1、数控铣床与数控铣床与铣削加工工艺铣削加工工艺实训中心制作实训中心制作一、数控铣床简介一、数控铣床简介 二、数控铣床加工工艺分析二、数控铣床加工工艺分析 三、数控铣床加工工艺路线的拟订三、数控铣床加工工艺路线的拟订 四、典型零件的数控铣削加工工艺分析四、典型零件的数控铣削加工工艺分析一、数控铣床简介一、数控铣床简介1.1 数控铣床的用途数控铣床的用途 一般的数控铣床是指规格较小的升降台式数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下，规格较大的数控铣床（如工作台宽度在500mm以上的），其功能已向加工中心靠近，进而演变成荣幸加工单元。数控铣床多为三坐标、两轴联动的机床，也称两轴半控制，即在X、Y、Z三
2、个坐标轴中，任意两轴都可以联动。一般情况下，在数控铣床上只能用来加平面曲线的轮廓。对于有特殊要求的数控铣床，还可以加进一个回转的A坐标或C坐标，即增加一个数控分度头或数控回转工作台，它可安装在机床工作台的不同位置，这时机床的数控系统为四坐标的数控系统，可用来加工螺旋槽、叶片等立体曲面零件。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。12 数控铣床的分类数控铣床的分类 1数控铣床按其主轴位置的不同分三类数控铣床按其主轴位置的不同分三类（图（图11）（1）数控立式铣床
3、）数控立式铣床 其主轴垂直于水平面。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。数控立式铣床可以附加数控转盘，采用自动交换台。增加靠模装置等来扩大数控立式铣床的功能、加工范围和加工对象，进一步提高生产效率。（2）卧式数控铣床）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
4、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）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，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坐标联动数控铣床坐标联动数控铣床、4坐标联动数控铣床坐标联动数
5、控铣床、5坐标联动数控铣床坐标联动数控铣床。图图1-1 各类数控铣床示意图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 13 数控铣床的传动系统与主轴部件数控铣床的传动系统与主轴部件 图图1 12 2 XK5040AXK5040A型数控铣床的布局图型数控铣床的布局图 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 1数控铣床主传动
6、系统数控铣床主传动系统 图图13 XK5040A型数控铣床传动系统型数控铣床传动系统 传动系统包括主运动和进给运动两部分传动系统包括主运动和进给运动两部分。图图14 XK5040A型型数控铣床齿数控铣床齿轮间隙消除轮间隙消除机构机构 1螺母 2弹簧 3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13所示)，使之获得18级转速，转速范围为301500rmin。（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14所示）。调整螺母1，即可
7、靠弹簧2自动消除间隙。2.升降台自动平衡装置升降台自动平衡装置 图图15 XK5040A型数控铣床型数控铣床升降台自动平衡装置升降台自动平衡装置1-伺服电动机 2-圆锥齿轮 3-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15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3带动圆锥齿轮4，经超越离合器和摩擦离合器相连，这一部分称作升降台升降台自动平衡装置自动平衡装置。二、数控铣床加工工艺分析二、数控铣床加工工艺分析 21 数控铣削的主要加工
8、对象数控铣削的主要加工对象 1 1平面类零件平面类零件 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平面类零件零件(见图16)。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。2.2.变斜角类零件变斜角类零件 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（图17）。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 3曲面类零件曲面类
9、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(如图18)。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。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 图图16 平面类零件平面类零件 图图17 变斜角零件变斜角零件 图图18 叶轮叶轮 2 22 2 数控机床铣削数控机床铣削加工内容的选择加工内容的选择 1 1采用数控铣削加工内容采用数控铣削加工
10、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。(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 2不宜采用数控铣削加工内容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
11、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。2 23 3 数控铣床加工零件的结构工艺性分析数控铣床加工零件的结构工艺性分析 1 1零件图样尺寸的正确标注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 2保证获得要求的加工精度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
12、，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 3零件内腔外形的尺寸统一零件内腔外形的尺寸统一4 4尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸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。（图19）。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1-10）。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
13、越好。5 5保证基准统一保证基准统一 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 6分析零件的变形情况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。图图1-9 肋板高度与内孔转接圆肋板高度与内孔转接圆 弧对零件铣削工艺性的影响弧对零件铣削工艺性的影响 图图110 零件底面与肋板的转接零件底面与肋板的转接圆弧对零件铣削工艺性的影响圆弧对零件铣削工艺性的影响
14、 2 24 4 数控铣削数控铣削零件毛坯的工艺性分析零件毛坯的工艺性分析 1 1毛坯应有充分的加工余量，稳定的加工质量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。另外，锻造、铸造后，毛坯的翘曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。因此，除板料外，不管是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控铣削加工，其加工面均应有较充分的余量。2 2分析毛坯的装夹适应性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
15、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111）。3 3分析毛坯的余量大小及均匀性分析毛坯的余量大小及均匀性 4 4尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸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。图图111 增加毛坯辅助基准示例增加毛坯辅助基准示例 三、数控铣床加工工艺路线的拟订三、数控铣床加工工艺路线的拟订 31 数控铣削加工方案的选择数控铣削加工方案的选择 1 1平面轮廓
16、的加工方法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112）。图图112 平面轮廓铣削平面轮廓铣削 2固定斜角平面的加工方法固定斜角平面的加工方法 图图1 113 13 主轴摆角加工固定斜面主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113)。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
17、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）对于图16c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。3变斜角面的加工变斜角面的加工 图图1 114 414 4、5 5坐标数控铣床加工零件变斜角面坐标数控铣床加工零件变斜角面 图图1 115 15 用鼓形铣刀分层铣削变斜用鼓形铣刀分层铣削变斜角角 （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114a)。（2）对曲率变化较
18、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114b）。（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清除（图115）。4曲面轮廓的加工方法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116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117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
19、的行切法加工。如图118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坐标联动加工。其加工原理如图119所示。图图1 116 16 两轴半坐标行切法加工曲面两轴半坐标行切法加工曲面 图图1 117 17 两轴半坐标行切法加工曲面的切削点轨迹两轴半坐标行切法加工曲面的切削点轨迹 图图118 3轴联动行切法轴联动行切法加工曲面的切削点轨迹加工曲面的切削点轨迹 图图119 曲面的曲面的5坐标联动加工坐标联动加工 3 32 2 进给路线的确定进给路线的确定 1 1顺铣和逆铣的选择顺铣和逆铣的选择 铣削有顺铣和逆铣两种方式（图120）。当工件表面无硬皮，机床进给
20、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。图图120 顺铣与逆铣顺铣与逆铣 a)顺铣 b)逆铣 2铣削外轮廓的进给路线铣削外轮廓的进给路线 （1 1）铣削平面零件外轮廓时）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
21、曲线的平滑过渡。同哩，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，如图121所示。（2 2）当用圆弧插补方式铣削外整圆时）当用圆弧插补方式铣削外整圆时（图122），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。图图1 121 21 外轮廓加工刀具的切入和切出外轮廓加工刀具的切入和切出 图图1 122 22 外圆铣削外圆铣削 3 3铣削内轮廓的进给路线铣削内轮廓的进给路线 （1 1）铣削封闭的内轮廓表面，若内轮廓曲线不允许外延）铣削封闭的内轮廓表面，
22、若内轮廓曲线不允许外延（图123所示），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当内部几何元素相切无交点时（图124所示），为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口（图a）,刀具切入、切出点应远离拐角（图b）。（2 2）当用圆弧插补铣削内圆弧时）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（图125所示）提高内孔表面的加工精度和质量。图图1 123 23 内轮廓加工内轮廓加工刀具的切入刀具的切入和切出和切出 图图1 124 24 无交点内轮无交点内轮廓加工刀具廓加工刀
23、具的切入和切的切入和切出出 图图1 125 25 内圆铣削内圆铣削 4 4铣削内槽的进给路线铣削内槽的进给路线 所谓内槽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。图126所示为加工内槽的三种进给路线。图126a和图126b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
24、复杂一些。采用图126c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。图图1 126 26 凹槽加工进给路线凹槽加工进给路线 5 5铣削曲面轮廓的进给路线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对于边界敞开的曲面加工，可采用两种加工路线，如图127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
25、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。图图1 127 27 曲面加工的进给路线曲面加工的进给路线 注意：注意：轮廓加工中应避免进给停顿，否则会在轮廓表面留下刀痕；若在被加工表面范围内垂直下刀和抬刀，也会划伤表面。为提高工件表面的精度和减小粗糙度，可以采用多次走刀的方法，精加工余量一般以0.20.5mm为宜。选择工件在加工后变形小的走刀路线。对横截面积小的细长零件或薄板零件，应采用多次走刀加工达到最后尺寸；或采用对称去余
26、量法安排走刀路线。3 33 3 夹具的选择夹具的选择 1 1对夹具的基本要求对夹具的基本要求 （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
27、坏夹具或工件定位精度。2 2常用夹具种类常用夹具种类 （1 1）万能组合夹具）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。如图128所示的槽系组合夹具。（2 2）专用铣削夹具）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。其结构固定，仅适用于一个具体零件的具体工序，这类夹具设计时应力求简化，使制造时间尽可能缩短。（3 3）多工位夹具）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 4）气动或液压夹具）气动或液压夹具
28、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。图129为数控气动立卧式分度工作台。端齿盘为分度元件，靠气动转位分度，可完成5为基数的整倍垂直(或水平)回转坐标的分度。（5 5）通用铣削夹具）通用铣削夹具 图130为数控回转座。一次安装工件，同时可从四面加工坯料，图130(a)可作四面加工；图130b)、图130c)可作圆柱凸轮的空间成型面和平面凸轮加工；图130d）为双回转台，可用于加工在表面上成不同角度布置的孔，可作五个方向的加工。图131为数控铣床上通用可调夹具系统。该系统由图示基础件和另外一套
29、定位夹紧调整件组成，基础件1为内装立式油缸2和卧式油缸3的平板，通过销4与5和机床工作台的一个孔与槽对定；夹紧元件可从上或侧面把双头螺杆或螺栓旋入油缸活塞杆，对不用的对定孔用螺塞封盖。图图1 128 28 槽系组合夹具组装过程示意图槽系组合夹具组装过程示意图 图图1 129 29 分度工作台分度工作台 图图1 131 31 通用可调夹具系统通用可调夹具系统 a）b）c)d)图图1 130 30 数控回转台数控回转台(座座)3 3数控铣削夹具的选用原则数控铣削夹具的选用原则 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
30、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 34 4 刀具的选择刀具的选择 1 1数控铣削刀具的基本要求数控铣削刀具的基本要求 （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
31、低了工件的表面质量。除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。总之，根据被加工工件材料的热处理状态，切削性能及加工余量选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。2 2常用铣刀的种类常用铣刀的种类 （1 1）面铣刀）面铣刀 如图632所示，面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀齿为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。面铣刀主要用于面积较大的平面铣削和较平坦的立体轮廓的多坐标加工。高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=80250mm，螺旋角=
32、10，刀齿数Z=1026。硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高、加工效率高、加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。合金面铣刀按刀片和刀齿的安装方式不同，可分为整体焊接式。机夹-焊接式和可转位式三种（见图133）。图图1 132 32 面铣刀面铣刀 图图1 133 33 硬质合金面铣刀硬质合金面铣刀 a)整体焊接式 b)机夹焊接式 c)可转位式 （2 2）立铣刀）立铣刀 立铣刀也可称为圆柱铣刀，如图134，广泛用于加工平面类零件。立铣刀圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃
33、。主切削刃一般为螺旋齿（图134a、b），这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。一种先进的结构为切削刃是波形的（图134c），其特点是排屑更流畅，切削厚度更大，利于刀具散热且提高了刀具寿命，刀具不易产生振动。立铣刀按端部切削刃的不同可分为过中心刃和不过中心刃两种。过中心刃立铣刀可直接轴向进刀。由于不过中心刃立铣刀端面中心处无切削刃，所以它不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。立铣刀按齿数可分为粗齿、中齿、细齿三种。为了改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径则较大。一般粗齿立铣刀齿数Z=34，细齿立铣刀齿数Z=58，套式结构Z=1020，容屑
34、槽圆弧半径r=25mm。当立铣刀直径较大时，还可制成不等齿距结构，以增强抗振作用，使切削过程平稳。立铣刀按螺旋角大小可分为30、40、60等几种形式。标准立铣刀的螺旋角=4045（粗齿）和3035（细齿），套式结构立铣刀的为1525。直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。271mm的立铣刀制成直柄；663mm的立铣刀制成莫氏锥柄；2580mm的立铣刀做成7：24锥柄，内有螺孔用来拉紧刀具。直径大于40160mm的立铣刀可做成套式结构。c)d)图图1 134 34 立铣刀立铣刀 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（3 3）模具铣刀）模具铣刀 模具铣刀由立铣刀发展而
35、成，它是加工金属模具型面的铣刀的通称。可分为圆锥形立铣刀（圆锥半角3、5、7、10）、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。国家标准规定直径d=463mm。（图135、图136）。小规格的硬质合金模具铣刀多制成整体结构，16mm以上直径的，制成焊接或机夹可转位刀片结构。图图1 135 35 高速钢模具铣刀高速钢模具铣刀 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 图图1 136 36 硬质合金模具铣刀硬质合金模具铣刀（
36、4 4）键槽铣刀）键槽铣刀 如图137所示，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（图138）。直柄键槽铣刀直径d=222mm，锥柄键槽铣刀直径 d=1450mm。键槽铣刀直径的偏差有e8和d8两种。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的一小段长度内发生磨损，重磨时，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后铣刀直径不变。图
37、图1 137 37 键槽铣刀键槽铣刀 图图1 138 38 两步法铣削键槽两步法铣削键槽（5 5）球头铣刀）球头铣刀 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，如图139所示。图图1 139 39 球头铣刀球头铣刀（6 6）鼓形铣刀）鼓形铣刀 图140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
38、工。图图1 140 40 鼓形铣刀鼓形铣刀（7 7）成形铣刀）成形铣刀 成形铣刀一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，适用于加工平面类零件的特定形状(如角度面、凹槽面等)，也适用于特形孔或台，图141所示的是几种常用的成形铣刀。图图1 141 41 几种常用的成形铣刀几种常用的成形铣刀（8 8）锯片铣刀）锯片铣刀 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。目前国外有可转位锯片铣刀生产，如图142所示。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。图图1 142
39、 42 可转位锯片铣刀可转位锯片铣刀 3 3铣削刀具的选择铣削刀具的选择 （1 1）铣刀类型的选择）铣刀类型的选择 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。（2 2）铣刀主要参数的选择）铣刀主要参数的选择面铣刀主要参数的选择面铣刀主要参数的选择 标准可转位面铣刀
40、直径为16630mm。铣刀直径（一般比切宽大20%50%）尽量包容工件整个加工宽度。粗铣时，铣刀直径要小些。精铣时，铣刀直径要大些，尽量包容工件整个加工宽度。为了获得最佳的切削效果，推荐采用如图143a所示的不对称铣削位置。另外，为提高刀具寿命宜采用顺铣。可转位面铣刀有粗齿、中齿和密齿三种。粗齿铣刀容屑空间较大，常用于粗铣钢件；粗铣带断续表面的铸件和在平稳条件下铣削钢件时，可选用中齿铣刀。密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于加工薄壁铸件。用于铣削的切削刃槽形和性能得到很大的提高，很多最新刀片都有轻型、中型和重型加工的基本槽形，如图144所示。面铣刀几何角度的标注见图145。前角的选择原则与车刀基
41、本相同，只是由于铣削时有冲击，故前角数值一般比车刀略小，尤其是硬质合金面铣刀，前角数值减小得更多些。铣削强度和硬度都高的材料可选用负前角。前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择。铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此适当加大后角，可减少铣刀磨损。常取0=512，工件材料软取大值，工件材料硬取小值；粗齿铣刀取小值，细齿铣刀取大值。铣削时冲击力大，为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的刃倾角常取s=-15-15。只有在铣削低强度材料时，取s=5。主偏角r 在4590范围内选取，铣削铸铁常用45，铣削一般钢材常用75，铣削带凸肩的平面或薄壁零件时要用90。图图1 143 43 最佳铣削位置最佳铣削位置 图图
42、1 144 44 铣刀刀片的三种基本槽形铣刀刀片的三种基本槽形 图图1 145 45 面铣刀的标注角度面铣刀的标注角度 立铣刀主要参数的选择立铣刀主要参数的选择 立铣刀主切削刃的前角、后角的标注如图134b所示，前、后角都为正值，分别根据工件材料和铣刀直径选取。为使端面切削刃有足够的强度，在端面切削刃前刀面上一般磨有棱边，其宽度br1为0.41.2 mm，前角为6。立铣刀的有关尺寸参数（见图146），推荐按下述经验数据选取。a.刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径，一般取r=(0.80.9)。b.零件的加工高度H()R，以保证刀具有足够的刚度。c.对不通孔(深槽)，选取lH+(510)m
43、m(l为刀具切削部分长度，H为零件高度)。d.加工外型及通槽时，选取lH+r+(510)mm(r为刀尖角半径)。e.粗加工内轮廓面时，铣刀最大直径D粗可按下式计算(见图147)：D粗=+D 式中：D轮廓的最小凹圆角直径；圆角邻边夹角等分线上的槽加工余量；1精加工余量；回角两邻边的夹角。f.加工肋时，刀具直径为D(510)b，其中b为肋的厚度。图图1 146 46 立铣刀尺寸选择立铣刀尺寸选择 图图1 147 47 粗加工立铣刀直径估算粗加工立铣刀直径估算 3 35 5 切削用量的选择切削用量的选择 1 1背吃刀量背吃刀量(端铣端铣)或侧吃刀量或侧吃刀量(圆周铣圆周铣)背吃刀量ap为平行于铣刀轴
44、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。图图1 148 48 铣削切削用量铣削切削用量 a)圆周铣 b)端铣 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 （1)在工件表面粗糙度值要求为Ra12.525m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
45、两次进给完成。（2)在工件表面粗糙度值要求为Ra3.212.5m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0.51.0mm余量，在半精铣时切除。（3)在工件表面粗糙度值要求为Ra0.83.2m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1.52mm；精铣时圆周铣侧吃刀量取0.30.5mm，面铣刀背吃刀量取 2 2进给速度进给速度 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mmmin。它与铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz(单位为mmz)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、
46、工件表面粗糙度等因素。工件材料的强度和硬度越高，fz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。每齿进给量的确定可参考表65选取。工件刚性差或刀具强度低时，应取小值。3 3切削速度切削速度 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，
47、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。VmxpexPyzmqVcKZaafTdCvVVVV160四、典型零件的数控铣削加工工艺分析四、典型零件的数控铣削加工工艺分析 4 41 1平面槽形凸轮零件加工工艺分析平面槽形凸轮零件加工工艺分析 图149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。图图1 149 49 平面槽形凸轮零件图平面槽形凸轮零件图 1零件图工艺分析零件图工艺分析 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
48、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。2确定装夹方案确定装夹方案 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
49、，垫块平面度为0.04mm。装夹示意如图150所示。采用双螺母夹紧，提高装夹刚性，防止铣削时振动。图图1 150 50 凸轮槽加凸轮槽加工装夹示意图工装夹示意图 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 3确定加工顺序及进给路线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
50、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151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。图图1 151 51 平面槽形凸轮的平面槽形凸轮的切入进给路线切入进给路线 a）直线切入外凸轮廓 b）过度圆弧切入内凹轮廓 4刀具选择刀具选择 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。所选刀具及其加工表面见表
