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1【授课时数】2学时【导入新课】数控铣削是一种应用非常广泛的数控切削加工方法，能完成数控铣削加工的数控设备主要是数控铣床和加工中心。和数控车床一样，数控铣削加工工艺是编制加工程序的重要基础。下面我们来学习数控铣削加工工艺。【授课内容】第6章数控铣床加工工艺【学习目标】了解数控铣削加工范围和铣削的几种方式；熟悉数控铣刀的主要类型，学会正确选择端铣刀和立铣刀进行数控加工；能够正确装夹刀具和工件；合理选择切削用量；了解零件图工艺性分析的内容，掌握如何确定装夹方案和加工顺序；运用综合知识，结合实例能够设计出中等复杂程度零件的走刀路线图，从而制定科学合理正确的加工工艺。【重点难点】1．铣削的分类和加工范围；2．铣刀的种类和参数的选择；3．铣刀和工件的装夹；4．背吃刀量、侧吃刀量，进给速度和主轴转速的确定；5．数控铣削加工工序的划分和加工顺序的安排；6．刀具进给路线的确定。第一节数控铣削加工概述一、数控铣削加工工艺范围及铣削方式由于数控铣床是多轴联动，所以除完成铣平面、铣台阶、铣槽、切断、铣成形面等各种加工方法外，各种平面轮廓和立体轮廓的零件，如凸轮、模具、叶片、螺旋桨等都可采用数控铣削加工。此外，数控铣床也可进行钻、扩、铰孔、攻螺纹、镗孔等加工。在铣削过程中，根据铣床、铣刀及运动形式的不同可将铣削分为如下几种：1．根据铣床分类根据铣床的结构将铣削方式分为立铣和卧铣。由于数控铣削一个工序中一般要加工多个表面，所以常见的数控铣床多为立式铣床。2．根据铣刀分类根据铣刀切削刃的形式和方位将铣削方式分为周铣和端铣。用分布于铣刀圆柱面上的刀齿铣削工件表面，称为周铣；用分布于铣刀端平面上的刀齿进行铣削称为端铣所示。单独的周铣和端铣主要用于加工平面类零件，数控铣削中常用周、端铣组合加工曲面和型腔。3．根据铣刀和工件的运动形式分类根据铣刀和工件的相对运动将铣削方式分为顺铣和逆铣。铣削时，铣刀切出工件时的切2削速度方向与工件的进给方向相同，称为顺铣；铣削时，铣刀切入工件时的切削速度方向与工件进给方向相反，称为逆铣。顺铣与逆铣比较，顺铣加工可以提高铣刀耐用度2～3倍，工件表面粗糙度值较小，尤其在铣削难加工材料时，效果更加明显。铣床工作台的纵向进给运动一般由丝杠和螺母来实现，采用顺铣法加工时，对普通铣床首先要求铣床有消除进给丝杠螺母副间隙的装置，避免工作台窜动；其次要求毛坯表面没有硬皮，工艺系统有足够的刚度。如果具备这样的条件，应当优先考虑采用顺铣，否则应采用逆铣。目前生产中采用逆铣加工方式的比较多。数控铣床采用无间隙的滚珠丝杠传动，因此数控铣床均可采用顺铣加工。二、数控铣削主要特点1．生产率高2．可选用不同的铣削方式3．断续切削4．半封闭切削三、数控铣削主要加工对象1．平面类零件2．变斜角类零件3．曲面类零件第二节数控铣削的刀具与选用一、对数控铣削刀具的基本要求1．铣刀刚性要好要求铣刀刚性好的目的有两点：一是为提高生产率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。2．铣刀的耐用度要高尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如果刀具不耐用而磨损较快，不仅会影响零件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，从而降低了零件的表面质量。此外，铣刀切削刃的几何参数的选择及排屑性能也非常重要。二、铣刀的种类1．面（端）铣刀面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。由于面铣刀的直径一般较大，为Φ50～Φ500mm，故常制成套式镶齿结构，即将刀齿和刀体分开，刀齿为高速钢或硬质合金，刀体采用40Cr制作，可长期使用。高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=Φ80～Φ250mm，螺旋角β=10º，刀齿数Z=10～26。硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高，加工效率高，加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。硬质合金面铣刀按刀片和刀齿的安装方式不同，可分为整体焊接式、机夹一焊接式和可转位式三种，分析图6-4。由于可转位铣刀在提高产品质量和加工效率，降低成本，操作使用方便等方面都具有明显的优越性，目前已得到广泛应用。面铣刀主要以端齿为主加工各种平面，主偏角为90º的面铣刀还能同时加工出与平面垂直的直角面，但这个面的高度受到刀片长度的限制。2．立铣刀立铣刀是数控铣床上用得最多的一种刀具，主要有高速钢立铣刀和硬质合金立铣刀两种类型，分析其结构图6-5。3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，主要用于加工凸轮、台阶面、凹槽和箱口面。立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀不能作大切深的轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。为了能加工较深的沟槽，并保证有足够的备磨量，立铣刀的轴向长度一般较长。为了改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径则较大。一般粗齿立铣刀齿数z=3～4，细齿立铣刀齿数z=5～8，套式结构z=10～20。容屑槽圆弧半径r=2～5mm。直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。Φ2～Φ7lmm的立铣刀制成直柄；Φ6～Φ63mm的立铣刀制成莫氏锥柄；Φ25～Φ80mm的立铣刀做成7：24的锥柄，锥柄顶端有螺孔用来拉紧刀具。但是由于数控机床要求铣刀能快速自动装卸，故立铣刀柄部形式也有很大不同，一般是由专业厂家按照一定的规范设计制造成统一形式、统一尺寸的刀柄。直径大于Φ40～Φ160mm的立铣刀可做成套式结构。3．模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，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。4．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，可以短距离的轴向进给，既像立铣刀，又类似钻头。加工时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长，分析图6-8。按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=Φ2～Φ22mm，锥柄键槽铣刀直径d=Φ14～Φ50mm。键槽铣刀直径的偏差有e8和d8两种。5．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。加工时控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。R越小，鼓形铣刀所能加工的斜角范围越广，但所获得的表面质量也越差。这种刀具的缺点是刃磨困难，切削条件差，而且不适于加工有底的轮廓表面。6．成形铣刀分析常见的几种成形铣刀图6-10，一般都是为特定的工件结构或加工内容专门设计制造的，如角度面、凹槽、特形孔或特形台等。三、铣刀的选择1．铣刀类型的选择铣刀类型应与工件表面形状与尺寸相适应，加工较大的平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多选用4模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀；加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。2．铣刀参数的选择①面铣刀主要参数的选择标准可转位面铣刀直径为Φ16～Φ630mm。铣刀的直径应根据铣削宽度、深度选择，一般铣前深度、宽度越大、越深，铣刀直径也应越大。精铣时，铣刀直径要大些，尽量包容工件整个加工面宽度，以提高加工精度和生产效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕。铣刀齿数应根据工件材料和加工要求选择，一般铣削塑性材料或粗加工时，选用粗齿铣刀；铣削脆性材料或半精加工、精加工时，选用中、细齿铣刀。分析面铣刀几何角度的标注图6-12。前角的选择原则与车刀基本相同，只是由于铣削时有冲击，故前角数值一般比车刀略小，尤其是硬质合金面铣刀，前角数值一般减小得更多些。铣削强度和硬度都高的材料时可选用负前角。前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择，其具体数值可参考表6-2。铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此适当加大后角可减少铣刀磨损。常取α=5º～12º，工件材料较软时取大值，工件材料硬取小值；粗齿铣刀取小值，细齿铣刀取大值。铣削时冲击力大，为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的刃倾角常取λS=－5º～－15º。只有在铣削低强度材料时，取λS=5º。主偏角Κγ在45º～90º范围内选取，铣削铸铁常用45º，铣削一般钢材常用75º，铣削带凸肩的平面或薄壁零件时要用90º。②立铣刀主要参数的选择立铣刀主切削刃的前角在法剖面内测量，后角在端剖面内测量，前、后角的标注如图6-5b）所示。前、后角都为正值，根据工件材料和铣刀直径选取，其具体数值可分别参考表6.3和表6.4。为了使端面切削刃有足够的强度，在端面切削刃前刀面上一般磨有棱边，其宽度br1为0.4～1.2mm，前角为6º。立铣刀的有关尺寸参数如图6-13所示，推荐按下述经验数据选取。①刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin，一般取R=（0.8～0.9）Rmin。②零件的加工高度H≤（1／4～1／6）R，以保证刀具有足够的刚度。③对不通孔（深槽），选取l=H＋（5～10）mm（l为刀具切削部分长度，H为零件高度）。④加工外型及通槽时，选取l=H＋r＋（5～10）mm（r为端刃圆角半径）。⑤加工肋时，刀具直径为D=（5～10）b（b为肋的厚）。⑥粗加工内轮廓面时，立铣刀最大直径D可按下式计算（见图6-14）。maxD=2sin12sin21+D（6-1）式中：D—轮廓的最小凹圆角半径；δ—圆角邻边夹角等分线上的精加工余量；δl—精加工余量；Ф—圆角两邻边的最小夹角。5图6-13铣刀的尺寸选择6-14粗加工立铣刀最大直径估算四、铣刀的装夹1．刀片在刀体上的装夹（针对机夹可转位铣刀）刀片在刀体上的装夹应完成：一是保证刀片在刀体上的定位，即刀片在转位或更换切削刃后径向误差在允差范围内；二是确保刀片、定位元件以及夹紧元件在切削过程中不松动和移位。具体的装夹方式与适量的位置调整根据所用刀具而定。2．铣刀在机床上的装夹①套式面铣刀的装夹直径在Φ50～Φ160mm之间的面铣刀，用带端键的套式面铣刀柄连接，面铣刀以内孔和端面在铣刀柄上定位，用螺钉将铣刀紧固在铣刀柄上，由端面键传递力矩；直径大于Φ160mm的套式面铣刀用内六角螺钉固定在端键传动接杆上。②带柄式铣刀的装夹其柄部有直柄和锥柄两种。目前，锥柄铣刀主要是通过莫氏孔铣刀柄过渡，然后安装在铣床轴上；直柄铣刀通过弹簧夹头刀柄安装，将直柄铣刀装入弹簧夹头并旋紧夹头螺母即可。使用时应根据铣刀直柄的直径和与铣床主轴相连的铣刀柄内孔锥度，选择弹簧夹头的内孔尺寸和外锥。具体参数可查阅有关国家标准。弹簧夹头外圆上有三条弹性槽，螺母锁紧时，三条槽合拢，内孔收缩，将直柄铣刀夹紧。第三节工件在数控铣床上的装夹一、工件在数控铣床上装夹的要求1．装夹时应使工件的加工面充分暴露在外，同时要求夹紧机构元件高度较低，以防止夹具与铣床主轴套筒或刀套、刀刃在加工时产生干涉而碰撞。2．为保持零件安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，此功能一般由夹具底座下的定位键完成。二、常用数控铣削夹具1．机床用平口虎钳虎钳在机床上安装的大致过程：清除工作台面和虎钳底面的杂物及毛刺，将虎钳定位键6对准工作台T型槽，找正虎钳方向，调整两钳口平行度，然后紧固虎钳。工件在机床用平口虎钳上装夹时应注意：装夹毛坯面或表面有硬皮时，钳口应加垫铜皮或铜钳口；选择高度适当、宽度稍小于工件的垫铁，使工件的余量层高出钳口；在粗铣和半精铣时，希望使铣削力指向固定钳口，因为固定钳口比较牢固。当工件的定位面和夹持面为非平行平面或是圆柱面时，可采用更换钳口的方式装夹工件。为保证机床用平口虎钳在工作台上的正确位置，必要时用百分表找正固定钳口面，使其与工作台运动方向平行或垂直。夹紧时，应使工件紧密地靠在平行垫铁上。工件高出钳口或伸出钳口两端距离不能太多，以防铣削时产生振动。2．压板