數(shù)控銑削工藝設(shè)計

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《數(shù)控加工技術(shù)》吳明友編第二十講（90Min、2節(jié)課）2023/1/311第五章數(shù)控銑削工藝設(shè)計（二）

第二節(jié)數(shù)控銑床常用的工裝夾具（30Min）

一、工件的夾緊 （15Min）夾緊是工件裝夾過程中的重要組成部分。工件定位后必須通過一定的機構(gòu)產(chǎn)生夾緊力，把工件壓緊在定位元件上，使其保持準確的定位位置，不會由于切削力、工件重力、離心力或慣性力等的作用而產(chǎn)生位置變化和振動，以保證加工精度和安全操作。這種產(chǎn)生夾緊力的機構(gòu)稱為夾緊裝置。2023/1/3121．夾緊裝置應具備的基本條件⑴夾緊過程可靠，不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。⑵夾緊力的大小適當，既要保證工件在加工過程中其位置穩(wěn)定不變、振動小，又要使工件不會產(chǎn)生過大的夾緊變形。⑶操作簡單方便、省力、安全。⑷結(jié)構(gòu)性好，夾緊裝置的結(jié)構(gòu)力求簡單、緊湊，便于制造和維修。2023/1/3132．夾緊力方向和作用點的選擇

⑴夾緊力應朝向主要定位基準。如圖5-10a所示，工件被鏜孔與A面有垂直度要求，因此加工時以A面為主要定位基面，夾緊力Fj的方向應朝向A面。如果夾緊力改朝B面，由于工件側(cè)面A與底面B的夾角誤差，夾緊時工件的定位位置被破壞，如圖5-10b所示，影響孔與A面的垂直度要求。2023/1/314

2023/1/315圖5-10夾緊力方向示意2023/1/316⑵夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內(nèi)，并靠近支承元件的幾何中心。如果夾緊力作用在支承面之外，導致工件的傾斜和移動，破壞工件的定位。⑶夾緊力的方向應有利于減小夾緊力的大小。⑷夾緊力的方向和作用點應施加于工件剛性較好的方向和部位。⑸夾緊力作用點應盡量靠近工件加工表面。為提高工件加工部位的剛性，防止或減少振動，應將夾緊力的作用點盡量靠近加工表面。3．夾緊力大小的估算夾緊力的大小，對工件安裝的可靠性、工件和夾具的變形、夾緊機構(gòu)的復雜程度等有很大關(guān)系。加工過程中，工件受到切削力、離心力、慣性力和工件自身重力等的作用。一般情況下加工中小工件時，切削力（矩）起決定性作用。加工重、大型工件時，必須考慮工件重力的作用。工件高速運動條件下加工時，則不能忽略離心力或慣性力對夾緊作用的影響。此外，切削力本身是一個動態(tài)載荷，在加工過程中也是變化的。夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)剛度、夾緊機構(gòu)的傳動效率等因素有關(guān)。2023/1/317因此，夾緊力大小的計算是一個很復雜的問題，一般只能作粗略的估算。為簡化起見，在確定夾緊力大小時，可只考慮切削力（矩）對夾緊的影響，并假設(shè)工藝系統(tǒng)是剛性的，切削過程是平穩(wěn)的，根據(jù)加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，按靜力平衡原理求出夾緊力的大小，再乘以安全系數(shù)作為實際所需的夾緊力，即

FJ＝KF式中

FJ——實際所需夾緊力；F——在給定條件下，按靜力平衡計算出的夾緊力；K——安全系數(shù)，考慮切削力的變化和工藝系統(tǒng)變形等因素，一般取是＝1.5～3。2023/1/318實際應用中并非所有情況下都需要計算夾緊力，手動夾緊機構(gòu)一般根據(jù)經(jīng)驗或類比法確定夾緊力。若確實需要比較準確地計算夾緊力，可采用上述方法計算夾緊力的大小。二、數(shù)控銑床夾具（10Min）

1．機虎鉗形狀比較規(guī)則的零件數(shù)控銑削時常用虎鉗裝夾，方便靈活，適應性廣。當加工精度要求較高，需要較大的夾緊力時，可采用較高精度的機械式或液壓式虎鉗?；Q在數(shù)控銑床工作臺上的安裝要根據(jù)加工精度要求控制鉗口與x或y軸的平行度，零件夾緊時要注意控制工件變形和一端鉗口上翹。2023/1/3192023/1/3110機虎鉗分固定側(cè)與活動側(cè)，固定側(cè)與底面作為定位面，活動側(cè)用于夾緊。2023/1/3111正弦機虎鉗通過鉗身上的孔及滑槽來改變角度，可用于斜面零件的裝夾2023/1/3112機虎鉗可選附件2．銑床用卡盤當需要在數(shù)控銑床上加工回轉(zhuǎn)體零件時，可以采用三爪卡盤裝夾，對于非回轉(zhuǎn)零件可采用四爪卡盤裝夾。銑床用卡盤的使用方法與車床卡盤相似，使用時用T形槽螺栓將卡盤固定在機床工作臺上即可。2023/1/31132023/1/3114三爪卡盤用于回轉(zhuǎn)工件的自動裝卡四爪單動卡盤用于非回轉(zhuǎn)體或偏心件的裝卡3．機械夾緊機構(gòu)銑床夾具中使用最普遍的是機械夾緊機構(gòu)，這類機構(gòu)大多數(shù)是利用機械摩擦的原理來夾緊工件的。斜楔夾緊是其中最基本的形式，螺旋、偏心等機構(gòu)是斜楔夾緊機構(gòu)的演變形式。

⑴斜楔夾緊機構(gòu)。采用斜楔作為傳力元件或夾緊元件的夾緊機構(gòu)，稱為斜楔夾緊機構(gòu)。2023/1/3115⑵螺旋夾緊機構(gòu)。采用螺旋直接夾緊或采用螺旋與其他元件組合實現(xiàn)夾緊的機構(gòu)，稱為螺旋夾緊機構(gòu)。螺旋夾緊機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、夾緊力大、自鎖性好和制造方便等優(yōu)點，很適用于手動夾緊，因而在機床夾具中得到廣泛的應用。其缺點是夾緊動作較慢，因此在機動夾緊機構(gòu)中應用較少。螺旋夾緊機構(gòu)分為簡單螺旋夾緊機構(gòu)和螺旋壓板夾緊機構(gòu)。實際生產(chǎn)中使用較多的是螺旋壓板夾緊機構(gòu)。它利用杠桿原理實現(xiàn)對工件的夾緊，杠桿比不同，夾緊力也不同。2023/1/31162023/1/3117⑶偏心夾緊機構(gòu)。用偏心件直接或間接夾緊工件的機構(gòu)，稱為偏心夾緊機構(gòu)。常用的偏心件有圓偏心輪、偏心軸和偏心叉。偏心夾緊機構(gòu)操作簡單、夾緊動作快，但夾緊行程和夾緊力較小，一般用于沒有振動或振動較小、夾緊力要求不大的場合。2023/1/31182023/1/3119l一夾具體；2一壓板；3、7一螺母；4、5一墊圈：6一螺栓；8一彈簧；9一定位鍵；10一菱形銷；11一圓柱銷連桿加工專用銑槽夾具結(jié)構(gòu)夾具2023/1/3120新型數(shù)控夾具體2023/1/3121夾具體元件2023/1/3122孔系組合夾具2023/1/3123孔系組合夾具2023/1/3124孔系組合夾具應用實例

三、夾具的選擇 （5Min）1．工件的定位基準與夾緊方案的確定工件的定位基準與夾緊方案的確定，應該注意下列三點。⑴力求設(shè)計基準、工藝基準與編程原點統(tǒng)一，以減少基準不重合誤差和數(shù)控編程中的計算工作量。⑵設(shè)法減少裝夾次數(shù)，盡可能做到一次定位裝夾后能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以減少裝夾誤差，提高加工表面之間的相互位置精度，充分發(fā)揮數(shù)控機床的效率。⑶避免采用占機人工調(diào)整式方案，以免占機時間太多，影響加工效率。2023/1/31252．夾具的選擇數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求：一是保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要能協(xié)調(diào)零件與機床坐標系的尺寸。除此之外，重點考慮以下幾點。⑴單件小批量生產(chǎn)時，優(yōu)先選用組合夾具、可調(diào)夾具和其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間和節(jié)省生產(chǎn)費用。⑵在成批生產(chǎn)時，才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。2023/1/3126⑶零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機床的停頓時間。⑷夾具上各零部件應不妨礙機床對零件各表面的加工，即夾具要敞開，其定位、夾緊機構(gòu)元件不能影響加工中的走刀（如產(chǎn)生碰撞等）。⑸為提高數(shù)控加工的效率，批量較大的零件加工可以采用多工位、氣動或液壓夾具。2023/1/3127第三節(jié)數(shù)控銑削用刀具的類型及選用（60Min）一、數(shù)控銑削對刀具的基本要求

（5Min）

1．銑刀剛性要好要求銑刀剛性好的目的，一是滿足為提高生產(chǎn)效率而采用大切削用量的需要，二是為適應數(shù)控銑床加工過程中難以調(diào)整切削用量的特點。在數(shù)控銑削中，因銑刀剛性較差而斷刀并造成零件損傷的事例是經(jīng)常有的，所以解決數(shù)控銑刀的剛性問題是至關(guān)重要的。2023/1/31282．銑刀的耐用度要高當一把銑刀加工的內(nèi)容很多時，如果刀具磨損較快，不僅會影響零件的表面質(zhì)量和加工精度，而且會增加換刀與對刀次數(shù)，從而導致零件加工表面留下因?qū)Φ墩`差而形成的接刀臺階，降低零件的表面質(zhì)量。除上述兩點之外，銑刀切削刃的幾何角度參數(shù)的選擇與排屑性能等也非常重要。切屑粘刀形成積屑瘤在數(shù)控銑削中是十分忌諱的?？傊?，根據(jù)被加工工件材料的熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量，選擇剛性好、耐用度高的銑刀，是充分發(fā)揮數(shù)控銑床的生產(chǎn)效率并獲得滿意加工質(zhì)量的前提條件。2023/1/3129二、常用銑刀的種類（35Min）

1．面銑刀如圖5-11所示，面銑刀圓周方向切削刃為主切削刃，端部切削刃為副切削刃。面銑刀多制成套式鑲齒結(jié)構(gòu)，刀齒為高速鋼或硬質(zhì)合金，刀體為40Cr。高速鋼面銑刀按國家標準規(guī)定，直徑d＝80～250mm，螺旋角β＝10，刀齒數(shù)Z＝10～26。2023/1/31302023/1/3131圖5-11面銑刀硬質(zhì)合金面銑刀的銑削速度、加工效率和工件表面質(zhì)量均高于高速鋼銑刀，并可加工帶有硬皮和淬硬層的工件，因而在數(shù)控加工中得到了廣泛的應用。圖5-12所示為幾種常用的硬質(zhì)合金面銑刀，由于整體焊接式和機夾焊接式面銑刀難于保證焊接質(zhì)量，刀具耐用度低，重磨較費時，目前已被可轉(zhuǎn)位式面銑刀所取代?？赊D(zhuǎn)位面銑刀的直徑已經(jīng)標準化，采用公比1.25的標準直徑（mm）系列：16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630，參見GB5342—85。2023/1/31322023/1/3133圖5-12硬質(zhì)合金面銑刀2．立銑刀立銑刀是數(shù)控機床上用得最多的一種銑刀，其結(jié)構(gòu)如圖5-13所示。立銑刀的圓柱表面和端面上都有切削刃，它們可同時進行切削，也可單獨進行切削。立銑刀圓柱表面的切削刃為主切削刃，端面上的切削刃為副切削刃。主切削刃一般為螺旋齒，這樣可以增加切削平穩(wěn)性，提高加工精度。由于普通立銑刀端面中心處無切削刃，所以立銑刀不能作軸向進給，端面刃主要用來加工與側(cè)面相垂直的底平面。2023/1/31342023/1/3135圖5-13立銑刀為了能加工較深的溝槽，并保證有足夠的備磨量，立銑刀的軸向長度一般較長。為改善切屑卷曲情況，增大容屑空間，防止切屑堵塞，刀齒數(shù)比較少，容屑槽圓弧半徑則較大。一般粗齒立銑刀齒數(shù)Z＝3～4，細齒立銑刀齒數(shù)Z＝5～8，套式結(jié)構(gòu)Z＝10～20，容屑槽圓弧半徑r＝2～5mm。當立銑刀直徑較大時，可制成不等齒距結(jié)構(gòu)，以增強抗振作用，使切削過程平穩(wěn)。2023/1/3136標準立銑刀的螺旋角β為40°～45°（粗齒）和30°～35°（細齒），套式結(jié)構(gòu)立銑刀的β為15°～25°。直徑較小的立銑刀，一般制成帶柄形式。Φ（2～—7）mm的立銑刀制成直柄；Φ（6～63）mm的立銑刀制成莫氏錐柄；Φ（25～80）mm的立銑刀做成7：24錐柄，內(nèi)有螺孔用來拉緊刀具。但是由于數(shù)控機床要求銑刀能快速自動裝卸，故立銑刀柄部形式也有很大不同，一般是由專業(yè)廠家按照一定的規(guī)范設(shè)計制造成統(tǒng)一形式，統(tǒng)一尺寸的刀柄。直徑大于Φ（40～60）mm的立銑刀可做成套式結(jié)構(gòu)。2023/1/31373．模具銑刀模具銑刀由立銑刀發(fā)展而成，可分為圓錐形立銑刀（圓錐半角α/2＝3°、5°、7°、l0°）、圓柱形球頭立銑刀和圓錐形球頭立銑刀三種，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏錐柄。它的結(jié)構(gòu)特點是球頭或端面上布滿了切削刃，圓周刃與球頭刃圓弧連接，可以作徑向和軸向進給。銑刀工作部分用高速鋼或硬質(zhì)合金制造。國家標準規(guī)定直徑d＝4～63mm。如圖5-14所示為高速鋼制造的模具銑刀，如圖5-15所示為用硬質(zhì)合金制造的模具銑刀。小規(guī)格的硬質(zhì)合金模具銑刀多制成整體結(jié)構(gòu)，φ16mm以上直徑的，制成焊接或機夾可轉(zhuǎn)位刀片結(jié)構(gòu)。2023/1/31382023/1/3139圖5-14高速鋼模具銑刀2023/1/3140圖5-15硬質(zhì)合金模具銑刀4．鍵槽銑刀鍵槽銑刀如圖5-16所示，它有兩個刀齒，圓柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像立銑刀，又像鉆頭。加工時先軸向進給達到槽深，然后沿鍵槽方向銑出鍵槽全長。按國家標準規(guī)定，直柄鍵槽銑刀直徑d＝2～22mm，錐柄鍵槽銑刀直徑d＝14～50mm。鍵槽銑刀直徑的偏差有e8和d8兩種。鍵槽銑刀的圓周切削刃僅在靠近端面的一小段長度內(nèi)發(fā)生磨損，重磨時，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后銑刀直徑不變。2023/1/31412023/1/3142圖5-16鍵槽銑刀5．鼓形銑刀如圖5-17所示為一種典型的鼓形銑刀，它的切削刃分布在半徑為R的圓弧面上，端面無切削刃。加工時控制刀具上下位置，相應改變刀刃的切削部位，可以在工件上切出從負到正的不同斜角。R越小，鼓形刀所能加工的斜角范圍越廣，但所獲得的表面質(zhì)量也越差。這種刀具的特點是刃磨困難，切削條件差，而且不適于加工有底的輪廓表面。2023/1/31432023/1/3144圖5-17鼓形銑刀6．成型銑刀成型銑刀一般是為特定形狀的工件或加工內(nèi)容專門設(shè)計制造的，如漸開線齒面、燕尾槽和T形槽等。幾種常用的成型銑刀如圖5-18所示。除了上述幾種類型的銑刀外，數(shù)控銑床也可使用各種通用銑刀。但因不少數(shù)控銑床的主軸內(nèi)有特殊的拉刀裝置，或因主軸內(nèi)錐孔有別，須配過渡套和拉釘。2023/1/31452023/1/3146圖5-18幾種常用的成型銑刀三、銑刀的選擇 （20Min）銑刀類型應與工件的表面形狀和尺寸相適應。加工較大的平面應選擇面銑刀；加工凹槽、較小的臺階面及平面輪廓應選擇立銑刀；加工空間曲面、模具型腔或凸模成形表面等多選用模具銑刀；加工封閉的鍵槽選擇鍵槽銑刀；加工變斜角零件的變斜角面應選用鼓形銑刀；加工各種直的或圓弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等應選用成形銑刀。數(shù)控銑床上使用最多的是可轉(zhuǎn)位面銑刀和立銑刀，因此，這里重點介紹面銑刀和立銑刀參數(shù)的選擇。2023/1/31471．面銑刀主要參數(shù)的選擇標準可轉(zhuǎn)位面銑刀直徑為φ（16～630）mm，應根據(jù)側(cè)吃刀量ae選擇適當?shù)你姷吨睆?，盡量包容工件整個加工寬度，以提高加工精度和效率，減小相鄰兩次進給之間的接刀痕跡和保證銑刀的耐用度?？赊D(zhuǎn)位面銑刀有粗齒、細齒和密齒三種。粗齒銑刀容屑空間較大，常用于粗銑鋼件；粗銑帶斷續(xù)表面的鑄件和在平穩(wěn)條件下銑削鋼件時，可選用細齒銑刀。密齒銑刀的每齒進給量較小，主要用于加工薄壁鑄件。2023/1/3148面銑刀幾何角度的標注如圖5-19所示。前角的選擇原則與車刀基本相同，只是由于銑削時有沖擊，故前角數(shù)值一般比車刀略小，尤其是硬質(zhì)合金面銑刀，前角數(shù)值減小得更多些。銑削強度和硬度都高的材料可選用負前角。前角的數(shù)值主要根據(jù)工件材料和刀具材料來選擇，其具體數(shù)值如表5-3所示。銑刀的磨損主要發(fā)生在后刀面上，因此適當加大后角，可減少銑刀磨損。常取α0＝5°～12°，工件材料軟時取大值，工件材料硬時取小值；粗齒銑刀取小值，細齒銑刀取大值。銑削時沖擊力大，為了保護刀尖，硬質(zhì)合金面銑刀的刃傾角常取λs＝－5°～15°。只有在銑削低強度材料時，取λs＝5°。主偏角kr在45°～90°范圍內(nèi)選取，銑削鑄鐵常用45°，銑削一般鋼材常用75°，銑削帶凸肩的平面或薄壁零件時要用90°。2023/