数控镗铣削编程

第5章数控镗铣削编程第5章数控镗铣削编程5.1数控镗铣削编程的工艺准备5.2镗铣削数控系统的主要基本功能5.3加工中心的常用指令及应用思考与训练第5章数控镗铣削编程5.1数控镗铣削编程的工艺准备5.1.1数控镗铣削加工的主要对象数控镗铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一，其既可以在数控铣床上进行，也可在加工中心上进行。数控镗铣削主要包括平面铣削、轮廓铣削以及对零件进行钻、扩、铰、镗、锪、螺纹加工等。数控镗铣削主要适合于下列几类零件的加工。第5章数控镗铣削编程1．平面类零件平面类零件是指加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件，这类加工面可展开为平面。图5-1所示的三个零件均为平面类零件。其中，曲线轮廓面A垂直于水平面，可采用圆柱立铣刀加工。凸台侧面B与水平面成一定角度，这类加工面可以采用专用的角度成型铣刀来加工。对于斜面C，当工件尺寸不大时，可用斜板垫平后加工；当工件尺寸很大、斜面坡度又较小时，可用行切加工法加工，这时会在加工面上留下进刀时的刀锋残留痕迹，需用钳修方法加以清除。第5章数控镗铣削编程图5-1平面类零件第5章数控镗铣削编程2．直纹曲面类零件直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。如图5-2所示零件的加工面就是一种直纹曲面，当直纹曲面从截面(1)至截面(2)变化时，其与水平面间的夹角从3°10′均匀变化为2°32′，从截面(2)至截面(3)变化时，又均匀变化为1°20′，最后变化到截面(4)，斜角均匀变化为0°。此零件的加工面不能展开为平面。当采用四坐标或五坐标数控铣床加工直纹曲面类零件时，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线。这类零件也可在三坐标数控铣床上采用行切加工法实现近似加工。第5章数控镗铣削编程图5-2直纹曲面第5章数控镗铣削编程3．箱体类零件如图5-3所示，箱体类零件一般要进行多工位孔系及平面的加工，精度要求较高，特别是形状精度和位置精度要求较严格，通常要经过铣、钻、扩、镗、铰、锪、攻螺纹等工步，需要刀具较多。因此，箱体类零件适于用加工中心进行加工。第5章数控镗铣削编程图5-3箱体零件第5章数控镗铣削编程4．盘、套、板类零件盘、套、板类零件端面上有平面、曲面和孔系，包括一些径向孔。如图5-4所示为十字盘零件。加工部位集中在单一端面上的盘、套、板类零件宜选择立式加工中心进行加工；加工部位不是位于同一方向上的零件宜选择卧式加工中心进行加工。第5章数控镗铣削编程图5-4十字盘零件第5章数控镗铣削编程5．结构形状复杂、普通机床难加工的零件某些零件的主要表面由复杂曲线、曲面组成，加工时，需要多坐标联动加工，这在普通机床上是难以甚至无法完成的。加工中心是加工这类零件的最有效的设备。最常见的典型零件有以下几类。1)凸轮类这类零件有各种曲线的盘形凸轮、圆柱凸轮和端面凸轮等，加工时，可根据凸轮表面的复杂程度，选用三轴、四轴或五轴联动的加工中心。第5章数控镗铣削编程2)整体叶轮类整体叶轮常见于空气压缩机、航空发动机的压气机、船舶水下推进器等，它除具有一般曲面加工的特点外，还存在许多特殊的加工难点，如通道狭窄，刀具很容易与加工表面和临近曲面产生干涉等。如图5-5所示为叶轮增压器，它的叶面是典型的三维空间曲面，加工这样的型面，需采用四轴以上联动的加工中心。第5章数控镗铣削编程图5-5叶轮增压器第5章数控镗铣削编程3)模具类常见的模具有锻压模具、铸造模具、注塑模具及橡胶模具等。图5-6所示为某电器盒壳的注塑模具，由于工序高度集中，动模、静模等关键件基本上可在加工中心上通过一次安装完成全部的机加工内容，尺寸累计误差及修配工作量较少，同时，模具的可复制性强，互换性好。第5章数控镗铣削编程图5-6盒壳的注塑模具第5章数控镗铣削编程6．外形不规则的异型零件异型零件是指支架、拨叉这一类外形不规则的零件，如图5-7所示。由于其外形不规则，普通机床上只能采取工序分散的原则加工，需用工装较多，加工周期较长。利用加工中心多工位点、线、面混合加工的特点，可以完成大部分甚至全部工序的内容。7．加工精度较高的中小批量零件针对加工中心的加工精度高、尺寸稳定的特点，对加工精度要求较高的中小批量零件，选择加工中心加工，容易获得所要求的尺寸精度和形状位置精度，并可得到良好的互换性。第5章数控镗铣削编程图5-7异型支架第5章数控镗铣削编程5.1.2数控镗铣削加工的进给路线确定数控镗铣削加工的进给路线可分为孔加工进给路线和平面、轮廓加工进给路线。1．孔加工进给路线的确定加工孔时，因为一般是首先将刀具在XY平面内快速定位运动到孔中心线的位置上，然后刀具再沿Z向运动进行加工，所以，孔加工进给路线的确定包括XY平面和Z向进给路线。第5章数控镗铣削编程1)确定XY平面的进给路线加工孔时，刀具在XY平面的运动属于点位运动，确定进给路线时，主要考虑以下几点：(1)定位要迅速。即在刀具不与工件、夹具和机床碰撞的前提下空行程时间尽可能短。如加工图5-8(a)所示零件上的孔系。图5-8(b)所示的进给路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。若将其改用图5-8(c)所示的进给路线，则可节省近一倍的定位时间，提高加工效率。第5章数控镗铣削编程图5-8钻孔时最短走刀路线设计第5章数控镗铣削编程(2)定位要准确。安排进给路线时，要避免机械进给系统反向间隙对孔位置精度的影响。对于孔位置精度要求较高的零件，在精镗孔系时，镗孔路线的安排一定要注意各孔的定位方向一致，即采用单向趋近定位点的方法，以避免传动系统反向间隙误差或测量系统的误差对定位精度的影响。第5章数控镗铣削编程例如，如图5-9所示，镗削零件上六个尺寸相同的孔，有两种进给路线，一是按1→2→3→4→5→6的路线加工，由于5、6孔与l、2、3、4孔定位方向相反，Y向反向间隙会使定位误差增加，而影响5、6孔与其它孔的位置精度；二是按1→2→3→4→p→6→5的路线加工，加工完4孔后往上多移动一段距离至p点，然后折回来在6、5孔处进行定位加工，这样加工进给方向一致，可避免反向间隙的引入，提高5、6孔与其它孔的位置精度。第5章数控镗铣削编程图5-9定位进给路线设计示例第5章数控镗铣削编程2)确定Z向(轴向)进给路线刀具在Z向的进给路线分为快速移动进给路线和工作进给路线。刀具先从初始平面快速运动到距工件加工表面一定距离的R平面，然后按工作进给速度进行加工。图5-10(a)所示为加工单个孔时刀具的进给路线。对多个孔加工而言，为减少刀具的空行程进给时间，加工中间孔时，刀具不必退回到初始平面，只要退回到R平面上即可，其进给路线如图5-10(b)所示。第5章数控镗铣削编程图5-10刀具Z向进给路线设计示例第5章数控镗铣削编程如图5-11所示，加工不通孔时，工作进给距离为ZF=Za+H+Tt加工通孔时，工作进给距离为ZF=Za+H+ Z0 + Tt上述进给距离中刀具切入、切出距离的经验数据见表5-1。第5章数控镗铣削编程图5-11工作进给距离计算第5章数控镗铣削编程表5-1刀具切入、切出距离的经验数据mm表面状态加工方式已加工表面毛坯表面钻孔2～35～8扩孔3～55～8镗孔3～55～8铰孔3～55～8铣削3～55～10攻螺纹5～105～10第5章数控镗铣削编程2．平面及轮廓铣削加工进给路线的确定1)逆铣和顺铣的选择铣削有逆铣和顺铣两种方式。如图5-12所示，铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相反时称为逆铣，相同时称为顺铣。逆铣时，切削厚度由零逐渐增大，刀具切入工件瞬时，刀刃钝圆半径大于瞬时切削厚度，刀齿在工件表面上要挤压和滑行一段后才能切入工件，这使已加工表面产生冷硬层，加剧了刀齿的磨损，同时使工件表面粗糙不平。此外，逆铣时刀齿作用于工件的垂直进给力Fv朝上，有抬起工件的趋势，这就要求工件装夹牢固。逆铣时，刀齿是从切削层内部开始工作的，当工件表面有硬皮时，对刀齿没有直接影响。第5章数控镗铣削编程图5-12顺铣和逆铣切削方式第5章数控镗铣削编程顺铣时，刀齿的切削厚度从最大开始，避免了挤压、滑行现象，并且垂直进给力Fv朝下压向工作台，有利于工件的夹紧，可提高铣刀耐用度和加工表面质量。与逆铣相反，顺铣加工要求工件表面没有硬皮，否则刀齿很容易磨损。对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料来说，建议采用顺铣加工，这对于降低工件表面粗糙度值和提高刀具耐用度都有利。但如果零件毛坯为黑色金属锻件或铸件，表皮硬而且加工余量一般较大时，采用逆铣较为有利。第5章数控镗铣削编程2)安全高度的确定对于铣削加工，起刀点和退刀点必须离开工件上表面一个安全高度，以保证刀具在停止状态时，不与工件和夹具发生碰撞。在安全高度位置，刀具中心(或刀尖)所在的平面称为安全面，如图5-13所示。第5章数控镗铣削编程图5-13安全面高度第5章数控镗铣削编程3)铣削轮廓的进给路线铣削工件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。对于二维轮廓加工，通常采用的进给路线为：从起刀点快速移到下刀点→沿切向切入工件→轮廓切削→刀具向上抬刀，退离工件→返回起刀点，如图5-14所示。第5章数控镗铣削编程图5-14铣削外轮廓的进给路线第5章数控镗铣削编程如图5-15所示，铣削外整圆时，需安排刀具从切向进入圆周铣削加工。当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而让刀具沿切线方向多运动一段距离，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成工件报废。铣削内圆弧时，也要遵循从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧，如图5-16所示，若刀具从编程原点出发，其加工路线可安排为1→2→3→4→5，这样，可以提高内孔表面的加工精度和质量。第5章数控镗铣削编程图5-15铣削外圆进给路线第5章数控镗铣削编程图5-16铣削内孔进给路线第5章数控镗铣削编程4)铣削内腔的进给路线内腔一般用平底立铣刀加工，刀具圆角半径应符合内腔的图纸要求。图5-17(a)所示为用行切方式加工内腔的进给路线，它能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度。如采用图5-17(b)所示的进给路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，则能获得较好的效果。图5-17(c)所示也是一种较好的进给路线方式。第5章数控镗铣削编程图5-17铣削内腔的三种走刀路线第5章数控镗铣削编程5)铣削曲面的进给路线对于边界敞开的曲面的加工，可采用如图5-18所示的两种进给路线。对于发动机大叶片，当采用图5-18(a)所示的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。当采用图5-18(b)所示的加工方案时，叶形的准确度高，但程序较多。因为曲面零件的边界是敞开的，没有其它表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。当边界不敞开时，确定进给路线要另行处理。第5章数控镗铣削编程图5-18铣曲面的两种进给路线第5章数控镗铣削编程5.1.3数控镗铣削加工的刀具及其选择1.孔加工刀具的选择数控钻孔一般无钻模，钻孔刚度差，应使钻头直径D满足L/D≤5(L为钻孔深度)。钻大孔时，可采用刚度较大的硬质合金扁钻；钻浅孔时(L/D≤2)宜采用硬质合金的浅孔钻，以提高效率和加工质量。钻孔时，应选用大直径钻头或中心钻先锪一个内锥坑，作为钻头切入时的定心锥面，再用钻头钻孔，所锪的内锥面也是孔口的倒角，有硬皮时，可用硬质合金铣刀先铣去孔口表皮，再锪锥孔和钻孔。精铰孔可采用浮动铰刀，但铰前孔口要倒角。第5章数控镗铣削编程镗孔一般是悬臂加工，应尽量采用对称的两刃或两刃以上的镗刀头进行切削，以平衡径向力，减轻镗削振动。对阶梯孔的镗削加工采用组合镗刀，以提高镗削效率。精镗宜采用微调镗刀。镗孔加工除选择刀片与刀具外，还要考虑镗杆的刚度，尽可能选择较粗(接近镗孔直径)的刀杆及较短的刀杆臂，以防止或消除振动。当刀杆臂小于4倍刀杆直径时可用钢制刀杆，加工要求较高的孔时最好选用硬质合金制刀杆。当刀杆臂为4～7倍刀杆直径时，小孔用硬质合金制刀杆，大孔用减振刀杆。当刀杆臂为7～10倍的刀杆直径时，需采用减振刀杆。第5章数控镗铣削编程