加工中心平面加工

第 一 节 平 面 类 零 件 加 工 一 、 平 面 类 零 件 的 特 征 零 件 上 的 平 面 根 据 功 能 特 点 可 分 为 连 接 平 面 、 配 合 平面 和 普 通 平 面 。 这 些 平 面 按 空 间 结 构 上 的 位 置 又 可 以 分为 水 平 面 、 垂 直 面 和 斜 面 。 如 下 图 所 示 ， A面 与 B面 是 相互 垂 直 的 平 面 ； C面 是 与 水 平 面 成 一 定 夹 角 的 斜 平 面 。平 面 类 零 件 是 数 控 铣 加 工 对 象 中 较 为 简 单 的 一 类 ， 也 是数 控 加 工 操 作 的 基 本 技 能 之 一 。 二 、 平 面 类 零 件 的 技 术 要 求 平 面 类 零 件 的 技 术 要 求 一 般 包 括 平 面 度 、 平 面 的 尺 寸 精 度 、平 面 的 位 置 精 度 和 表 面 粗 糙 度 。 铣 削 加 工 的 平 面 是 否 平 整 以 平 面 度 来 衡 量 。 在 数 控 铣 削 加工 中 ， 平 面 的 平 面 度 主 要 由 机 床 精 度 、 加 工 方 法 、 工 件 的 装夹 和 切 削 参 数 来 保 证 。 平 面 的 尺 寸 精 度 是 指 面 与 面 之 间 的 尺 寸 精 度 要 求 ； 平 面 的位 置 精 度 主 要 包 括 平 面 与 平 面 之 间 的 垂 直 度 、 倾 斜 度 和 平 行度 。 平 面 的 位 置 精 度 主 要 由 加 工 方 法 、 走 刀 路 线 、 刀 具 的 选择 、 工 件 的 装 夹 和 切 削 用 量 来 保 证 。 在 平 面 加 工 过 程 中 影 响 表 面 粗 糙 度 的 因 素 有 很 多 ， 如 加 工方 法 、 切 削 参 数 、 刀 具 和 夹 具 的 刚 度 等 。 铣 削 平 面 的 粗 糙 度 值 可 达 Ra1.6 3.2 m。 三 、 平 面 铣 削 刀 具 平 面 刀 具 的 选 择 应 综 合 考 虑 工 件 的 材 质 、 加 工部 位 的 形 状 、 机 床 和 夹 具 的 刚 度 以 及 刀 具 的 耐 用 度等 因 素 。 一 般 情 况 下 应 优 先 选 用 硬 质 合 金 可 转 位 面铣 刀 。 可 转 位 面 铣 刀 由 刀 体 和 刀 片 组 成 ， 如 后 面 的 图所 示 。 由 于 刀 片 耐 用 度 高 ， 大 大 提 高 了 加 工 效 率 和工 件 表 面 质 量 ， 另 外 ， 刀 片 的 切 削 刃 在 磨 钝 后 ， 无需 刃 磨 刀 片 ， 只 需 更 换 新 刀 片 ， 因 此 ， 在 数 控 加 工中 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 可 转 位 面 铣 刀 四 、 平 面 铣 削 路 线 对 于 较 大 的 平 面 ， 刀 具 的 直 径 相 对 较 小 ， 不 能 一 次 切除 整 个 平 面 ， 因 此 ， 需 要 采 用 多 次 走 刀 来 完 成 平 面 的 加工 。 在 确 定 加 工 路 线 时 ， 应 根 据 加 工 平 面 的 大 小 、 刀 具直 径 以 及 加 工 精 度 来 设 计 铣 削 路 线 。 数 控 铣 床 上 大 平 面 的 铣 削 一 般 可 以 采 用 单 向 铣 削 和双 向 铣 削 的 方 法 。 单 向 铣 削 是 指 每 次 的 进 刀 路 线 都 是 从零 件 一 侧 向 另 一 侧 加 工 ， 即 刀 具 从 每 条 刀 具 路 径 的 起 始位 置 到 终 止 位 置 后 ， 抬 刀 快 速 返 回 到 下 一 个 刀 具 路 径 的起 始 位 置 ， 再 次 加 工 ， 如 图 4 4所 示 。 双 向 铣 削 路 线 如图 4 5所 示 ， 它 比 单 向 铣 削 的 效 率 高 ， 加 工 时 刀 具 从 每行 的 起 始 位 置 到 结 束 位 置 后 ， 不 抬 刀 ， 沿 着 另 一 个 轴 的方 向 移 动 一 个 距 离 ， 然 后 再 沿 着 反 向 移 动 到 另 一 侧 。 图 4-4 单 向 铣 削 图 4-5 双 向 铣 削 在 设 计 大 平 面 刀 具 路 线 时 ， 要 根 据 零 件 平 面 的 长度 和 宽 度 来 确 定 刀 具 起 始 点 的 位 置 以 及 相 邻 两 条 刀 具路 线 的 距 离 （ 又 称 步 距 ） 。 由 于 面 铣 刀 一 般 不 允 许 Z向 切 削 ， 故 起 始 点 的 位 置应 选 在 零 件 轮 廓 以 外 。 一 般 来 说 ， 粗 铣 和 精 铣 时 起 始点 的 位 置 S D/2（ D为 刀 具 直 径 )， 如 图 4 6所 示 。 为了 保 证 刀 具 在 下 刀 时 不 与 零 件 发 生 切 削 ， 通 常 S的 取 值为 刀 具 半 径 加 上 3 5mm。 终 止 点 位 置 E在 粗 加 工 时 E 0即 可 ， 精 加 工 时 为 了 保 证 零 件 的 表 面 质 量 ， ED/2， 使 刀 具 完 全 离 开 加 工 面 。 两 条 刀 具 路 径 之 间 的 间 距 B，一 般 根 据 表 面 粗 糙 度 的 要 求 取（ 0.6 0.9） D， 如 刀 具 直 径 为20mm， 路 径 间 距 取 0.8D时 ， 则 两条 路 径 的 间 距 为 16mm， 这 样 就 保证 了 两 刀 之 间 有 4mm的 重 叠 量 ，防 止 平 面 上 因 刀 具 间 距 太 大 留 有残 料 。 铣 削 过 程 中 ， 刀 具 中 心 距 零 件外 侧 的 间 隙 距 离 为 H。 粗 加 工 时 ，为 了 减 小 刀 具 路 径 长 度 ， 提 高 加工 效 率 ， H0； 精 加 工 时 ， 为 了 保证 加 工 平 面 质 量 ， H D/2， 使 刀具 移 出 加 工 面 。 图 4 6 加 工 参 数 五 、 零 件 的 装 夹 数 控 铣 床 上 平 面 的 铣 削 ， 一 般 根 据 零 件 的 大 小选 用 夹 具 ， 零 件 尺 寸 较 小 选 择 平 口 钳 装 夹 ， 尺 寸 较大 时 选 择 螺 栓 、 压 板 进 行 装 夹 。 在 大 批 量 生 产 中 ，为 了 提 高 生 产 效 率 ， 可 以 使 用 专 用 夹 具 来 装 夹 。六 、 基 本 编 程 指 令1 尺 寸 单 位 选 择 指 令 （ G20、 G21）格 式 ： G20（ G21） ； 例 ： G20 G01 X100.0 F40； 表 示 刀 具 向 X轴 正 方 向 移 动 100in。例 ： G21 G01 X100.0 F40； 表 示 刀 具 向 X轴 正 方 向 移 动 100mm。（ 2） 公 制 与 英 制 的 换 算 关 系 1mm 0.0394 in 1in25.4mm2 快 速 定 位 指 令 （ G00）格 式 ： G00 X Y Z ；式 中 G00表 示 快 速 定 位 指 令 ； X、 Y、 Z 终 点 的 坐 标 。 G00指 令 控 制 刀 具 以 点 位 控 制 方 式 ， 各 轴 以 系 统预 先 设 定 的 移 动 速 度 ， 从 当 前 位 置 快 速 移 动 到 程 序 段指 令 的 定 位 目 标 点 。 其 速 度 由 机 床 参 数 确 定 ， 操 作 时可 利 用 机 床 操 作 面 板 上 的 倍 率 开 关 调 整 。 G00指 令 一 般 用 在 加 工 前 的 快 速 定 位 或 加 工 后 的快 速 退 刀 ， 不 能 进 行 切 削 加 工 。 由 于 机 床 各 轴 的 移 动速 度 不 同 ， 在 执 行 G00指 令 时 ， 其 轨 迹 不 一 定 是 一 条直 线 ， 如 图 4 7所 示 ， 刀 具 从 起 始 点 （ 原 点 ） 执 行G00 X90.0 Y50.0 时 ， 运 动 轨 迹 是 OAAB， 而 不 是OB。 所 以 操 作 者 在 使 用 G00编 程 时 应 格 外 小 心 ， 避 免 刀具 与 工 件 发 生 碰 撞 。 G00指 令 为 模 态 代 码 ， 可 由 同 组的 其 他 代 码 注 销 。 图 4 7 G00运 动 轨 迹 3 直 线 插 补 指 令 （ G01）格 式 ： G01 X Y Z F ；式 中 G01表 示 直 线 插 补 指 令 ； X、 Y、 Z 为 终 点 的 坐 标 ； F表 示 进 给 速 度 ， 单 位 mm/min。 G01指 令 刀 具 以 联 动 的 方 式 ， 按 指 定 的 进 给 速 度F ， 从 当 前 位 置 按 线 性 路 线 移 动 到 程 序 段 指 令 的 终点 。 如 图 4 8所 示 ， 刀 具 当 前 位 置 为 原 点 ， 执 行G01 X90.0 Y50.0 F100 后 ， 刀 具 将 从 原 点 移 动 到X90.0 Y50.0的 终 点 ， 其 轨 迹 是 一 条 从 O到 A的 直 线 。 G01指 令 是 模 态 代 码 ， 可 以 由 同 组 的 其 他 代 码（ G00、 G02、 G03或 固 定 循 环 指 令 ） 注 销 。图 4 8 G01运 动 轨 迹 4 绝 对 值 指 令 （ G90） 格 式 ： G90； 程 序 中 G90指 令 后 所指 定 的 尺 寸 均 为 绝 对 坐 标值 尺 寸 。 绝 对 值 编 程 时 的尺 寸 值 和 方 向 是 以 编 程 原点 为 基 点 计 算 和 判 断 的 。 例 ： 如 右 图 所 示 ， 加工 轨 迹 是 一 条 直 线 ， 从 “ A”点 到 “ B”点 。 采 用 G90方式 编 程 ， 编 程 指 令 表 示 为 ： G90 G01 X80.0 Y40.0 F40； 图 4 9 G90方 式 5 增 量 值 指 令 （ G91） 格 式 ： G91； G91指 令 后 所 指 定 的 尺寸 均 为 增 量 坐 标 值 尺 寸 。增 量 值 编 程 又 称 为 相 对 值编 程 ， 程 序 中 的 坐 标 值 表示 从 刀 具 所 在 点 到 上 一 个点 的 坐 标 值 。 例 ： 如 右 图 所 示 ， 采 用G91方 式 编 程 ， 编 程 指 令 表示 为 ：G91 G01 X70.0 Y20.0 F40； 图 4 9 G90方 式 七 、 平 面 类 零 件 加 工 实 例 平 面 的 加 工 路 线 较 为 简 单 ， 一 般 是 由 直 线 段所 组 成 ， 编 程 时 采 用 直 线 插 补 指 令 即 可 完 成 。 对于 较 小 的 平 面 ， 采 用 直 径 大 于 平 面 宽 度 的 面 铣 刀 ，一 次 走 刀 便 可 以 完 成 整 个 平 面 的 加 工 ； 对 于 较 大的 平 面 ， 应 根 据 加 工 平 面 的 大 小 和 刀 具 的 直 径 ，设 计 走 刀 路 线 ， 然 后 根 据 走 刀 路 线 进 行 编 程 。 下 面 以 图 4 10所 示 为 例 ， 编 写 平 面 的 加 工 程序 。 已 知 毛 坯 尺 寸 为 200mm 140mm 32mm。面 铣 刀 的 直 径 为 50mm。 图 4 10 平 面 加 工 零 件 图 样 零 件 上 表 面 的 加 工 余 量 为 2mm， 表 面 粗 糙 度 为 3.2m。为 了 保 证 加 工 表 面 质 量 ， 提 高 加 工 效 率 ， 采 用 粗 精 方 式 进 行加 工 ， 粗 加 工 时 ， 以 快 速 去 除 毛 坯 余 量 为 原 则 ， 走 刀 路 线 应设 计 为 最 短 ， 一 般 选 用 双 向 铣 削 ； 精 加 工 时 ， 为 了 保 证 表 面粗 糙 度 及 表 面 纹 理 一 致 ， 采 用 单 向 铣 削 的 方 式 。1 工 艺 分 析 （ 1） 粗 加 工 刀 具 路径 粗 加 工 刀 具 路 径及 编 程 原 点 如 右 图 所示 。 刀 具 从 1点 下 刀 ，到 达 2点 后 以 0.7倍 刀具 直 径 的 间 距 ， 依 次到 达 3点 4点 5点6点 7点 8点 9点 到 达 10点 后 抬 刀 。各 基 点 的 坐 标 值 见 表4 2。 图 4 11 粗 加 工 刀 具 路 径 表 4 2 各 基 点 坐 标 值基 点 X Y1 -35 02 200 03 200 354 0 355 0 706 200 707 200 1058 0 1059 0 140 10 235 140 （ 2） 精 加 工 刀 具 路径 精 加 工 刀 具 路 径及 编 程 原 点 如 右 图所 示 。 刀 具 从 1点 下刀 ， 到 达 2点 后 以0.7倍 刀 具 直 径 的 间距 ， 抬 刀 后 快 速 移动 至 3点 下 刀 加 工 至4点 ， 依 次 到 达 5点6点 7点 8点9点 到 达 10点 后抬 刀 。 图 4 12 精 加 工 刀 具 路 径 各 基 点 的 坐 标 值 见 表 4 3。 2 选 择 切 削 用 量（ 1） 背 吃 刀 量 （ ap） 由 于 刀 具 为 可 转 位 硬 质 合 金 面 铣 刀 ， 工 件 加 工深 度 为 2mm， 为 了 提 高 加 工 效 率 并 保 证 表 面 质 量 分两 刀 加 工 ， 粗 加 工 背 吃 刀 量 取 ap=1.5mm； 精 加 工 背吃 刀 量 取 ap=0.5mm。 min/7645014.3 12010001000 rDvn c min/9555014.3 15010001000 rDvn c （ 2） 主 轴 转 速 （ n）1） 粗 加 工 时 切 削 速 度 vc取 120m/min。2） 精 加 工 时 切 削 速 度 vc取 150m/min。 （ 3） 进 给 速 度 （ vf）已 知 面 铣 刀 的 齿 数 为 4齿 。1） 粗 加 工 时 每 齿 进 给 量 fz取 0.06mm/z。 vf=fz z n=0.06 4 764183mm/min2） 精 加 工 时 每 齿 进 给 量 fz取 0.05mm/z vf=fz z n=0.05 4 955191mm/min3 装 夹根 据 零 件 的 形 状 采 用 平 口 钳 和 垫 铁 进 行 装 夹 。 5 程 序 编 制平 面 粗 加 工 程 序 见 表 4 5 精 加 工 程 序 见 表 4 64 填 写 数 控 加 工 工 艺 卡数 控 加 工 工 艺 卡 见 表 4 4。