數(shù)控機床編程與操作6數(shù)控銑削加工工藝

第6講數(shù)控銑削加工工藝6.1數(shù)控銑削加工工藝的主要內(nèi)容6.2數(shù)控銑削加工工藝與分析的步驟和方法6.3數(shù)控銑削工藝分析舉例

第6講數(shù)控銑削加工工藝數(shù)控銑削加工工藝的實質(zhì)，就是在分析零件精度和外表粗糙度的根底上，對數(shù)控銑削的加工方法、裝夾方式、切削加工進給路線、刀具選擇和切削用量等工藝內(nèi)容進行正確而合理的選擇。6.1數(shù)控銑削加工工藝的主要內(nèi)容以下加工內(nèi)容比較適宜采用數(shù)控銑削加工：①零件上的平面曲線輪廓外表〔如下圖〕特別是由數(shù)學表達式給出的非圓曲線和列表曲線建立的空間曲線。②由給出數(shù)學模型的空間曲面或通過測量數(shù)據(jù)建立起來的空間曲面。③形狀復雜、尺寸繁多、零件畫線和檢測都比較困難的零件加工部位。

第6講數(shù)控銑削加工工藝

(a)輪廓面A(b)輪廓面B(c)輪廓面C

圖6-1平面類零件

第6講數(shù)控銑削加工工藝④能夠在一次裝夾中銑削加工出多部位的零件外表或零件形狀。⑤用普通的銑床進行加工的觀察、檢測困難的零件加工，以及各種內(nèi)、外凹凸槽形狀的零件的加工。★以下內(nèi)容不適宜采用數(shù)控銑削加工：①需要進行長時間占機人工進行調(diào)整的加工和粗加工。②零件毛坯上的加工余量不大或者不太穩(wěn)定的加工部位。③必須使用細長銑刀加工的部位，一般指狹長深槽和加工精度要求不高的筋板處連接曲線。

第6講數(shù)控銑削加工工藝6.2

數(shù)控銑削加工工藝與分析的步驟和方法程序編制人員在進行工藝分析時，應該具備機床說明書，編程手冊，切削用量表，標準工具、夾具手冊等資料，并根據(jù)被加工零件的材料、輪廓形狀、加工精度等選用適宜的數(shù)控機床，制定加工方案，確定零件的加工順序，以及各工序所用的刀具、夾具和切削用量等，力求高效率地加工出合格的零件。1.數(shù)控加工零件的工藝分析⑴零件圖上尺寸數(shù)據(jù)的給出，應符合程序編制方便的原那么①零件圖上尺寸標注方法應適應數(shù)控加工編程的特點。②構成零件輪廓幾何元素的條件要充分。

第6講數(shù)控銑削加工工藝⑵零件各加工部位的結構工藝性應符合數(shù)控加工的特點①零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸。從而減少使用刀具的規(guī)格和換刀的次數(shù)，使得編程方便，生產(chǎn)效率提高。③零件銑削底平面時，槽底圓角半徑r不應太大。銑刀倒圓半徑R越大，銑刀端刃銑削平面的能力就越低。當?shù)毒咧睆紻一定時，銑刀倒圓半徑R越大，銑刀端刃銑削平面的面積越小，加工外表的能力越差，加工工藝性也越差。④應采用統(tǒng)一的定位基準。如果沒有統(tǒng)一的定位基準，在加工過程中就會因零件的重新安裝而導致局部零件尺寸的整體錯位，從而造成加工零件的報廢。零件上最好有適宜的孔作為定位基準孔。②內(nèi)槽圓角決定刀具直徑的大小，因此內(nèi)槽圓角半徑應太小。

第6講數(shù)控銑削加工工藝⑶零件的變形分析零件在數(shù)控銑削加工過程中會產(chǎn)生變形，不僅影響加工質(zhì)量，而且當變形較大時使加工無法進行。這就需采取工藝措施來預防，如對鋼件進行調(diào)質(zhì)處理，對鑄鋁件進行退火處理，對不能用熱處理方法解決的，可采用粗加工、精加工及對稱去除余量等常規(guī)方法。⑷零件毛坯的工藝性分析根據(jù)實際的使用經(jīng)驗，以下幾方面應該作為零件毛坯工藝性分析的要點：1〕毛坯應該有充分、穩(wěn)定的加工余量。毛坯主要指鍛件、鑄件。由于鍛件，鑄件在模鍛時的欠壓量和允許的錯模量會造成余量的大小不等；鑄造時也會因為砂型誤差、收縮量和金屬液體流動性差不能充滿型腔等因素造成余量不均勻。因此，加工時要留有充足的加工余量。

第6講數(shù)控銑削加工工藝2〕零件毛坯的裝夾適應性盡可能一次裝夾就能夠加工出較多的外表。對于不便于裝夾的毛坯，可以考慮在毛坯上另外增加裝夾余量或工藝凸臺和工藝凸耳等輔助基準。3〕毛坯的變形、余量的大小以及均勻性分析毛坯在加工中和加工后的變形程度，以便考慮是否采取預防措施和補救措施。對于熱軋鋁板，經(jīng)淬火時效后容易在加工中和加工后產(chǎn)生變形，最好采用經(jīng)過預拉伸處理的淬火板坯。對于毛坯余量的大小以及均勻性，主要考慮在加工中是否需要分層進行切削。

第6講數(shù)控銑削加工工藝2.零件圖形的數(shù)學處理在數(shù)控銑削過程中，手工編程尺寸不能簡單地直接選取工件圖紙上的根本尺寸，零件圖形調(diào)整可按下面的方式進行：①精度高的尺寸處理：可將根本尺寸換算為平均尺寸。②

幾何關系的處理：保持原來重要的幾何關系。如角度、相切、相交關系不變。③

精度低的尺寸處理：通過調(diào)整修改一般尺寸，保持零件原有的幾何關系，使之相互協(xié)調(diào)。④

節(jié)點坐標尺寸的計算：按照調(diào)整后的尺寸計算有關未知節(jié)點的坐標尺寸。⑤

編程尺寸的修正：按照調(diào)整后的尺寸編程，進行加工，測量關鍵尺寸的實際分散中心與誤差，再按照誤差對編程尺寸進行調(diào)整，并相應修改程序。

第6講數(shù)控銑削加工工藝3.加工方法的選擇與加工方案確實定⑴加工方法的選擇銑削加工方法的選擇原那么是：保證加工外表的加工精度和外表粗糙度的要求。對于平面、平面輪廓與曲面的銑削加工，經(jīng)過粗銑加工的平面，尺寸精度可達IT12~IT14級，外表粗糙度Ra值可達12.5~25μm。經(jīng)過精銑加工的平面，尺寸精度可達IT7~IT9級，外表粗糙度Ra值可達1.6~3.2μm。⑵確定加工方案的原那么確定加工方案時，首先應根據(jù)主要外表的精度和外表粗糙度的要求，初步確定為到達這些要求所需要的加工方法。原那么上數(shù)控機床僅進行較復雜零件重要基準的加工和零件的精加工。

第6講數(shù)控銑削加工工藝⑶平面類零件斜面輪廓加工方案確實定在銑削加工中，零件按外表輪廓可分為平面類零件和曲面類零件。其中平面類零件斜面輪廓的加工又分為兩種：1〕固定斜角的外輪廓加工在加工中要根據(jù)零件的尺寸精度、傾斜角的大小、刀具的形狀、零件的安裝方法、編程的難易程度等因素，選擇一個較好的加工方案。2〕有變斜角的外輪廓加工從技術上講，最好的加工方法是采用多軸聯(lián)動的數(shù)控機床，這樣效率高，加工質(zhì)量好。但是這種機床設備投資大，生產(chǎn)費用高。

第6講數(shù)控銑削加工工藝⑷曲面輪廓加工方法的選擇立體曲面的加工應根據(jù)曲面的形狀、刀具形狀及精度要求采用不同的銑削加工方法。如兩軸半、三軸、四軸及五軸等聯(lián)動加工。①對曲率半徑變化不大和精度要求不高的粗加工，常使用兩軸半坐標的數(shù)控銑床采用行切法加工。所謂行切法是指刀具與零件輪廓的的切點軌跡是一行一行的，而行間的距離按零件加工精度的要求確定。如以下圖所示。

第6講數(shù)控銑削加工工藝兩軸半坐標行切法加工曲面

第6講數(shù)控銑削加工工藝②對曲率變化較大和精度要求較高的曲面的精加工，常使用X、Y、Z三坐標聯(lián)動插補的行切法進行加工。三軸行切法加工曲面

第6講數(shù)控銑削加工工藝4.工序與工步的劃分〔1〕工序的劃分1〕以零件的裝夾定位方式劃分工序2〕按粗、精加工劃分工序3〕按所用刀具劃分工序〔2〕工步的劃分①同一外表按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工外表按先粗加工后精加工分開進行。②對于既有銑削平面又有鏜孔加工外表的零件，可按先銑平面后鏜孔進行加工。

③

按使用刀具來劃分工步，以減少換刀次數(shù)，提高加工效率。

第6講數(shù)控銑削加工工藝5.零件的安裝與夾具的選擇〔1〕定位基準分析

定位基準有粗基準和精基準兩種，除第一道工序采用粗基準外，其余工序都使用精基準。選擇定位基準要遵循基準重合原那么，基準統(tǒng)一的原那么，這樣可以減少基準不重合產(chǎn)生的誤差和數(shù)控編程中的計算量，并且能有效地減少裝夾次數(shù)。〔2〕定位安裝的根本原那么①夾持工件后夾具等一些組件不能與刀具運動軌跡發(fā)生干預，不得影響進給，加工部位要敞開。②

必須保證最小的夾緊變形。③

裝卸方便，輔助時間盡量短。

第6講數(shù)控銑削加工工藝④對小型零件或工序時間不長的零件，可以考慮在工作臺上同時裝夾幾件進行加工，以提高加工效率。⑤夾具結構應力求簡單。⑥夾具應便于與機床工作臺及工件定位外表間的定位元件連接。數(shù)控銑床工作臺面上一般都有基準T型槽，轉臺中心上有定位孔，臺面?zhèn)让嬗谢鶞蕮醢宓榷ㄎ辉?。固定方式一般用T型螺釘或螺栓或壓板壓緊。夾具上用于緊固的孔和槽的位置必須與工作臺的T型槽和孔的位置相對應。⑦防止采用占機人工調(diào)整加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。

第6講數(shù)控銑削加工工藝〔3〕選擇夾具的根本原那么數(shù)控銑削加工的特點對夾具提出兩點要求：一是要保證夾具的坐標方向要與機床的坐標方向相對固定不變；二是要協(xié)調(diào)零件和機床坐標系的尺寸關系。還要考慮以下幾點：①

當零件加工批量不大時，應盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具或其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間，節(jié)省生產(chǎn)費用。②

在成批生產(chǎn)時考慮使用專用夾具，力求結構緊湊、簡單。還可以采用多位、多件夾具。③

零件的裝卸要快速、方便、可靠，盡量縮短數(shù)控機床的停頓時間。④夾具上各類零件不能阻礙機床對零件各外表的加工，既夾具要敞開，其定位夾緊機構的元件不能影響加工中的走刀運行。

第6講數(shù)控銑削加工工藝此外，為了提高數(shù)控加工的效率，在成批生產(chǎn)中還可以采用多位、多件夾具。例如，在數(shù)控銑床或立式加工中心的工作臺上，可安裝一塊與工作臺大小一樣的平板，如以下圖所示：它既可以作為大型零件的根底板，也可以作為多個中小型零件的公共根底板，可以依次加工出并排裝夾的多個零件。新型夾具元件

第6講數(shù)控銑削加工工藝6.刀具的選擇與切削用量確實定〔1〕刀具的選擇銑刀材料和幾何參數(shù)主要根據(jù)零件材料切削加工性、工件外表幾何形狀和尺寸大小選擇。〔2〕切削用量的選擇切削用量的選擇根據(jù)零件材料特點、刀具性能以及加工精度要求確定。通常為提高切削效率要盡量選用大直徑的銑刀；側吃刀量取刀具直徑的1/3-1/2，背吃刀量應大于冷硬層厚度；精銑時切削速度應提高一些。合理選擇切削用量的原那么是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，半精加工和精加工時應在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工本錢。

第6講數(shù)控銑削加工工藝7.與起刀、進刀、退刀相關的工藝處理〔1〕程序起始點、返回點、切入點、切出點確實定1〕程序起始點、返回點確實定在同一程序或一個零件在幾個程序中加工時起始點和返回點最好相同，這樣操作上就比較方便，并且其坐標值都設為0。2〕切入點選擇的原那么對粗加工來說，選擇曲面內(nèi)的最高點作為曲面的切入點。對于精加工來說，選擇曲面內(nèi)某個曲率比較平緩的角點作為曲面的切入點。3〕切出點選擇的原那么假設被加工曲面為開放型曲面，用曲面的某角點作為切出點；假設被加工曲面為封閉型曲面，只能用曲面的一個角點作為切出點。

第6講數(shù)控銑削加工工藝〔2〕程序進刀、退刀方式和進刀、退刀路線確實定1〕沿坐標軸Z軸方向直接進刀和退刀此方式最常用。其優(yōu)點是定義簡單，缺點是在工件外表的進刀、退刀處會留下微觀的停刀痕跡，影響工件外表的加工質(zhì)量和精度。所以在銑平面輪廓時盡量防止這樣的方法。2〕沿給定的矢量方向進刀和退刀此方式是先定義一個矢量方向，以次來確定刀具進刀和退刀運動的方向。3〕沿曲面的切線方向以直線方式進刀和退刀該方式是從被加工零件曲面的切線方向切入或切出工件外表。其優(yōu)點是在工件外表的進刀、退刀處不會留下停刀痕跡，工件外表的加工精度好。

第6講數(shù)控銑削加工工藝4〕沿曲面的法線方向進刀和退刀該方式是從被加工零件曲面切入點或切出點的法線方向切入或切出工件外表。其特點同于沿坐標軸Z軸方向直接進刀和退刀。5〕刀沿圓弧段方向進刀和退刀該方式是以圓弧段的運動方式切入或切出工件外表。6〕沿螺旋線或斜線方式進刀和退刀該進給方式的在兩進給層之間，刀具從上一層的高度沿螺旋線或斜線，以漸進的方式切入工件，直到工件的下一層高度，進行切削加工。對加工精度要求高的零件輪廓軌跡的加工，應該選擇沿曲面的切線方向進刀和退刀，這樣可以防止在工件外表的進、退刀處留下刀痕，影響加工精度。

第6講數(shù)控銑削加工工藝〔3〕起始平面、返回平面、進刀平面、退刀平面和平安平面確實定1〕起始平面起始平面是程序開始時刀具的初始位置所在的Z平面。一般定義在被加工外表的最高點之上50mm-100mm左右的某個位置上。此平面應該高于平安平面，其對應的高度稱為起始高度。在平安平面上刀具以G00的速度運行。2〕返回平面返回平面是指在程序結束時，刀具刀尖處所在的Z平面。一般在被加工外表的最高點之上5mm-10mm左右的某個位置上。一般與起始平面重合。返回平面對應的高度稱為返回高度。在返回平面上刀具以G00的速度運行。

第6講數(shù)控銑削加工工藝3〕進刀平面在銑削加工中，刀具先以G00的速度高速運行到零件開始切削位置處，然后轉換為切削進給速度進入加工，此速度轉折點的位置為進刀平面。4〕退刀平面5〕平安平面在數(shù)控銑削加工結束后，刀具以切削進給速度離開工件外表一端距離〔5mm-10mm〕后,轉換為以高速〔G00〕返回到平安平面和被加工零件的開始切削位置，此轉折位置為退刀平面。平安平面是指當一個曲面切削好后，刀具沿著刀軸方向返回運行一段距離后，刀尖所在的Z平面。平安平面一般定義在高出被加工零件最高點10mm-50mm左右的某個位置上。

第6講數(shù)控銑削加工工藝〔4〕對刀點和換刀點確實定選擇對刀點的原那么是：①對刀點的位置便于數(shù)學處理和簡化程序編制。②對刀點在機床上容易校準。③對刀點在加工過程中便于檢查。④對刀點在加工中引起的加工誤差小。對刀點可以設置在零件上，也可以設置在夾具上或機床上。為提高零件的加工精度，應盡可能設置在零件的設計基準或工藝基準上，或與零件的設計基準有一定的尺寸關系。換刀點就是指刀架轉位換換刀時的位置，為了防止換刀時刀具碰傷被加工零件，換刀點應設置在被加工零件或夾具的外部。下面動畫為數(shù)控機床的對刀方法

第6講數(shù)控銑削加工工藝8.順銑、逆銑與切削方向、切削方式的選擇銑刀的旋轉方向與工件的進給方向相同時為順銑，相反為逆銑。順銑逆銑

第6講數(shù)控銑削加工工藝〔1〕順銑、逆銑的特點逆銑時，刀具從加工外表切入，切削厚度逐漸增大，刀具的刀齒容易磨損，刀具切離工件時的垂直分力會使工件脫離工作臺，所以需要較大的夾緊力。順銑時，刀具從待加工外表切入，切削厚度由最大逐漸減小，刀具切離工件時的垂直分力會使工件始終壓向工作臺，減小了工件在加工中的振動，因而提高了零件的加工精度、外表加工質(zhì)量和刀具的耐用度。

第6講數(shù)控銑削加工工藝〔2〕順銑、逆銑確實定銑削加工時，采用順銑還是逆銑，對加工后的外表粗糙度有影響。應根據(jù)零件的加工要求、被加工零件的材料特點以及機床刀具的具體條件綜合考慮。當零件外表有硬皮，機床的進給機構有間隙時，應該選用逆銑，因為逆銑符合粗銑的要求，所以，對于余量大、硬度高的零件粗銑加工時盡量選用逆銑。當零件外表無硬皮，機床的進給機構無間隙時，應該選用順銑，順銑符合精銑的要求。所以對于耐熱材料、余量小和精銑削加工時盡量選用順銑。由于數(shù)控機床采用滾珠絲杠，其運動間隙小，而且順銑的優(yōu)點多于缺點，所以銑削加工中盡量采用順銑。

第6講數(shù)控銑削加工工藝9.工藝加工路線確實定在數(shù)控銑削加工中，工藝加工路線是指數(shù)控加工過程中刀位點相對于被加工零件的運動軌跡。即刀具從對刀點開始運動起，直至結束加工時所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑以及刀具引入、刀具返回等非切削的空行程。確定數(shù)控銑削工藝加工路線的原那么的是：在保證零件加工精度和外表粗糙度的前提下，方便數(shù)值計算，減少編程工作量，盡量縮短加工路線，提高生產(chǎn)效率。在確定數(shù)控銑削工藝加工路線時，還應考率零件的加工余量和機床、刀具的剛度，確定是一次走刀，還是屢次走刀來完成切削加工。并確定是采用順銑加工還是逆銑加工。

第6講數(shù)控銑削加工工藝1〕銑削內(nèi)外圓時加工路線銑削整圓時，要安排刀具從切向進入圓周銑削加工，當整圓加工完畢之后，不要在切點處取消刀補和退刀，要安排一段沿切線方向繼續(xù)運動的距離，這樣可以防止在取消刀補時，刀具與工件相撞而造成工件和刀具報廢。銑切外圓加工路線見圖a所示。當銑切內(nèi)圓時也應該遵循從切入的方法。最好安排從圓弧過渡到圓弧的加工路線。切出時也應多安排一段過渡圓弧再退刀，這樣可以降低接刀處的接痕，從而可以降低孔加工的粗糙度和提高孔加工的精度，圖b是銑切內(nèi)圓的加工路線示意圖。

第6講數(shù)控銑削加工工藝圖a圖b

第6講數(shù)控銑削加工工藝2〕銑削內(nèi)外表輪廓時，銑刀的切入點和切出點無法外延。此時銑刀可沿著零件輪廓的法線方向切入、切出，并應該盡量將切入、切出點選擇在零件輪廓的交接處。如以下圖為用行切方式加工內(nèi)腔的走刀路線，這種走刀能切除內(nèi)腔中的全部余量，不留死角，不傷輪廓。但行切法將在兩次走刀的起點和終點間留下殘留高度，而達不到要求的外表粗糙度。所以如采用中圖的走刀路線，先用行切法，最后沿周向環(huán)切一刀，光整輪廓外表，能獲得較好的效果。右圖也是一種較好的走刀路線方式。

第6講數(shù)控銑削加工工藝★a為防止刀補取消時在輪廓拐角處留下過切★b刀具切入切出點應遠離拐角

以下圖為無交點內(nèi)輪廓加工刀具的切入和切出

第6講數(shù)控銑削加工工藝3〕在銑削加工曲面時，常使用球頭銑刀采用“行切法〞進行加工。4〕在銑削加工邊界敞開的曲面時，可采用以下兩種加工路線：a

沿參數(shù)曲面的Y向采用行切特點是：每次直線走刀，刀位點計算簡單，程序短小，加工過程符合直紋曲面的形成規(guī)律。b

沿參數(shù)曲面的X向采用行切和環(huán)切特點是：便于加工后的檢查，零件曲面的準確度高，但程序較長。x

第6講數(shù)控銑削加工工藝〔a〕〔b〕

第6講數(shù)控銑削加工工藝10.平面和曲面輪廓的加工〔1〕平面輪廓的數(shù)控加工〔2〕曲面輪廓的數(shù)控加工對平面輪廓為任意曲線的數(shù)控加工，需要采用直線段和圓弧段逼近的方法進行“節(jié)點〞計算，并按照節(jié)點來劃分程序段。立體曲面輪廓的數(shù)控加工，應該根據(jù)曲面形狀、刀具形狀以及精度要求采用不同的銑削方法來進行加工，如采用具有兩軸半、三軸、四軸和五軸等插補聯(lián)動功能的數(shù)控銑床來進行加工。

第6講數(shù)控銑削加工工藝1〕兩軸半坐標加工

第6講數(shù)控銑削加工工藝2〕三軸聯(lián)動加工

第6講數(shù)控銑削加工工藝3〕四軸聯(lián)動加工

第6講數(shù)控銑削加工工藝4〕五軸聯(lián)動加工飛機螺旋槳是五軸聯(lián)動加工的典型零件代表，其葉片形狀如以下圖所示：

第6講數(shù)控銑削加工工藝6.3數(shù)控銑削工藝分析舉例平面凸輪零件是數(shù)控加工中常見的零件之一。其輪廓曲線由直線—圓弧、圓弧—圓弧、圓弧—非圓曲線以及非圓曲線等組成。加工中多采用兩軸以上聯(lián)動的數(shù)控銑床，加工工藝過程也大同小異。下面以以下圖所示的平面槽形凸輪為例，分析其數(shù)控銑削加工工藝。

第6講數(shù)控銑削加工工藝平面槽形凸輪

第6講數(shù)控銑削加工工藝1.零件圖紙分析此零件是一種平面槽形零件，需要在兩軸聯(lián)動的數(shù)控銑床上進行加工，零件材料為鑄鐵，切削性能較好。在數(shù)控銑削加工前，零件的基準孔φ35G7、φ12H7，零件的最大直徑φ280mm，厚度為18mm的兩端面，均已經(jīng)過粗加工。選擇零件底平面X及其φ35G7、φ12H7兩孔作為定位基準。凸輪槽內(nèi)外輪廓對X面的垂直度要求，利用提高平面凸輪的裝夾精度，使零件X面與銑刀軸線保持垂直即可保證；φ35G7對X面的垂直度要求由前道車削工序予以保證。

第6講數(shù)控銑削加工工藝2．確定零件的定位基準和裝夾方式〔1〕定位基準