数控铣床与铣削加工工艺

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1、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12.1 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。2212 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）数控立式铣床 其主轴垂直于水平

2、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），既可以进行立式加工，又可以

3、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。 3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 return4213 数控铣床的传动系统与主轴部件 图图22 XK5040A型数控铣铣床的布局图图 1-底座 2-强电柜

4、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 51数控铣床主传动系统 图23 XK5040A型数控铣床传动系统 6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 1

5、500rmin。（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。72. 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

6、合器相连，这一部分称作升降台 自动平衡装置。822 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.变变斜角类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

7、终为点接触。一般采用三 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。9a)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 return10222 数控机床铣削加工内容的选选 择择 1采用数控铣铣削加工内容(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

8、精度孔或面。(6)能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。 11223 数控铣铣床加工零件的结结构工艺艺性分析 1零件图样图样 尺寸的正确标标注 构成零件轮廓的几何元素(点、线、面)的相互关系(如相切、相

9、交、垂直和平行等)。 2保证获证获 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统一 4尽量统统一零件轮轮廓内圆圆弧的有关尺寸（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

10、端刃 铣削平面的面积越大，加工平面的能力越强，铣削工艺性当然也越好。 5保证证基准统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。 12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 return13224 数控铣削零件毛坯的工艺艺性分析 1毛坯应应有充分的加工余量，稳稳定的加工质质量 毛坯

11、主要指锻、铸件，其加工面均应有较充分的余量。 2分析毛坯的装夹夹适应应性 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尽量统统一零件轮轮廓内圆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 1423 数控铣床加工工艺路线的拟订 231 数控铣削加

12、工方案的选择1平面轮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 152固定斜角平面的加工方法 图图213 主轴摆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

13、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，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。 163变斜角面的加工 图图214 4、5坐标标数控铣铣床加工零件变变斜角面 图图215 用鼓形铣铣刀分层铣层铣削变变斜 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214

14、b）。（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方法清除（图215）。174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

15、坐标联动加工。其加工原理如图219所示。 18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 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 return19232 进给进给 路线线的确定 1顺铣顺铣 和逆铣铣的选择选择 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 202铣削外轮廓的进给路线 （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