和降速段（如图11a、b），保证要工件的螺纹段加工时，主运动与进给运动处于正确的同步关系，a车外螺纹a车外螺纹b攻内螺纹图11有利于保证螺纹加工质量的刀具路线设计4．高效率刀具路径的规划图12追求短的点定位路线刀具相对工件的进给运动，实际上可总结为两种典型的运动，即：点到点的定位运动，为快速、非切削的空行程状态；刀具以工进速度切削工件的切削加工运动。规划提高效率的刀具路径，最实际的就是寻求最短刀具图12追求短的点定位路线⑴拟定尽量短的点定位路线刀具切削工件前，要从某初始点开始快速运动接近工件，刀具初始点，通常是换刀点或对刀点；刀具完成切削任务后，又离开工件回到适当的归宿点位置，通常是换刀点或机床参考点。因此，要缩短刀具接近工件的路线和切削后的回归路线，换刀点、对刀点、机床参考点的设置，要尽量靠近工件的加工部位，但要保证换刀及其它操作的方便和安全。若同一刀具可对同次装夹工件的多个结构，或同次装夹的多个工件加工，应设计好刀具从一个结构到另一个结构，从一个工件到另一个工件的点定位路线，使各结构加工连贯进行，衔接自然合理，减少重复定位次数，并使定位路线总长最短。如图12可以用同一把钻头把不在同一高度的相同孔一次加工完的点定位路线安排。⑵拟定尽量短的进给切削路线在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，切削进给路线短，可有效地提高生产效率，降低刀具损耗等。如图13，对于矩形型腔区域的粗加工，当刀具循Z字形刀路行切时（图13a），刀路较短，有利于提高切削效率，但加工表面质量最差，在周边留有大量的残余；环切走刀路线（图13b），加工后能够保证精度，但刀路较长，不利于提高切削效率。ab图13(二)数控铣削用量选用1．刀具铣削用量的选择切削用量表示主运动及进给运动参数大小的数量，是切深、进给量和切削速度三要素的总称，用来描述切削加工运动量。铣削加工的切深分背吃刀量和侧吃刀量。⑴背吃刀量和侧吃刀量背吃刀量（ap）为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为㎜。端铣时，背吃刀量为切削层深度；而圆周铣削时，为被加工表面的宽度。侧吃刀量（ae）为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为㎜。端铣时，ae为被加工表面宽度；而圆周铣削时，侧吃刀量为切削层深度。背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定：余量不大，力求粗加工一次进给完成，但是在余量较大，或工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可多次分层切削完成。当工件表面粗糙度值要求不高时粗铣，或分粗铣、半精铣两步加工；当工件表面粗糙度值要求较高，宜分粗铣、半精铣、精铣三步进行。⑵进给量铣削加工的进给量f（㎜/r）是指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量；对于多齿刀具(如钻头、铣刀)，每转中每齿相对于工件在进给运动方向上的位移量称为每齿进给量fZ，单位为mm／z。显然：fZ=（式中，z为刀齿数）进给速度F（㎜/min）是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给速度与进给量的关系为：。（n为铣刀转速，单位r/min）每齿进给量的选取主要依据工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料强度和硬度越高，切削力越大，每齿进给量宜选得小些；刀具强度、韧性越高，可承受的切削力越大，每齿进给量可选得大一些；工件表面粗糙度要求越高，每齿进给量选小些；工艺系统刚性差，每齿进给量应取较小值。⑶切削速度切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，单位为m／min。当主运动为旋转运动时，其计算公式为=式中:d——切削刃上选定点所对应的工件或刀具的直径，单位为mm。n——主运动的转速，单位为r／min。选择切削速度时，不可忽视以下几点：⑴刀具材料硬度高，耐磨、耐热性好时，可取较高的切削速度。⑵工件材料可切削性差时，如强度、硬度高、塑性太大或太小，切削速度应取低些。⑶工艺系统(机床、夹具、工件、刀具)刚度较差时，应适当降低切削速度以防止振动。⑷切削速度的选用应与切深、进给量的选择相适应，当切深、进给量增大时，刀刃负荷增加，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高；当切深、进给量均小时，可选择较高的切削速度。⑸在机床功率较小的机床上，限制切削速度的因素也可能是机床功率。在一般情况下，可以先按刀具耐用度来求出切削速度，然后再校验机床功率是否超载。2．铣削用量的选择原则合理的切削用量应满足以下要求：在保证安全生产，不发生人身、设备事故，保证工件加工质量的前提下，能充分地发挥机床的潜力和刀具的切削性能，在不超过机床的有效功率和工艺系统刚性所允许的额定负荷的情况下，尽量选用较大的切削用量。一般情况下我们对切削用量选择时应考虑到下列问题：⑴保证加工质量：主要是保证加工表