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1、,第6讲 数控铣削加工工艺,6.1 数控铣削加工工艺的主要内容,6.2 数控铣削加工工艺与分析的步骤和方法,6.3 数控铣削工艺分析举例,第6讲 数控铣削加工工艺,数控铣削加工工艺的实质，就是在分析零件精度和表面粗糙度的基础上，对数控铣削的加工方法、装夹方式、切削加工进给路线、刀具选择和切削用量等工艺内容进行正确而合理的选择。,6.1 数控铣削加工工艺的主要内容,下列加工内容比较适宜采用数控铣削加工：, 零件上的平面曲线轮廓表面（如图所示）特别是由数学表达式给出的非圆曲线和列表曲线建立的空间曲线。, 由给出数学模型的空间曲面或通过测量数据建立起来的空间曲面。,形状复杂、尺寸繁多、零件画线和检测
2、都比较困难的零件加工部位。,第6讲 数控铣削加工工艺,(a)轮廓面A (b)轮廓面B (c)轮廓面C,图6-1平面类零件,第6讲 数控铣削加工工艺, 能够在一次装夹中铣削加工出多部位的零件表面或零件形状。, 用普通的铣床进行加工的观察、检测困难的零件加工，以及各种内、外凹凸槽形状的零件的加工。,下列内容不适宜采用数控铣削加工：, 需要进行长时间占机人工进行调整的加工和粗加工。, 零件毛坯上的加工余量不大或者不太稳定的加工部位。, 必须使用细长铣刀加工的部位，一般指狭长深槽和加工精度要求不高的筋板处连接曲线。,第6讲 数控铣削加工工艺,6.2 数控铣削加工工艺与分析的步骤和方法,程序编制人员在进
3、行工艺分析时，应该具备机床说明书，编程手册，切削用量表，标准工具、夹具手册等资料，并根据被加工零件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的数控机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，以及各工序所用的刀具、夹具和切削用量等，力求高效率地加工出合格的零件。,1.数控加工零件的工艺分析, 零件图上尺寸数据的给出，应符合程序编制方便的原则,零件图上尺寸标注方法应适应数控加工编程的特点。,构成零件轮廓几何元素的条件要充分。,第6讲 数控铣削加工工艺, 零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点, 零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。从而减少使用刀具的规格和换刀的次数，使得编程方便，生产效率提
4、高。, 零件铣削底平面时，槽底圆角半径r不应太大。 铣刀倒圆半径R越大，铣刀端刃铣削平面的能力就越低。当刀具直径D一定时，铣刀倒圆半径R越大，铣刀端刃铣削平面的面积越小，加工表面的能力越差，加工工艺性也越差。, 应采用统一的定位基准。如果没有统一的定位基准，在加工过程中就会因零件的重新安装而导致部分零件尺寸的整体错位，从而造成加工零件的报废。零件上最好有合适的孔作为定位基准孔。, 内槽圆角决定刀具直径的大小，因此内槽圆角半径应太小。,第6讲 数控铣削加工工艺, 零件的变形分析,零件在数控铣削加工过程中会产生变形，不仅影响加工质量，而且当变形较大时使加工无法进行。这就需采取工艺措施来预防，如对钢
5、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，可采用粗加工、精加工及对称去除余量等常规方法。, 零件毛坯的工艺性分析,根据实际的使用经验，下列几方面应该作为零件毛坯工艺性分析的要点：,1）毛坯应该有充分、稳定的加工余量。,毛坯主要指锻件、铸件。由于锻件，铸件在模锻时的欠压量和允许的错模量会造成余量的大小不等；铸造时也会因为砂型误差、收缩量和金属液体流动性差不能充满型腔等因素造成余量不均匀。因此，加工时要留有充足的加工余量。,第6讲 数控铣削加工工艺,2）零件毛坯的装夹适应性,尽可能一次装夹就能够加工出较多的表面。对于不便于装夹的毛坯，可以考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台
6、和工艺凸耳等辅助基准。,3）毛坯的变形、余量的大小以及均匀性,分析毛坯在加工中和加工后的变形程度，以便考虑是否采取预防措施和补救措施。对于热轧铝板，经淬火时效后容易在加工中和加工后产生变形，最好采用经过预拉伸处理的淬火板坯。对于毛坯余量的大小以及均匀性，主要考虑在加工中是否需要分层进行切削。,第6讲 数控铣削加工工艺,2.零件图形的数学处理,在数控铣削过程中，手工编程尺寸不能简单地直接选取工件图纸上的基本尺寸，零件图形调整可按下面的方式进行：, 精度高的尺寸处理：可将基本尺寸换算为平均尺寸。, 几何关系的处理：保持原来重要的几何关系。如角度、相切、相交关系不变。, 精度低的尺寸处理：通过调整修
7、改一般尺寸，保持零件原有的几何关系，使之相互协调。, 节点坐标尺寸的计算：按照调整后的尺寸计算有关未知节点的坐标尺寸。, 编程尺寸的修正：按照调整后的尺寸编程，进行加工，测量 关键尺寸的实际分 散中心与误差，再按照误差对编程尺寸进行调整，并相应修改程序。,第6讲 数控铣削加工工艺,3.加工方法的选择与加工方案的确定,加工方法的选择,铣削加工方法的选择原则是：保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。,对于平面、平面轮廓与曲面的铣削加工，经过粗铣加工的平面，尺寸精度可达IT12IT14级，表面粗糙度Ra值可达12.525m。经过精铣加工的平面，尺寸精度可达IT7IT9级，表面粗糙度Ra值可达1.
8、63.2m。,确定加工方案的原则,确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。原则上数控机床仅进行较复杂零件重要基准的加工和零件的精加工。,第6讲 数控铣削加工工艺,平面类零件斜面轮廓加工方案的确定,在铣削加工中，零件按表面轮廓可分为平面类零件和曲面类零件。其中平面类零件斜面轮廓的加工又分为两种：,1）固定斜角的外轮廓加工,在加工中要根据零件的尺寸精度、倾斜角的大小、刀具的形状、零件的安装方法、编程的难易程度等因素，选择一个较好的加工方案。,2）有变斜角的外轮廓加工,从技术上讲，最好的加工方法是采用多轴联动的数控机床，这样效率高，加工质量
9、好。但是这种机床设备投资大，生产费用高。,第6讲 数控铣削加工工艺,曲面轮廓加工方法的选择,立体曲面的加工应根据曲面的形状、刀具形状及精度要求采用不同的铣削加工方法。如两轴半、三轴、四轴及五轴等联动加工。, 对曲率半径变化不大和精度要求不高的粗加工，常使用两轴半坐标的数控铣床采用行切法加工。所谓行切法是指刀具与零件轮廓的的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离按零件加工精度的要求确定。如下图所示。,第6讲 数控铣削加工工艺,两轴半坐标行切法加工曲面,第6讲 数控铣削加工工艺, 对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工，常使用X、Y、Z三坐标联动插补的行切法进行加工。,三轴行切法加工曲面,第6讲
10、数控铣削加工工艺,4.工序与工步的划分,（1）工序的划分,1）以零件的装夹定位方式划分工序,2）按粗、精加工划分工序,3）按所用刀具划分工序,（2）工步的划分, 同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗加工后精加工分开进行。, 对于既有铣削平面又有镗孔加工表面的零件，可按先铣平面后镗孔进行加工。, 按使用刀具来划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。,第6讲 数控铣削加工工艺,5.零件的安装与夹具的选择,（1）定位基准分析,定位基准有粗基准和精基准两种，除第一道工序采用粗基准外，其余工序都使用精基准。,选择定位基准要遵循基准重合原则，基准统一的原则，这样可以减少基准不重
11、合产生的误差和数控编程中的计算量，并且能有效地减少装夹次数。,（2）定位安装的基本原则, 夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动轨迹发生干涉，不得影响进给，加工部位要敞开。, 必须保证最小的夹紧变形。, 装卸方便，辅助时间尽量短。,第6讲 数控铣削加工工艺, 对小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率。, 夹具结构应力求简单。, 夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。数控铣床工作台面上一般都有基准T型槽，转台中心上有定位孔，台面侧面有基准挡板等定位元件。固定方式一般用T型螺钉或螺栓或压板压紧。夹具上用于紧固的孔和槽的位置必须与工作台的
12、T型槽和孔的位置相对应。, 避免采用占机人工调整加工方案，以充分发挥数控机床的效能。,第6讲 数控铣削加工工艺,（3）选择夹具的基本原则,数控铣削加工的特点对夹具提出两点要求：一是要保证夹具的坐标方向要与机床的坐标方向相对固定不变；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。还要考虑以下几点：, 当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具或其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。, 在成批生产时考虑使用专用夹具，力求结构紧凑、简单。还可以采用多位、多件夹具。, 零件的装卸要快速、方便、可靠，尽量缩短数控机床的停顿时间。, 夹具上各类零件不能妨碍机床对零件各表面的加工，既夹具要敞开，
13、其定位夹紧机构的元件不能影响加工中的走刀运行。,第6讲 数控铣削加工工艺,此外，为了提高数控加工的效率，在成批生产中还可以采用多位、多件夹具。例如，在数控铣床或立式加工中心的工作台上，可安装一块与工作台大小一样的平板，如下图所示：它既可以作为大型零件的基础板，也可以作为多个中小型零件的公共基础板，可以依次加工出并排装夹的多个零件。,新型夹具元件,第6讲 数控铣削加工工艺,6.刀具的选择与切削用量的确定,（1）刀具的选择,铣刀材料和几何参数主要根据零件材料切削加工性、工件表面几何形状和尺寸大小选择。,（2）切削用量的选择,切削用量的选择根据零件材料特点、刀具性能以及加工精度要求确定。通常为提高切
14、削效率要尽量选用大直径的铣刀；侧吃刀量取刀具直径的1/3-1/2，背吃刀量应大于冷硬层厚度；精铣时切削速度应提高一些。,合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，半精加工和精加工时应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。,第6讲 数控铣削加工工艺,7.与起刀、进刀、退刀相关的工艺处理,（1）程序起始点、返回点、切入点、切出点的确定,1）程序起始点、返回点的确定,在同一程序或一个零件在几个程序中加工时起始点和返回点最好相同，这样操作上就比较方便，并且其坐标值都设为0。,2）切入点选择的原则,对粗加工来说，选择曲面内的最高点作为曲面的切入点。对于精加工来说，选择曲
15、面内某个曲率比较平缓的角点作为曲面的切入点。,3）切出点选择的原则,若被加工曲面为开放型曲面，用曲面的某角点作为切出点；若被加工曲面为封闭型曲面，只能用曲面的一个角点作为切出点。,第6讲 数控铣削加工工艺,（2）程序进刀、退刀方式和进刀、退刀路线的确定,1）沿坐标轴Z轴方向直接进刀和退刀,此方式最常用。其优点是定义简单，缺点是在工件表面的进刀、退刀处会留下微观的停刀痕迹，影响工件表面的加工质量和精度。所以在铣平面轮廓时尽量避免这样的方法。,2）沿给定的矢量方向进刀和退刀,此方式是先定义一个矢量方向，以次来确定刀具进刀和退刀运动的方向。,3）沿曲面的切线方向以直线方式进刀和退刀,该方式是从被加工
16、零件曲面的切线方向切入或切出工件表面。其优点是在工件表面的进刀、退刀处不会留下停刀痕迹，工件表面的加工精度好。,第6讲 数控铣削加工工艺,4）沿曲面的法线方向进刀和退刀,该方式是从被加工零件曲面切入点或切出点的法线方向切入或切出工件表面。其特点同于沿坐标轴Z轴方向直接进刀和退刀。,5）刀沿圆弧段方向进刀和退刀,该方式是以圆弧段的运动方式切入或切出工件表面。,6）沿螺旋线或斜线方式进刀和退刀,该进给方式的在两进给层之间，刀具从上一层的高度沿螺旋线或斜线，以渐进的方式切入工件，直到工件的下一层高度，进行切削加工。,对加工精度要求高的零件轮廓轨迹的加工，应该选择沿曲面的切线方向进刀和退刀，这样可以避免在工件表面的进、退刀处留下刀痕，影响加工精度。,第6讲 数控铣削加工工艺,（3）起始平面、返回平面、进刀平面、退刀平面和安全平面的确定,1）起始平面,起始平面是程序开始时刀具的初始位置所在的 Z
