数控铣削加工工艺与编程

第三章数控铣削加工工艺与编程第一节数控铣削加工工艺序号：19课题课题一数控铣床的适用范围及零件的相关分析课时2目的要求初步了解数控铣床的适用范围，明确对零件进行工艺性分析的目的。知识点主要加工对象、零件的工艺分析。关键点零件的工艺分析教学进程设计1．简要介绍数控铣床的主要加工对象；2．理清零件工艺性分析的相关内容。教学方法讲授、概括（多媒体教学）教具引用网络资源课后记述参考链接主要内容：一、数控铣床的主要加工对象数控铣床的主要加工对象有：1．平面类零件2.变斜角类零件3．曲面类(立体类)零件。二、数控铣削加工工艺规程的制订数控加工程序不仅包括零件的工艺规程，还包括切削用量、走刀路线、刀具尺寸和铣床的运动过程等，所以必须对数控铣削加工工艺方案进行详细的制定。1．数控铣削加工的内容（1）零件上的曲线轮廓，特别是由数学表达式描绘的非圆曲线和列表曲线等曲线轮廓；（2）已给出数学模型的空间曲面；（3）形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位；（4）用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内外凹槽；（5）以尺寸协调的高精度孔或面；（6）能在一次安装中顺带铣出来的简单表面；（7）采用数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。2．零件的工艺性分析（1）零件图样分析1）零件图样尺寸的正确标注；2）零件技术要求分析；3）零件图上尺寸标注是否符合数控加工的特点。（2）零件结构工艺性分析1）保证获得要求的加工精度；2）尽量统一零件外轮廓、内腔的几何类型和有关尺寸；3）选择较大的轮廓内圆弧半径；4）零件槽底部圆角半径不宜过大；5）保证基准统一原则；6）分析零件的变形情况。（3）零件毛坯的工艺性分析1）毛坯应有充分、稳定的加工余量；2）分析毛坯的装夹适应性；3）分析毛坯的余量大小及均匀性。小结：数控铣床主要加工对象的特点、零件的工艺性分析。序号：20课题课题二数控铣削工艺路线课时2目的要求详细了解制定数控铣削工艺路线的各个环节，明确各项细则，掌握“合理”度。知识点加工方法、工序、加工顺序、装夹方案、进给路线、切入、切出、行切、环切。关键点加工方法、加工顺序、进给路线、切入、切出教学进程设计1．详细介绍数控铣削工艺路线的各个环节；2．强调合理性；3．举例引证。教学方法讲授、探究（多媒体教学）教具引用网络资源课后记述参考链接顺铣和逆铣主要内容：二、数控铣削加工工艺规程的制订3．工艺路线的确定（1）加工方法的选择1）内孔表面的加工方法2）平面的加工方法3）平面轮廓加工方法4）曲面轮廓加工方法。（2）加工阶段的划分1）有利于保证加工质量；2）有利于及早发现毛坯的缺陷；3）有利于设备的合理使用。（3）工序的划分1）按所用刀具划分工序的原则；2）按粗、精加工分开，先粗后精的原则；3）按先面后孔的原则划分工序。（4）加工顺序的安排1）切削加工工序的安排a．基面先行原则；b．先粗后精原则；c．先主后次原则；d．先面后孔原则。2）热处理工序的安排a．预备热处理；b．消除残余应力；c．最终热处理。3）辅助工序的安排4）数控加工工序与普通工序的衔接（5）装夹方案的确定（组合夹具的应用）（6）进给路线的确定加工路线的确定原则主要有以下几点：1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面质量，且效率要高；2）使数值计算简单，以减少编程运算量；3）应使加工路线最短，这样既可简化程序段，又可减少空走刀时间。1）顺铣和逆铣的选择2）铣削外轮廓的进给路线（切入、切出）3）铣削内槽的进给路线（行切法、环切法）4）铣削曲面的进给路线小结加工顺序安排的原则、加工路线的确定原则。序号：21课题课题三铣刀的选择与切削用量课时2目的要求了解铣刀的材料、种类，合理选择刀具，确定切削用量。知识点刀具材料、铣刀种类、切削用量、切削速度、进给速度、背吃刀量、侧吃刀量关键点切削用量教学进程设计1．简要介绍数控铣刀的材料、种类；2．重点讲解刀具选择的原则和例证；3．从实际出发，详细说明切削用量的确定方法。教学方法讲授、参观（现场教学）教具引用刀具、图片课后记述参考链接铣削、铣床与铣刀、铣刀类型及加工部位、生产商主要内容：二、数控铣削加工工艺规程的制订4．刀具选择（1）数控刀具材料：高速钢、硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、金刚石、立方氮化硼、表面涂层。（2）数控铣削对刀具的要求：刚性好、耐用度高。（3）铣刀的种类：面铣刀、立铣刀、模具铣刀、键槽铣刀、鼓形铣刀、成形铣刀。（4）铣刀的选择①减少刀具数量；②一把刀具完成其所能进行的所有加工部位；③粗精加工的刀具应分开使用；④先铣后钻；⑤先曲面精加工，后二维轮廓精加工。1）铣刀类型的选择2）铣刀参数的选择a．面铣刀主要参数的选择标准b．立铣刀主要参数的选择3）铣刀生产厂家的选择5．切削用量的选择切削用量包括：切削速度（主轴转速）、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。粗加工时，首先选取尽可能大的背吃刀量；其次，根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量，最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度；精加工时，首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次，根据已加工表面的粗糙度要求，选择尽较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，选择较高的切削速度；（1）背吃刀量(端铣)或侧吃刀量(圆周铣)背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸；侧吃刀量ae为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。（2）进给量与进给速度vf铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz(单位为mm/z)的关系：znffnvzf（3）切削速度vc铣削的切削速度与刀具耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比，与铣刀直径d成正比。小结铣刀的种类、切削用量的选择。序号：22课题课题四数控铣削工艺设计课时2目的要求加强分析、解决问题的能力，提高工艺设计的水平。知识点工艺路线、合理设计关键点工艺路线教学进程设计1．简述零件结构特点；2．分析精度要求；3．提出问题，开拓思路，分组讨论，总结；4．确认工艺方案。教学方法讨论、探究（现场、多媒体教学）教具引用挂图课后记述参考链接主要内容：三、数控加工工艺路线设计实例1．零件分析（1）进口轴承止推块的结构特点：止推块两侧是圆弧边且均有两圆弧槽，止推块非合金端面有一与中心线偏离3°的凸台。（2）精度要求1）尺寸精度高，止推块厚度尺寸为12.9±0.008(mm)，非合金端面表面粗糙度Ra1.6μm；2）位置精度要求高，非合金端面对合金端面的平行度误差不超过0.01mm。加工难点：磨削时如何装夹工件；如何加工止推块的外形；铣两侧圆弧槽时如何装夹工件；铣两侧圆弧采用何种刀具；圆弧槽尺寸如何测量。2．加工工艺过程的制定（1）下料工艺路线：备料—锻造—加工。工艺要求将材料锻成一整圆毛坯，加工后将整圆切开成块，整圆料的大小需根据加工要求确定，止推块工艺图尺寸再加上余量。D=2R0+20；D1=2(R0-H3)-10；D2=2R0+10；H1=H4+5d根据具体工件，考虑后续加工装夹来确定。止推块厚度12.9mm，整圆加工留出工艺夹头，h=H5+20，以便整圆加工易装夹。止推块零件图止推块工艺图铣削加工夹具（2）加工工艺（3）加工—浇注合金—车外圆及合金面—磨非合金端面—检查合金结合面—铣凸台、铣外型—铣圆弧槽—检验。1)按图加工后，将合金浇注在环型槽内。2)将外圆及合金端面车至图样要求，内孔车光，加工非合金端面留磨量。3)将非合金端面磨至图样要求，保证厚度(图样要求厚度12.9±0.008mm)，非合金面粗糙度Ra1.6μm，平行度0.Olmm。由于图样尺寸精度、位置精度及表面质量要求高，必须采用磨削工序来控制其加工精度，而合金面不能磨。磨非合金端面时以合金面定位，由于合金面不导磁，不能被电磁盘吸住，可用在前序加工时，d和D1之间已留出的环形端面，将工件吸在电磁盘上，解决了磨削时的装夹问题。4)检验合金与钢的结合面。5)在数控立铣上钻径向孔，铣非合金端面上凸台。凸台与中心线偏离3°，径向孔与中心线偏离6°11″。止推块外形两侧圆弧边的加工在普通铣床上不易实现，若按人工划线铣，手动控制，将引入人为误差，而且圆弧形面不易保证，加工周期长。将止推块外形加工安装在数控立铣上，将工件固定在回转工作台上，以外圆为基准找正，编程零点为工件回转中心，按程序铣外形，解决了止推块外形加工问题。6)加工两侧圆弧槽。加工止推块两侧圆弧槽必须解决三个问题：a.如何装夹工件；b.采用何种刀具；c.如何测量。止推块外形尺寸小，形状不规则，必须设计一种专用工装，保证工件在加工时相对于刀具及切削成形运动处于正确位置，不产生位移。为此，可设计一定位夹具，将止推块固定在夹具上压紧，夹具在机床上找正后固定，使工件在加工时处于正确的位置，加工时只需更换止推块，不再需要重复找正，使工件迅速准确安装，缩短辅助时间，提高劳动生产率。设计时将止推块放入与止推块外形一致的槽内，以限制止推块的移动，再用小压板压紧，以夹具侧面为基准找正、对刀，采用专用铣刀铣槽。夹具技术要求为槽形中心线与基准A平行度不超过0.Olmm。图样圆弧槽的尺寸R9.12，深4.5mm，加工时刀具不能与R7、深2.85mm的槽发生干涉，外购标准刀具中没有合适的刀具能加工此槽，必须设计专用刀具。根据图样结构与尺寸，设计专用铣刀。实践证明，采用此刀加工工件，效果很好。先加工完一侧的槽时，无法直接测量槽是否加工到图样要求，可将两侧槽距尺寸进行换算，计算出槽与工装A基准面的距离，通过测量槽与工装基准面的距离，来控制槽尺寸是否达到图样要求。通过尺寸换算，解决槽的测量问题。小结毛坯加工—浇注合金—车外圆及合金面—磨非合金端面—检查合金结合面—铣凸台、铣外型—铣圆弧槽—检验。第二节数控铣床的程序编制序号：23课题课题五基本指令课时2目的要求通过介绍与数控铣床相关的基本指令，快速掌握本系统的初步功能。知识点工件坐标系设定指令、参考点、零点偏置、螺旋线插补关键点工件坐标系设定指令、参考点、零点偏置教学进程设计1．详细讲述工件坐标系设定指令指令；2．分辨机床坐标系位置；3．点的分析；4．螺旋线插补指令介绍及用法。教学方法讲授（多媒体教学）教具引用网络资源课后记述参考链接数控机床中“点”的研究主要内容：一、坐标系统及相关指令1．数控铣床的坐标系（1）机床坐标系（2）机床原点机床坐标系原点（3）参考点机床上的固定点，由机械挡块或行程开关确定；建立机床坐标系。（4）工件坐标系编程坐标系，距机床原点之向量为零点偏置。（5）工件原点工件坐标系原点，也叫程序零点。2．工件坐标系设定指令（1）工件坐标系建立指令G92XYZX、Y、Z为刀位点在工件坐标系中的初始位置，不产生位移。（2）坐标系偏置指令G54（G54-G59）工件坐标系相对于机床原点的零点偏置，即坐标系的平移变换。需设置偏置值到机床偏置页面中，在程序中直接调用。3、坐标平面选择指令(G17、G18、G19)二、尺寸形式指令1．绝对和增量尺寸编程(G90/G91)2．公制尺寸/英制尺寸指令（G20/G21）三、常用的辅助功能四、刀具功能T、主轴转速功能S和进给功能F五、螺旋线插补指令该指令在进行圆弧插补的同时，沿垂直于插补平面的坐标方向做同步运动，构成螺旋线插补运动。格式：G17G02/G03XYZR（IJ）KF其中：XYZ——螺旋线的终点坐标；IJ——圆心在X、Y轴上的坐标，是相对螺旋线起点的增量坐标；R——螺旋线半径，与I、J形式两者取其一；K——螺旋线的导程，为正值。小结强调机床原点、工件原点的概念和本节课所介绍的各种指令的格式。序号：24课题实验三刀具补偿指令课时2目的要求建立刀补的意识，理清概念内涵，掌握补偿方向的判定，达到灵活应用的目的。知识点刀具半径补偿、刀补建立、刀补取消、刀具长度补偿、补偿方向的判定关键点刀具半径补偿、补偿方向的判定教学进程设计1．为什么要进行刀具补偿？（补偿的意义）；2．如何补偿？（补偿指令的使用）；3．怎样判定补偿方向？（补偿方向的判定原则）；4．使用补偿指令时，应注意什么？（应用举例）。教学方法讲授、演示、实验（现场、多媒体教学）教具引用数控机床课后记述此