1、第 5 章数控铣削加工工艺5.1概述概述5.2常用刀具的选择常用刀具的选择5.3数控铣削加工工艺的制定数控铣削加工工艺的制定5.4型零件的数控铣削加工工艺分析型零件的数控铣削加工工艺分析第 5 章 数控铣削加工工艺第 5 章数控铣削加工工艺5.1概述概述数控铣削加工是数控加工中最常用的方法之一，数控铣削加工工艺是以普通铣床加工工艺为基础，并结合数控铣床的特点，综合处理数控铣削加工工艺的工艺方法。数控铣削加工除了能铣削普通铣床所能加工的各种零件外，还能铣削普通铣床不能加工的平面轮廓和曲面零件，如凸轮、壳类、模具型腔和叶片等。本章主要介绍数控铣削加工工艺设计中所涉及的基础知识和基本原则，以便合理设
2、计加工工艺，达到加工要求。第 5 章数控铣削加工工艺5.1.1数控铣削加工的主要对象数控铣削加工的主要对象1.平面类零件平面类零件 此类零件的加工面平行或垂直于定位面，或与定位面的夹角为固定角度，如凸轮、各种壳、盖、盒类零件等，如图5-1所示。平面类零件是数控铣削加工对象中最简单的一类零件，目前在数控铣床上加工的绝大多数零件都属于此类零件。由于平面类零件的各个加工面都是平面，或可以展开成平面，因此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。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-1平面类零件第 5 章数控铣削加工工艺2.变斜角类零件变斜角类零件加工面与水平面的夹角呈
3、连续变化的零件称为变斜角类零件。如飞机上的整体梁、框、椽条与肋等，如图5-2所示为飞机变斜角梁椽条。虽然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直线，故采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工效果最好，若没有上述机床，也可以采用三坐标数控铣床进行两轴半近似加工。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-2变斜角类零件第 5 章数控铣削加工工艺3.曲面类零件曲面类零件曲面类零件的加工面为空间曲面，如图5-3所示的模具、鼠标盖等。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，一般采用球头铣刀在三坐标数控铣床上加工。但当曲面复杂、通道狭窄、加工时
4、会伤及相邻表面以及需要刀具摆动时，就要采用四坐标或五坐标联动数控铣床加工，如整体叶轮的加工。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-3曲面类零件第 5 章数控铣削加工工艺4.孔孔 孔及孔系也可以在数控铣床上加工，如钻、扩、铰、镗孔等。由于孔的加工多采用定尺寸刀具，因此如果加工孔的数量较多、需要频繁换刀时，就不宜在数控铣床上进行加工，应采用加工中心或数控钻床加工。第 5 章数控铣削加工工艺5.1.2数控铣削加工工艺的基本特点数控铣削加工工艺的基本特点数控铣床加工的全过程是按程序指令自动进行的。因此，数控铣床加工的工艺规程是零件加工工艺过程的全面体现，它与普通铣床工艺规程有较大的差别，涉及的内容也更广泛
5、、更复杂，很多本来可由操作者灵活掌握、随时调整和自行选定的内容，诸如工步、切削用量以及走刀路线等，在数控铣床加工中都必须事先规定和安排好。第 5 章数控铣削加工工艺为了编制出合理实用的加工程序，编程人员不仅要了解数控铣床的工作原理、性能特点及结构，熟悉编程指令及应用格式，还必须对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，正确地选择刀具、夹具、量具及检测方法，确定合理的切削用量和走刀路线。数控铣削加工工艺方案的好坏将直接影响数控铣床的加工质量和工作效率。第 5 章数控铣削加工工艺5.1.3数控铣削加工工艺的主要内容数控铣削加工工艺的主要内容数控铣床加工工艺主要包括以下内容。(1)选择并确定适合在数
6、控铣床上加工的零件及工序内容。(2)对零件图样进行数控铣削加工的工艺性分析，明确加工内容及精度要求。(3)确定零件的加工方案，制定数控铣削加工工艺路线。其中包括确定机床型号、划分工序、安排加工顺序、确定数控加工与普通加工工序的衔接等。第 5 章数控铣削加工工艺(4)进行数控铣削加工工艺设计。其中包括选取零件的定位基准、确定夹具方案及其调整方法、确定工步、选择刀具以及确定走刀路线和切削用量等。(5)编制、调试数控铣削加工程序。包括选取工件原点和对刀点、确定刀具补偿、编写加工程序、首件试切、加工程序的校验与修改及最后确定等。第 5 章数控铣削加工工艺5.2常用刀具的选择常用刀具的选择5.2.1常用
7、铣刀的类型常用铣刀的类型1.对铣刀的基本要求对铣刀的基本要求数控铣削用刀具要刚性好、精度高、耐用度高、安装调试方便。其刚性好是为了用大切削量进行加工，以提高生产效率，适应数控铣床加工的特点；精度高是为了保证零件的加工精度和质量；耐用度高是为了提高刀具的使用寿命，保证在加工内容较多、时间较长时，不会影响零件的加工精度和表面质量，同时减少换刀、对刀次数，提高生产效率。第 5 章数控铣削加工工艺除上述因素外，铣刀切削刃几何角度参数的选择和排屑性能也很重要。总之，要保证加工质量、充分发挥数控铣床的生产效率，就要根据零件材料的力学和切削性能、加工余量等具体情况，选择尺寸合理、刚性好、精度高、耐用度高、安
8、装调整方便的铣刀。第 5 章数控铣削加工工艺2.常用铣刀的种类常用铣刀的种类 铣刀的类型很多，这里只介绍数控铣床常用的几种铣刀。1)面铣刀面铣刀主要用于加工较大的平面。面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，圆周表面方向上的切削刃为主切削刃，端面切削刃为副切削刃。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，高速钢面铣刀按国家标准规定，直径为d=80250 mm，螺旋角=10，刀齿数z=1026。第 5 章数控铣削加工工艺目前数控铣床上使用的面铣刀基本都是硬质合金面铣刀，因为与高速钢面铣刀相比，硬质合金面铣刀的铣削速度、加工效率和加工表面质量都较高，并且可加工带有硬皮和淬硬层的
9、工件。按刀片和刀齿的安装调整方式，可把硬质合金面铣刀分为整体焊接式（见图 5-4(a)）、机夹焊接式（见图5-4(b)）和可转位式（见图5-4(c)）。由于整体焊接式和机夹焊接式面铣刀难以保证焊接质量，刀具耐用度较低，重磨调整较费时，所以目前可转位式面铣刀最为常用。三种硬质合金面铣刀如图5-4所示。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-4硬质合金面铣刀(a)整体焊接式；(b)机夹焊接式；(c)可转位式第 5 章数控铣削加工工艺可转位式面铣刀是将可转位刀片通过夹紧元件夹固在刀体上，当刀片的一个切削刃用钝后，直接将刀片转位或更换新刀片。使用这种铣刀，调整安装方便，可提高加工质量和生产效率，降低成本，已
10、被广泛使用。可转位式面铣刀的直径已标准化（参见GB5342-85），采用公比1.25的标准直径（mm）系列：16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630。粗铣时，铣刀直径要小些，因粗铣切削力大，铣刀直径小可减小切削扭矩。精铣时，铣刀直径要大些，尽量包容整个加工面，以提高加工效率和精度，减少相邻刀次的接刀痕迹。第 5 章数控铣削加工工艺2)立铣刀立铣刀是数控铣床上加工最常用的一种铣刀，如图5-5所示。立铣刀主要用于加工台阶面、凹槽以及平面轮廓等，其圆柱表面和端面上都有切削刃，切削刃可同时切削也可单独切削。立铣刀圆柱表面的切
11、削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。主切削刃一般为螺旋齿，这样可使切削平稳，从而提高加工精度。端面刃主要用于加工与侧面垂直的底平面，由于普通立铣刀的端面中心处一般无切削刃，因此立铣刀不能作轴向进给。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-5立铣刀(a)硬质合金立铣刀；(b)高速钢立铣刀第 5 章数控铣削加工工艺为了能加工较深的沟槽，并保证有足够的备磨量，立铣刀的轴向长度一般较长。为了改善切削性能，切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，立铣刀的刀齿数较少，容屑槽圆弧半径则较大。一般粗齿立铣刀螺旋角4045，刀齿数z=34；细齿立铣刀螺旋角=3035，刀齿数z=58；套式结构z=1020。容屑
12、槽圆弧半径r=25mm。第 5 章数控铣削加工工艺立铣刀一般有直柄、莫氏锥柄、7 24的锥柄和套式结构。直径25 mm以下的立铣刀通常为直柄，而直柄立铣刀的柄部还有直柄和削平柄之分，直柄立铣刀采用弹簧夹头与刀柄夹紧，削平柄铣刀用螺钉直接夹于削平刀柄内。直径25 mm以上的立铣刀通常为锥柄，刀具锥柄尾部内有螺纹孔，靠螺钉在刀柄上拉紧刀具。第 5 章数控铣削加工工艺3)模具铣刀 模具铣刀主要应用于加工空间曲面、模具型腔等曲面类零件，是由立铣刀发展而来的，可分为圆柱形球头铣刀、圆锥形球头铣刀和圆锥形立铣刀（圆锥半角/2=3、5、7、10）三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄，如图5-6所示。第
13、5 章数控铣削加工工艺图 5-6模具铣刀(一)(a)圆柱形球头铣刀；(b)圆锥形球头铣刀；(c)圆锥形立铣刀；(d)硬质合金模第 5 章数控铣削加工工艺图 5-6模具铣刀(二)(a)圆柱形球头铣刀；(b)圆锥形球头铣刀；(c)圆锥形立铣刀；(d)硬质合金模第 5 章数控铣削加工工艺模具铣刀因球头和端面上布满了切削刃，切削刃经过刀尖，圆周刃与球头刃圆弧相连，故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。国家标准规定刀柄直径d=463mm。直径较小的硬质合金模具铣刀多制成整体式结构，直径在16 mm以上的制成焊接式或机夹可转位式刀片结构。第 5 章数控铣削加工工艺4)键槽铣刀 如图5
14、-7所示，键槽铣刀有两个刀齿，主要用于加工封闭的键槽，其结构与立铣刀较相似，圆柱面和端面都有切削刃，由于端面刃延至中心，因此加工时可以先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-7键槽铣刀第 5 章数控铣削加工工艺按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=222 mm,锥柄键槽铣刀直径d=1450 mm。键槽铣刀的直径偏差有e8和d8两种。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面处发生磨损，所以，重磨时只需刃磨端面切削刃即可，重磨后铣刀直径不变。第 5 章数控铣削加工工艺5)鼓形铣刀 如图5-8所示，鼓形铣刀的切削刃分布在半径为R的圆弧上面，端面无切削刃，加工时控制刀具上下
15、位置，相应改变切削刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。R越小，鼓形铣刀能加工的斜角范围越大，但加工出的表面质量越差。这种刀具的缺点是刃磨困难，切削条件差，不适用于加工有底的轮廓表面。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-8鼓形铣刀第 5 章数控铣削加工工艺6)成形铣刀 成形铣刀是为了加工特定的零件和型面专门设计制造的，如渐开线齿面、燕尾槽、圆弧形的凹槽和T行槽等。几种常用的成形铣刀如图5-9所示。除了上述几种类型的铣刀外，数控铣床也可以使用其它类型通用铣刀，但必须注意与主轴内孔的正确连接。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-9成形铣刀第 5 章数控铣削加工工艺5.2.2数控铣刀的选择数
16、控铣刀的选择 数控铣刀的选择通常需要考虑工件的材料性能、加工表面的类型、表面质量和加工精度、机床允许的切削用量、刀具刚性和耐用度等。选用铣刀时应注意以下几点。(1)根据被加工零件材料选择刀具材质。针对不同的被加工零件的材料，选用适合于切削该材料的刀具材料，可达到满意的加工精度和表面质量。第 5 章数控铣削加工工艺(2)根据被加工面的形状、尺寸选择合适的刀具形状和规格。加工较大平面时应选用面铣刀；加工台阶面、凹槽及平面轮廓类零件时应选用立铣刀；加工空间曲面及模具型腔时应选用圆球铣刀；加工封闭的键槽时应选用键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面时应选用鼓形铣刀；加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊
17、孔时应选用成形铣刀。第 5 章数控铣削加工工艺刀具的尺寸主要由加工型面的尺寸决定。立铣刀的刀具半径应小于或等于加工零件内轮廓的最小曲率半径，一般取R=(0.80.9)，圆球铣刀的半径应小于加工曲面的最小曲率半径。(3)铣削毛坯面时，尽量不选高速钢铣刀，因为毛坯面存在的硬化层和夹砂现象会使刀具磨损加快。而硬质合金立铣刀或玉米铣刀常用于铣削毛坯表面、凹槽、凸台等粗加工。另外，镶硬质合金玉米铣刀常用于粗加工的强力切削。铣刀的种类，形式繁多，下面以立铣刀和面铣刀为例，说明刀具主要参数的选择。第 5 章数控铣削加工工艺1.立铣刀主要参数的选择立铣刀主要参数的选择1)立铣刀的前、后角立铣刀主切削刃的前角在
18、法剖面内测量，后角在端剖面内测量，前角的大小影响切削变形、切削力大小、刀具耐用度及加工表面质量，后角主要是减小主后刀面与工件表面之间的摩擦，其前、后角依据工件材料和铣刀直径选取，具体数值可参见表5-1和表 5-2。第 5 章数控铣削加工工艺第 5 章数控铣削加工工艺第 5 章数控铣削加工工艺2)立铣刀的尺寸参数尺寸参数如图5-10所示，按以下经验数据选取。（1）刀具半径R应小于或等于零件内轮廓面的最小曲率半径，一般R=(0.80.9)。(2)零件的加工高度H()R，以保证刀具具有足够的刚度。(3)加工不通孔及深槽时，选取l=H(510)mm（l为刀具切削部分长度，H为零件高度）。(4)加工外轮
19、廓及通槽时，选取l=Hr(510)mm(r为端刃的圆角半径)。4161第 5 章数控铣削加工工艺(5)如图5-11所示，粗加工内轮廓面时，立铣刀最大直径D粗可按式(5-1)进行计算，即DD2sin1)2sin(21粗(5-1)式中:D轮廓的最小凹圆角直径；圆角邻边夹角等分线上的精加工余量；1精加工余量；圆角两邻边的夹角。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-10立铣刀尺寸参数第 5 章数控铣削加工工艺图 5-11粗加工立铣刀直径计算法第 5 章数控铣削加工工艺(6)加工筋板时，刀具直径为D=（510）b（b为筋板的厚度）。2.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直径为16630
20、 mm，应根据侧吃刀量ae选择适当的铣刀直径，尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率,减小相邻两次进给之间的接刀痕迹，保证铣刀的耐用度。第 5 章数控铣削加工工艺 可转位面铣刀有粗齿、细齿和密齿三种。粗齿铣刀容屑空间较大，常用于粗铣钢件；细齿铣刀常用于粗铣带断续表面的铸件和在平稳条件下铣削钢件；密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于加工薄壁铸件。面铣刀几何角度的标注如图5-12 所示。其前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择，具体数值可参见表5-3。铣削强度和硬度都高的材料可选用负前角。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-12面铣刀的角度标注第 5 章数控铣削加工工艺第 5 章数控铣削加
21、工工艺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o=512，工件材料软时取大值，工件材料硬时取小值；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=512。在铣削低强度材料时，常取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。第 5 章数控铣削加工工艺5.3数控铣削加工工艺的制定数控铣削加工工艺的制定5.3.1数控铣削加工工艺性分析数控铣削加工工艺性分析合理编制数控铣削加工工艺方案是数控编程的依据，制定数控铣削加工工艺主要包括对加工工件进行工艺性分析、拟定
22、工艺路线、设计加工工序等内容。零件的工艺性分析是制定数控铣削加工工艺和编制程序的基础和前提，现在仅从数控铣削加工角度分析其工艺性，工艺性分析包括以下内容。第 5 章数控铣削加工工艺1.数控铣削加工内容的选择和确定数控铣削加工内容的选择和确定一般情况下,一个零件并非全部的铣削表面都要采用数控铣床加工,应根据零件的加工要求和企业的生产条件确定适合于数控铣床加工的表面和内容。通常选用以下内容进行数控铣削加工。(1)由直线、圆弧、非圆曲线等组成的平面轮廓。(2)空间的曲线和曲面。(3)零件尺寸繁多、划线与检测困难、尺寸控制困难的部位。第 5 章数控铣削加工工艺(4)用普通机床加工时难以观察、测量和进给
23、控制困难的内腔或凹槽等。(5)有严格位置精度的孔系或平面。(6)采用数控铣削加工能大大提高生产效率，改善劳动强度的加工内容。而像一些加工余量大且又不均匀的表面、在机床上占机调整和准备时间较长的加工内容、简单粗加工表面、毛坯余量不充分或不太稳定的部位等则不宜采用数控铣削加工。第 5 章数控铣削加工工艺2.数控铣削加工的工艺性分析数控铣削加工的工艺性分析在选择并决定数控加工零件及内容后，应对零件数控加工工艺性进行全面、认真、仔细的分析，其主要内容包括对被加工零件的图样技术分析、结构工艺性分析和毛坯工艺性分析等内容。1)零件图样技术分析其目的在于熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清
24、楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出加工的技术关键点和难点。下面就几点进行说明。第 5 章数控铣削加工工艺(1)零件的形状、结构及尺寸标注。确定零件的形状、结构在加工中是否会产生干涉或无法加工、是否防碍刀具的运动。零件的尺寸标注是否正确且完整，是否有利于编程，尺寸标注是否有矛盾，各项公差是否符合加工条件等。(2)零件图样的完整性和正确性。构成零件轮廓的几何元素（点、线、面）的关联条件（如相切、相交、垂直或平行等）一定要充分、正确且完整。这些是定义几何元素和编程的重要依据。在分析图样时，要认真、仔细地分析几何元素的定义是否充分，发现问题应及时与设计人员协商解决。第 5 章数控铣削加
25、工工艺(3)零件技术要求。分析零件的尺寸精度、形位公差、表面粗糙度等，确保在现有的加工条件下能达到零件的加工要求。(4)零件材料。了解零件材料的切削性能、牌号及热处理要求等，以便合理地选择刀具和切削参数，并合理地制定出加工工艺和加工顺序等。2)零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性在 3.2.1 节已做过介绍，现从数控铣加工的特点说明几点。(1)零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀、对刀次数，提高生产率。第 5 章数控铣削加工工艺(2)内槽圆角和内轮廓圆弧不应太小，因其决定了刀具的直径，零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小有关，如图5-13
26、所示。图 5-13（b）的内槽圆角半径大，刀具直径就可选择较大，刚性好，进给次数少，加工质量好，故其工艺性好。通常当R0.2H（R为内槽半径，H为被加工零件轮廓面的最大高度）时，可以判断零件该部位的工艺性不好，如图5-13（a）所示。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-13内槽圆角对加工工艺的影响(a)工艺性不好;(b)工艺性好第 5 章数控铣削加工工艺(3)铣槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大。如图5-14 所示，铣刀端面刃与铣削平面的最大接触直径d=D2r（D为铣刀直径）。当D一定时，r越大，铣刀端面刃铣削平面的面积越小，效率越低，工艺性越差。有关铣削工件的结构工艺性图例见表5-4。第 5
27、章数控铣削加工工艺图 5-14槽底圆角对加工工艺的影响第 5 章数控铣削加工工艺第 5 章数控铣削加工工艺第 5 章数控铣削加工工艺第 5 章数控铣削加工工艺3)零件毛坯的工艺性分析对于零件毛坯，应主要注意以下两点。(1)毛坯加工余量应充足和均匀。锻件在模锻时的欠压量与允许的错模量会造成余量的不均匀；铸件在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的不等。此外，锻造、铸造后，毛坯的挠曲与扭曲变形还会造成余量不充分、不稳定。在数控铣削中，这些都会对加工产生严重影响，轻则会产生振动，重则会损坏刀具，使加工很难进行。因此，采用数控铣削加工，其加工表面应有比较均匀、充足的加
28、工余量。第 5 章数控铣削加工工艺2)毛坯装夹的适应性。主要应考虑毛坯的形状、结构在加工时的定位以及夹紧的可靠性和方便性，必要时可增加装夹余量和工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准，如图 5-15所示。4)零件变形情况分析数控铣削最忌讳工件在加工时产生变形，所以对于零件的结构，必须充分考虑以防止其变形。对于变形可考虑用一些必要的工艺措施预防，如热处理去除变形或采用粗、精铣分开的方法等。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-15增加毛坯工艺凸耳示例第 5 章数控铣削加工工艺5.3.2铣削方式的合理使用铣削方式的合理使用铣削加工方式可分为圆周铣削和端面铣削,即周铣和端铣。1.周铣法周铣法周铣是用分布于铣刀圆柱
29、面上的刀齿铣削工件表面的铣削，有顺铣和逆铣两种方式。顺铣是在铣刀与工件已加工面的切点处，旋转铣刀切削刃的运动方向与工件进给方向相同的铣削，如图5-16（a）所示。逆铣是在铣刀与工件已加工面的切点处，旋转铣刀切削刃的运动方向与工件进给方向相反的铣削，如图5-16（b）所示。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-16周铣时的铣削方式(a)顺铣;(b)逆铣第 5 章数控铣削加工工艺顺铣时，刀齿切下的切屑由厚逐渐变薄，易切入工件，不易产生振动，铣削平稳，加工零件表面质量较好，刀齿磨损小，当工件表面无硬皮以及机床进给机构无间隙时，应采用顺铣，尤其是铣削铝镁合金、钛合金等材料的零件时，应尽量选用顺铣。逆铣时，
30、刀齿是从已加工表面切入，刀齿切下的切屑由薄逐渐变厚，不会崩刀，机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行，当工件表面有硬皮以及机床进给机构有间隙时，应采用逆铣。第 5 章数控铣削加工工艺2.端铣法端铣法 端铣是用分布于铣刀端平面上的刀齿铣削工件表面的铣削，有对称铣削、不对称逆铣、不对称顺铣三种方式。端铣法的特点是：主轴刚度好，切削过程中不易产生振动；面铣刀刀盘直径大，刀齿多，铣削过程比较平稳；面铣刀的结构使其易于采用硬质合金可转位刀片，而硬质合金材质的刀具可以采用较高的切削速度，所以铣削用量大，生产率高；端铣刀还可以利用修光刃获得较小的表面粗糙度值。目前，在平面铣削中，端铣基本上代替了周铣。但周铣可
31、以加工成形表面和组合表面，而端铣只能加工平面。第 5 章数控铣削加工工艺1)对称铣削 如图517(a)所示，在铣削中，面铣刀轴线位于所铣弧长的对称中心位置。刀具轴线上方的顺铣部分等于下方的逆铣部分。一般端铣多用这种铣削方式，尤其适用于铣削淬硬钢。2)不对称逆铣 如图5-17(b)所示,面铣刀从较小的切削厚度处切入工件，从较大的切削厚度处切出，其中逆铣部分大于顺铣部分。不对称逆铣切入时冲击小，适用于端铣普通碳素钢和高强度低合金钢，这时刀具耐用度较对称铣削可提高一倍，加工表面粗糙度值较小。第 5 章数控铣削加工工艺3)不对称顺铣如图5-17(c)所示,面铣刀从较大的切削厚度处切入，从较小的切削厚度
32、处切出，其中顺铣部分大于逆铣部分。它适于加工不锈钢等中等强度和高塑性的材料。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-17端铣时的铣削方式(a)对称铣削;(b)不对称逆铣;(c)不对称顺铣第 5 章数控铣削加工工艺5.3.3数控铣削加工工艺路线的确定数控铣削加工工艺路线的确定1.加工方法的选择加工方法的选择数控铣削加工零件的表面主要有平面、曲面、轮廓和孔等。应根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸和生产类型等选择合理的加工方法和加工方案。第 5 章数控铣削加工工艺1）平面加工方法在数控铣床上加工平面主要采用面铣刀和立铣刀。经粗铣的平面，尺寸精度可达 IT1113 级，表面粗糙度Ra值可达
33、6.325 m；经精铣的平面，尺寸精度可达 IT810级，表面粗糙度Ra值可达1.63.2 m。零件表面质量要求较高时，应尽量采用顺铣切削方式。第 5 章数控铣削加工工艺2)平面轮廓加工方法平面轮廓多由直线、圆弧和其它曲线构成，通常采用三坐标数控铣床进行两轴半进给加工。常用粗铣精铣方案，如余量较大，则在x、y及z方向分层铣削，但要特别注意刀具的切入、切出及顺、逆铣的选择。加工如图5-18所示的平面轮廓abcdea，可采用半径为r的立铣刀沿周向加工，虚线abcdea为刀具中心的运动轨迹。为保证加工面光滑，刀具沿pa切入，沿ak切出，采用顺铣方式切削。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-18平面轮廓
34、铣削第 5 章数控铣削加工工艺3)固定斜角平面加工方法固定斜角平面是与水平面成一固定夹角的斜面。此类零件可根据尺寸大小选择不同的加工方法。当零件尺寸不大时，可用斜垫板垫平后加工，也可将机床主轴摆成适当的角度加工，还可采用角度铣刀加工；当零件尺寸较大、斜面角度较小时，常用三轴联动的行切法加工。4)变斜角面加工方法变斜角面常用的加工方案有下列三种：第 5 章数控铣削加工工艺(1)对曲率变化较小的变斜角面，选用x、y、z和A四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，可用角度成形铣刀加以弥补)以插补方式进行摆角加工，如图5-19所示。加工时，为保证刀具与零件型面在全长
35、上始终贴合，刀具绕A轴摆动角度应为。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-19四坐标联动加工变斜角面第 5 章数控铣削加工工艺(2)对曲率变化较大的变斜角面，用四坐标联动加工难以满足加工要求，最好用x、y、z、A和 B(或C转轴)的五坐标联动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工，如图5-20所示。图5-20 中夹角A和B分别是零件斜面母线与z坐标轴夹角在zOy平面上和xOy平面上的分夹角。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-20五坐标联动加工变斜角面第 5 章数控铣削加工工艺(3)采用三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，加工后的残留面积通过钳工修整的方
36、法清除。图5-21所示是用鼓形铣刀铣削变斜角面的情形。由于鼓形铣刀的鼓径可以做得比球头铣刀的球径大，加工后的残留面积高度小，因此加工效果比球头铣刀好。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-21用鼓形铣刀铣削变斜角面第 5 章数控铣削加工工艺5)曲面加工方法空间曲面的加工应根据曲面形状、刀具形状以及精度要求采用不同的铣削加工方法，如两轴半、三轴、四轴及五轴等联动加工。(1)对曲率变化不大、精度要求不高的曲面的粗加工，常用两轴半坐标行切法进行加工(行切法时刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行距是按零件加工精度的要求确定的)，即x、y、z三轴中任意两轴作联动插补，第三轴作单独的周期进给。第 5 章
37、数控铣削加工工艺如图5-22所示，将x方向分成若干段，球头铣刀沿yOz面所截的曲线进行铣削，每一段加工完后进给x，再加工另一相邻曲线，如此依次切削即可加工出整个曲面。在行切法中，要根据轮廓表面粗糙度的要求及刀头不干涉相邻表面的原则选取x。当表面粗糙度值Ra=6.312.5 m时，一般取x=0.51 mm；当Ra=1.63.2 m时，一般取x=0.10.5 mm。另外，球头铣刀的刀头半径应尽量大一些，这样有利于散热，但在加工内凹曲面时刀头半径应小于内凹曲面的最小曲率半径。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-22两轴半坐标行切法加工曲面第 5 章数控铣削加工工艺两轴半坐标加工曲面的刀心轨迹O1O2和
38、切削点轨迹ab如图5-23所示。图 5-23 中ABCD为被加工曲面，PyOz平面为平行于yOz坐标平面的一个行切面，刀心轨迹O1O2为曲面ABCD的等距面IJKL与行切面PyOz的交线，显然O1O2是一条平面曲线。由于曲面的曲率变化改变了球头刀与曲面切削点的位置，使切削点的连线成为一条空间曲线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-23两轴半坐标行切法加工曲面的第 5 章数控铣削加工工艺(2)对曲率变化较大、精度要求较高的曲面的精加工，常用x、y、z三轴联动插补的行切法加工。如图5-24所示，PyOz平面为平行于坐标平面的一个行切面，它与曲面的交线为ab。由于是三
39、坐标联动，球头刀与曲面的切削点始终处在平面曲线 ab上，因此可获得较规则的残留沟纹。但这时的刀心轨迹O1O2 不在PyOz平面上，而是一条空间曲线。(3)对于叶片、螺旋桨等复杂曲面零件，因其形状复杂，刀具容易与相邻表面发生干涉，常采用五坐标联动加工。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-24三坐标行切法加工曲面第 5 章数控铣削加工工艺2.工序的划分工序的划分 在确定完加工内容和加工方法之后，就要根据被加工面的特征和要求、使用的刀具和现有的加工设备、条件，依照3.2.3 节中所讲的工序划分原则和方法，将确定的加工内容划分成一个或几个工序。第 5 章数控铣削加工工艺 一般情况下，数控铣削加工的工序划
40、分应尽量体现工序集中的原则，这样有利于提高数控铣削的效率和精度，如尽量将一把刀具所加工的内容安排在一个工序中。但如果数控铣床较多，工艺上能保证工件的定位精度时，也可以将工序适当地分散安排。如先进行所有被加工表面的粗加工，再进行所有表面的精加工。总之，工序划分时，要视零件加工内容的多少、安装次数、生产组织和设备条件来灵活安排。第 5 章数控铣削加工工艺3.加工顺序的安排加工顺序的安排 在确定了某工序的加工内容后，就要详细设计工步，即安排这些内容的加工顺序。一般来说，一个工步就需一个加工程序。换言之，加工程序的执行顺序就是工步的顺序。加工顺序的安排可参照3.2.3 节中的原则。针对数控铣削的加工特
41、点，从被加工表面的形状特征考虑，一般采取先加工平面、沟槽，后加工外形，再加工内腔，最后加工曲面的顺序。从加工精度的角度来说，应先加工精度要求低的表面，后加工精度要求高的表面。第 5 章数控铣削加工工艺4.走刀路线的确定走刀路线的确定走刀路线又称加工路线，就是刀位点相对于工件运动的轨迹和方向。确定走刀路线时，应根据工件的精度和表面粗糙度要求以及机床、刀具的刚度等具体情况予以综合考虑。在确定走刀路线时，应考虑以下几点。(1)确定走刀路线时，在满足加工要求的条件下应使数值计算简单、程序段少，以减少编程工作量。第 5 章数控铣削加工工艺如图 5-25所示为曲面加工路线。铣削曲面时，常采用球头刀行切法进
42、行加工。当采用图5-25(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；当采用图5-25(b)所示的加工方案时，曲面的准确度较高，但程序较多。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-25曲面加工的走刀路线(a)刀位点计算简单;(b)曲面准确第 5 章数控铣削加工工艺(2)根据被加工零件的精度、表面粗糙度要求合理选择顺铣或逆铣的铣削方式，可以采用多次走刀的方法，在精铣时尽可能采用顺铣，且精加工余量一般以0.20.5 mm为宜。(3)切入、切出的方式要尽量避免垂直切入和切出工件轮廓,应沿轮廓曲线的切线方向切入和切出,以避免在切入、切出处产生刀具的刻痕而影响表面质量，要保证零件轮廓曲线平滑
43、过渡，如图5-26 所示即为外轮廓切入和切出的方式。同时还应注意要在切削过程中避免暂停,以免留下刀痕。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-26外轮廓加工的切入、切出过渡方式第 5 章数控铣削加工工艺铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入、切出。若内轮廓曲线不允许外延，则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，如图527所示。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，如图5-28所示。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-27内轮廓加工的切入、切出过渡方式第 5 章
44、数控铣削加工工艺图 5-28无交点内轮廓加工的切入、切出过渡方式第 5 章数控铣削加工工艺图5-29所示为圆弧插补方式铣削外整圆时的走刀路线。当整圆加工完毕时，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。铣削内圆弧时也要遵循从切向切入的原则，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线，如图5-30 所示，这样可以提高内孔表面的加工精度和加工质量。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-29铣削外圆第 5 章数控铣削加工工艺图 5-30铣削内圆第 5 章数控铣削加工工艺(4)铣削凹槽的加工方法有三种不同的走刀路线,见3.2.4 节中图3-20所示
45、。图3-20（a）为行切法，即刀具与工件的切点轨迹在垂直于刀具轴线平面内的投影为相互平行的迹线；图3-20（b）为环切法，即刀具与工件的切点轨迹在垂直于刀具轴线平面内的投影为一条或多条环形迹线。这两种进给路线的共同点是都能切出内槽中的全部面积，同时能尽量减少重复进给的搭接量，只是行切法的进给路线比环切法短。第 5 章数控铣削加工工艺但使用行切法将在每两次进给的起点和终点间留下残留面积，达不到所要求的表面粗糙度，而用环切法获得的表面粗糙度虽然好于行切法，但环切法需要逐次向外扩展轮廓线，刀位点的计算稍微复杂一些。综合行切法和环切法的优点，采用图 3-20（c）所示的进给路线加工效果最好，即先采用行
46、切法切去中间部分的余量，最后环切一刀，既能使总的进给路线较短，又能获得较好的表面粗糙度。第 5 章数控铣削加工工艺2)对刀点的确定在加工时，工件在机床加工尺寸范围内的安装位置是任意的，要正确执行加工程序，必须确定工件在机床坐标系中的确切位置。对刀点是工件在机床上定位装夹后，设置在机床坐标系中，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，它与工件原点有确定的位置尺寸关系。在工艺设计和程序编制时，应以操作简单、对刀误差最小为原则，合理设置对刀点。第 5 章数控铣削加工工艺 对刀点可以设置在工件上，也可以设置在夹具上，但都必须在编程的坐标系中有确定的位置，如图 5-31 中所示的x1和y1。
47、为了保证零件的加工精度，对刀点应尽可能选在零件的设计基准或工艺基准上，有时也可和工件原点重合，或尽量选择在机床上容易找到的位置。第 5 章数控铣削加工工艺确定对刀点在机床坐标系中的位置，建立工件坐标系与机床坐标系之间位置关系的操作过程称为对刀。对刀的准确程度将直接影响零件加工的位置精度，因此，对刀是数控机床操作中的一项重要且关键的工作。对刀操作一定要认真仔细，对刀方法一定要与零件的加工精度要求相适应，生产中常使用百分表、中心规及寻边器等工具。寻边器如图5-32所示。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-32光电寻边器第 5 章数控铣削加工工艺无论采用哪种工具，其目的都是使数控铣床主轴中心与对刀点重
48、合，利用机床的坐标显示确定对刀点在机床坐标系中的位置，从而确定工件坐标系在机床坐标系中的位置。简单地说，对刀就是告诉机床工件装夹在机床工作台的什么地方。第 5 章数控铣削加工工艺3)对刀方法对刀方法如图5-33所示，对刀点与工件坐标系原点重合。在确定编程坐标系时，最好考虑使对刀点与工件坐标系原点重合。如果对刀点与工件坐标系原点不重合，则在设置机床零点偏置时(G54对应的值)，应当考虑到二者的差值。第 5 章数控铣削加工工艺图 5-33对刀方法第 5 章数控铣削加工工艺对刀过程的操作方法如下(XK8140D数控铣床，FANUC 0MD系统)：(1)开机“回零”，此时，CRT(屏幕)上显示各轴机床
49、坐标值均为0。(2)选择“手轮”方式，移动各轴准备对刀。(3)x 轴对刀，记录机械坐标x的显示值(假设为-230.000)。(4)y 轴对刀，记录机械坐标y的显示值(假设为-130.000)。(5)z 轴对刀，记录机械坐标z的显示值(假设为-120.000)。(6)根据所用刀具的尺寸(假定为20 mm)及上述对刀数据，计算出工件原点的机床坐标值。第 5 章数控铣削加工工艺(7)将工件坐标系原点的机床坐标值(-240，-140，-120)输入到零点偏置参数G54中，然后只要在程序开头编写G54指令即可在程序加工运行时建立工件坐标系。4)换刀点的选择由于数控铣床采用手动换刀，换刀时操作人员的主动性
50、较高，故换刀点只要设在零件或夹具的外面即可，以换刀时不与工件、夹具及其它部件发生碰撞和干涉为准。第 5 章数控铣削加工工艺5.3.4定位、定位、装夹方式和夹具的选择装夹方式和夹具的选择1.定位、定位、装夹方式装夹方式工件的定位基准与夹紧方案的确定应遵循2.2节中有关定位基准的选择原则与 2.3 节中工件夹紧的基本要求。此外，还应该注意下列三点。(1)力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。第 5 章数控铣削加工工艺(2)设法减少装夹次数，尽可能做到一次定位装夹后能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分
