數(shù)控銑削加工教案

教案2010～2011學(xué)年第1學(xué)期課程名稱：《數(shù)控銑削編程與加工技術(shù)》授課教師：羅龍輝職稱：教學(xué)單位：07機(jī)械師教研室：2010年11月

廣東技術(shù)師范學(xué)院教案課程名稱《數(shù)控銑削編程與加工技術(shù)》授課專業(yè)中等職業(yè)學(xué)校數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)班級07機(jī)械師授課教師羅龍輝職稱單位課程類型必修課專業(yè)必修課（√）；公共必修課（）選修課專業(yè)選修課（）；公共選修課（）授課方式課堂講授（√）；實(shí)踐（）考核方式考試（√）；考查（）課程教學(xué)總學(xué)時(shí)數(shù)3學(xué)分?jǐn)?shù)3學(xué)時(shí)分配課堂講授（3）學(xué)時(shí)；實(shí)踐課（0）學(xué)時(shí)教材名稱《數(shù)控銑削編程與加工技術(shù)（第2版）》作者張英偉出版社及出版時(shí)間2009年12月參考書目作者出版社及出版時(shí)間授課時(shí)間2010年11月24日注：表中（）選項(xiàng)請打“√”。每門課程只需填寫一次本表。

廣東技術(shù)師范學(xué)院教案周次第12周，第2次課章節(jié)名稱4.1.8

走刀路線的確定4.2

數(shù)控銑削用量的選擇

授課方式課堂講授（√）；實(shí)踐課（）教學(xué)時(shí)數(shù)3授課內(nèi)容請將授課內(nèi)容以每次課為順序，根據(jù)第一學(xué)時(shí)、第二學(xué)時(shí)寫成詳細(xì)文字材料作為附件附在教案最后，正文采用宋體小四號字體，1.5倍行距。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：1、數(shù)控銑削刀具路徑的確定（1）刀具路徑的安全規(guī)劃；（2）保證加工質(zhì)量的刀具路徑的編制；（3）高效率刀具路徑的規(guī)劃；2、數(shù)控銑削用量的選用（1）刀具銑削用量的選擇（2）銑削用量的選擇原則難點(diǎn)：1、高加工質(zhì)量的刀具路徑的編制；2、刀具銑削用量三要素的各自選擇。課堂討論與練習(xí)a孔加工零件bc圖61、討論分析圖6中b、c圖兩種加工路線何種方法會使得加工的零件得到更高的精度？2、三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角是1.5°，若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電頻率為2000Hz，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為_____r／min。A、3000；B、500；C、1500：D、1000。3、銑削用量的選擇原則有哪些？參考資料備注注：教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應(yīng)填寫一份本表。重復(fù)班授課可不另填寫教案。授課內(nèi)容（示例）≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈一、新課導(dǎo)入：在進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容之前，先讓我們來一同看一些圖片圖1圖1圖2從以上圖片可以清晰地知道，圖中的零件最大的特點(diǎn)是表面光滑。那如何才能加工才能得到如此光滑的表面呢？為了能夠得到如此光滑的表面，對于在加工過程中對于刀具路徑的確定以及銑削用量的選擇將會顯得極其的重要。對此，本次課將對刀具路徑以及銑削用量的選擇進(jìn)行學(xué)習(xí)。二、講授新課：(一)數(shù)控銑削刀具路徑的確定1．CNC加工的刀具路徑設(shè)計(jì)要求刀具路徑一般包括：從起始點(diǎn)快速接近工件加工部位，然后以工進(jìn)速度加工工件結(jié)構(gòu)，完成加工任務(wù)后，快速離開工件，回到某一設(shè)定的終點(diǎn)?？蓺w納為兩種典型的運(yùn)動(dòng)：點(diǎn)到點(diǎn)的快速定位運(yùn)動(dòng)——空行程；工作進(jìn)給速度的切削加工運(yùn)動(dòng)——切削行程。確定加工路線的原則主要有以下幾點(diǎn)：規(guī)劃安全的刀具路徑，保證刀具切削加工的正常進(jìn)行。規(guī)劃適當(dāng)?shù)牡毒呗窂剑欣诹慵庸r(shí)滿足工質(zhì)量要求。圖3刀具Z向安全間隙設(shè)計(jì)規(guī)劃最短的刀具路徑，減少走刀的時(shí)間，有利于圖3刀具Z向安全間隙設(shè)計(jì)2．刀具路徑的安全規(guī)劃在數(shù)控加工擬定刀具路徑時(shí)，把安全考慮放在首要地位更切實(shí)際。規(guī)劃刀具路時(shí)，最值得注意的安全問題就是刀具在快速的點(diǎn)定位過程中與障礙物的碰撞。⑴快速的點(diǎn)定位路線起點(diǎn)、終點(diǎn)的安全設(shè)定圖4銑削加工X、Y向安全間隙設(shè)計(jì)在擬定刀具快速趨近工件的定位路徑時(shí)，趨向點(diǎn)與工件實(shí)體表面的安全間隙大小應(yīng)有謹(jǐn)慎的考慮。如圖3，刀具在Z向圖4銑削加工X、Y向安全間隙設(shè)計(jì)在銑削加工中，刀具從X、Y向趨近工件與Z向快速趨于工件的情況相比較，同樣應(yīng)精心設(shè)計(jì)安全間隙，但情況又有所不同，因?yàn)榈毒遆、Y向刀位點(diǎn)在在圓心，始終與刀具切削工件的點(diǎn)相差一個(gè)半徑，因此設(shè)計(jì)刀具趨近工件點(diǎn)與工件的安全間隙時(shí)，除了要考慮毛坯余量的大小，又應(yīng)考慮刀具半徑值的大小。起始切削的刀具中心點(diǎn)與工件的安全間隙大于刀具半徑與毛坯切削余量之和是比較穩(wěn)妥的安全的考慮。刀具切出工件安全的地方是離開剛加工完的輪廓有足夠安全間隙的地方，安全間隙同樣應(yīng)大于刀具半徑與毛坯切削余量之和，如圖4所示。圖5點(diǎn)定位路線并非直線⑵圖5點(diǎn)定位路線并非直線擬定刀具路徑必須使刀具移動(dòng)路線中沒有障礙物，一些常見的障礙物如：加工中心的機(jī)床工作臺和安裝其上的卡盤、分度頭，虎鉗、夾具、工件的非加工結(jié)構(gòu)等。對各種影響路線設(shè)計(jì)因素的考慮不周，將容易引起撞刀危險(xiǎn)的情況。G00的目的是把刀具從相對工件的一個(gè)位置點(diǎn)快速移動(dòng)到另一個(gè)位置點(diǎn)，但不可忽視的是CNC控制的兩點(diǎn)間點(diǎn)定位路線不一定是直線，如圖5所示，定位路線往往是先幾軸等速移動(dòng)，然后單軸驅(qū)近目標(biāo)點(diǎn)的折線，忽視這一點(diǎn)將可能忽略了阻礙在實(shí)際移動(dòng)折線路線中的障礙物。非但G00的路線，G28、G29、G30、G81—G89、G73等的點(diǎn)定位路線也應(yīng)該考慮同樣的問題。還應(yīng)注意到的是撞刀不僅僅是刀頭與障礙物的碰撞，還可能是刀具其它部分如刀柄與它物的碰撞。3．保證加工質(zhì)量的刀具路徑的編制⑴設(shè)計(jì)有利于保證尺寸精度的定位路線a孔加工零件a孔加工零件b位置精度不高的定位路線c位置精度高的定位路線圖6有利于定位精度的點(diǎn)定位刀路設(shè)計(jì)

如圖6(a)，在該零件上加工六個(gè)尺寸相同孔，位置精度要求較高，若用具有開環(huán)或半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)床，要特別要注意孔的點(diǎn)定位路線的設(shè)計(jì)，避免坐標(biāo)軸的反向間隙影響位置精度。若設(shè)計(jì)如圖6(b)所示路線加工時(shí)，由于4、5、6孔與1、2、3孔Y軸向定位方向相反，Y軸傳動(dòng)系統(tǒng)的反向間隙影響1、2、3孔的位置精度。按圖6(c)所示路線，1、2、3、4、5、6孔定位方向一致，可避免反向間隙的引入，提高孔加工的位置精度。圖7薄壁銑削路線⑵設(shè)計(jì)有利于保持工藝系統(tǒng)剛度圖7薄壁銑削路線刀具路線的設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮到刀具切削力對工藝系統(tǒng)剛度的影響，盡量采用選擇保證裝夾剛度和工件加工變形小的路線，使加工平穩(wěn)、震動(dòng)小，提高切削的質(zhì)量。薄壁零件加工的難點(diǎn)在于工件加工變形。隨著零件壁厚的降低,零件的剛性減低,加工變形增大,容易發(fā)生切削振顫，影響零件的加工質(zhì)量和加工效率。刀具路徑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如何保證零件整體剛性，使切削過程處在剛性較佳的狀態(tài)。如圖7所示，對于側(cè)壁的銑削加工，在切削用量允許范圍內(nèi)，采用徑向切深較大、軸向切深小，逐層往下切的分層銑削加工路線。這種刀路的設(shè)計(jì)思想在于在切削過程中,盡可能的應(yīng)用零件的未加工部分作為正在銑削部分的支撐，充分利用零件整體剛性。圖8刀路間距與殘余高度⑶設(shè)計(jì)圖8刀路間距與殘余高度設(shè)計(jì)保證工件表面質(zhì)量的精加工路線的要求，可歸結(jié)為兩點(diǎn)：一是，減少刀具相對工件運(yùn)動(dòng)軌跡形成的殘留；二是，精加工路線有利于維持工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免物理因素對精加工的干擾。如圖8，球頭刀加工空間曲面和變斜角輪廓時(shí)，刀路間距設(shè)計(jì)，是影響切削殘留的重要因素，由于球頭刀具在走刀時(shí)，每兩行刀位之間，加工表面不可能重疊，總存在沒有被加工去除的部分，每兩行刀位之間的距離越大，沒有被加工去除殘余高度越大，表面質(zhì)量越差。切削行距越小，殘余高度越小，有利于提高表面質(zhì)量，但加工效率越低。除了注意殘留量的控制和保證精加工時(shí)的工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性，最終輪廓精加工，宜在一次走刀連續(xù)加工出來，注意精加工進(jìn)、退刀路線設(shè)計(jì)，以減少接刀痕跡。圖9精銑削外整圓路線圖10精銑削內(nèi)整圓路線如圖9所示，用圓弧插補(bǔ)方式精圖9精銑削外整圓路線圖10精銑削內(nèi)整圓路線⑷合理設(shè)計(jì)螺紋加工升、降速段路線由于數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間，沒有機(jī)械方面的直接聯(lián)系，CNC在控制等距螺紋或變距螺紋加工時(shí)，必須控制主軸旋轉(zhuǎn)與刀具進(jìn)給保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系，即同步運(yùn)行關(guān)系。這就意味著當(dāng)主軸處于特定轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度必須達(dá)到相應(yīng)的定值才能正確加工螺紋。如當(dāng)主軸500r/min時(shí)，加工螺距為2mm的螺紋，進(jìn)給速度必須達(dá)到2×500=1000(mm/min)的速度時(shí)加工的螺紋才是正確的。因此數(shù)控機(jī)床的螺紋加工時(shí)，無論是車削螺紋還是攻內(nèi)螺紋，在擬定螺紋加工路線時(shí)，須設(shè)置足夠長的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的升速段和降速段（如圖11a、b），保證要工件的螺紋段加工時(shí)，主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)處于正確的同步關(guān)系，a車外螺紋a車外螺紋b攻內(nèi)螺紋圖11有利于保證螺紋加工質(zhì)量的刀具路線設(shè)計(jì)4．高效率刀具路徑的規(guī)劃圖12追求短的點(diǎn)定位路線刀具相對工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上可總結(jié)為兩種典型的運(yùn)動(dòng)，即：點(diǎn)到點(diǎn)的定位運(yùn)動(dòng)，為快速、非切削的空行程狀態(tài)；刀具以工進(jìn)速度切削工件的切削加工運(yùn)動(dòng)。規(guī)劃提高效率的刀具路徑，最實(shí)際的就是尋求最短刀具圖12追求短的點(diǎn)定位路線⑴擬定盡量短的點(diǎn)定位路線刀具切削工件前，要從某初始點(diǎn)開始快速運(yùn)動(dòng)接近工件，刀具初始點(diǎn)，通常是換刀點(diǎn)或?qū)Φ饵c(diǎn)；刀具完成切削任務(wù)后，又離開工件回到適當(dāng)?shù)臍w宿點(diǎn)位置，通常是換刀點(diǎn)或機(jī)床參考點(diǎn)。因此，要縮短刀具接近工件的路線和切削后的回歸路線，換刀點(diǎn)、對刀點(diǎn)、機(jī)床參考點(diǎn)的設(shè)置，要盡量靠近工件的加工部位，但要保證換刀及其它操作的方便和安全。若同一刀具可對同次裝夾工件的多個(gè)結(jié)構(gòu)，或同次裝夾的多個(gè)工件加工，應(yīng)設(shè)計(jì)好刀具從一個(gè)結(jié)構(gòu)到另一個(gè)結(jié)構(gòu)，從一個(gè)工件到另一個(gè)工件的點(diǎn)定位路線，使各結(jié)構(gòu)加工連貫進(jìn)行，銜接自然合理，減少重復(fù)定位次數(shù)，并使定位路線總長最短。如圖12可以用同一把鉆頭把不在同一高度的相同孔一次加工完的點(diǎn)定位路線安排。⑵擬定盡量短的進(jìn)給切削路線在安排粗加工或半精加工的切削進(jìn)給路線時(shí)，切削進(jìn)給路線短，可有效地提高生產(chǎn)效率，降低刀具損耗等。如圖13，對于矩形型腔區(qū)域的粗加工，當(dāng)?shù)毒哐璟字形刀路行切時(shí)（圖13a），刀路較短，有利于提高切削效率，但加工表面質(zhì)量最差，在周邊留有大量的殘余；環(huán)切走刀路線（圖13b），加工后能夠保證精度，但刀路較長，不利于提高切削效率。ab圖13(二)數(shù)控銑削用量選用1．刀具銑削用量的選擇切削用量表示主運(yùn)動(dòng)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)大小的數(shù)量，是切深、進(jìn)給量和切削速度三要素的總稱，用來描述切削加工運(yùn)動(dòng)量。銑削加工的切深分背吃刀量和側(cè)吃刀量。⑴背吃刀量和側(cè)吃刀量背吃刀量（ap）為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為㎜。端銑時(shí)，背吃刀量為切削層深度；而圓周銑削時(shí)，為被加工表面的寬度。側(cè)吃刀量（ae）為垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為㎜。端銑時(shí)，ae為被加工表面寬度；而圓周銑削時(shí)，側(cè)吃刀量為切削層深度。背吃刀量或側(cè)吃刀量的選取主要由加工余量和對表面質(zhì)量的要求決定：余量不大，力求粗加工一次進(jìn)給完成，但是在余量較大，或工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床動(dòng)力不足時(shí)，可多次分層切削完成。當(dāng)工件表面粗糙度值要求不高時(shí)粗銑，或分粗銑、半精銑兩步加工；當(dāng)工件表面粗糙度值要求較高，宜分粗銑、半精銑、精銑三步進(jìn)行。⑵進(jìn)給量銑削加工的進(jìn)給量f（㎜/r）是指刀具轉(zhuǎn)一周，工件與刀具沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對位移量；對于多齒刀具(如鉆頭、銑刀)，每轉(zhuǎn)中每齒相對于工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的位移量稱為每齒進(jìn)給量fZ，單位為mm／z。顯然：fZ=（式中，z為刀齒數(shù)）進(jìn)給速度F（㎜/min）是單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對位移量。進(jìn)給速度與進(jìn)給量的關(guān)系為：。（n為銑刀轉(zhuǎn)速，單位r/min）每齒進(jìn)給量的選取主要依據(jù)工件材料的力學(xué)性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料強(qiáng)度和硬度越高，切削力越大，每齒進(jìn)給量宜選得小些；刀具強(qiáng)度、韌性越高，可承受的切削力越大，每齒進(jìn)給量可選得大一些；工件表面粗糙度要求越高，每齒進(jìn)給量選小些；工藝系統(tǒng)剛性差，每齒進(jìn)給量應(yīng)取較小值。⑶切削速度切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，單位為m／min。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其計(jì)算公式為=式中:d——切削刃上選定點(diǎn)所對應(yīng)的工件或刀具的直徑，單位為mm。n——主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速，單位為r／min。選擇切削速度時(shí)，不可忽視以下幾點(diǎn)：⑴刀具材料硬度高，耐磨、耐熱性好時(shí)，可取較高的切削速度。⑵工件材料可切削性差時(shí)，如強(qiáng)度、硬度高、塑性太大或太小，切削速度應(yīng)取低些。⑶工藝系統(tǒng)(機(jī)床、夾具、工件、刀具)剛度較差時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度以防止振動(dòng)。⑷切削速度的選用應(yīng)與切深、進(jìn)給量的選擇相適應(yīng)，當(dāng)切深、進(jìn)給量增大時(shí)，刀刃負(fù)荷增加，使切削熱增加，刀具磨損加快，從而限制了切削速度的提高；當(dāng)切深、進(jìn)給量均小時(shí)，可選擇較高的切削速度。⑸在機(jī)床功率較小的機(jī)床上，限制切削速度的因素也可能是機(jī)床功率。在一般情況下，可以先按刀具耐用度來求出切削速度，然后再校驗(yàn)機(jī)床功率是否超載。2．銑削用量的選擇原則合理的切削用量應(yīng)滿足以下要求：在保證安全生產(chǎn)，不發(fā)生人身、設(shè)備事故，保證工件加工質(zhì)量的前提下，能充分地發(fā)揮機(jī)床的潛力和刀具的切削性能，在不超過機(jī)床的有效功率和工藝系統(tǒng)剛性所允許的額定負(fù)荷的情況下，盡量選用較大的切削用量。一般情況下我們對切削用量選擇時(shí)應(yīng)考慮到下列問題：⑴保證加工質(zhì)量：主要是保證加工表