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1、第2章 数控铣床与铣削加工工艺,21 数控铣床简介 22 数控铣床加工工艺分析 23 数控铣床加工工艺路线的拟订 24 典型零件的数控铣削加工工艺分析,2.1 数控铣床简介,2.1.1 数控铣床的用途,一般的数控铣床是指规格较小的升降台式数控铣床，数控铣床多为三坐标、两轴联动的机床。 一般情况下，在数控铣床上只能用来加工平面曲线的轮廓。 与普通铣床相比，数控铣床的加工精度高，精度稳定性好，适应性强，操作劳动强度低，特别适应于板类、盘类、壳具类、模具类等复杂形状的零件或对精度保持性要求较高的中、小批量零件的加工。,212 数控铣床的分类,1数控铣床按其主轴位置的不同分三类（图21） （1）数控立
2、式铣床 其主轴垂直于水平面。小型数控铣床一般都采用工作台移动、升降及主轴不动方式，与普通立式升降台铣床结构相似；中型数控铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式，且主轴沿垂直溜板上下运动；大型数控铣床因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术问题，往往采用龙门架移动方式，其主轴可以在龙门架的纵向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向移动，这类结构又称之为龙门数控铣床。 （2）卧式数控铣床 其主轴平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4至5坐标，进行“四面加工”。 （3）立、卧两用数控铣床 它的主轴方向可以更换（有手动与自动两种），既可以进
3、行立式加工，又可以进行卧式加工，其使用范围更广，功能更全。当采用数控万能主轴头时，其主轴头可以任意转换方向，可以加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。当增加数控转盘后，就可以实现对工件的“五面加工”。 2从机床数控系统控制的坐标轴数量分类 有2.5坐标联动数控铣床（只能进行X、Y、Z三个坐标中的任意2个坐标轴联动加工）、3坐标联动数控铣床、4坐标联动数控铣床、5坐标联动数控铣床。,图2-1 各类数控铣床示意图 a)卧式升降台铣床 b)立式升降台铣床 c)龙门式轮廓铣床 d)卧式镗铣床,return,213 数控铣床的传动系统与主轴部件,图22 XK5040A型数控铣床的布局图 1-底座 2-
4、强电柜 6-变压器箱 4-垂直升降进给伺服电动机 5-主轴变速手柄和按钮板 6-床身 7-数控柜 8-保护开关 9-挡铁 10-操纵台 11-保护开关 12-横向溜板 16-纵向进给伺服电动机 14-横向进给伺服电动机 15-升降台 16-纵向工作台,1数控铣床主传动系统,图23 XK5040A型数控铣床传动系统,传动系统包括主运动和进给运动两部分。,图24 XK5040A型数控铣床齿轮间隙消除机构 1螺母 2弹簧 6电动机 4齿轮,（1）主传动 XK5040A型数控铣床的主体运动是主轴的旋转运动。由7.5kW、1450rmin的主电动机驱动(如图23所示)，使之获得18级转速，转速范围为60
5、1500rmin。 （2）进给运动 进给运动有工作台纵向、横向和垂直三个方向的运动。进给系统传动齿轮间隙的消除，采用双片斜齿轮消除间隙机构（如图24所示）。调整螺母1，即可靠弹簧2自动消除间隙。,2. 升降台自动平衡装置,图25 XK5040A型数控铣床升降台自动平衡装置 1-伺服电动机 2-圆锥齿轮 6-圆锥齿轮 4-圆锥齿轮 5-星轮 6-滚子 7-超越离合器的外壳 8-螺母 9-锁紧螺钉,XK5040A型数控铣床升降台自动平衡装置如图25所示。伺服电动机1经过锥环联接带动十字联轴节以及圆锥齿轮2、3，使升降丝杠转动，工作台上升或下降。同时圆锥齿轮6带动圆锥齿轮4，经超越离合器和摩擦离合器
6、相连，这一部分称作升降台自动平衡装置。,22 数控铣床加工工艺分析,221 数控铣削的主要加工对象,1平面类零件 加工面平行或垂直于水平面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平面类零件(见图26)。其特点是各个加工面是平面，或可以展开成平面。 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27）。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线。最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工。 3曲面类零件 加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件(如图28)。曲面类零件的加工面不能展开为平面，加工时，加工面与铣刀始终为点接触。一般采用
7、三轴联动数控铣床加工；当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及毗邻表面及需刀具摆动时，要采用四轴甚至五轴联动数控铣床加工。,a)带平面轮廓的平面零件 b)带斜平面的平面零件 c)带正圆台和斜筋的平面零件 图26 平面类零件,图27 变斜角零件 图28 叶轮,return,222 数控机床铣削加工内容的选择,1采用数控铣削加工内容 (1)工件上的曲线轮廓内、外形，特别是由数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓。 (2)已给出数学模型的空间曲线。 (3)形状复杂，尺寸繁多，划线与检测困难的部位。 (4)用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内、外凹槽。 (5)以尺寸协调的高精度孔或面。 (6)能
8、在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状。 (7)采用数控铣削能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动的一般加工内容。 2不宜采用数控铣削加工内容 (1)需要进行长时间占机和进行人工调整的粗加工内容，如以毛坯粗基准定位划线找正的加工。 (2)必须按专用工装协调的加工内容(如标准样件、协调平板、模胎等)。 (3)毛坯上的加工余量不太充分或不太稳定的部位。 (4)简单的粗加工面。 (5)必须用细长铣刀加工的部位，一般指狭长深槽或高筋板小转接圆弧部位。,223 数控铣床加工零件的结构工艺性分析,1零件图样尺寸的正确标注 构成零件轮廓的几何元素(点、线、面)的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)。 2保证获
9、得要求的加工精度 检查零件的加工要求，如尺寸加工精度、形位公差及表面粗糙度在现有的加工条件下是否可以得到保证，是否还有更经济的加工方法或方案。 3零件内腔外形的尺寸统一 4尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸 （1）内槽圆弧半径R的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆弧半径R不应太小。（图29）。一般，当R0.2H(H为被加工轮廓面的最大高度)时，可以判定零件上该部位的工艺性不好。 （2）零件铣削槽底平面时，槽底面圆角或底板与肋板相交处的圆角半径r不要过大（图2-10）。因为铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D2r(D为铣刀直径)，当D越大而r越小时，铣刀端刃铣削平面的面积越大，加工平面的能力越强，
10、铣削工艺性当然也越好。 5保证基准统一 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，也可以专门设置工艺孔作为定位基准。若无法制出工艺孔，最起码也要用精加工表面作为统一基准，以减少二次装夹产生的误差。 6分析零件的变形情况 零件在数控铣削加工时的变形较大时，就应当考虑采取一些必要的工艺措施进行预防。,图2-9 肋板高度与内孔转接圆 弧对零件铣削工艺性的影响,图210 零件底面与肋板的转接圆弧对零件铣削工艺性的影响,return,224 数控铣削零件毛坯的工艺性分析,1毛坯应有充分的加工余量，稳定的加工质量 毛坯主要指锻、铸件，其加工面均应有较充分的余量。 2分析毛坯的装夹适应性
11、主要考虑毛坯在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便充分发挥数控铣削在一次安装中加工出较多待加工面。对于不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台来定位与夹紧，也可以制出工艺孔或另外准备工艺凸耳来特制工艺孔作定位基准（图211）。 3分析毛坯的余量大小及均匀性 4尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸 主要是考虑在加工时要不要分层切削，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。,图211 增加毛坯辅助基准示例,23 数控铣床加工工艺路线的拟订,231 数控铣削加工方案的选择 1平面轮廓的加工方法,这类零件的表面多由直线和圆弧或各种曲线构成，通常采
12、用3坐标数控铣床进行两轴半坐标加工（图212）。,图212 平面轮廓铣削,2固定斜角平面的加工方法,图213 主轴摆角加工固定斜面,固定斜角平面是与水平面成一固定夹角的斜面，常用的加工方法如下： （1）当零件尺寸不大时，可用斜垫板垫平后加工；如果机床主轴可以摆角，则可以摆成适当的定角，用不同的刀具来加工(见图213)。当零件尺寸很大，斜面斜度又较小时，常用行切法加工，但加工后，会在加工面上留下残留面积，需要用钳修方法加以清除，用3坐标数控立铣加工飞机整体壁板零件时常用此法。当然，加工斜面的最佳方法是采用5坐标数控铣床，主轴摆角后加工，可以不留残留面积。 （2）对于图26c所示的正圆台和斜筋表面
13、，一般可用专用的角度成型铣刀加工。其效果比采用5坐标数控铣床摆角加工好。,3变斜角面的加工,图214 4、5坐标数控铣床加工零件变斜角面 图215 用鼓形铣刀分层铣削变斜角,（1）对曲率变化较小的变斜角面，用 4坐标联动的数控铣床，采用立铣刀(但当零件斜角过大，超过机床主轴摆角范围时，可用角度成型铣刀加以弥补)以插补方式摆角加工（图214a)。 （2）对曲率变化较大的变斜角面，用4坐标联动加工难以满足加工要求，最好用5坐标联动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工（图214b）。 （6）采用3坐标数控铣床两坐标联动，利用球头铣刀和鼓形铣刀，以直线或圆弧插补方式进行分层铣削加工，加工后的残留面积用钳修
14、方法清除（图215）。,4曲面轮廓的加工方法,（1）对曲率变化不大和精度要求不高的曲面的粗加工，常用两轴半坐标的行切法加工，即x、y、z 3轴中任意两轴作联动插补，第三轴作单独的周期进给。 如图216所示 。 两轴半坐标加工曲面的刀心轨迹O1O2和切削点轨迹ab，如图217所示。 （2）对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工，常用z、y、z 3坐标联动插补的行切法加工。如图218所示。 （3）对像叶轮、螺旋桨这样的零件，因其叶片形状复杂，刀具容易与相邻表面干涉，常用5坐标联动加工。其加工原理如图219所示。,图216 两轴半坐标行切法加工曲面 图217 两轴半坐标行切法加工曲面的切削点轨迹
15、,图218 3轴联动行切法 加工曲面的切削点轨迹,图219 曲面的5坐标联动加工,return,232 进给路线的确定 1顺铣和逆铣的选择,铣削有顺铣和逆铣两种方式（图220）。当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给路线。因为采用顺铣加工后，零件已加工表面质量好，刀齿磨损小。精铣时，尤其是零件材料为铝镁合金、钛合金或耐热合金时，应尽量采用顺铣。当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进给路线。因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入，不会崩刀；机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行。,图220 顺铣与逆铣 a) 顺铣 b) 逆铣,2铣削外轮廓的进
16、给路线,（1）铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。刀具切入工件时，应避免沿零件外轮廓的法向切入，而应沿切削起始点的延伸线逐渐切入工件，保证零件曲线的平滑过渡。同哩，在切离工件时，也应避免在切削终点处直接抬刀，要沿着切削终点延伸线逐渐切离工件，如图221所示。 （2）当用圆弧插补方式铣削外整圆时（图222），要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而应让刀具沿切线方向多运动一段距离，以免取消刀补时，刀具与工件表面相碰，造成工件报废。,图221 外轮廓加工刀具的切入和切出 图222 外圆铣削,3铣削内轮廓的进给路线,（1）铣削封闭的内轮廓表面，若内轮廓曲线不允许外延（图223所示），刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入、切出，此时刀具的切入、
