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第四章数控铣削加工工艺4.1概述4.2数控铣削加工工艺的分析与制定4.3典型数控铣削零件的加工工艺分析与设计4.1概述4.1.1数控铣床的分类数控铣床可以按体积的大小、控制坐标的联动轴数和主轴的布局形成三大类分。(1)按体积的大小可分为小型、中型和大型数控铣床一般意义上的数控铣床是指规格较小的升降台式数控铣床，其工作台宽度多在200mm以下。(2)按其控制坐标的联动轴数可分为二轴半联动、三轴联动和多轴联动数控铣床等。(3)按主轴的布局形式分为立式、卧式和立卧两用数控铣床。下-页返回4.1概述4.1.2数控铣床的主要加工对象数控铣床的主要加工对象有下列三类零件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4-3示的三个零件均为平面类零件。其中，(a)图曲线轮廓面八垂直于水平面，可采用圆柱立铣刀加工。(b)图凸台侧面L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。(c)图斜面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，也上-页下-页返回4.1概述常用行切加工法加工，这时会在加工面上留下进刀时的刀锋残留痕迹，要用钳修的方法加以清除。2.曲面类零件曲面类零件包括直纹曲面类零件和立体曲面类零件(1)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4-2示零件的加工面就是一种直纹曲面，当直纹曲面从截面②至截面③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③到截面⑨时，又均匀变化为1°20，最后到截面二斜角均匀变化为0°。直纹曲面类零件的加工面不能展开为平面。上-页下-页返回4.1概述(2)立体曲面类零件。加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件，如液压泵的叶片、各种螺旋桨等曲面类零件的加工面不能展开为平面，加工时一般使用球头铣刀切削，加工面与铣刀始终为点接触。加工曲面类零件一般采用三坐标数控铣床。当曲面较复杂、通道较狭窄、需要刀具摆动加工时，要采用四坐标或五坐标铣床。4.1.3数控铣削加工工艺的主要内容数控铣削加工工艺的主要内容如下:(1)分析被加工零件的技术图样，明确加工内容及技术要求;(2)选择数控铣床，确定机床型号;上-页下-页返回4.1概述(3)选择适合在数控铣床上加工的加工表面，确定工序内容;(4)零件加工工艺方案的分析与制定。如划分工序、定位夹紧方案的确定、走刀路线的确定、选择刀具、确定切削用量、处理与非数控加工工序的衔接等;(5)数控铣削加工程序的调整。如选取对刀点和换刀点、确定刀具补偿;(6)填写数控加工刀具卡片、数控加工工序卡片。上-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定4.2.1零件图及零件结构工艺性分析针对数控铣削加工的特点，下面列举出一些经常遇到的工艺性问题作为对零件图进行工艺性分析的要点:(1)图纸尺寸的标注方法是否方便编程?构成工件轮廓图形的各种几何元索的条件是否充要?各几何元索的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)是否明确?有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸?等等。(2)零件尺寸所要求的加工精度、尺寸公差是否都可以得到保证?特别要注意过薄的腹板与缘板的厚度公差，“‘铣工怕铣薄”，数控铣削也是一样，因为加工时产生的切削拉力及薄板的下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定弹性退让，极易产生切削面的振动，使薄板厚度尺寸公差难以保证，其表面粗糙度也将恶化或变坏。根据实践经验，当面积较大的薄板厚度小于3mm时就应充分重视这一问题。(3)内槽及缘板之间的内转接圆弧是否过小?如图4-6所示(4)零件铣削面的槽底圆角或腹板与缘板相交处的圆角半径r是否太大?如图4-7示。(5)零件图中各加工面的凹圆弧是否过于零乱，是否可以统一?上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定(6)零件上有无统一基准以保证两次装夹加工后其相对位置的正确性?有些工件需要在铣完一面后再重新安装铣削另一面，如图4-8示。数控铣削时子曰卜会因为工件的重新安装而接不好刀(即与上道工序加工的面接不齐或造成本来要求一致的两对应面上的轮廓错位)。为了避免上述问题的产生，减小两次装夹误差，最好采用统一基准定位;因此，零件上最好有合适的孔作为定位基准孔。如果零件上没有基准孔，也可以专门设置工艺孔作为定位基准(如在毛坯上增加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设基准孔)，如图4-9示上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定(7)分析零件的形状及原材料的热处理状态，会不会在加工过程中变形?哪些部位最容易变形?因为数控铣削最忌讳工件在加工时变形，这种变形不但无法保证加工的质量，而且经常造成加工不能继续进行下去。这时就应当考虑采取一些必要的工艺措施进行预防，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理;对不能用热处理方法解决的，也可考虑粗、精加工及对称去余量等常规方法。此外，还要分析加工后的变形问题，采取什么工艺措施来解决。表4-1示的是铣削零件的结构工艺性示例。4.2.2工序和装夹方法的确定上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定1.工序的划分在数控铣床上加工零件，工序比较集中一般只需一次装卡即可完成全部工序的加工。根据数控机床的特点，为了提高数控机床的使用寿命，保持数控铣床的精度、降低零件的加工成本，通常是把零件的粗加工，特别是零件的基准面、定位面在普通机床上加工。加工工序的划分参照工序划分原则，经常使用以下几种方法:(1)刀具集中分序法。(2)粗、精加工分序法。(3)加工部位分序法。上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定2.工件的装夹和夹具的选择(1)为了不影响进给和切削加工，在装夹工件时一定要将加工部位敞开，如图4-10所示(2)选择夹具时应尽量做到在一次装夹中将零件要求加工表面都加工出来。常用铣床夹具见图4-114.2.3加工顺序和进给路线的确定1.加工顺序的安排通常按照从简单到复杂的原则，先加工平面、沟槽、孔，再加工内腔、外形，最后加工曲面;先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。在安排数控铣削加工的顺序时还应注意以下问题:上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定①上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑;②一般先进行内形内腔加工工序，后进行外形加工工序;③以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数与换刀次数;③在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。总之，顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要综合考虑，上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定2.进给路线的确定(1)铣削平面类零件的进给路线。铣削平面类零件外轮廓时一般采用立铣刀侧刃进行切削为减少接刀痕迹，保证零件表面质量，对刀具的切入和切出需要注意。图4-12示，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。图4-13示，铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入、切出。图4-14示为铣削外整圆时的走刀路线上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定(2)铣削曲面类零件的加工路线①直纹面加工。对于边界敞开的直纹曲面，加工时常采用球头刀进行“‘行切法”加工，即刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，行间距按零件加工精度要求而确定。②曲面轮廓加工。立体曲面加工应根据曲面形状、刀具形状以及精度要求采用不同的铣削方法。两坐标联动的三坐标行切法加工X,Y,Z三轴中任意二轴作联动插补，第三轴做单独的周期进刀，称为二轴半坐标联动。如图4-17示，将X向分成若干段，圆头铣刀沿丫Z面所截的曲线进行铣削，每一段加工上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定完成进给△X，再加工另一相邻曲线，如此依次切削即可加工整个曲面三坐标联动加工。三坐标联动加工X,Y,Z三轴可同时插补联动用三坐标联动加工曲面时，通常也用行切方法。如图4-19示PYZ平面为平行于YZ坐标面的一个行切面，它与曲面的交线为ab，若要求ab为一条平面曲线，则应使球头刀与曲面的切削点总是处于平面曲线ab上(即沿ab切削)，以获得规则的残留沟纹。显然，这时的刀心轨迹O1O2不在PYZ平面上，而是一条空间曲面(实际是空间折线)，因此需要X,Y,Z三轴联动。上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定四坐标加工。如图4-20示工件，侧面为直纹扭曲面。若在三坐标联动的机床上用圆头铣刀按行切法加工时，不但生产效率低，而且表面粗糙度大。为此，采用圆柱铣刀周边切削，并用四坐标铣床加工。即除三个直角坐标运动外，为保证刀具与工件型面在全长上始终贴合，刀具还要绕O1O2轴摆动，编程计算较为复杂。五坐标加工。螺旋桨是五坐标加工的典型零件之一其叶片的形状和加工原理如图4-21、图4-22所示。在半径为R1的圆柱面上与叶面的交线nv为螺旋线的一部分，螺旋升角为，叶片的径向叶型线(轴向割线)EF的倾角为后倾角。螺旋线AB用极坐标加工方法，并且以折线段逼近。逼近段mn是由C上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定坐标旋转与Z坐标位移△Z的合成。当AB加工完成后，刀具径向位移△X改变R1，再加工相邻的另一条叶形线，依次加工即可形成整个叶面。由于叶面的曲率半径较大，所以常采用面铣刀加工，以提高生产率并简化程序。因此为保证铣刀端面始终与曲面贴合，铣刀还应作由坐标A和坐标B形成的θ1和α2的摆角的同时，还应作直角坐标的附加运动，以保证铣刀端面始终位于编程值所规定的位置上，即在切削成形点，铣刀端平面与被切曲面相切，铣刀轴心线与曲面该点的法线一致，所以需要五坐标加工这种加工的编程计算相当复杂一般采用自动编程。上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定(3)铣削加工中采用顺铣还是逆铣，对加工后表面粗糙度有一定的影响。铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反时称为逆铣，相同时称为顺铣。究竞采用哪种铣削方法，应视零件图的加工要求、工件材料的性质与特点，以及具体机床、刀具等条件综合考虑。4.2.4零件图形的数学处理1.编程原点的选择一般来说，编程原点的确定原则为:(1)将编程原点选在设计基准上并以设计基准为定位基准，以避免基准不重合而产生的误差及不必要的尺寸换算;上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定(2)对刀容易且对刀误差小;(3)编程方便;(4)编程原点在毛坯上的位置容易准确地确定，并且可使各面的加工余量比较均匀;(5)对称零件的编程原点，应选在对称中心上，以保证加工余量均匀，并可采用镜像编程，编一个程序加工两个工序，以使零件的形廓精度提高。2.编程尺寸值的确定编程尺寸设定值确定的步骤:(1)精度高的尺寸的处理:将基本尺寸形式换算成平均尺寸形式如10.004士0.001.如图4-24所示;上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定(2)几何关系的处理:保持原重要的几何关系(如角度、相切等)不变，如图4-25示;(3)精度低的尺寸的调整:通过修改一般尺寸保持零件原有几何关系，使之协调;(4)基点坐标尺寸的计算:按调整后的尺寸计算有关末知基点的坐标尺寸;(5)编程尺寸的修正:按调整后的尺寸编程并加工一组工件，测量关键尺寸的实际分散中心并求出常值系统性误差，再按此误差对程序尺寸进行调整并修改程序。4.2.5数控铣刀上-页下-页返回4.2数控铣削加工工艺的分析与制定1.数控铣刀的基本要求(1)铣刀刚性要好(2)铣刀的耐用度要高除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择