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要在数控铣床上高效率、高质量地加工出铣削类零件，必须掌握铣削类零件的数控加工工艺的有关知识，选择合理的工艺方案，同时充分利用数控系统提供的各种高性能的控制指令，迅速准确地编制出高质量的数控铣削类加工程序。第4章数控铣床和加工中心加工工艺与编程了解数控铣床和加工中心加工中要解决的主要工艺问题以及各种问题的解决方法。掌握铣削类工艺拟定的过程、工序的划分方法、工序顺序的安排和进给路线的确定等工艺知识，数控铣类数控系统的指令功能、动作内容和顺序，编制铣类数控加工程序的基本方法。教学目的：第4章数控铣床和加工中心加工工艺与编程学习内容与知识点：内容知识点学习要求建议学时4.1数控铣床与加工中心的特点数控铣床与加工中心分类了解数控铣床与加工中心的结构特点掌握数控铣削的工艺特点掌握4.2数控铣床与加工中心刀具常用铣刀种类及其工艺特点掌握铣削对刀具的基本要求掌握铣削刀具的选择重点掌握工具系统重点掌握高速铣削及其工具系统掌握4.3数控铣床与加工中心的常用夹具通用夹具掌握专用夹具掌握组合夹具掌握气动和液压夹具了解回转工作台掌握成组夹具了解真空夹具了解第4章数控铣床和加工中心加工工艺与编程学习内容与知识点：4.5数控铣与加工中心的对刀机外对刀仪了解机内Z向对刀重点掌握X、Y向对刀重点掌握4.6数控铣床与加工中心程序编制G功能掌握M代码掌握坐标平面指令（G17、G18、G19）重点掌握基本移动指令（G00、G01、G02、G03）重点掌握程序暂停（G04）重点掌握刀具与刀具补偿（T功能、G41、G42、G40、G43、G44、G49）重点掌握第4章数控铣床和加工中心加工工艺与编程学习内容与知识点：4.6数控铣床与加工中心程序编制极坐标编程(G15、G16)掌握子程序（M98、M99）重点掌握比例缩放指令(G50、G51)掌握坐标系旋转指令(G68、G69)掌握可编程镜象指令（G51.1、G50.1）掌握参考点指令（G27、G28、G29、G30）掌握固定循环（G98、G99、G73、G74、G76、G80～G89）掌握4.1数控铣床与加工中心的特点中型大型小型按重量分卧式立卧两用式立式按主轴布局形式分三轴控制多轴控制两轴半控制按控制坐标的联动轴数高精度普通精度按加工精度分4.1.1数控铣床与加工中心分类图4-1立式加工中心布局图1—切屑槽2—防护罩3—刀库4—换刀装置5—主轴电动机6—Z轴伺服电动机7—主轴箱8—支架座9—数控柜10—X轴伺服电动机11—操作面板12—主轴13—工作台14—切削液槽4.1.1数控铣床与加工中心分类图4-2卧式加工中心布局图1—刀库2—换刀装置3—立柱4—Y轴伺服电动机5—主轴箱6—主轴7—数控装置8—防护罩9—工作台10—切屑槽4.1.1数控铣床与加工中心分类（a）（b）图4-3立卧两用数控铣床4.1.1数控铣床与加工中心分类4.1.2数控铣床与加工中心的结构特点1.数控铣床的结构特点（1）多坐标联动。（2）主传动简单。（3）在数控铣床的主轴套筒内一般都设有自动拉、退刀装置。（4）进给传动精度高。（5）采用滚动丝杠螺母传动和滚动导轨提高了传动效率，减小了机床磨损。4.1.2数控铣床与加工中心的结构特点2.加工中心的结构特点加工中心都设置有刀库和换刀机构。刀库容量少的有几把，多的几十至几百把。在加工过程中通过换刀机构自动更换刀具，还通过控制系统对刀具寿命进行管理，进一步增强了加工中心的功能。加工中心的刀库有盘式刀库和链式刀库之分。对于盘式刀库还分为有换刀机械手刀库和无换刀机械手刀库。有些加工中心具有多个工作台，工作台可自动交换，使装卸工件与机械加工同时进行。随着加工中心控制系统的发展，其智能化的程度也在不断提高。4.1.3数控铣削的工艺特点1．三坐标数控铣床与加工中心三坐标数控铣床与加工中心的共同特点是除具有普通铣床的工艺性能外，还具有加工形状复杂的二维和三维复杂轮廓的能力。三坐标加工中心（无论是立式还是卧式），适于多工序集中，需要铣、钻、铰及攻螺纹等多工序加工的零件。加装数控分度转台后，可实现四面加工，若主轴方向可换，则可实现五面加工，因而能够一次装夹完成更多表面的加工，特别适合于加工复杂的箱体类、泵体、阀体、壳体等零件。2．四坐标数控铣床与加工中心四坐标是指在X、Y和Z三个平动坐标轴的基础上增加一个转动坐标轴（A或B），且四个轴一般可以联动。在结构布局上，转动轴既可以作用于刀具（刀具摆动型），也可以作用于工件（工作台回转／摆动型）。机床既可以是立式的也可以是卧式的；转动轴既可以是A轴（绕X轴转动）也可以是B轴（绕Y轴转动）。4.1.3数控铣削的工艺特点3．五坐标数控铣床与加工中心五坐标数控铣床和加工中心具有两个回转坐标，如图4-4所示是其中的一种类型。其运动合成可使刀具轴线的方向在一定的空间内（受机构结构限制）任意控制，从而具有保持最佳切削状态及有效避免刀具干涉的能力。因此，五坐标加工可以获得比四坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果，特别适宜于三维曲面零件的高效高质量加工以及异型复杂零件的加工。采用五轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅加工表面粗糙度低，而且效率也大幅度提高。4.1.3数控铣削的工艺特点4.1.3数控铣削的工艺特点图4-4五坐标数控铣床的坐标轴4.2数控铣床与加工中心刀具4.2.1常用铣刀种类及其工艺特点1.面铣刀面铣刀主要用于面积较大的平面铣削加工。硬质合金面铣刀按刀片和刀齿安装方式的不同，可分为整体焊接式、机夹－焊接式和可转位式三种（见图4-5）。（a）整体式（b）机夹焊接式（c）可转位式图4-5硬质合金面铣刀2.立铣刀立铣刀广泛用于铣削加工零件的内外轮廓、平面、台阶面、曲面、槽、型腔、肋板、薄壁等表面，立铣刀按端部切削刃的不同可分为过中心刃和不过中心刃两种。过中心刃立铣刀可直接轴向进刀，按螺旋角大小可分为30o、40o、60o等几种形式。按齿数可分为粗齿、中齿、细齿三种。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄三种。图4-6所示为莫氏锥柄结构。4.2数控铣床与加工中心刀具4.2.1常用铣刀种类及其工艺特点图4-6立铣刀（1）整体硬质金式立铣刀硬质合金立铣刀侧刃采用大螺旋升角（≤62o）结构，立铣刀头部的过中心端刃往往呈弧线（或螺旋中心刃）形、负刃倾角，增加切削刃长度，提高了切削平稳性、工件表面精度及刀具寿命。适应数控高速、平稳三维空间铣削加工技术的要求。（2）机夹式可转位立铣刀各类可转位立铣刀由可转位刀片（往往没有三维断屑槽形）组合而成侧齿、端齿与过中心端齿（均为短切削刃），可满足数控高速、平稳三维空间铣削加工技术要求。立铣刀立铣刀（3）波形立铣刀结构如图4-7所示，其特点是：①能将狭长的薄切屑变成厚面短的碎切屑，使排屑变得流杨；②比普通立铣刀容易切进工件。在相同进给量的条件下，它的切削厚度比普通立铣刀要大些，并且减小了切削刃在工件表面的滑动现象，从而提高了刀具的寿命；③与工件接触的切削刃长度较短，刀具不易产生振动；④由于切削刃是波形的，因而使刀刃的长度增大，所以有利于散热。图4-7波形立铣刀3.球头立铣刀形球头立铣刀主要用于加工弧形沟槽和各种曲面。它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。国家标准规定直径d＝4～63mm。图4-8所示为球头铣刀。图4-8球头立铣刀4.键槽铣刀图4-9所示为键槽铣刀，键槽铣刀有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，可以实现垂直方向进刀。按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=2～22mm，锥柄键槽铣刀直径d=14～50mm。键槽铣刀直径的偏差有e8和d8两种。用键槽铣刀铣削键槽时，一般先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。通常采用两步法铣削键槽，即先用小号铣刀粗加工出键槽，然后以顺铣方式精加工四周，可得到真正的直角，能获得最佳的精度。图4-9键槽铣刀5.鼓形铣刀图4-10所示是一种典型的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。鼓形铣刀多用来加工零件侧面为曲面的零件。如图4-11所示。图4-10鼓形铣刀图4-11鼓珙刀加工6.成形铣刀图4-12是常见的几种成型铣刀，一般都是为特定工件或加工内容专门设计制造的，如角度面、凹槽、特形孔或台阶等。图4-12成型铣刀7.三面刃铣刀三面刀铣刀主要用于卧式铣床上加工沟槽、台阶面等。三面刃铣刀的圆周面上的切削刃为主切削刃，两端面上的切削刃为副切削刃。按刀齿结构可分为直齿、错齿和镶齿三种形式。图4-13所示是直齿三面刃铣刀在铣削台阶面的示意图。该铣刀结构简单，制造方便，但副切削刃前角为零度，切削条件差。该铣刀直径范围是Φ50～Φ200mm，宽度4～40mm。图4-13三面刃铣刀铣削台阶面8.圆柱铣刀圆柱铣刀主要用于卧式铣床加工平面，一般为整体式，图4-14所示为加工平面示间图。该铣刀材料为高速钢，主切削刃分布在圆柱上，无副切削刃。该铣刀有粗齿和细齿之分。粗齿铣刀齿数少，刀齿强度大，容屑空间大，重磨次数多，适用于粗加工；细齿铣刀齿数多，工作较平稳，适用于精加工。圆柱铣刀直径范围为Φ50～Φ100mm，齿数Z为6～14个，长度50～160mm，螺旋角为30º～45º。当螺旋角为零度时，螺旋刀齿变为直刀齿，目前生产上应用较少。图4-14圆柱铣刀铣削平面9.数控钻头钻头用于钻孔和扩孔等孔的粗加工。主要有①整体式钻头：钻尖切削刃由对称直线型改进为对称圆弧型，以增长切削刃、提高钻尖寿命；钻芯加厚，提高其钻体刚度，用“S”型横刃（或螺旋中心刃）替代传统横刃，减小轴向钻削阻力，提高横刃寿命；采用不同顶角阶梯钻尖及负倒刃，提高分屑、断屑、钻孔性能和孔的加工精度；镶嵌模块式硬质（超硬）材料齿冠；油孔内冷却及大螺旋升角（小于或等于40o）结构等。最近研制出整体式细颗粒陶瓷（Si3N4）、Ti基类金属陶瓷材料钻头；②机夹式钻头：钻尖采用长方异形专用对称切削刃，钻削力径向自成平衡的可转位刀片替代其他几何形状，以减小钻削振动，提高钻尖自定心性能、寿命和孔的加工精度。10.数控铰刀铰刀用于孔的精加工。大螺旋升角（小于或等于45o）切削刃、无刃挤压铰削及油孔内冷却的结构是其总体发展方向，最大铰削孔径已达Ф400mm。11.镗刀镗刀用于孔的精加工。镗刀切削部分的几何角度和车刀、铣刀的切削部分基本相同。常用的有粗镗刀和精镗刀。图4-15所示为精镗刀，主要由镗刀杆、调整螺母、刀头、刀片、刀片固定螺钉、止动销、垫圈、内六角紧固螺钉构成。调整时，先松开内六角紧固螺钉，然后转动带游标刻度的调整螺母，就能准确地调整镗刀尺寸，从而能微量改变孔直径尺寸。图4-15精镗刀12.丝锥丝锥用于内螺纹加工。与螺纹种类相适应，各种直径的螺纹又有粗、细牙之分。数控机床上使用的是机用丝锥，为了安全可靠直径一般在M8～M20之间。13.复合（组合）孔加工数控刀具集合了钻头、铰刀、扩（饱）孔刀及挤压刀具的新结构、新技术，整体式、机夹式、专用复合（组合）孔加工数控刀具研发速度很快。采用镶嵌模块式硬质（超硬）材料切削刃（含齿冠）及油孔内冷却、大螺旋槽等结构是其目前发展趋势，如图4-16所示为几种复合刀具简图。（a）钻-铰孔复合刀具（b）钻-攻丝复合刀具（c）钻-锪复合刀具图4-16复合刀具4.2.2铣削对刀具的基本要求1.刀具的切削性能强国内外加工中心正向着高速、高刚性和大功率方向发展，要求刀具必须具有能够承受高速切削和强力切削的性能，而且一定要性能稳定，同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面不得有较大差异。2.刀具的精度要求高（1）准确调整刀刃位置（包括轴向位置和径向位置），即刀具必须能够以快速简单的方法准确地预调到一个固定的几何尺寸。（2）尽可能短的结构长度，或尽可能短的夹持，来提高刀具刚性。（3）采取有效措施保持刀杆和装刀孔的清洁。（4）同一把刀具多次装入装刀孔时，刀刃位置应重复不变。（5）传递扭矩可靠，且要求平衡。（6）更换刀具迅速，且操作方便。4.2.3铣削刀具的选择1