铣床加工工艺.ppt
数控加工工艺与编程,主讲：田小静 Tel:13022818955,数控铣削加工工艺,了解数控铣削中要解决的主要工艺问题以及各种问题的解决方法。掌握数控铣削工艺拟定的过程、工序的划分方法、工序顺序的安排和进给路线的确定等工艺知识，对数控铣削工艺知识有一个系统的了解，并学会对一般数控铣削零件加工工艺进行分析及制定加工方案。,教学目的：,数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，在数控加工中占据了重要地位。世界上首台数控机床就是一部三坐标铣床，这主要因于铣床具有X、Y、Z三轴向可移动的特性，更加灵活，且可完成较多的加工工序。现在数控铣床已全面向多轴化发展。目前迅速发展的加工中心和柔性制造单元也是在数控铣床和数控镗床的基础上产生的。,数控铣床的主要加工对象,选择并确定进行数控加工的内容,数控加工内容的选择:,立式数控铣床,卧式数控铣床,适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等。,适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等。,多坐标联动的卧式加工中心,用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。,数控铣削加工的工艺性分析是编程前的重要工艺准备工作之一，关系到机械加工的效果和成败，不容忽视。由于数控机床是按照程序来工作的，因此对零件加工中所有的要求都要体现在加工中，如加工顺序、加工路线、切削用量、加工余量、刀具的尺寸及是否需要切削液等都要预先确定好并编入程序中。,零件结构的工艺性分析,零件图上尺寸数据的给出，应符合程序编制方便的原则,审查与分析零件图纸中尺寸标注方法是否适合数控加工；,审查与分析图纸中几何元素的条件是否充分、正确。,对于大面积的薄板零件，改进装夹方式，采用合适的加工顺序和刀具,采用适当的热处理方法,粗、精加工分开及对称去除余量等措施来减小或消除变形的影响,零件结构的工艺性分析,预防零件变形措施,薄壁套 b)改进方法2 c)改进方法2夹紧力作用点与夹紧变形的关系,返回,加工方法的选择与加工方案的确定,选择原则：保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。,平面、平面轮廓与曲面的铣削加工,加工方法的选择,经过粗铣加工的平面，尺寸精度可达IT12 IT14级(指两平面之间的尺寸)，表面粗糙度Ra值可达12.525。经过精铣加工的平面，尺寸精度可达IT7IT9级，表面粗糙度Ra值可达1.63.2。,加工方法的选择与加工方案的确定,一般采用粗镗半精镗孔倒角精镗的加工方案，孔径较大的可采用立铣刀粗铣精铣加工方案。,直径大于30mm的已铸出戓锻出的毛坯孔的加工,加工方法的选择,加工方法的选择与加工方案的确定,通常采用锪平端面打中心孔钻扩孔倒角铰孔的加工方案，对有同轴度要求的小孔，需要采用锪平端面打中心孔钻半精镗孔倒角精镗(或铰孔)的加工方案。为提高孔的位置精度，在钻孔工步前需安排锪平端面和打中心孔工步。孔倒角安排在半精加工之后与精加工之前，以防孔内产生毛刺。,对于直径小于30mm的无毛坯孔的加工,加工方法的选择,工序的划分,数控铣削加工工序的划分,刀具集中分序法,粗、精加工分序法,按加工部位分序法,按装夹定位方式分序法,工序的划分,由于每个零件结构形状不同，各个表面的技术要求也不同，所以在加工中，其定位方式则各有差异。一般铣削加工外形时，以内形定位；在铣削加工内形时以外形定位。可根据定位方式的不同来划分工序。,按装夹定位方式分序法,工序的划分,刀具集中分序法,即按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第三把刀完成它们可以完成的其它部位。,特点：,这种分序法可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。,工序的划分,粗精加工分序法,这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因素，按照粗、精加工分开的原则进行分序。对单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工，而后精加工。,注意：,粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。,工序的划分,按加工部位分序法,即先加工平面、定位面，再加工孔；,先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；,先加工精度比较低的部位，再加工精度要求较高的部位。,工序的划分,零件材料变形小，加工余量均匀，可以采用刀具集中分序法，以减少换刀时间和定位误差；,例如：,若零件材料变形较大，加工余量不均匀，且精度要求较高，则应采用粗精加工分序法。,数控铣削加工工件的安装,数控铣削加工选择定位基准应遵循的原则：,尽量选择零件上的设计基准作为定位基准,定位基准选择要能完成尽可能多的加工内容,定位基准应尽量与工件坐标系的对刀基准重合,必须多次安装时，应遵从基准统一原则,数控铣削加工工件的安装,选择夹具的基本原则：,要保证夹具的坐标方向要与机床的坐标方向相对固定不变,要协调零件的和机床坐标系的尺寸关系。,当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具，可调式夹具或其它通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。,在成批生产时考虑使用专用夹具，力求结构紧凑、简单。,零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短数控机床的停顿时间。,夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工。,选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、被加工零件的材料等因素。数控加工的刀具材料，要求采用新型优质材料，一般原则是尽可能选用硬质合金，精密加工时，还可选择性能更好更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具，并优选刀具参数。,刀具的选择与切削用量的确定,刀具的选择,1、加工曲面类和变斜角轮廓外形零件时一般采用球头铣刀 2、铣较大平面时，一般采用刀片镶嵌式盘形面铣刀 3、铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀。4、铣键槽时，一般用两刃键槽铣刀。5、孔加工时，可采用钻头、镗刀等孔加工刀具,返回,1、平面铣刀 平面铣刀直径可按D1.5d（d为主轴直径）选取。在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。2、立铣刀,1、铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin，一般取RD=(0.80.9)Rmin2、零件的加工高度H（1/4-1/6）RD。3、粗加工内轮廓时，铣刀最大直径D可按下式计算 D1轮廓的最小凹圆角半径；圆角邻边夹角等分线上的精加工余量；1精加工余量；j圆角两邻边的最小夹角。,返回,返回,4、用平底立铣刀铣削内槽底部编程时取刀具半径为Re=0.95（R-r）,铣削加工的切削参数包括切削速度、进给速度、背吃刀量、和侧吃刀量.合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应该考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，一般应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体选用数值应该根据机床说明书、切削用量手册，并结合实际经验而定。,刀具的选择与切削用量的确定,切削用量的确定,周铣 端铣,粗加工时切削用量的选择原则：首先选取尽可能大的背吃刀量;其次要根据机床动力和刚性的限制条件等,选取尽可能大的进给量;最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。,返回,精加工时切削用量的选择原则：首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量;其次根据已加工表面的粗糙度要求,选取较小的进给量;最后在保证刀具耐用度的前提下,尽可能选取较高的切削速度。,返回,1)背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）的选择背吃刀量aP为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位mm。端铣时，ap为切削层深度，而圆周铣时，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mm。端铣时，ae为被加工表面的宽度，而圆周铣削时，ae为切削层深度。背吃刀量和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：在要求工件表面粗糙度值Ra为12.525微米时，如果圆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。但余量较大、数控铣床刚性较差或功率较小时，可分两次进给完成。在要求工件表面粗糙度值Ra为3.212.5微米时，可分粗铣和半精铣两步进行，粗铣的背吃刀量与侧吃刀量取同。粗铣后留0.51mm的余量，在半精铣时完成。在要求工件表面粗糙度值Ra为0.83.2微米时，可分为粗铣，半精铣和精铣三步进行。半精铣时背吃刀量与侧吃刀量取1.52mm，精铣时，圆周侧吃刀量可取0.30.5mm，端铣背吃刀量取0.51mm。,进给量(mm/)与进给速度Vf(mm/min)的选择：根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算,也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查阅有关切削用量手册或参考表3-1选取.,进给速度Vf、刀具转速n、刀具齿数Z及进给量fz的关系为 Vf=fn=fzZn(3-1)式中 fz-铣刀每齿进给量,mm/Z.,返回,表3-1,切削速度VC(m/min)的选择：根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查阅有关切削用量手册或参考表3-2选取。,表3-2,实际编程中，切削速度确定后，还要计算出主轴转速，其计算公式为：n=1000c/（D）式中：c切削线速度，m/min；n为主轴转速，r/min；D刀具直径，mm。计算的主轴转速最后要参考机床说明书查看机床最高转速是否能满足需要。,在同一个程序中起始点和返回点最好相同。如果一个零件的加工需要几个程序才能完成，这几个程序的起始点和返回点也最好完全相同，以免引起加工操作上的麻烦。程序起始点和返回点的坐标值最好设置X坐标值和Y坐标值均为零，这样能够使得按照工件坐标系原点对刀后就不必进行X、Y坐标方向的移动，只需Z方向移到高出被加工零件的最高点50100mm左右的某一位置上，即起始平面、退刀平面所在的位置上。,起始点,指程序开始时，刀尖（刀位点）的初始停留点。采用G92对刀时一般为对刀点。,确定起始点与返回点,返回点,指一把刀具在程序执行完毕后，刀尖返回后的停留点。一般为换刀点。,对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，它是通过对刀点来实现的。,对刀点,指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。,确定对刀点与换刀点,确定对刀点与换刀点,刀具与工件原点Z 轴方向之距离,刀具与工件原点X 轴方向之距离,刀具与工件原点Y 轴方向之距离,对刀点的选择原则,便于用数字处理和简化程序编制,在机床上找正容易，加工中便于检查,引起的加工误差小,确定对刀点与换刀点,确定对刀点与换刀点,对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。,对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。,确定对刀点与换刀点,对刀点在几何对称中心,确定对刀点与换刀点,对刀点在加工过程中便于检查,对刀点,确定对刀点与换刀点,对刀时应使对刀点与刀位点重合。,刀位点,是指确定刀具位置的基准点,如：平头立铣刀的刀位点一般为端面中心；球头铣刀的刀位点取为球心；钻头为钻尖。,确定对刀点与换刀点,换刀点,应根据工序内容来作安排，为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设在距离零件较远的地方。,顺铣和逆铣加工,切削加工方式,顺铣,刀具从待加工表面切入，切削厚度最大逐渐减小，刀具切离工件时的垂直分力会使工件始终压向工作台，减小了工件在加工中的震动，因而能够提高零件的加工精度、表面加工质量和刀具的耐用度。按照顺铣方式安排加工进给路线，顺铣符合精铣的要求，所以，对于耐热材料、余量小和精加工铣削时尽量选用顺铣；由于数控机床采用滚珠丝杠，其运动间隙极小，而且顺铣的优点多于逆铣，所以加工中应尽量采用顺铣。,当铣刀的旋转方向和工件的进给方向相同时称为顺铣,顺铣和逆铣加工,逆铣,刀具从加工表面切入，切削厚度逐渐增大，刀具的刀齿容易磨损，而且刀具切离工件时的垂直分力会使工件脱离工作台，因此需要较大的加紧力。当零件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应该选用逆铣，按照逆铣方式安排加工进给路线，因为逆铣符合粗铣的要求，所以，对于余量大、硬度高的零件加工粗铣时尽量选用逆铣；,当铣刀的旋转方向和工件的进给方向不相同时称为逆铣,走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被加工件的的运动轨迹和方向。走刀路线的确定非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。,选择走刀路线,切入切出点,切入点,。,切入点是指在曲面的初始切削位置上，刀具与曲面的接触点。切出点是指在曲面切削完毕后，刀具与曲面的接触点。,切入切出点,切入点或切出点一般选取在零件轮廓两几何元素的交点处。引入线、引出线由与零件轮廓曲线相切的直线组成，这样可以保证零件轮廓曲线的加工形状平滑。,切入切出点,切入点的选择,。,。,。,A,B,C,应尽量避免在连续几何图素的中间切入,虽然是两几何图素的交点，但在这里刀具沿切线方向切出后将影响已加工表面精度,可沿图形轮廓切向切入切出，且保证轮廓封闭,切入切出路径,在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削，由于主轴系统和刀具的刚度变化，当沿法向切入工件时，会在切入处产生刀痕，所以应尽量避免沿法向切入工件。,切入切出路径,铣削外圆的切入切出路径,切入切出路径,铣削外轮廓的切入切出路径,当铣切内表面轮廓形状时，也应该尽量遵循从切向切入的方法，但此时切入无法外延，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线。当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。,切入切出路径,铣削内圆的切入切出路径,切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,切入切出路径,从尖点切入铣削内轮廓,铣削内轮廓的切入切出路径,以角点作为切入切出点,铣削内轮廓的切入切出路径,切入切出路径,容易产生过切现象,切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,走圆弧线切入,从直线中间切入,切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,切入切出路径,为了消除由于系统刚度变化引起进退刀时的痕迹，可采用多次走刀的方法，减小最后精铣时的余量，以减小切削力。,选择走刀路线,确定走刀路线的一般原则,保证零件的加工精度和表面粗糙度,方便数值计算，减少编程工作量,缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间,尽量减少程序段数,a)零件图样 b)路线1 c)路线2 图2-3 最短走刀路线的设计,返回,数控机床在反向运动时会出现反向间隙，如果在走刀路线中将反向间隙带入，就会影响刀具的定位精度，增加工件的定位误差。,避免引入反向误差,选择走刀路线,避免反向误差的加工路线,存在反向误差的加工路线,避免引入反向误差,选择走刀路线,铣削平面零件时，一般情况下采用立铣刀的侧刃进行切削平面零件的外轮廓。为了减少接刀痕迹，保证零件表面的质量，铣刀的切入、切出部分应该考虑适当外延，以保证零件轮廓的平滑过渡。,铣刀的切入点和切出点,选择走刀路线,铣削外表面轮廓时，铣刀的切入点和切出点，应该在沿零件轮廓曲线的延长线上，切向切入和切向切出零件的轮廓表面，而不应该沿零件轮廓曲线的法线切入零件，以避免产生划痕，确保零件轮廓的质量。,铣刀的切入点和切出点,选择走刀路线,铣削内表面轮廓时，铣刀的切入点和切出点无法外延。此时铣刀可沿零件轮廓的法线方向切入切出，并应该尽量将切入切出点选择在零件轮廓的几何元素交接处。,铣刀的切入点和切出点,选择走刀路线,总体原则 在保证零件加工精度和表面粗糙度的前提下，尽量缩短加工路线，以提高生产效率。,选择走刀路线,八 数控工艺文件的编制数控加工工艺文件既是数控加工和产品验收的依据，也是操作者必须遵守和执行的规程。不同的数控机床和加工要求，工艺文件的内容和格式有所不同，目前尚无统一的国家标准。下面介绍数控铣削加工常用的工艺文件。,返回总目录,1.数控加工工序卡数控加工工序卡与普通机械加工工序卡有较大的区别。数控加工一般采用工序集中，每一加工工序可划分为多个工步，工序卡不仅包含每一工步的加工内容，还应包含其程序号、所用刀具类型、刀具号和切削用量等内容。它不仅是编程人员编制程序时必须遵循的基本工艺文件，同时也是指导操作人员进行数控机床操作和加工的主要资料。表3-1所示为数控加工工序卡的基本形式。,2.数控加工刀具卡主要反映使用刀具的名称、编号、规格、长度和半径补偿值等内容，它是调刀人员准备和调整刀具、机床操作人员输入刀补参数的主要依据。表3-2所示为数控加工刀具卡的基本形式。,3.数控加工走刀路线图主要反映刀具进给路线，该图应准确描述刀具从起刀点开始，直到加工结束后返回终点的轨迹，如图3-7所示。它不仅是程序编制的依据，同时也便于机床操作者了解刀具运动路线（如下刀位置、抬刀位置等），计划好夹紧位置及控制夹紧元件的高度，以避免碰撞事故的发生。,数控加工走刀路线图,铣削工艺分析实例,1.零件图纸工艺分析 此零件是一种平面槽形零件，其轮廓由圆弧HA、BC、DE、FG和直线AB、HG以及过渡圆弧CD、EF所组成。需要在两轴联动的数控铣床上进行加工。零件材料为铸铁，切削性能较好。零件加工批量为40件。此零件在数控铣削加工前，外表面包括两个基准孔、零件最大直径280 mm与厚度为18mm的圆盘，均已经过粗加工。选择零件底平面A及其35G7、12H7 两孔作为定位基准。组成凸轮槽几何元素的关系清楚，条件充分，程序编制时所需基点和编程参数转换容易求得。对于凸轮槽内外轮廓对A面的垂直度要求，利用提高装夹精度，使零件A面与铣刀轴线保持垂直即可保证；35G7对A面的垂直度要求由前道工序予以保证。,铣削工艺分析实例,2.确定零件的装夹方案 采用“一面两孔”定位方式，设计“一面两销”的专用夹具：加工一32032040mm的垫块，在垫块上分别精镗35mm和12mm 两定位销安装孔，孔距为800.015mm，垫块平面度为0.05mm。加工前先固定垫块，使得两定位孔的中心连线与数控铣床的X轴平行，垫块的平面安装后应该与铣床工作台面平行，使用百分表检查。采用双螺母夹紧，能够提高零件的装夹刚性，防止铣削加工时由于螺母松动而引起的振动。,铣削工艺分析实例,3.确定零件的铣削加工进给路线(1)铣削加工中的进给路线包括平面内轨迹的加工进给和深度进给。在两轴联动或两轴以上联动的数控铣床上进行加工，对于平面内轨迹的加工进给，如果凸轮零件的轨迹是外轮廓曲线，则从零件外轮廓的切线方向切入，如果凸轮零件的轨迹是内轮廓曲线，则以过渡圆弧切入零件内轮廓轨迹曲线；对于零件加工的深度进给用两种方法：一种方法是在XZ（或YZ）平面内来回往复铣削逐渐进给到要求的深度位置，另一种方法是先加工出一工艺孔，然后从工艺孔的上方进给到要求的深度位置。,铣削工艺分析实例,3.确定零件的铣削加工进给路线(2)选择凸轮铣削加工的的进刀点在P点（150,0）。在数控铣削加工前，先在P点处加工出28mm的工艺孔，工艺孔深度留有1mm的余量。当刀具达到深度进给的位置后，刀具在XY平面内运行，进行凸轮轮廓轨迹曲线的铣削加工。为了保证凸轮工作表面工作轨迹曲线的加工精度和表面质量，加工中采用顺铣方式加工，即从进刀点P（150,0）开始运行，在加工凸轮零件的外轮廓时，按照顺时针的方向进行铣削加工；在加工凸轮零件的内轮廓时，按照逆时针的方向进行铣削加工。,铣削工艺分析实例,3.确定零件的铣削加工进给路线(3)铣削加工的余量分三次加工完成。加工刀具选择为18mm的硬质合金立铣刀；加工深度均为14 mm。工序1：加工深度13.5 mm，进给加工路线为PFGHABCDEP，粗铣切削加工凸轮型槽（外侧）槽宽18 mm；工序2：加工深度13.5 mm，进给加工路线为 PEDCBAHGFP，粗铣切削加工凸轮型槽（内侧）槽宽5 mm；工序3：检测零件的几何尺寸和精度，确定进刀深度与刀具半径偏置值；工序4：加工深度14 mm，进给加工路线为PFGHABCDEP，精铣切削加工凸轮型槽外侧轮廓轨迹曲线；工序5：加工深度14 mm，进给加工路线为 PEDCBAHGFP，精铣切削加工凸轮型槽内侧轮廓轨迹曲线。,铣削工艺分析实例,4.选择零件铣削加工的刀具和切削用量 铣刀及其刀具几何参数的选取主要根据被加工零件的材料加工性、零件表面几何形状以及尺寸来进行；切削用量的选取则主要根据被加工零件材料的特点、刀具性能和加工精度来进行。在数控铣削加工中，为了提高加工效率，通常尽量选择接近加工尺寸的铣刀，单侧吃刀量取铣刀直径的1/3或1/2；切削速度和进给速度一般根据实验或经验来选取加工效率和刀具寿命的最佳综合值。精铣时的切削速度应该选择高些，以便尽量提高零件表面的加工质量。本凸轮零件的材料为铸铁，属于一般材料，在加工时的切削性能较好。因此加工刀具选择为18mm的硬质合金立铣刀；主轴转速选取为150235 r/min；进给速度选取为3060 mm/min。,铣削工艺分析实例,
