数控铣削加工工艺与编程

教学手段：多媒体教学教学方法：案例教学、动画演示复习：数控车削加工对象与加工工艺复习（5分钟）引入：典型数控铣削加工零件的加工手段（5分钟）正课：数控铣削主要加工对象（30分钟）；零件工艺分析（60分钟）知识点（85分钟）：一、数控铣削主要加工对象数控铣削是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，还可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及攻螺纹等。数控铣床有立式、卧式、龙门式三类，数控铣床加工工艺以普通铣床加工工艺为基础，数控加工中心从结构上看是带刀库的镗铣床，除铣削加工外，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及攻螺纹等，因此数控铣床与数控加工中心从工艺上看加工工艺类似，主要适用于下列几类零件的加工。1、平面类零件平面类零件是指加工面平行、垂直于水平面或其加工面与水平面的夹角为定角的零件，这类零件的特点是，各个加工表面是平面，或展开为平面。如图4-1所示的三个零件都属于平面类零件，其中的曲线轮廓面M和正圆台面N，展开后均为平面。序号1日期班级课题数控铣削加工工艺与编程重点与难点重点：1、数控铣削主要加工对象2、零件工艺分析难点：1、零件工艺分析教研室主任年月日教师年月日2图4-1平面类零件2、变斜角类零件加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件。图4-2是飞机上的一种变斜角梁缘条，该零件在第②肋至第⑤肋的斜角α从3°10′均匀变化为2°32′，从第⑤肋至第⑨肋再均匀变化为1°20′，最后到第○12肋又均匀变化至0°。变斜角类零件的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线。加工变斜角类零件最好采用四坐标和五坐标数控铣床摆角加工，在没有上述机床时，也可在三坐标数控铣床上进行二轴半控制的近似加工。图4-2变斜角零件3、曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。曲面类零件的加工面不仅不能展开为平面，而且它的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。加工曲面类零件的刀具一般使用球头刀具，因为其他刀具加工曲面时更容3易产生干涉而过切邻近表面。加工立体曲面类零件一般使用三坐标数控铣床，采用以下两种加工方法。(1)行切加工法采用三坐标数控铣床进行二轴半坐标控制加工，即行切加工法。如图4-3所示，球头铣刀沿XY平面的曲线进行直线插补加工，当一段曲线加工完后，沿X方向进给ΔX再加工相邻的另一曲线，如此依次用平面曲线来逼近整个曲面。相邻两曲线间的距离ΔX应根据表面粗糙度的要求及球头铣刀的半径选取。球头铣刀的球半径应尽可能选得大一些，以增加刀具刚度，提高散热性，降低表面粗糙度值。加工凹圆弧时的铣刀球头半径必须小于被加工曲面的最小曲率半径。图4-3行切加工法(2)三坐标联动加工采用三坐标数控铣床三轴联动加工，即进行空间直线插补。如半球形，可用行切加工法加工，也可用三坐标联动的方法加工。这时，数控铣床用X、Y、Z三坐标联动的空间直线插补，实现球面加工，如图4-4所示。4图4-4三坐标联动加工4、箱体类零件孔及孔系的加工可以在数控铣床上进行,如钻、扩、铰和镗等加工。由于加工多采用定尺寸刀具，需要频繁换刀。当加工孔的数量较多时，就不如用加工中心加工方便、快捷。箱体类零件一般是指具有一个以上孔系，内部有不定型腔或空腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。箱体类零件一般都需要进行多工位孔系、轮廓及平面加工，公差严求较高，特别是形位公差要求较为严格，通常要经过铣，钻、扩、镗、铰、锪、攻螺纹等加工工序，需要刀具较多，在普通机床上加工难度大，工装套数多，费用高，加工周期长，需多次装夹、找正，手工测量次数多，加工时必须频繁地更换刀具，工艺难以制定，更重要的是精度难以保证。这类零件在数控铣床尤其是加工中心上加工，一次装夹可完成普通机床60%～95%的工序内容，零件各项精度一致性好，质量稳定，同时节省费用，缩短生产周期。二、数控铣削工艺制订1、零件工艺分析零件的工艺性分析关系到零件加工的成败，因此数控铣削加工的工艺性分析是编程前的重要准备工作。其要解决的主要问题大致可归纳为以下两大方面：1）．零件图样的工艺性分析根据数控铣削加工的特点，列举出一些经常遇到的工艺性问题，作为对零件图样进行工艺性分析的要点来加以分析与考虑。（1）零件图样尺寸的正确标注由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，各图形几何要素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）应明确，各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。（2）保证获得要求的加工精度虽然数控机床精度很高，但对一些特殊情况，例如过薄的底板与肋板，因为加工时产生的切削拉力及薄板的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，其表面粗糙度值也将提高。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。5（3）尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸轮廓内圆弧半径R常常限制刀具的直径。如图4-6所示，如工件的被加工轮廓高度低，转接圆弧半径也大，可以采用较大直径的铣刀来加工，加工其底板面时，走刀次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因此工艺性较好；反之，数控铣削工艺性较差。一般来说，当R0.2H（被加工轮廓面的最大高度）时，可以判定为零件该部位的工艺性不好。图4-6肋板的高度与内转接圆图4-7底板与肋板的转接圆在一个零件上的这种凹圆弧半径在数值上的一致性问题对数控铣削的工艺性显得相当重要。一般来说，即使不能寻求完全统一，也要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，以尽量减少铣刀规格与换刀次数，并避免因频繁换刀增加了工件加工面上的接刀阶差而降低了表面质量。（4）保证基准统一的原则有些工件需要在铣完一面后再重新安装铣削另一面，由于数控铣削时不能使用通用铣床加工时常用的试切方法来接刀，往往会因为工件的重新安装而接不好刀。这时，最好采用统一基准定位，因此零件上应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台或在后继工序要铣去的余量上设置基准孔）。（5）分析零件的变形情况数控铣削工件在加工时的变形，不仅影响加工质量，而且当变形较大时，将使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6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。总之，加工工艺取决于产品零件的结构形状、尺寸和技术要求。2）．零件毛坯的工艺性分析进行零件铣削加工时，由于加工过程的自动化，使余量的大小、如何定位装夹等问题在设计毛坯时就要仔细考虑好;否则，如果毛坯不适合数控铣削，加工将很难进行下去。根据经验，下列几方面应作为毛坯工艺性分析的要点：（1）毛坯应有充分、稳定的加工余量（2）分析毛坯在装夹定位方面的适应性应考虑毛坯在加工时的装夹定位方面的可靠性与方便性，以便使数控铣床在一次安装中加工出更多的待加工面。主要是考虑要不要另外增加装夹余量或工艺凸台来定位与夹紧，什么地方可以制出工艺孔或要不要另外准备工艺凸耳来特制工艺孔。如图4-8所示，该工件缺少定位用的基准孔，用其他方法很难保证工件的定位精度，如果在图示位置增加4个工艺凸台，在凸台上制出定位基准孔，这一问题就能得到圆满解决。对于增加的工艺凸耳或凸台，可以在它们完成作用后通过补加工去掉。图4-8提高定位精度（3）分析毛坯的余量大小及均匀性主要考虑在加工时是否要分层切削，分几层切削，也要分析加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施与补救措施。如对于热轧的中、厚铝板，经淬火时效后很容易在加工中与加工后变形，最好采用经预拉伸处理后的淬火板坯。1、夹具选用原则：7在生产量小哐研制生产时，应广泛采用万能组合夹具，只用在组合夹具无法解决时才考虑采用其他夹具；小批量或成批生产时可考虑采用专用夹具，但应量简单；在生产批量较大的可考虑采用多工位夹具和气动、液压夹具。2、常用夹具的种类（1）通用铣削夹具有通用螺钉压板、平口钳、分度头和三爪卡盘等。1）螺钉压板利用T形槽螺栓和压板将工件固定在机床工作台上即可。装夹工件时，需根据工件装夹精度要求，用百分表等找正工件。2）机用平口钳（又称虎钳）形状比较规则的零件铣削时常用平口钳装夹，方便灵活，适应性广。当加工一般精度要求和夹紧力要求的零件时常用机械式平口钳（见图4-9(a)所示），靠丝杠/螺母相对运动来夹紧工件；当加工精度要求较高，需要较大的夹紧力时，可采用较高精度的液压式平口钳，如图4-9(b)所示。8个工件装在心轴2上，心轴固定钳口3上，当压力油从油路6进入油缸后，推动活塞4移动，(a)机械式平口钳1—钳体2—固定钳口3—活动钳口4—活动钳身5—丝杠方头6—底座7—定位键8—钳体零线(b)液压式平口钳1—活动钳口2—心轴3—钳口4—活塞5—弹簧6—油路8图4-9机用平口钳活塞拉动活动钳口向右移动夹紧工件。当油路6在换向阀作用下回油时，活塞和活动钳口在弹簧作用下左移松开工件。平口钳在数控铣床工作台上的安装要根据加工精度要求控制钳口与X或Y轴的平等度，零件夹紧时要注意控制工件变形和一端钳口上翘。3）铣床用卡盘当需要在数控铣床上加工回转体零件时，可以采用三爪卡盘装夹（见图4-10），对于非回转零件可采用四爪卡盘装夹。图4-10铣床用卡盘铣床用卡盘的使用方法与车床卡盘相似，使用T形槽螺栓将卡盘固定在机床工作台上即可。（2）专用铣削夹具这是特别为某一项或类似的几项工件设计制造的夹具，一般用在产量较大或研制需要时采用。其结构固定，仅使用于一个具体零件的具体工序，这类夹具设计应力求简化，目的使制造时间尽量缩短。图4-11所示表示铣削某一零件上表面时无法采用常规夹具，故用V型槽的压板结合做成了一个专用夹具。9图4-11用专用夹具铣平面（3）多工位夹具可以同时装夹多个工件，可减少换刀次数，以便于一面加工，一面装卸工件，有利于缩短辅助加工时间，提高生产率，较适合中小批量生产，如图4-12所示。图4-12多工位夹具（4）气动或液压夹具适合生产批量较大，采用其他夹具又特别费工、费力的场合，能减轻工人劳动强度和提高生产率，但此类夹具结构较复杂，造价往往很高，而且制造周期较长。（5）回转工作台为了扩大数控机床的工艺范围，数控机床除了沿X、Y、Z三个人材轴做直线进给外，往往还需要有绕Y或Z轴的圆周进给运动。数控机床的进给运动一般由回转工作台来实现，对于加工中心回转工作台已成为一个不可缺少的部件。数控机床中常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。101）分度工作台分度工作台只能完成分度运动，不能实现圆周进给；分度时也可以采用手动分度。分度工作台一般只能回转规定的角度（如90、60和45等）。2）数控回转工作台其主要作用是根据数控装置发出的指令脉冲信号,完成圆周进给运动,进行各种圆弧加工或曲面加工,它也可以进行分度工作。数控回转工作台可以使数控铣床增加一个或两个回转坐标，通过数控系统实现四坐标或五坐标联动，可有效地扩大工艺范围，加工更为复杂的工件。数控卧式铣床一般采用方形回转工作台，实现A、B或C坐标运动，但圆形回转工作台占据的机床运动空间也效大，如图4-13所示。图4-13数控回转工作台3、平口钳的合理选用选用平口钳应遵循以下几个原则。1）依据设备及产品精度确定平口钳精度。根据表4-1内容，不同类型的平口钳具有不同定位精度和适用条件，选用时通常要求平口钳的精度与机床的加工精度相一致或相近较为合理。除了依据设备可以大致确定平口钳的精度范围外，产品精度要求也是考虑的重要因素。一般说来，平口钳的定位精度必须高于产品精度要求。依据产品精度来确定平口钳定位精度的大致范围为1/3产品精度~产品精度之间。2）依据设备及加工需要确定平口钳种类（1）按平口钳钳体与机床工作台相对位置分为：卧式平口钳与立式平口钳，见表4-2。（2）按平口钳一次可装夹工件的数量可分为：单工位平口钳、双工位平口钳、多工位平口钳。11（3）按夹紧动力源分为：手动平口钳、气动平口钳、液压平口钳。3）