數(shù)控編程與操作

第6章數(shù)控銑床加工工藝6.1數(shù)控銑削加工概述6.1.1數(shù)控銑削加工工藝范圍及銑削方式銑削是銑刀旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，工件或銑刀作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的切削加工方法。銑削的主要工作及刀具與工件的運(yùn)動(dòng)形式如圖6-1所示。a）銑平面b）銑臺(tái)階

c）銑槽d）銑成形槽e）銑螺旋槽

f）切斷g）銑凸輪h）立銑刀銑平面i）銑成形面j）銑齒輪k）組合銑刀銑臺(tái)階在銑削過(guò)程中，根據(jù)銑床、銑刀及運(yùn)動(dòng)形式的不同可將銑削分為如下幾種：

（1）根據(jù)銑床分類(lèi)根據(jù)銑床的結(jié)構(gòu)將銑削方式分為立銑和臥銑。由于數(shù)控銑削一個(gè)工序中一般要加工多個(gè)表面，所以常見(jiàn)的數(shù)控銑床多為立式銑床。

（2）根據(jù)銑刀分類(lèi)根據(jù)銑刀切削刃的形式和方位將銑削方式分為周銑和端銑。用分布于銑刀圓柱面上的刀齒銑削工件表面，稱(chēng)為周銑，如圖6-2（a）所示；用分布于銑刀端平面上的刀齒進(jìn)行銑削稱(chēng)為端銑，如圖6-2（b）所示。圖6-2周銑和端銑（a）周銑（b）端銑

圖中平行于銑刀軸線測(cè)量的切削層參數(shù)ap為背吃刀量，垂直于銑刀軸線測(cè)量的切削層參數(shù)ae為切削寬度，fZ是每齒進(jìn)給量。單獨(dú)的周銑和端銑主要用于加工平面類(lèi)零件，數(shù)控銑削中常用周、端銑組合加工曲面和型腔。

（3）根據(jù)銑刀和工件的運(yùn)動(dòng)形式分類(lèi)根據(jù)銑刀和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將銑削方式分為順銑和逆銑。銑削時(shí)，銑刀切出工件時(shí)的切削速度方向與工件的進(jìn)給方向相同，稱(chēng)為順銑如圖6-3（a）所示；銑削時(shí)，銑刀切入工件時(shí)的切削速度方向與工件進(jìn)給方向相反，稱(chēng)為逆銑，如圖6-3（b）所示。圖6-3順銑和逆銑

（a）順銑（b）逆銑

順銑與逆銑比較:

順銑加工可以提高銑刀耐用度2～3倍，工件表面粗糙度值較小，尤其在銑削難加工材料時(shí)，效果更加明顯。銑床工作臺(tái)的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般由絲杠和螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用順銑法加工時(shí)，對(duì)普通銑床首先要求銑床有消除進(jìn)給絲杠螺母副間隙的裝置，避免工作臺(tái)竄動(dòng)；其次要求毛坯表面沒(méi)有硬皮，工藝系統(tǒng)有足夠的剛度。如果具備這樣的條件，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮采用順銑，否則應(yīng)采用逆銑。目前生產(chǎn)中采用逆銑加工方式的比較多。數(shù)控銑床采用無(wú)間隙的滾珠絲杠傳動(dòng)，因此數(shù)控銑床均可采用順銑加工。6.1.2數(shù)控銑削主要特點(diǎn)（1）生產(chǎn)率高（2）可選用不同的銑削方式（3）斷續(xù)切削（4）半封閉切削6.1.3數(shù)控銑削主要加工對(duì)象（1）平面類(lèi)零件加工面平行或垂直于水平面，或加工面與水平面的夾角為定角的零件為平面類(lèi)零件。目前，在數(shù)控銑床上加工的絕大多數(shù)零件屬于平面類(lèi)零件。（2）變斜角類(lèi)零件加工面與水平面的夾角呈連續(xù)變化的零件稱(chēng)為變斜角類(lèi)零件。這類(lèi)零件多為飛機(jī)零件，如飛機(jī)上的整體梁、框、椽條與肋等。（3）曲面類(lèi)零件加工面為空間曲面的零件稱(chēng)為曲面類(lèi)零件，如模具、葉片、螺旋槳等。加工曲面類(lèi)零件一般采用三坐標(biāo)數(shù)控銑床。當(dāng)曲面較復(fù)雜、通道較狹窄、會(huì)傷及毗鄰表面及需刀具擺動(dòng)時(shí)，要采用四坐標(biāo)或五坐標(biāo)銑床。

6.2數(shù)控銑削的刀具與選用6.2.1對(duì)數(shù)控銑削刀具的基本要求

（1）銑刀剛性要好（2）銑刀的耐用度要高此外，銑刀切削刃的幾何參數(shù)的選擇及排屑性能也非常重要。6.2.2銑刀的種類(lèi)

（1）面（端）銑刀面銑刀的圓周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃為副切削刃。由于面銑刀的直徑一般較大，為Φ50～Φ500mm，故常制成套式鑲齒結(jié)構(gòu)，即將刀齒和刀體分開(kāi)，刀齒為高速鋼或硬質(zhì)合金，刀體采用40Cr制作，可長(zhǎng)期使用。高速鋼面銑刀按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，直徑d=Φ80～Φ250mm，螺旋角β=10o，刀齒數(shù)Z=10～26。硬質(zhì)合金面銑刀與高速鋼銑刀相比，銑削速度較高，加工效率高，加工表面質(zhì)量也較好，并可加工帶有硬皮和淬硬層的工件，故得到廣泛應(yīng)用。硬質(zhì)合金面銑刀按刀片和刀齒的安裝方式不同，可分為整體焊接式、機(jī)夾一焊接式和可轉(zhuǎn)位式三種（見(jiàn)圖6-4）。

a）整體焊接式b）機(jī)夾-焊接式c）可轉(zhuǎn)位式面銑刀主要以端齒為主加工各種平面，主偏角為90o的面銑刀還能同時(shí)加工出與平面垂直的直角面，但這個(gè)面的高度受到刀片長(zhǎng)度的限制。面銑刀齒數(shù)對(duì)銑削生產(chǎn)率和加工質(zhì)量有直接影響，齒數(shù)越多，同時(shí)工作齒數(shù)也多，生產(chǎn)率高，銑削過(guò)程平穩(wěn)，加工質(zhì)量好?？赊D(zhuǎn)位面銑刀的齒數(shù)根據(jù)直徑不同可分為粗齒、細(xì)齒、密齒三種（參見(jiàn)下表）。粗齒銑刀主要用于粗加工；細(xì)齒銑刀用于平穩(wěn)條件下的銑削加工；密齒銑刀的每齒進(jìn)給量較小，主要用于薄壁鑄鐵件加工。直徑/mm齒數(shù)506398100125160200250315400500粗齒4681012162026細(xì)齒68101216202634密齒12243240525264

（2）立銑刀立銑刀是數(shù)控銑床上用得最多的一種刀具，主要有高速鋼立銑刀和硬質(zhì)合金立銑刀兩種類(lèi)型，其結(jié)構(gòu)如圖6-5所示。立銑刀的圓柱表面和端面上都有切削刃，它們可同時(shí)進(jìn)行切削，也可單獨(dú)進(jìn)行切削，主要用于加工凸輪、臺(tái)階面、凹槽和箱口面。

（a）硬質(zhì)合金立銑刀（b）高速鋼立銑刀

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(zhǎng)度一般較長(zhǎng)。為了改善切屑卷曲情況，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(xì)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。直徑較小的立銑刀，一般制成帶柄形式。

（3）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。

（4）鍵槽銑刀鍵槽銑刀有兩個(gè)刀齒，圓柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，可以短距離的軸向進(jìn)給，既像立銑刀，又類(lèi)似鉆頭。加工時(shí)先軸向進(jìn)給達(dá)到槽深，然后沿鍵槽方向銑出鍵槽全長(zhǎng)，如圖所示。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，直柄鍵槽銑刀直徑d=Φ2～Φ22mm，錐柄鍵槽銑刀直徑d=Φ14～Φ50mm。鍵槽銑刀直徑的偏差有e8和d8兩種。

（5）鼓形銑刀如圖所示是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(wú)切削刃。加工時(shí)控制刀具上下位置，相應(yīng)改變刀刃的切削部位，可以在工件上切出從負(fù)到正的不同斜角。R越小，鼓形銑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。這種刀具的缺點(diǎn)是刃磨困難，切削條件差，而且不適于加工有底的輪廓表面。

（6）成形銑刀圖6-10是常見(jiàn)的幾種成形銑刀，一般都是為特定的工件結(jié)構(gòu)或加工內(nèi)容專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的，如角度面、凹槽、特形孔或特形臺(tái)等。

圖6-10成形銑刀圖6-11牛鼻銑刀除了上述幾種典型的銑刀類(lèi)型外，數(shù)控銑刀的結(jié)構(gòu)還在不斷發(fā)展和更新中，例如圖6-11所示銑刀（俗稱(chēng)牛鼻銑刀）的剛度、刀具耐用度和切削性能都較好。6.2.3銑刀的選擇

（1）銑刀類(lèi)型的選擇銑刀類(lèi)型應(yīng)與工件表面形狀與尺寸相適應(yīng)，加工較大的平面應(yīng)選擇面銑刀；加工凹槽、較小的臺(tái)階面及平面輪廓應(yīng)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(yīng)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(yīng)選用成形銑刀。

（2）銑刀參數(shù)的選擇①面銑刀主要參數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)可轉(zhuǎn)位面銑刀直徑為Φ16～Φ630mm。銑刀的直徑應(yīng)根據(jù)銑削寬度、深度選擇，一般銑前深度、寬度越大、越深，銑刀直徑也應(yīng)越大。精銑時(shí)，銑刀直徑要大些，盡量包容工件整個(gè)加工面寬度，以提高加工精度和生產(chǎn)效率，并減小相鄰兩次進(jìn)給之間的接刀痕。銑刀齒數(shù)應(yīng)根據(jù)工件材料和加工要求選擇，一般銑削塑性材料或粗加工時(shí)，選用粗齒銑刀；銑削脆性材料或半精加工、精加工時(shí)，選用中、細(xì)齒銑刀。面銑刀幾何角度的標(biāo)注見(jiàn)圖。前角的選擇原則與車(chē)刀基本相同，只是由于銑削時(shí)有沖擊，故前角數(shù)值一般比車(chē)刀略小，尤其是硬質(zhì)合金面銑刀，前角數(shù)值一般減小得更多些。銑削強(qiáng)度和硬度都高的材料時(shí)可選用負(fù)前角。前角的數(shù)值主要根據(jù)工件材料和刀具材料來(lái)選擇。銑刀的磨損主要發(fā)生在后刀面上，因此適當(dāng)加大后角可減少銑刀磨損。常取α=5o～12o，工件材料較軟時(shí)取大值，工件材料硬取小值；粗齒銑刀取小值，細(xì)齒銑刀取大值。銑削時(shí)沖擊力大，為了保護(hù)刀尖，硬質(zhì)合金面銑刀的刃傾角常取λS=－5o～－15o。只有在銑削低強(qiáng)度材料時(shí)，取λS=5o。主偏角Κγ在45o～90o范圍內(nèi)選取，銑削鑄鐵常用45o，銑削一般鋼材常用75o，銑削帶凸肩的平面或薄壁零件時(shí)要用90o。②立銑刀主要參數(shù)的選擇立銑刀主切削刃的前角在法剖面內(nèi)測(cè)量，后角在端剖面內(nèi)測(cè)量，前、后角的標(biāo)注如圖6-5b）所示。前、后角都為正值，根據(jù)工件材料和銑刀直徑選取，其具體數(shù)值可分別參考表6.3和表6.4。立銑刀的有關(guān)尺寸參數(shù)如圖6-13所示，推薦按下述經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取。①刀具半徑R應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑Rmin，一般取R=（0.8～0.9）Rmin。②零件的加工高度H≤（1／4～1／6）R，以保證刀具有足夠的剛度。③對(duì)不通孔（深槽），選取l=H＋（5～10）mm（l為刀具切削部分長(zhǎng)度，H為零件高度）。④加工外型及通槽時(shí)，選取l=H＋r＋（5

圖6-13銑刀的尺寸選擇～10）mm（r為端刃圓角半徑）。

⑤加工肋時(shí)，刀具直徑為D=（5～10）b（b為肋的厚）。⑥粗加工內(nèi)輪廓面時(shí)，立銑刀最大直徑D可按下式計(jì)算（見(jiàn)圖6-14）。

=+D

（6-1）

式中：D—輪廓的最小凹圓角半徑；

δ—圓角鄰邊夾角等分線上的精加工余量；

δl—精加工余量；

Ф—圓角兩鄰邊的最小夾角。

6-14粗加工立銑刀最大直徑估算

6.2.4銑刀的裝夾

（1）刀片在刀體上的裝夾（針對(duì)機(jī)夾可轉(zhuǎn)位銑刀）刀片在刀體上的裝夾應(yīng)完成：一是保證刀片在刀體上的定位，即刀片在轉(zhuǎn)位或更換切削刃后徑向誤差在允差范圍內(nèi)；二是確保刀片、定位元件以及夾緊元件在切削過(guò)程中不松動(dòng)和移位。

（2）銑刀在機(jī)床上的裝夾①套式面銑刀的裝夾直徑在Φ50～Φ160mm之間的面銑刀，用帶端鍵的套式面銑刀柄連接，面銑刀以?xún)?nèi)孔和端面在銑刀柄上定位，用螺釘將銑刀緊固在銑刀柄上，由端面鍵傳遞力矩；直徑大于Φ160mm的套式面銑刀用內(nèi)六角螺釘固定在端鍵傳動(dòng)接桿上。

②帶柄式銑刀的裝夾其柄部有直柄和錐柄兩種。目前，錐柄銑刀主要是通過(guò)莫氏孔銑刀柄過(guò)渡，然后安裝在銑床軸上；直柄銑刀通過(guò)彈簧夾頭刀柄安裝，將直柄銑刀裝入彈簧夾頭并旋緊夾頭螺母即可，如圖6-15所示。使用時(shí)應(yīng)根據(jù)銑刀直柄的直徑和與銑床主軸相連的銑刀柄內(nèi)孔錐度，選擇彈簧夾頭的內(nèi)孔尺寸和外錐。

彈簧夾頭外圓上有三條彈性槽，螺母鎖緊時(shí)，三條槽合攏，內(nèi)孔收縮，將直柄銑刀夾緊。彈簧夾頭的結(jié)構(gòu)如圖6-16所示。圖6-15彈簧夾頭刀柄圖6-16彈簧夾頭結(jié)構(gòu)示圖6.3工件在數(shù)控銑床上的裝夾6.3.1工件在數(shù)控銑床上裝夾的要求（1）裝夾時(shí)應(yīng)使工件的加工面充分暴露在外，同時(shí)要求夾緊機(jī)構(gòu)元件高度較低，以防止夾具與銑床主軸套筒或刀套、刀刃在加工時(shí)產(chǎn)生干涉