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1、第7章 数控铣削编程与加工应用实例o7.1 轮廓加工实例o7.2 挖槽加工实例o7.3 孔加工实例7.1 轮廓加工实例7.1.1 轮廓数控铣削加工的特点轮廓加工是指用圆柱形铣刀的周边侧刃切削工件，成形一定尺寸和形状的轮廓。一般根据轮廓的基点坐标编程，用刀具半径补偿的方式使刀具刀心向工件一侧偏移，以切削成形准确的轮廓轨迹。可以用同一程序段通过改变刀具半径补偿值来粗、精铣切削，实现粗加工和精加工。铣削工件外轮廓，通常采用高速钢或硬质合金的立铣刀，下刀点选择在工件实体外，并使切入点位置和方向尽可能沿工件轮廓切向延长线方向。刀具切入和切出时要注意避让夹具，并要避免碰到工件上不该切削的部位。切出工件时仍
2、要尽可能沿工件轮廓切向延长线方向切出工件，以利于刀具受力平稳同时尽可能保证工件轮廓过度处无明显接痕。下一页 返回 7.1 轮廓加工实例外形轮廓铣削编程与加工实例1.工艺分析及处理1)零件图样的分析 如图7-1所示，零件材料为硬铝（LY12），切削性能较好，加工部分凸台和轮廓由两段R22的凹圆弧、两段R15的凸圆弧、6段直线构成，厚度6 mm，图中主要尺寸注明公差要考虑精度问题。零件毛坯909030的方料，已完成上下平面及周边侧面的加工。2)选择加工机床：用立式三坐标数控铣床较为合适3)加工工序与工步的划分及走刀路线的确定根据图样分析，凸台加工时材料的切削量不大，而且材料的切削性能较好，选择20
3、的圆柱形直柄立铣刀，材料为高速钢（HSS），沿轮廓铣削一周即可去处余量，考虑实习用机床主轴刚性不够，深度6mm，采用分层加工每次切深3mm。上一页 下一页 返回7.1 轮廓加工实例由于一次装夹即可完成所有加工内容，故确定一道工序2个工步，工步一为粗铣凸台轮廓。粗铣留0.25mm的单边余量，工步二为精铣轮廓。走刀路线：采用顺铣的方式铣削。走刀路线从工件毛坯上方30mm处的S（-70，-70，30）点起刀，垂直进刀到切削深度，在点A（-33，-33）建立刀具半径补偿，A点作为切入点，随后按图7-2所示，ACDEFGHIJKBM的路线进给（M为切出点，坐标X-33，Y0）， N点（撤消刀具半径补偿，
4、坐标X-70，Y0），轮廓铣削完毕刀具返回起刀点。4)工件的装夹方式与夹具以已加工过的底面和侧面作为定位基准，在平口虎钳上装夹工件用两等高垫铁将工件托起，在虎钳上夹紧前后两侧面。虎钳用T型螺栓固定于铣床工作台。上一页 下一页 返回7.1 轮廓加工实例5)切削用量选择查附表可知，铝合金允许切削速度V为180300m/min，精加工取V=180m/min，粗加工取V=180m/min70%=126 m/min；查附表参考20立铣刀的每齿切削量粗加工取Sz=0.1mm/齿，精加工取Sz=0.1mm/齿0.8=0.08mm/齿，(考虑到实习用机床刚性不是很好，乘以修正系数0.30.6)。计算切削用量：
5、 (1)粗加工n=1000v/D=10001260.4/3.1420=800r/minF=2Szn=20.1800=160mm/min(2)精加工n=10001800.4/3.1420=1100r/minF=2 Szn=20.081100=176mm/min (3)粗加工每层最大切深3mm（背吃刀量）上一页 下一页 返回7.1 轮廓加工实例(注：2为立铣刀的刃数，D为刀具的直径)数控加工工艺卡片如表7-1所示。2.程序编制1)工件坐标系的确定为计算方便工件坐标系零点设在毛坯上表面中心处。采用分中棒（寻边器）对刀或试切对刀的方法，确定工件坐标系原点O。2)数学处理由于该凸台加工的轮廓均为圆弧与直
6、线组成，因而只要计算出基点坐标就可编制程序。（1）图7-3中基点A的坐标计算在RtO1CD中， RtO1AC中， RtABC中， BC=ACcos14.845 =cos14.845上一页 下一页 返回7.1 轮廓加工实例 AB=ACsin14.845= sin14.845 通过计算得到：图7-3基点坐标计算。基点A（即图7-2中F点）的坐标：X=CB33=14.157 Y=AB+28=40.499（2）图7-3中基点E的坐标计算：RtO2FE中，O2F=45-33=12，O2E=22EF= =18.439 基点E（即图7-2中D点）的坐标：X：-33 Y18.439由于该凸台轮廓对称于X轴，可
7、以方便地知道图7-2中其余各基点坐标： B（-33，-28）、C（-33，-18.439）、D（-33，18.439）、E（-33，28）、F（14.157，40.499）、G（33，26）、H（33，18.439）、I（33，-18.439）、J（33，-26）、K（14.157，-40.499）。上一页 下一页 返回7.1 轮廓加工实例3)编写加工程序用FANUC Series Oi-Mc数控系统的指令及规则编写加工程序如下：表7-2数控加工程序（主程序） 上一页 下一页 返回 7.1 轮廓加工实例表7-3数控加工程序（子程序） 说明：粗铣和精铣时使用同一加工程序，通过调整刀具补偿参数即可
8、实现粗、精加工，刀具补偿参数的设置与调整见表7-6和表7-7所示。上一页 返回7.2 挖槽加工实例挖槽加工的特点1. 挖槽加工的几种形式挖槽加工又称型腔铣削。轮廓可以是封闭或敞开的，且中间可以有封闭的岛屿。根据图纸要求的不同，通常以下几种形式如图7-4所示：其中(a)图要求铣掉一个封闭区域内的材料；（b）图在铣掉一个封闭区域内材料的同时，要留下中间的凸台（称为岛屿）；（c）图铣削凸台轮廓外的所有材料；（d）图铣掉一个敞开边界区域内的材料。注：图中剖面线部分是要铣削掉的材料2挖槽加工（即型腔槽铣削）的特点1）编程和加工要选择合适的刀具直径，刀具直径太小将影响加工效率，太大可能使某些转角处难于切削
9、，或由于岛屿的存在形成过切。通常刀具半径r0.9R（R为型腔转角圆弧半径）如图7-5所示。下一页 返回7.2 挖槽加工实例2） 在封闭边界区域内挖槽时如图7-4(a)和 7-4（b） ，刀具垂直下刀不可避免地首先要碰到工件材料，由于圆柱形立铣刀垂直切削时受力情况不好，一般可选用双刃的键槽铣刀，并注意下刀时的方式，可选择斜向下刀或螺旋形下刀，以改善下刀切削时刀具的受力情况。 在敞开边界区域内挖槽加工时如图7-4（c）和7-4 (d)，可选择键槽铣刀或圆柱形立铣刀，刀具切入、切出选择在工件实体外边界的切向延长线上，如图7-6和7-7所示。3） 铣削图7-8所示类零件时，由于中间要留下孤岛，刀具要分
10、别以轮廓边界1和边界2作为加工边界进行挖槽，且两边界尺寸分别为a-0.021 -0.080和b+0.074 0，尺寸精度等级及公差带位置不同。 这种情况下，若用同一把刀进行挖槽加工，则要求刀具在轮廓边界1上连续切削时，使用一次刀具半径补偿；当刀具在轮廓边界2上连续切削时，要撤消前次刀具半径补偿，重新建立新的刀具半径补偿值，粗加工后，根据实测及各自公差的要求对刀补值作不同的修改，调整后再进行精加工。上一页 下一页 返回7.2 挖槽加工实例4）铣削图7-4(c)所示的凸台轮廓时，亦可看作挖槽加工的特例。但此时不能用图纸所示的外轮廓作为加工边界，因为将这轮廓作为边界时，角上的部分材料可能铣不掉，见图
11、7-9(a)所示，1、2、3、4分别为4个角残留的材料。此时可改为以边界2作为挖槽加工边界，4个角上就不会留下残余材料。见图7-9(b)所示。上一页 返回7.3 孔加工实例7.3.1 孔加工的特点刀具的刀心在XY平面内定位到孔的中心，然后在Z方向作一定的切削运动。根据实际选用刀具和编程指令不同，可以实现钻孔、铰孔、镗孔等加工形式。一般对精度要求不高，孔径较小的孔可以用钻头一次加工完成，较大的孔可以先钻孔再扩孔或用镗刀进行镗孔，也可以用铣刀按轮廓加工的方法铣出相应的孔。通常IT7IT8级的孔采用以下加工方法：孔径D20mm，采用钻扩铰；孔径20 mmD80mm或位置精度要求较高的孔，采用钻扩镗；
12、或钻铣镗。下一页 返回7.3 孔加工实例7.3.2 孔加工应用实例1工艺分析及处理1）零件图的分析如图7-16所示，该工件材料为铝合金，切削性能较好，毛坯尺寸909040，已完成上、下平面及周边侧面的加工（在普通机床上）。该零件属于孔系加工由5个通孔组成。有10、20两种尺寸，孔的尺寸精度为7级，要求较高， 4个10H7孔的中心位置尺寸有一定要求，所以采取钻扩铰的加工方案。钻孔时由于孔深尺寸较大，采用深孔钻削循环指令编程，以使刀具在钻削过程中适当退刀以利于排屑。2）选用立式三坐标数控铣加工中心进行加工3）加工工序与工步的划分及走刀路线的确定由于加工该零件时，仅一次装夹即可完成所有孔加工，因此确
13、定工序为一，分六个工步，按照先小孔后大孔的加工原则，安排如下：上一页 下一页 返回 7.3 孔加工实例（1）用3的中心钻钻5个通孔的中心孔；图7-16零件图样（2）用9.8的麻花钻分别将4个10孔的尺寸粗钻至9.8mm；（3）用10mm的机用铰刀精铰4-10的孔至尺寸要求；（4）用13mm的麻花钻将20的孔粗钻至13mm；（5）用19.8的麻花钻将20的孔粗钻至19.8mm；（6）用20H7的机用铰刀精铰20的孔至尺寸要求。4个10孔加工于XY平面的进给路线，如图7-17所示。4）工件装夹图选择毛坯底面和两侧面为定位平面，其中底面为主定位面，采用等高垫铁在平口虎钳口上装夹定位或直接将工件毛坯放
14、在工作台上，用等高垫铁将工件托起，再用百分表找正工件两侧面进行安装定位，最后用压板螺母、螺栓、垫圈等元件将工件夹紧。5）刀具及切削用量的确定上一页 下一页 返回7.3 孔加工实例刀具选择： T2：3的高速钢中心钻 T3：9.8的高速钢麻花钻 T4：10H7的机用铰刀 T5：13高速钢麻花钻 T6：19.8麻花钻 T7：20H7机用铰刀切削用量值见表7-12数控加工工艺卡片。计算方法可参考挖槽加工应用实例。上一页 返回图7-1 零件图件返回图7-1零件图样图7-2 进给路线图 图7-2 进给路线图 返回表7-1 数控加工工艺卡片表7-1 数控加工工艺卡片返回图7-3 基点坐标计算返回图7-3基点
15、坐标计算表7-6 刀具补偿参数设置（FANUC-OiMc）表7-6 刀具补偿参数设置（FANUC-OiMc）返回表7-7 刀具补偿参数设置（SIEMENS 802D）表7-7 刀具补偿参数设置（SIEMENS 802D）返回图7-4 挖槽加工的几种形式图7-4 挖槽加工的几种形式返回图7-5 刀具半径r0.9R图7-5 刀具半径r0.9R返回图7-6 刀具的切入切出方式图7-6 刀具的切入切出方式返回图7-7 刀具的切入切出方式图7-7 刀具的切入切出方式返回图7-8 设立不同刀补值挖槽加工图7-8 设立不同刀补值挖槽加工返回图7-9 铣削凸台时的边界设定（a） 以轮廓边界挖槽 （a） 以边界2挖槽图7-9 铣削凸台时的边界设定返回图7-16 零件图样图7-16 零件图样返回图7-17 4-10孔加工于XY平面的进给路线 图7-17 4-10孔加工于XY平面的进给路线 返回表7-12 数控加工工艺卡片表7-12 数控加工工艺卡片返回图7-4 挖槽加工的几种形式图7-4 挖槽加工的几种形式返回
