数控铣削加工工艺概述

6.1 数 控 铣 削 加 工 工 艺 概 述第 6 章 数 控 铣 削 加 工 工 艺本 章 主 要 内 容 如 下 ：6.2 数 控 铣 削 加 工 工 艺 的 分 析6.4 典 型 零 件 数 控 铣 削 加 工 工 艺6.3 数 控 铣 削 加 工 工 艺 路 线 的 拟 订 学 习 目 的 和 要 求 ：1、 了 解 数 控 铣 床 的 功 能 及 其 几 种 类 型2、 了 解 数 控 铣 削 的 主 要 加 工 对 象3、 了 解 数 控 铣 床 的 机 械 结 构 、 工 艺 装 备4、 掌 握 数 控 铣 床 加 工 工 艺 的 制 订 方 法5、 了 典 型 零 件 的 数 控 铣 削 加 工 工 艺 6.1 数 控 铣 削 加 工 工 艺 概 述6.1.1 数 控 铣 床 的 类 型 1 数 控 铣 床 按 其 主 轴 位 置 的 不 同 分 三 类 （ 1） 数 控 立 式 铣 床 其 主 轴 垂 直 于 水 平 面 。 （ 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 进 行 卧 式 加 工 ，其 使 用 范 围 更 广 。 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 ” 。 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 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2 从 机 床 数 控 系 统 控 制 的 坐 标 轴 数 量 分 类 6 1 2 数 控 铣 床 的 传 动 系 统 与 主 轴 部 件 1-底 座 2-强 电 柜 3-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 13-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 典 型 数 控 铣 床 传 动 系 统 数 控 铣 床 主 传 动 系 统 6 2 数 控 铣 削 加 工 工 艺 的 分 析6 2 1 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 。 其 特 点 是 各 个 加 工 面 是 平 面 ， 或 可 以 展 开 成 平 面 。 一 般 只需 用 三 坐 标 数 控 铣 床 的 两 坐 标 联 动 (即 两 轴 半 坐 标 联 动 )就 可 以 把 它 们 加 工出 来 。 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 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 。 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 ， 在 没 有 上 述 机 床 时 ， 可采 用 三 坐 标 数 控 铣 床 ， 进 行 两 轴 半 坐 标 近 似 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 。 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 。常 用 两 轴 半 联 动 数 控 铣 床 来 加 工 精 度 要 求 不 高 的 曲 面 ； 精 度 要求 高 的 曲 面 类 零 件 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 。 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 在 一 次 安 装 中 顺 带 铣 出 来 的 简 单 表 面 或 形 状 。 6 2 2 数 控 机 床 铣 削 加 工 内 容 的 选 择 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 。 6 2 3 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 )， 的 给 定 条 件 是 否 充 分 ， 应 无 引 起 矛 盾 的多 余 尺 寸 或 影 响 工 序 安 排 的 封 闭 尺 寸 等 。 2 保 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 。 对 一 些 特 殊 情 况 ， 如 面 积 较 大 的 薄 板 ， 当 其厚 度 小 于 3mm时 ， 就 应 在 工 艺 上 充 分 重 视 这 一 问 题 。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 。 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 。 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 ， 铣 削 工 艺 性 当 然也 越 好 。 肋 板 高 度 与 内 孔 转 接 圆 弧 对 零 件 铣 削 工 艺 性 的 影 响 零 件 底 面 与 肋 板 的 转 接 圆 弧 对 零件 铣 削 工 艺 性 的 影 响 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 (如在 毛 坯 上 增 加 工 艺 凸 台 或 在 后 继 工 序 要 铣 去 的 余 量 上 设 基准 孔 )。 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 。 6 2 4 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 ， 因 模 锻 时 的 久 压 量 与 允 许 的 错 模 量 会 造 成 余 量 多 少 不 等 ， 铸 造 时 也 会因 砂 型 误 差 、 收 缩 量 及 金 属 液 体 的 流 动 性 差 不 能 充 满 型 腔 等 造 成 余 量 不 等 。2 分 析 毛 坯 的 装 夹 适 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 。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 。 6 3 数 控 铣 削 加 工 工 艺 路 线 的 拟 订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 用 3坐 标 数 控 铣 床 进行 两 轴 半 坐 标 加 工 （ 图 612） 。 平 面 轮 廓 铣 削 2 固 定 斜 角 平 面 的 加 工 方 法 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 。 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 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 。 3 变 斜 角 面 的 加 工 （ 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 。 （ 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 。 （ 3） 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 。 两 轴 半 坐 标 行 切 法 加 工 曲 面 3轴 联 动 行 切 法加 工 曲 面 的 切 削 点 轨 迹 4 曲 面 轮 廓 的 加 工 方 法 6 3 2 进 给 路 线 的 确 定1 顺 铣 和 逆 铣 的 选 择 a) 顺 铣 b) 逆 铣 1） 顺 铣 和 逆 铣 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 。2） 顺 铣 和 逆 铣 的 选 用 2 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 。 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 。 （ 2） 当 用 圆 弧 插 补 方 式 铣 削 外 整 圆 时 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 。 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 ， 刀 具 只 能 沿 内 轮 廓 曲线 的 法 向 切 入 、 切 出 ， 此 时 刀 具 的 切 入 、 切 出 点 应 尽 量 选 在 内 轮 廓 曲 线 两 几 何 元 素的 交 点 处 。 当 内 部 几 何 元 素 相 切 无 交 点 时 ， 为 防 止 刀 补 取 消 时 在 轮 廓 拐 角 处 留 下 凹口 ,刀 具 切 入 、 切 出 点 应 远 离 拐 角 。 （ 2） 当 用 圆 弧 插 补 铣 削 内 圆 弧 时 也 要 遵 循 从 切 向 切 入 、 切 出 的 原 则 ， 最 好 安 排从 圆 弧 过 渡 到 圆 弧 的 加 工 路 线 ， 提 高 内 孔 表 面 的 加 工 精 度 和 质 量 。 4 铣 削 内 槽 的 进 给 路 线 所 谓 内 槽 是 指 以 封 闭 曲 线 为 边 界 的 平 底 凹 槽 。 一 律 用 平 底 立 铣 刀 加 工 ， 刀 具 圆角 半 径 应 符 合 内 槽 的 图 纸 要 求 。 下 图 所 示 为 加 工 内 槽 的 三 种 进 给 路 线 。 分 别 为 用 行切 法 和 环 切 法 加 工 内 槽 。 两 种 进 给 路 线 的 共 同 点 是 都 能 切 净 内 腔 中 的 全 部 面 积 ， 不留 死 角 ， 不 伤 轮 廓 ， 同 时 尽 量 减 少 重 复 进 给 的 搭 接 量 。 不 同 点 是 行 切 法 的 进 给 路 线比 环 切 法 短 ， 但 行 切 法 将 在 每 两 次 进 给 的 起 点 与 终 点 间 留 下 残 留 面 积 ， 而 达 不 到 所要 求 的 表 面 粗 糙 度 ； 用 环 切 法 获 得 的 表 面 粗 糙 度 要 好 于 行 切 法 ， 但 环 切 法 需 要 逐 次向 外 扩 展 轮 廓 线 ， 刀 位 点 计 算 稍 微 复 杂 一 些 。 采 用 图 c所 示 的 进 给 路 线 ， 即 先 用 行 切法 切 去 中 间 部 分 余 量 ， 最 后 用 环 切 法 环 切 一 刀 光 整 轮 廓 表 面 ， 既 能 使 总 的 进 给 路 线较 短 ， 又 能 获 得 较 好 的 表 面 粗 糙 度 。 5 铣 削 曲 面 轮 廓 的 进 给 路 线 铣 削 曲 面 时 ， 常 用 球 头 刀 采 用 “ 行 切 法 ” 进 行 加 工 。 所 谓 行 切 法 是 指 刀 具 与 零件 轮 廓 的 切 点 轨 迹 是 一 行 一 行 的 ， 而 行 间 的 距 离 是 按 零 件 加 工 精 度 的 要 求 确 定 的 。 对 于 边 界 敞 开 的 曲 面 加 工 ， 可 采 用 两 种 加 工 路 线 ， 如 下 图 所 示 发 动 机 大 叶 片 ，当 采 用 图 a所 示 的 加 工 方 案 时 ， 每 次 沿 直 线 加 工 ， 刀 位 点 计 算 简 单 ， 程 序 少 ， 加 工 过程 符 合 直 纹 面 的 形 成 ， 可 以 准 确 保 证 母 线 的 直 线 度 。 当 采 用 图 b所 示 的 加 工 方 案 时 ，符 合 这 类 零 件 数 据 给 出 情 况 ， 便 于 加 工 后 检 验 ， 叶 形 的 准 确 度 较 高 ， 但 程 序 较 多 。由 于 曲 面 零 件 的 边 界 是 敞 开 的 ， 没 有 其 他 表 面 限 制 ， 所 以 曲 面 边 界 可 以 延 伸 ， 球 头刀 应 由 边 界 外 开 始 加 工 。 6 3 3 夹 具 的 选 择 （ 1） 为 保 持 工 件 在 本 工 序 中 所 有 需 要 完 成 的 待 加 工 面 充 分 暴 露 在 外 ， 夹 具 要做 得 尽 可 能 开 敞 ， 因 此 夹 紧 机 构 元 件 与 加 工 面 之 间 应 保 持 一 定 的 安 全 距 离 ， 同 时 要求 夹 紧 机 构 元 件 能 低 则 低 ， 以 防 止 夹 具 与 铣 床 主 轴 套 筒 或 刀 套 、 刃 具 在 加 工 过 程 中发 生 碰 撞 。 （ 2） 为 保 持 零 件 安 装 方 位 与 机 床 坐 标 系 及 编 程 坐 标 系 方 向 的 一 致 性 ， 夹 具 应 能保 证 在 机 床 上 实 现 定 向 安 装 ， 还 要 求 能 协 调 零 件 定 位 面 与 机 床 之 间 保 持 一 定 的 坐 标联 系 。 （ 3） 夹 具 的 刚 性 与 稳 定 性 要 好 。 尽 量 不 采 用 在 加 工 过 程 中 更 换 夹 紧 点 的 设 计 ，当 非 要 在 加 工 过 程 中 更 换 夹 紧 点 不 可 时 ， 要 特 别 注 意 不 能 因 更 换 夹 紧 点 而 破 坏 夹 具或 工 件 定 位 精 度 。1、 夹 具 的 要 求 2 常 用 夹 具 种 类 （ 1） 万 能 组 合 夹 具 适 合 于 小 批 量 生 产 或 研 制 时 的 中 、 小 型 工 件 在数 控 铣 床 上 进 行 铣 削 加 工 。 （ 2） 专 用 铣 削 夹 具 这 是 特 别 为 某 一 项 或 类 似 的 几 项 工 件 设 计 制 造的 夹 具 ， 一 般 在 年 产 量 较 大 或 研 制 时 非 要 不 可 时 采 用 。 （ 3） 多 工 位 夹 具 可 以 同 时 装 夹 多 个 工 件 ， 可 减 少 换 刀 次 数 ， 也 便于 一 面 加 工 ， 一 面 装 卸 工 件 ， 有 利 于 缩 短 辅 助 时 间 ， 提 高 生 产 率 ， 较 适宜 于 中 批 量 生 产 。 （ 4） 气 动 或 液 压 夹 具 适 用 于 生 产 批 量 较 大 ， 采 用 其 他 夹 具 又 特 别费 工 、 费 力 的 工 件 ， 能 减 轻 工 人 劳 动 强 度 和 提 高 生 产 率 ， 但 此 类 夹 具 结构 较 复 杂 ， 造 价 往 往 较 高 ， 而 且 制 造 周 期 较 长 。 （ 5） 通 用 铣 削 夹 具 一 次 安 装 工 件 ， 同 时 可 从 四 面 加 工 坯 料 。 槽 系 组 合 夹 具 组 装 过 程 示 意 图 分 度 工 作 台 通 用 可 调 夹 具 系 统 a） b）c) d) 数 控 回 转 台 (座 ) 在 选 用 夹 具 时 ， 通 常 需 要 考 虑 产 品 的 生 产 批 量 、 生 产 效率 、 质 量 保 证 及 经 济 性 ， 选 用 时 可 参 照 下 列 原 则 ： （ 1） 在 生 产 量 小 或 研 制 时 ， 应 广 泛 采 用 万 能 组 合 夹 具 ， 只 有在 组 合 夹 具 无 法 解 决 工 件 装 夹 时 才 考 虑 采 用 其 他 夹 具 。 （ 2） 小 批 量 或 成 批 生 产 时 可 考 虑 采 用 专 用 夹 具 ， 但 应 尽 量 简单 。（ 3） 在 生 产 批 量 较 大 时 可 考 虑 采 用 多 工 位 夹 具 和 气 动 、 液 压夹 具 。 3、 数 控 铣 削 夹 具 的 选 用 原 则 1 数 控 铣 削 刀 具 的 基 本 要 求6 3 4 刀 具 的 选 择 （ 1） 铣 刀 刚 性 要 好 目 的 有 二 ： 一 是 为 提 高 生 产 率 而 采用 大 切 削 用 量 的 需 要 ； 二 是 为 适 应 数 控 铣 床 加 工 过 程 中 难 以 调整 切 削 用 量 的 特 点 。 （ 2） 铣 刀 的 耐 用 度 要 高 尤 其 是 当 一 把 铣 刀 加 工 的 内 容 很多 时 ， 如 刀 具 不 耐 用 而 磨 损 很 快 ， 就 会 影 响 工 件 的 表 面 质 量 与加 工 精 度 ， 而 且 会 增 加 换 刀 引 起 的 调 刀 与 对 刀 次 数 ， 也 会 使 工件 表 面 留 下 因 对 刀 误 差 而 形 成 的 接 刀 台 阶 ， 降 低 了 工 件 的 表 面质 量 。 2 常 用 铣 刀 的 种 类（ 1） 面 铣 刀 c ) d ) a) 硬 质 合 金 立 铣 刀 b) 高 速 钢 立 铣 刀 c) 波 形 立 铣 刀 d) 波 形 立 铣 刀 模 具 铣 刀 由 立 铣 刀 发 展 而 成 ， 它 是 加 工 金 属 模 具 型 面的 铣 刀 的 通 称 。 刀 头 的 形 式 ：（ 3） 模 具 铣 刀 1） 圆 锥 形 立 铣 刀 （ 圆 锥 半 角 3 、 5 、 7 、 10 ） 2） 圆 柱 形 球 头 立 铣 刀 3） 圆 锥 形 球 头 立 铣 刀柄 部 形 式 ： 直 柄 、 削 平 型 直 柄 和 莫 氏 锥 柄 等 。 高 速 钢 模 具 铣 刀 a） 圆 锥 形 立 铣 刀 b） 圆 柱 形 球 头 立 铣 刀 c） 圆 锥 形 球 头 立 铁 刀 硬 质 合 金 模 具 铣 刀 它 有 两 个 刀 齿 ， 圆 柱 面 和 端 面 都 有 切 削 刃 ， 端 面 刃 延 至 中 心 ， 既 象 立 铣 刀 ， 又像 钻 头 。 用 键 槽 铣 刀 铣 削 键 槽 时 ， 先 轴 向 进 给 达 到 槽 深 ， 然 后 沿 键 槽 方 向 铣 出 键 槽全 长 。 由 于 切 削 力 引 起 刀 具 和 工 件 的 变 形 ， 一 次 走 刀 铣 出 的 键 槽 形 状 误 差 较 大 ， 槽底 一 般 不 是 直 角 。 为 此 ， 通 常 采 用 两 步 法 铣 削 键 槽 ， 即 先 用 小 号 铣 刀 粗 加 工 出 键 槽 ，然 后 以 逆 铣 方 式 精 加 工 四 周 ， 可 得 到 真 正 的 直 角 。 键 槽 铣 刀 两 步 法 铣 削 键 槽 （ 4） 键 槽 铣 刀 适 用 于 加 工 空 间 曲 面 零 件 ， 有 时 也 用 于 平 面 类 零 件 较 大 的转 接 凹 圆 弧 的 补 加 工 。 球 头 铣 刀 （ 5） 球 头 铣 刀 右 图 所 示 的 是 一 种 典 型 的 鼓 形铣 刀 ， 它 的 切 削 刃 分 布 在 半 径 为 R的圆 弧 面 上 ， 端 面 无 切 削 刃 。 加 工 时控 制 刀 具 上 下 位 置 ， 相 应 改 变 刀 刃的 切 削 部 位 ， 可 以 在 工 件 上 切 出 从负 到 正 的 不 同 斜 角 。 R越 小 ， 鼓 形 刀所 能 加 工 的 斜 角 范 围 越 广 ， 但 所 获得 的 表 面 质 量 也 越 差 。 这 种 刀 具 的缺 点 是 刃 磨 困 难 ， 切 削 条 件 差 ， 而且 不 适 于 加 工 有 底 的 轮 廓 表 面 ， 主要 用 于 对 变 斜 角 面 的 近 似 加 工 。 鼓 形 铣 刀 （ 6） 鼓 形 铣 刀 锯 片 铣 刀 可 分 为 中 小 型 规 格 的 锯 片 铣 刀 和 大 规 格 锯 片 铣 刀 （ GB613085） ， 数控 铣 和 加 工 中 心 主 要 用 中 小 型 规 格 的 锯 片 铣 刀 。 锯 片 铣 刀 主 要 用 于 大 多 数 材 料 的 切槽 、 切 断 、 内 外 槽 铣 削 、 组 合 铣 削 、 缺 口 实 验 的 槽 加 工 、 齿 轮 毛 坯 粗 齿 加 工 等 。 可 转 位 锯 片 铣 刀 （ 7） 锯 片 铣 刀 选 取 刀 具 时 ， 要 使 刀 具 的 尺 寸 与 被 加 工 工 件 的 表 面 尺 寸 和 形 状 相 适 应 。加 工 较 大 的 平 面 应 选 择 面 铣 刀加 工 平 面 零 件 周 边 轮 廓 、 凹 槽 、 较 小 的 台 阶 面 应 选 择 立 铣 刀加 工 空 间 曲 面 、 模 具 型 腔 或 凸 模 成 形 表 面 等 多 选 用 模 具 铣 刀 ； 加 工 封 闭的 键 槽 选 用 键 槽 铣 刀加 工 变 斜 角 零 件 的 变 斜 角 面 应 选 用 鼓 形 铣 刀加 工 立 体 型 面 和 变 斜 角 轮 廓 外 形 常 采 用 球 头 铣 刀 、 鼓 形 刀加 工 各 种 直 的 或 圆 弧 形 的 凹 槽 、 斜 角 面 、 特 殊 孔 等 应 选 用 成 形 铣 刀3 铣 削 刀 具 的 选 择（ 1） 铣 刀 类 型 的 选 择 1 背 吃 刀 量 (端 铣 )或 侧 吃 刀 量 (圆 周 铣 ) 背 吃 刀 量 ap为 平 行 于 铣 刀 轴 线 测 量 的 切 削 层 尺 寸 ， 单 位 为 mm。 端 铣 时 ， ap为 切削 层 深 度 ； 而 圆 周 铣 削 时 ， ap为 被 加 工 表 面 的 宽 度 。 侧 吃 刀 量 ae为 垂 直 于 铣 刀 轴 线 测 量 的 切 削 层 尺 寸 ， 单 位 为 mm。 端 铣 时 ， ae为 被加 工 表 面 宽 度 ； 而 圆 周 铣 削 时 ， ae为 切 削 层 深 度 。 a)圆 周 铣 b)端 铣 6 3 5 切 削 用 量 的 选 择 （ 1)在 工 件 表 面 粗 糙 度 值 要 求 为 Ra12.5 25 m时 ， 如 果 园 周 铣 削 的 加 工 余量 小 于 5mm， 端 铣 的 加 工 余 量 小 于 6mm， 粗 铣 一 次 进 给 就 可 以 达 到 要 求 。 但 在 余量 较 大 ， 工 艺 系 统 刚 性 较 差 或 机 床 动 力 不 足 时 ， 可 分 两 次 进 给 完 成 。 （ 2)在 工 件 表 面 粗 糙 度 值 要 求 为 Ra3.2 12.5 m时 ， 可 分 粗 铣 和 半 精 铣 两步 进 行 。 粗 铣 时 背 吃 刀 量 或 侧 吃 刀 量 选 取 同 前 。 粗 铣 后 留 0.5 1.0mm余 量 ， 在半 精 铣 时 切 除 。 （ 3)在 工 件 表 面 粗 糙 度 值 要 求 为 Ra0.8 3.2 m时 ， 可 分 粗 铣 、 半 精 铣 、 精铣 三 步 进 行 。 半 精 铣 时 背 吃 刀 量 或 侧 吃 刀 量 取 1.5 2mm； 精 铣 时 圆 周 铣 侧 吃 刀量 取 0.3 0.5mm， 面 铣 刀 背 吃 刀 量 取 背 吃 刀 量 或 侧 吃 刀 量 的 选 取 主 要 由 加 工 余 量 和 对 表面 质 量 的 要 求 决 定 。 进 给 速 度 vf是 单 位 时 间 内 工 件 与 铣 刀 沿 进 给 方 向 的 相 对 位移 ， 单 位 为 mm min。 它 与 铣 刀 转 速 n、 铣 刀 齿 数 Z及 每 齿 进 给量 fz(单 位 为 mm z)的 关 系 为 ： vf=fzzn 每 齿 进 给 量 fz的 选 取 主 要 取 决 于 工 件 材 料 的 力 学 性 能 、 刀具 材 料 、 工 件 表 面 粗 糙 度 等 因 素 。 工 件 材 料 的 强 度 和 硬 度 越高 ， f z越 小 ； 反 之 则 越 大 。 硬 质 合 金 铣 刀 的 每 齿 进 给 量 高 于 同类 高 速 钢 铣 刀 。 工 件 表 面 粗 糙 度 要 求 越 高 ， fz就 越 小 。 工 件 刚性 差 或 刀 具 强 度 低 时 ， 应 取 小 值 。 2 进 给 速 度 铣 削 的 切 削 速 度 计 算 公 式 为 ： 由 式 可 知 铣 削 的 切 削 速 度 与 刀 具 耐 用 度 T、 每 齿 进 给 量 fz、 背 吃 刀 量 ap 侧 吃 刀量 ae以 及 铣 刀 齿 数 Z成 反 比 ， 而 与 铣 刀 直 径 d成 正 比 。 其 原 因 为 fz、 ap、 ae和 Z增 大 时 ，刀 刃 负 荷 增 加 ， 而 且 同 时 工 作 齿 数 也 增 多 ， 使 切 削 热 增 加 ， 刀 具 磨 损 加 快 ， 从 而限 制 了 切 削 速 度 的 提 高 。 刀 具 耐 用 度 的 提 高 使 允 许 使 用 的 切 削 速 度 降 低 。 但 是 加大 铣 刀 直 径 d则 可 改 善 散 热 条 件 ， 因 而 可 提 高 切 削 速 度 。 式 中 的 系 数 及 指 数 是 经 过 试 验 求 出 的 ， 可 参 考 有 关 切 削 用 量 手 册 选 用 。 VmxpexPyzm qVc KZaafT dCv VVVV 160 3 切 削 速 度 6 4 典 型 零 件 的 数 控 铣 削 加 工 工 艺6 4 1毛 坯 为 120 60 10 板 材 ， 5 深 的 外 轮 廓 已 粗 加 工过 ， 周 边 留 2 余 量 ， 要 求 加 工 出 如 图 所 示 的 外 轮 廓 及 20 的 孔 。 工 件 材 料 为 铝 。 分 析 下 图 板 材 的 铣 削 加 工 工 艺 （ 1） 确 定 工 艺 方 案 及 加 工 路 线 以 底 面 为 定 位 基 准 ， 两 侧 用 压 板 压 紧 ， 固 定 于 铣 床 工 作 台 上工 步 顺 序 ： 钻 孔 20 ； 按 OABCDEFG线 路 铣 削 轮（ 2） 选 择 机 床 设 备 根 据 零 件 图 样 要 求 ， 选 用 经 济 型 数 控 铣 床 即 可 达 到 要 求 。 故选 用 华 中 型 （ ZJK7532A型 ） 数 控 钻 铣 床 。 （ 3） 选 择 刀 具 采 用 20 的 钻 头 ， 定 义 为 T02,5 的 平 底 立 铣 刀 ， 定 义 为T01， 并 把 该 刀 具 的 直 径 输 入 刀 具 参 数 表 中 。 由 于 华 中 型 数 控 钻 铣 床 没 有 自 动 换 刀 功 能 ， 按 照 零 件 加工 要 求 ， 只 能 手 动 换 刀 。（ 4） 确 定 切 削 用 量 切 削 用 量 的 具 体 数 值 应 根 据 该 机 床 性 能 、 相 关 的 手 册 并 结合 实 际 经 验 确 定 ， 详 见 加 工 程 序 。 （ 5） 确 定 工 件 坐 标 系 和 对 刀 点 在 XOY平 面 内 确 定 以 0点 为 工 件 原 点 ， Z方 向 以 工 件 表 面 为工 件 原 点 ， 建 立 工 件 坐 标 系 ， 如 图 所 示 。 采 用 手 动 对 刀 方 法 把 0点 作 为 对 刀 点 。 右 图 所 示 为 平面 槽 形 凸 轮 零 件 ，其 外 部 轮 廓 尺 寸 已经 由 前 道 工 序 加 工完 ， 本 工 序 的 任 务是 在 铣 床 上 加 工 槽与 孔 。 零 件 材 料 为HT200， 其 数 控 铣床 加 工 工 艺 分 析 如下 。 平 面 槽 形 凸 轮 零 件 图 6 4 2平 面 槽 形 凸 轮 零 件 加 工 工 艺 分 析 1 零 件 图 工 艺 分 析 凸 轮 槽 形 内 、 外 轮 廓 由 直 线 和 圆 弧 组 成 ， 几 何 元 素 之 间 关系 描 述 清 楚 完 整 ， 凸 轮 槽 侧 面 与 20、 12两 个 内 孔 表 面 粗 糙度 要 求 较 高 ， 为 Ra1.6。 凸 轮 槽 内 外 轮 廓 面 和 20孔 与 底 面 有垂 直 度 要 求 。 零 件 材 料 为 HT200， 切 削 加 工 性 能 较 好 。 根 据 上 述 分 析 ， 凸 轮 槽 内 、 外 轮 廓 及 20、 12两 个 孔 的加 工 应 分 粗 、 精 加 工 两 个 阶 段 进 行 ， 以 保 证 表 面 粗 糙 度 要 求 。同 时 以 底 面 A定 位 ， 提 高 装 夹 刚 度 以 满 足 垂 直 度 要 求 。 凸 轮 槽 加 工 装 夹 示 意 图 l-开 口 垫 圈 2-带 螺 纹 圆 柱 销 3-压 紧 螺 母 4-带 螺 纹 削 边 销 5-垫 圈 6-工 件 7-垫 块 2 确 定 装 夹 方 案 根 据 零 件 的 结 构 特 点 ， 加 工 20、 12两 个 孔 时 ， 以 底 面 A定 位 (必 要 时可 设 工 艺 孔 )， 采 用 螺 旋 压 板 机 构 夹 紧 。 加 工 凸 轮 槽 内 外 轮 廓 时 ， 采 用“ 一 面 两 孔 ” 方 式 定 位 ， 即 以 底 面 A和 20、 12两 个 孔 为 定 位 基 准 。 为此 ， 设 计 一 “ 一 面 两 销 ” 专 用 夹 具 ， 在 一 垫 块 上 分 别 精 镗 20、 12两 个定 位 销 安 装 孔 ， 孔 距 为 35mm， 垫 块 平 面 度 为 0.04mm。 装 夹 示 意 如 图650所 示 。 采 用 双 螺 母 夹 紧 ， 提 高 装 夹 刚 性 ， 防 止 铣 削 时 振 动 。 3 确 定 加 工 顺 序 及 进 给 路 线 加 工 顺 序 的 拟 定 按 照 基 面 先 行 、 先 粗 后 精 的 原 则 确 定 。 因 此 应 先 加 工 用作 定 位 基 准 的 20、 12两 个 孔 ， 然 后 再 加 工 凸 轮 槽 内 外 轮 廓 表 面 。 为 保 证加 工 精 度 ， 粗 、 精 加 工 应 分 开 ， 其 中 20、 12两 个 孔 的 加 工 采 用 钻 孔 -粗铰 -精 铰 方 案 。 进 给 路 线 包 括 平 面 进 给 和 深 度 进 给 两 部 分 。 平 面 进 给 时 ， 外 凸 轮 廓 从 切线 方 向 切 入 ， 内 凹 轮 廓 从 过 渡 圆 弧 切 入 。 为 使 凸 轮 槽 表 面 具 有 较 好 的 表 面 质量 ， 采 用 顺 铣 方 式 铣 削 ， 对 外 凸 轮 廓 ， 按 顺 时 针 方 向 铣 削 ， 对 内 凹 轮 廓 逆 时针 方 向 铣 削 ， 图 651所 示 即 为 铣 刀 在 水 平 面 内 的 切 入 进 给 路 线 。 深 度 进 给有 两 种 方 法 ： 一 种 是 在 XOZ平 面 (或 YOZ平 面 )来 回 铣 削 逐 渐 进 刀 到 既 定 深 度 ；另 一 种 方 法 是 先 打 一 个 工 艺 孔 ， 然 后 从 工 艺 孔 进 刀 到 既 定 深 度 。 平 面 槽 形 凸 轮 的 切 入 进 给 路 线 a） 直 线 切 入 外 凸 轮 廓 b） 过 度 圆 弧 切 入 内 凹 轮 廓 4 选 择 刀 具 并 填 写 卡 片 根 据 零 件 的 结 构 特 点 ， 铣 削 凸 轮 槽 内 、 外 轮 廓 时 ，铣 刀 直 径 受 槽 宽 限 制 ， 取 为 6mm。 粗 加 工 选 用 6高速 钢 立 铣 刀 ， 精 加 工 选 用 6硬 质 合 金 立 铣 刀 。 平 面 槽 形 凸 轮 数 控 加 工 刀 具 卡 片 产 品 名 称 或 代 号 零 件 名 称 平 面 槽 形 凸 轮 零 件 图 号 序 号 刀 具 号 刀 具 加 工 表 面 备 注规 格 名 称 数 量 刀 长 mm1 T01 5中 心 钻 钻 5mm中 心 孔 2 T02 内 19.6钻 头 1 45 20孔 粗 加 工 3 T03 11.6钻 头 1 30 12孔 粗 加 工 4 T04 20铰 刀 1 45 20孔 精 加 工 5 T05 12铰 刀 1 30 12孔 精 加 工 6 T06 90 倒 角 铣 刀 1 20孔 倒 角 1.5 45 7 T07 6高 速 钢 立 铣 刀 1 20 粗 加 工 凸 轮 槽 内 外 轮 廓 底 圆 角RO.58 T08 6硬 质 合 金 立 铣 刀 1 20 精 加 工 凸 化 槽 内 外 轮 廓 编 制 审 核 批 年 月 日 共 页 第 页 5 切 削 用 量 的 选 择 凸 轮 槽 内 、 外 轮 廓 精 加 工 时 留 0.1mm铣 削 余 量 ， 精 铰 20、 12两 个 孔时 留 0.lmm铰 削 余 量 。 选 择 主 轴 转 速 与 进 给 速 度 时 ， 先 查 切 削 用 量 手 册 ， 确定 切 削 速 度 与 每 齿 进 给 量 ， 然 后 按 式 vc= dn/1000， vf=nZfz计 算 主 轴 转 速与 进 给 速 度 (计 算 过 程 从 略 )。6 填 写 数 控 加 工 工 序 卡 片 将 各 工 步 的 加 工 内 容 、 所 用 刀 具 和 切 削 用 量 填 入 表 68平 面 槽 形 凸 轮数 控 加 工 工 序 卡 片 。 平 面 槽 形 巴 轮 数 控 加 工 工 序 卡 片 单 位 名 称 产 品 名 称 或 代 号 零 件 名 称 零 件 图 号 卡 子 工 序 号 程 序 编 号 夹 具 名 称 使 用 设 备 车 间 螺 旋 压 板 XK5025 4 数 控 中 心工 步 号 工 步 内 容 刀 具 号 刀 具 规 格 mm 主 轴 转 速 rmin -1 进 给 速 度 mmmin1 背 吃 刀 量/mm 备 注1 A面 定 位 钻 5中 心 孔 (2处 ) T01 5 755 手 动2 钻 19.6孔 T02 19.6 402 40 自 动3 钻 11.6孔 T03 11.6 402 40 自 动4 铰 20孔 T04 20 130 20 0.2 自 动5 铰 12孔 T05 12 130 20 0.2 自 动6 20孔 倒 角 1.5 45 T06 90 402 20 手 动 7 一 面 两 孔 定 位 ， 粗 铣 凸轮 槽 内 轮 廓 T07 6 l100 40 4 自 动8 粗 铣 凸 轮 槽 外 轮 廓 T07 6 1100 40 4 自 动9 精 铣 凸 轮 槽 内 轮 廓 T08 6 1495 20 14 自 动10 精 铣 凸 轮 槽 外 轮 廓 T08 6 1495 20 14 自 动11 翻 面 装 夹 ， 铣 20孔 另一 侧 倒 角 1.5 45 T06 90 402 20 手 动编 制 审 核 批 准 年 月 日 共 页 第 页 本 章 主 要 介 绍 了 数 控 铣 床 的 功 能 、 分 类 和 数 控 铣 削 的 主 要 加工 对 象 、 数 控 铣 床 的 机 械 结 构 、 工 艺 装 备 、 数 控 铣 床 加 工 工 艺的 制 订 等 ， 并 介 绍 了 典 型 零 件 的 数 控 铣 削 加 工 工 艺 。 重 点 应 掌握 数 控 铣 床 加 工 工 艺 的 制 订 等 内 容 。 数 控 铣 削 的 工 艺 问 题 是 数 控 加 工 中 最 复 杂 的 ， 也 是 应 用 最广 泛 的 加 工 方 法 。 工 艺 设 计 应 从 普 通 加 工 出 发 ， 结 合 数 控 加 工的 特 点 进 行 学 习 。 小 结 结 束