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1、数控机床操作与编程实践教程,作者：张 伟,责任编辑：王 波 出版日期：2009年9月 IDPN：308-2009-154 课件章数：9,第4章 数控铣床加工编程及实例,4.1 数控铣床结构 4.2 数控铣加工工艺制订及实例 4.3 数控铣加工编程基础 4.4 数控铣加工编程实例 4.5 数控铣加工编程实践,内容提要,本章从实战层面介绍了数控铣削加工工艺设计和编程。 简要介绍数控铣床的常用布局及结构形式、常用刀具和附件的结构及其使用； 结合实例，介绍数控铣削加工工艺的制订； 对包含外轮廓及平面、内轮廓、螺旋槽和孔系等加工特征的零件加工编程实例展开，介绍数控铣床编程的基本方法和技巧，实例中涉及华中
2、HNC-21/22M、FANUC和SIEMENS等主流数控系统； 提供读者进行数控铣加工编程实践的若干指导型编程题目。,4.1 数控铣床结构,4.1.1 数控铣床的组成 1.数控铣床的布局形式,适应加工小而轻型工件的立式布局图 (b)带回转工作台的卧式布局 (c)适应加工大而重型工件的龙门式布局。,2.数控铣床的组成及其作用,1床身； 2工作台； 3数控面板； 4主轴； 5主轴箱； 6电气柜； 7立柱,图4-2 XKA714立式数控铣床外形图,2.数控铣床的组成及其作用,(1) 机床本体主要指数控铣床的机械部件，包括床身、立柱、主轴箱、铣头、工作台、进给机构等。 (2) 数控系统数控铣床的大脑
3、，实际上是一台专用计算机，包括各种电子元器件、监视器和键盘等。 (3) 伺服驱动系统数控铣床执行机构的驱动部件，包括主轴电机、各坐标轴的进给伺服电机等。 (4) 辅助装置数控铣床的一些配套部件，包括液压和气动装置、冷却和润滑装置以及排屑装置等。,3.数控铣床的主要技术参数,4.1.2 常用数控铣床的分类,4.1.3 数控铣床的刀具系统,1.数控铣削刀具系统标准 国际标准(ISO7388)、德国标准(DIN69871)、美国标准(ANSI/ASME B5.50)、日本标准(MAS403，其高速刀柄采用HSK标准)和中国标准(GB1094489)等。,2.数控铣床的刀柄,(1)刀柄的作用数控铣床通
4、过刀柄把刀具和主轴连接起来，刀柄本身则是通过拉钉和主轴内的拉刀装置固定在主轴上，主轴电机旋转时，由刀柄把速度和扭矩传递给刀具。刀柄的强度、刚性、耐磨性、制造精度以及夹紧力等对加工有直接的影响。,(2)刀柄的结构,刀柄与主轴孔的配合锥面一般采用7:24的锥度，这种锥柄不自锁，换刀方便，与直柄相比有较高的定心精度和刚度。刀柄与拉钉的结构和尺寸均已标准化和系列化，在我国应用最为广泛的是BT40和BT50系列刀柄和拉钉。,(3)刀柄的分类,(3)刀柄的分类,图4-11 整体式刀具系统组成,图4-12 模块式刀具系统组成,(4)常用刀柄的使用方法,1)弹簧夹头刀柄与刀具的装夹操作步骤 将刀柄放入卸刀座并
5、锁紧； 根据刀具直径选取合适的卡簧，清洁工作表面； 将卡簧装入锁紧螺母内； 将铣刀装入卡簧孔内，并根据加工深度控制刀具悬伸长度； 先用手锁紧螺母，再用扳手将锁紧螺母锁紧； 检查。,2)刀柄在数控铣床主轴上的装夹操作步骤,选择与数控机床匹配的刀柄及拉钉，把加工所用的刀具装夹到刀柄上,确保刀具和刀柄的重量不超过机床允许的最大重量。 清理刀柄锥面和主轴锥孔。 一只手握住刀柄，将刀柄的键槽对准主轴端面键垂直伸入到主轴内，不可倾斜。 另一只手按换刀按钮，直到夹紧装置自动夹紧刀柄。在夹紧之前，将一直有压缩空气从主轴孔内吹出，以防止灰尘、铁屑等进入。 用手转动刀柄，确定刀柄被正确装夹后，才可以撤回握住刀柄的
6、手，刀柄装夹操作完成。 从主轴上卸刀柄时，首先用一只手握住刀柄，然后用另一只手按换刀按钮，即可取下刀柄。,3.数控铣床的刀具,(1)刀具的种类在数控铣床上使用的刀具主要为铣刀(包括面铣刀、立铣刀、球头铣刀、三面刃盘铣刀、环形铣刀等)、孔加工刀具(包括定心钻、中心钻、麻花钻、锪孔钻、铰刀、镗刀、丝锥等)。,图4-14 整体式立铣刀和球头铣刀的形状及应用,环形铣刀,图4-15 机夹可转位刀具的结构形状及应用,安装刀片时注意事项,刀片本身精度应符合零件加工要求。 刀槽定位面精度应符合精度要求，刀片与刀体还需相适应。 安装面清洁、完好程度 专用工具装夹一定按规定选择对应的工具，如扳手的大小、长短等。
7、严格的操作规程必须按规定的顺序、步骤、方法进行，如扳手的垂直度或倾斜度，用力大小，操作顺序等。,4)定心钻,定心钻的结构形状如图所示，用于在钻孔前预先钻出孔的中心位置，防止钻孔时钻头移位，分为两种形式： 90， 120,5)中心钻,用于加工中心孔，通常为高速钢，分为三种形式： A型，60 B型，60并带120保护锥 R型，圆弧形,图4-17 中心钻,6)麻花钻,主要用于钻孔,7)锪孔钻,用于在已完成钻孔任务的孔口加工同轴的平面或倒角，分为： 平面； 60倒角； 90倒角； 120倒角,8)铰刀,用于孔的精加工。通常有以下不同种类： 直柄和莫氏锥柄 直槽和螺旋槽 直径固定和直径可调,9)镗刀,用
8、于孔的精加工,10)丝锥,主要用于加工内螺纹，即攻丝,(2)刀具的选择,)根据加工表面特点及尺寸选择刀具类型。 2)根据工件材料及加工要求选择刀片材料及尺寸。 3)根据加工条件选取刀柄。,4.1.4 数控铣床的附件,1.数控回转工作台通过加配回转工作台的形式来增加回转坐标轴，从而实现4轴或5轴联动，这样可以有效地扩大数控铣床的加工范围，增强数控铣床的功能，提高生产效率。 2.Z轴设定器Z轴设定器主要是用于确定刀具在机床坐标系中的Z轴坐标值，或者说确定工件坐标系的坐标原点在机床坐标系中的Z轴坐标值。Z轴设定器有光电式和指针式等类型，对刀精度一般可达0.005mm。Z轴设定器带有磁性表座，可以牢固
9、地附着在工件或夹具上，其高度一般为50mm或100mm。,Z轴设定器,3.寻边器,寻边器主要用来确定工件坐标系的原点在机床坐标系中的X、Y值，其结构形式有偏心式、光电式等类型。,偏心式寻边器,光电式寻边器 ,4.平口钳,平口钳是数控铣床上经常采用的通用夹具之一，尤其在加工形状比较规则的零件时，装卸方便。当加工精度要求较高、夹紧力要求较大时，可选用较高精度的机械式或液压式平口钳。,5.铣床用卡盘,在数控铣床上加工回转体类零件时，可以采用三爪卡盘，如图4-28所示。 对于非回转体类零件，可以采用四爪卡盘。 铣床用卡盘的使用方法与车床卡盘相似，使用时用T形槽螺栓将卡盘固定在机床工作台上即可。,图4-
10、28 可倾式分度卡盘,6.螺栓压板,组合压板利用T形槽螺栓和压板将工件固定在机床工作台上，其夹紧力大，安全可靠，装夹方便。 在装夹工件时，需根据工件装夹精度要求，用百分表等找正工件。图所示为一套螺栓压板。,图4-29 螺栓压板,7.卸刀座,数控刀具在刀柄上装卸时，一般把刀柄固定在卸刀座上，以便安全准确地装卸刀具。卸刀座的结构形状和刀柄的固定方式如图所示。,4.2 数控铣加工工艺制订及实例,4.2.1 数控铣加工工艺制订 1.确定数控铣削加工的部位及内容 2.加工信息的读取及工艺性分析 3.毛坯的选择 4.加工方案的确定 5.工艺路线的制订 6.数控铣削工序设计 7.切削参数的选择 8.对刀点和
11、换刀点的选择,1.确定数控铣削加工的部位及内容,以下方面适宜采用数控铣削加工： (1)由直线、圆弧、非圆曲线及列表曲线构成的内外轮廓； (2)空间曲线或曲面； (3)形状虽然简单，但尺寸繁多、检测困难的部位； (4)普通机床加工时难以观察、控制及检测的内腔、箱体内部等； (5)有严格位置尺寸要求的孔或平面； (6)能够在一次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状； (7)采用数控铣削加工能有效提高生产率、减轻劳动强度的一般加工内容。,2.加工信息的读取及工艺性分析,（1）二维工程图 1)首先检查图纸各视图表达的正确性，尺寸、形位公差、表面粗糙度等标注和技术要求及零件材料填写的完整性。 2)对零件进
12、行工艺性分析,(2) 数学模型,1)图形标准在数学模型传递时，尽量使用相同CAD/CAM软件，以保证数据的正确。当需要在不同的CAD/CAM软件之间交换数据时，应尽量采用失真最小的图形标准。 2)通过某种途径得到数学模型后，应和设计人员一起对数学模型进行核对、检查，在计算机中可以更直观地观察和分析零件的形状结构特点。若数据发生变化，应进行重新转换或修改，并由设计人员确认，以确保加工数据的唯一性和正确性，这在曲面加工中尤其重要。,3.毛坯的选择,(1)确定毛坯形状及尺寸在根据零件材料及其性能的要求选择了毛坯类型后，接着要根据零件的形状、结构特点和各工序的加工余量，确定毛坯的形状及尺寸。一般板料和
13、型材毛坯留23mm的余量，铸件、锻件毛坯要留56mm的余量。如有可能，尽量使各个表面上的余量均匀。 (2)确定毛坯的定位装夹方法主要考虑毛坯在第一道加工工序中定位装夹的可能性和方便性。对于形状规则的零件，如模具的模板，定位问题比较容易解决；而形状不规则的零件，就要仔细分析，必要时可以采用工艺孔或工艺凸台来定位装夹。,4.加工方案的确定,数控铣削加工对象的主要加工表面一般可以采用如表所示的加工方案。,5.工艺路线的制订,(1)在中低档数控铣床上加工 普通机床粗铣、半精铣 热处理(回火、正火) 数控铣床精铣 热处理(淬火、渗碳、氮化) 表面抛光 检验。 (2)在高档数控铣床上加工 数控铣床粗铣、半
14、精铣热处理(淬火、渗碳、氮化)数控铣床精铣检验。,6.数控铣削工序设计,(1)数控铣削工序内容 当加工中使用的刀具较多时，为了减少换刀次数，缩短辅助时间，可以将一把刀具所加工的内容安排在一个工序(或工步)中。 按照工件加工表面的性质和要求，将粗加工、精加工分为依次进行的不同工序(或工步)。先进行所有表面的粗加工，然后再进行所有表面的精加工。 按照从简单到复杂的原则，先加工平面、沟槽、孔，再加工外形、内腔，最后加工曲面；先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。,(2)工序加工顺序(工步),在确定了某个工序的加工内容后，要进行详细的工步设计，即安排这些工序内容的加工顺序，同时考虑程序编制
15、时刀具运动轨迹的设计。 一般将一个工步编制为一个加工程序段，因此，工步顺序实际上也就是加工程序的执行顺序。,(3) 走刀路线的确定,1)顺铣和逆铣的选择 2)铣削外轮廓的走刀路线 3)铣削内轮廓的走刀路线 4)铣削内槽的走刀路线,顺铣和逆铣,(3) 走刀路线的确定,图4-33 铣内槽的三种走刀路线,(3) 走刀路线的确定,图4-32 刀具切入和切出内圆,图4-33 铣内槽的三种走刀路线,6.数控铣削工序设计,(4)数控加工刀具卡片 (5)数控加工工序单(卡片)主要包括以下两个部分：1)零件有关信息；2)工序加工内容及工步顺序 (6)数控加工程序单及使用说明与工步内容及顺序对应，所编制的加工程序
16、应有详细的使用说明，为便于阅读，通常把编好的程序写在数控加工程序单中。,7.切削参数的选择,根据工件材料和刀具材料查表确定切削速度，再由刀具直径可得到主轴转速； 根据机床功率确定切削深度； 根据切削深度查表确定每齿进给量； 根据主轴转速及每齿进给量可得切削进给速度。,7.切削参数的选择,表4-3 切削参数,8.对刀点和换刀点的选择,(1)对刀点的选择 对刀点是工件在机床上定位装夹后，设置在工件坐标系中，用于确定工件坐标系与机床坐标系空间位置关系的参考点。 在工艺设计和程序编制时，应合理设置对刀点，以操作简单、对刀误差小为原则。 为了保证零件的加工精度要求，对刀点应尽可能选在零件的设计基准或工艺基准上。 确定对刀点在机床坐标系中位置的操作称为对刀。生产中常使用百分表、中心规及寻边器等工具。对刀的准确程度将直接影响零件加工的位置
