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1、第四章 数控铣床加工工艺,第一节 数控铣削加工的主要对象 第二节 数控铣削加工工艺的制订 第三节 数控铣床的编程基础 第四节 数控铣床的基本编程方法,化学工业出版社,第一节 数控铣削加工的主要对象,第四章 数控铣床加工工艺,数控铣床进行铣削加工主要是以零件的平面、曲面为主, 还能加工孔、内圆柱面和螺纹面。它可以使各个加工表 面的形状及位置获得很高的精度。,一、平面类零件,第四章 数控铣床加工工艺,如图4-1所示,零件的被加工表面平行、垂直于水平面或加工面与水平面的夹角为定角的零件,称为平面类零件。,对于平面垂直于坐标轴的面,其加工方法与普通铣床的加工方法一 样。对斜面的加工方法可采用:, 将斜
2、面垫平加工,这是在零件不大或夹具容易实现 零件的加工情况下进行。,第四章 数控铣床加工工艺, 用行切法加工,如图4-2所示,这样会留有行与行之间的残留余量,最后要由钳工修锉平整,飞机上的整体壁板零件经常用这个方法加工。, 用五坐标数控铣床的主轴摆角后加工,不留残留余量,效果最好,如图4-3所示。 对于斜面是正面台和斜肋板的表面,可采用成形铣刀加工;也可用五坐标数控铣床加工,但不经济。,二、变斜角类零件,第四章 数控铣床加工工艺,零件被加工表面与水平面夹角呈连续变化的零件,称为变斜角类零 件。这类零件一般为飞机上的零部件,如飞机的大梁、桁架框等。 以及与之相对应的检验夹具和装配支架上的零件。,如
3、图4-4所示为一种变斜角零件,该零件共分为三段,从第肋到第肋的斜角a由310均匀变到232,从第肋到第肋再均匀变为120,从第肋到第肋均匀变为0。,第四章 数控铣床加工工艺,变斜角零件不能展开成为平面,在加工中被加工面与铣刀的圆周 母线瞬间接触。用五坐标数控铣床进行主轴摆角加工,也可用三 坐标数控铣床进行行切法加工。, 对曲率变化较小的变斜角面,用x、y、z和A四坐标联动的数控铣床加工,如图4-5所示为用立铣刀直线插补方式加工的情况。, 对曲率变化较大的变斜角面,用x、y、z和A、B五坐标联动的数控铣床加工,如图4-6所示。也可以用鼓形铣刀采用三坐标方式铣削加工,所留刀痕用钳工修锉抛光去除,如
4、图4-7所示。,三、曲面类零件,第四章 数控铣床加工工艺,零件被加工表面为空间曲面的零件,称为曲 面类零件。曲面可以是公式曲面,如抛物面、 双曲面等,也可以是列表曲面,如图4-8所示。,曲面类零件的被加工表面不能展开为 平面;铣削加工时,被加工表面与铣 刀始终是点对点相接触。用三坐标数 控铣床加工时,一般采用行切法用球 头铣刀铣削加工,如图4-9所示。,四、孔类零件,第四章 数控铣床加工工艺,孔类零件上都有多组不同类型的孔,一般有通孔、盲孔、螺纹孔、 台阶孔、深孔等。在数控铣床上加工的孔类零件,一般是孔的位 置要求较高的零件,如圆周分布孔,行列均布孔等,如图4-10所示。 其加工方法一般为钻孔
5、、扩孔、铰孔、镗孔、锪孔、攻螺纹等。,第二节 数控铣削加工工艺的制订,一、零件的工艺分析,(1)要彻底读懂图样,第四章 数控铣床加工工艺,零件图样的尺寸是否标注全,有无漏、多尺寸的情况,有无封闭 尺寸,尺寸的标注法是否方便编程,零件结构是否表示清楚了, 视图是否完整,各几何元素间的相互关系(如相切、相交、垂直 和平行等)是否明确。,(2)要分析透零件的加工工艺性,研究零件的被加工表面是否适于数控铣床加工,被加工表面是否太厚,内转接圆弧R是否太小。如图4-11所示,当R0.2H(H为被加工内轮廓面的最大厚度)时,其加工工艺性不好。即刀具被迫采用小直径而使得其刚性太差,需采取多次分层切削加工。,第
6、四章 数控铣床加工工艺,一个零件上内壁转接圆弧半径尺寸的大小和一致性,影响加工能力、加工质量和换刀次数等 。,如图d= D-2r铣刀端刃铣削平面的面积越大,则加工平面的能力越强,因而,铣削工艺性越好。,图412零件槽底平面圆弧对加工工艺的影响,(3)要研究分析零件的精度,(4)要研究分析零件的刚性,(5)要研究分析零件的定位基准,(6)要研究分析零件的毛坯和材料,第四章 数控铣床加工工艺,零件的精度(尺寸、形状、位置)是否能够保证,表面质量能否保证。根 据精度、表面质量来决定是否采用粗铣,还是精铣,以及是否要多次进给。,零件的厚度如果太单薄会引起加工变形。当加工薄壁零件时,若面积较大 的零件,
7、其加工后也易产生变形,很难保证精度,尤其是铝合金板。,零件上如有统一的定位基准,便可保证在零件多次装夹后各加工表面之 间的位置精度。其定位基准能保证零件定位稳定可靠,便没有基准不重合 误差。,材料是否具有较好的加工工艺性能,硬度、热处理状态是怎样的? 毛坯的余量是否足够,是否均匀,毛坯的安装定位平面是否方便可靠。,二、装夹方案的确定,1定位基准的选择,第四章 数控铣床加工工艺,选择定位基准时,应注意减少装夹次数,尽量做到在一次安装中能 把零件上所有要加工的表面都加工出来。一般选择零件上不需要数 控铣削的平面或孔做定位基准。对薄板零件,选择的定位基准应有 利于提高工件的刚性,以减少切削变形。定位
8、基准应尽量与设计基 准重合,以减少定位误差对尺寸精度的影响。,2夹具的选择,数控铣床可以加工形状复杂的零件,但在数控铣床上的工件装夹方 法与普通铣床的工件装夹方法一样,所使用的夹具往往并不复杂, 只要求有简单的定位、夹紧机构就可以了。但要将加工部位敞开, 不能因装夹工件而影响进给和切削加工。,3必须注意的问题,第四章 数控铣床加工工艺, 工件的被加工表面必须充分暴露在外,夹紧元件与被加工表面 间的距离要保持一定的安全距离。各夹紧元件应尽可能低,以防 铣夹头或主轴套筒与之在加工过程中相碰撞。, 夹具安装应保证工件的方位与工件坐标系一致,并且还要能协 调零件定位面与数控铣床之间保持一定的坐标联系。
9、, 夹具的刚性和稳定性要好,尽量不采用更换压板(夹紧点)的 设计。若必须更换时,要保证不破坏工件的定位。,4夹具选用原则,第四章 数控铣床加工工艺,(1)在生产类型为批量较小 或单件试制时,若零件复杂, 应采用组合夹具。如图所示, 它是由可重复使用的标准零 件组成。若零件结构简单时, 可采用通用夹具,如虎钳、 压板等,如图所示。,第四章 数控铣床加工工艺,(2)在生产类型为中批量或批量生产时,一般用专用夹具, 其定位效率较高,且稳定可靠。,(3)在生产批量较大时,可考虑采用多工位夹具、机动夹具, 如液压、气压夹具。,三、刀具选择的基本要求,(1)刀具的刚性要好,第四章 数控铣床加工工艺,为提高
10、生产率而采用大切削用量时,需要刚性好的 刀具,刚性差的刀具在大切削用量时很容易断刀。,要保证被加工表面的形状精度,用刚性差的刀具在大切削力的作用下,会产生变形而形成“让刀”,使加工的型面会出现斜面,如图4-15所示。当被加工表面各处余量不一样时,用普通铣床可多次进给解决问题,而数控铣床则要改变程序,而用刚性强的刀具就可一次加工,不必改变程序。,(2)刀具的耐用度要高,因为数控铣床靠程序控制精度,刀具若磨损很快,则尺寸精度、 型面精度很难保证,故要用耐用度高的刀具。,此外,刀具参数、几何角度、排屑性能等因素也要综合考虑。,四、切削用量的选择,第四章 数控铣床加工工艺,合理的选择切削用量,对零件的
11、表面质量、精度、加工效率影响很 大,这在实际加工中往往是很难掌握的,必须要有丰富的实践经验 才能够掌握好切削用量的选择。因此,在编程时只能根据一般情况, 大致选择切削用量。在实际加工中,根据具体加工情况进行调整。,五、进给路线的确定,在确定进给路线时,要考虑零件的被加工表面的精度、表面质量、 表面形状。零件材料的刚度、切削余量。机床的类型、刚度、精度 以及刀具的刚度等等。要考虑被加工表面与夹具的空间关系,以防 碰撞。合理的进给路线应能保证零件的加工精度、表面质量的要求。 数值计算简单、程序段少、编程量小、进给路线短、空行程少的高 效率路线。,1钻孔加工的进给路线,第四章 数控铣床加工工艺,钻孔
12、加工的进给路线,包括钻、扩、铰、攻螺纹、镗孔等孔的加工方法。这种进给路线包括两个方面:x、y方向和z方向。如图4-16所示,该零件要钻孔,则进给路线是参照普通钻床钻孔的动作设计的,按G81固定循环动作。, 钻头(铰刀、镗刀、螺纹刀具)在 x、y方向快速移动至孔的中心位置。 钻头快速下刀至工件表面上方35 mm的距离。 钻头工作进给至指定深度。 钻头快速返回初始平面。 若加工多个孔则要考虑x、y方向的 最短加工路线,如图2-56c所示。,2铣削平面轮廓的进给路线,第四章 数控铣床加工工艺,(1)铣削外轮廓零件,铣削外轮廓零件的路线分为z方向和x、y方向,要一一确定。x、y方向的确定,如图4-17
13、所示。, 在开始切削段和结束切削段要有切入、切出的路线,以避免产生刀痕,保证 被加工表面的光滑。, 应建立径向刀具补偿段和取消径向刀具补偿段,这一点非常重要。它的目的是 为了编程简单,可灵活使用不同直径的刀具,并利用刀具补偿值有效地控制尺寸 精度。, 在实际切削段,只要沿着实际轮廓编制程序段就行了。在进给方向上一般用顺 铣,这是因为数控铣床的丝杠是滚珠丝杠,间隙极小甚至为零,不存在普通铣床 上顺铣易损坏刀具的情况。顺铣加工的表面质量比逆铣要高,切削状态也好。,第四章 数控铣床加工工艺,(2)铣削内轮廓零件,铣削内轮廓零件的路线也同样分为z方向和x、y方向,但铣削内轮 廓零件与铣削外轮廓零件的情
14、况不同,不能从切线方向切入、切出。, 开始切削段可用圆弧切入,结束切削段可用圆弧切出,以保证不 留刀痕,如图18所示。若要求不高,也可用斜线切入、切出,如图 4-19所示。圆弧的大小和斜线的长短视内轮廓零件的尺寸大小而定。,第四章 数控铣床加工工艺, 应建立径向刀具补偿段和取消径向刀具补偿段。, 进给方向一般用顺铣,在确定路线时,要考虑刀具直径的大小, 每段轮廓的长度必须大于刀具半径和刀具半径补偿值之和,否则 机床将报警,防止过切,如图4-20所示。,第四章 数控铣床加工工艺,(3)内、外轮廓零件z方向的确定,如图4-21所示,铣刀快速进给至z,再工作进给至切削长度z。这个z值的确定很重要,设
15、定的太高效率低,设定的太低,则快速下刀距离工件太近,容易出危险,很容易碰刀。,铣削外轮廓零件时,落刀点要选在工件外,距离工件一定的 距离L(L r+k,r为刀具半径,k为余量),铣削内轮廓 零件时,落刀点选在有空间下刀的地方,一般在内轮廓零件 的中间,若没有空间的话,应先钻落刀孔。,第四章 数控铣床加工工艺,(4)型腔加工,这类零件是要去除中间的余量。如图2-58所示,在x、y方向从落 刀点下刀后有三种情况:平行切法(进给路线最短,表面质量差) 、环切法(进给路线最长,表面质量好。)、混合法(先平行切 削再环切,进给路线较短,表面质量好。)。在z方向路线的确定, 与加工内、外轮廓零件基本相同。
16、,环切法,行切法,行切+环切法,3曲面加工的进给路线,第四章 数控铣床加工工艺,曲面加工的进给路线对于三坐标数控铣床来说比较简单,用球头 铣刀采用行切法加工,如图2-72所示。行切法是指刀具与零件表 面的切点轨迹是一行一行的,且行距根据加工精度要求来确定。 若曲面比较复杂,则要用四坐标数控铣床、五坐标数控铣床加工。,六、平面凸轮零件的数控铣削工艺,第四章 数控铣床加工工艺,如图4-22所示,平面凸轮零件是平面轮廓零件加工的典型零件, 它的轮廓是由圆弧与直线组成。,1零件工艺分析,第四章 数控铣床加工工艺,零件图样的尺寸、视图都完整,表达清楚,几何关系明确;零件的 结构工艺性也很好,无难以加工的结构。侧面与底面垂直,零件的 厚度不厚,在垂直方向可一刀切削完成;零件的精度要求较高, R610.05,R640.05,R63.50.05,要采用粗铣 半精铣 精磨的工艺路线;用数控铣床只能完成半精加工,精加工需淬火后 磨削完成;可用零件的大平面和两孔作定位基准