数控铣床的操作技术.ppt

第四章 数控铣床的操作技术,第一节 数控铣床概述,一 数控铣床的种类数控铣床是一种用途广泛的机床，除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削25坐标连动的各种平面轮廓和立体曲面轮廓。若以机床主轴布置和机床的布局分类。分三种类型；立式、卧式、龙门式。数控立式铣床数控立式铣床的主轴与铣床的工作台面垂直，优点；工件安装方便，加工时便于观察，缺点；不便于排屑。一般采用固定式立柱结构，主轴箱作上下运动，并通过立柱内的重锤平衡主轴箱的重量。为保证机床的刚性，主轴中心线距立柱导轨面的距离不能太大、因此这种结构主要用于中小尺寸的数控铣床。,数控卧式铣床 数控卧式铣床的主轴与工作台面平行。优点；排屑方便顺畅，缺点；加工时不便于观察。一般都配有数控迴转工作台，便于加工零件的不同侧面。数控卧式铣床另配备自动换刀装置（ATC）后即为卧式加工中心。数控龙门式铣床大型的数控铣床，一般采用对称的双立柱式结构，以保证机床整体刚性和强度即数控龙门式铣床，有工作台移动和龙门架移动两种形式。主要用于加工飞机整体结构件零件，大型箱体零件和大型模具等,二 数控铣床的主要功能1.三坐标联动数控铣床一般都具备三坐标以上联动的功能。能进行直线插补和圆弧插补，自动控制铣刀相对工件进行铣削加工，坐标的联动轴数的越多，可加工的范围越大。2.孔及螺纹加工固定尺寸孔用孔加工刀具进行钻、扩、铰、锪、镗削等加工，也可用铣刀铣削不同尺寸的孔。螺纹孔用丝锥加工。若数控系统有加工螺纹功能，用螺纹铣刀铣削内螺纹和外螺纹，这种方法比传统的丝锥加工效率要高。3.刀具补偿功能4.公制、英制单位转换5.绝对坐标、相对坐标编程6.主轴转速、进给速度的调整,7.循环功能8.工作坐标系设定设定工件坐标系是根据工件的特点确定其在工作台上的装夹位置。可以同时设定46个工件坐标系，还可以根据工件位置的变化对工件坐标系进行平4移和或旋转。这样可方便编程和加工。9.数据的输入、输出及DNC功能10.子程序11.自诊断功能,第二节 数控铣床的性能特点,一 数控铣床的技术参数及组成如图4.4XK5032型数控铣床的主要技术参数：工作台工作面积 1220mm320mm工作台纵向行程（X轴）750 mm工作台横向行程（Y轴）350 mm工作台垂向行程（Z轴）450 mm主轴孔锥度 ISO40，724主轴中心线至床身垂直导轨的距离 330 mm定位精度 0.013 主轴转速范围 150-3500/200-6000rpm主轴电机功率 5.5KW/3.7KW定位精度 0.013 mm重复定位精度 0.0038 mm工作台允许最大承重 363kg机床重量 2722kg,（1）床身 有良好的刚性布局合理，在机床内部设有冷却液储存油池，底座有四各调整螺栓用于调整机床水平。（2）铣头部分 由变速箱和铣头两部分组成。铣头具有高速回转精度和良好底刚性。变速范围宽，传动平稳，操作方便。刹车机构能使主轴迅速制动，节约时间。铣头部分装有传动链可使主轴作垂向直线运动。（3）工作台 工作台与床鞍支承在升降台较宽的导轨上。工作台的纵横向运动通过伺服电机、齿轮、同步带、精密滚珠丝杠符来实现。床鞍纵横导轨面采用贴塑面，这样提高了导轨的耐磨性、运动的平稳性和精度的保持性，消除了低速爬行现象。,（4）升降台（5）冷却与润滑装置 二 数控铣床的控制面板和操作面板1.CRT/MDI控制面板1）主功能键2）数据输入键3）编辑键4）复位键5）输入输出键6）软键7）：其它辅助键2.机床操作面板1）手动键2）自动加工键,第三节 数控铣床加工前工艺准备及刀具的选用,一、数控铣床的加工工艺准备的主要内容1.数控铣床加工零件工艺分析2.数控铣床加工零件工艺路线的制定制定工艺路线是选择加工表面的加工方法，划分加工阶段、加工工序及安排工序先后次序。结合生产的实际情况通过对比分析，选择最合理的方案。（1）表面加工的加工方法选择在数控铣床加工方法有内孔表面加工方法的选择、平面加工方法的选择、平面轮廓加工方法的选择、固定斜角平面加工方法的选择、变斜角面加工方法的选择、曲面轮廓加工方法的选择。,（2）加工阶段的划分加工阶段的划分是根据零件加工的质量要求，用几道工序逐步达到零件的质量要求。零件加工阶段一般分粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段及光整加工阶段四个。目的是保证加工质量、合理使用设备、便于及时发现毛坯缺陷、便于安排热处理工序。,（3）工序的划分工序划分的原则有两种工序集中划分和工序分散划分。工序集中是指每道工序中尽可能多的加工内容，从而使加工工序减少。优点；有利于采用高效的专用设备和数控机床，减少工序数目，缩短工艺路线，提高生产效率。缺点；工艺装备和设备一次性投资较大，调整维护较麻烦，生产准备周期较长。工序分散划分是每道工序加工内容少。零件的加工工序多。优点；采用的设备结构简单，调整维修方便，操作简单，转产容易。缺点；工艺路线长，需较多的设备和工人，占地面积大。（4）加工工序地安排在加工方法选择、工序划分后。工艺路线拟定就是要合理地安排加工方法和加工顺序。零件地加工顺序有切削加工工序安排、热处理工序和辅助工序安排。切削加工工序安排的原则是优先基面加工，先粗加工后精加工，主表面先加工次表面后加工，先面后孔。热处理工序安排的原则先预备热处理消除毛坯制造的残余应力，消除机械加工中产生的残余应力热处理，最终热处理提高零件的强度，表面硬度和耐磨性。辅助工序安排的原则（包括表面处理、清洗和检验保证质量等），在粗加工结束精加工前、重要工序之后、工件在不同车间转换前后和工件加工结束后。,二 刀具的选用1铣刀的种类1）、按铣刀的装卡方法分（1）套装铣刀铣刀上具有与刀杆相配合的圆孔。（2）有尾铣刀直径尺寸比较小的立铣刀做成带柄的。2）、按铣刀的结构分：（1）整体铣刀铣刀用一块材料制成。制造整体铣刀的材料一般为高速钢。（2）镶齿铣刀铣刀刀体用普通钢材制造，刀体上开槽，镶上刀齿，刀齿可用高速钢或硬质合金制成。这种铣刀不仅可以节约贵重材料，而且刀齿损坏后可以更换。3）、按铣刀形状及用途分：（1）立铣刀刀齿分布在圆柱的柱面及一端面上，它有直柄和锥柄两种。立铣刀用于铣削平面、沟槽和台阶面。（2）端铣刀刀齿分布在圆柱的柱面及一端面上。这种铣刀主要用于铣平面 和台阶。（3）盘铣刀这种铣刀除在圆柱面上有齿外，有的一个端面上或两个端面上也有齿，分别称为单面刃盘铣刀、双面刃盘铣刀、三面刃盘铣刀。圆柱面上刀齿交错倾斜的又称为错齿盘铣刀。盘铣刀用于铣凹槽和台阶。,（5）圆柱铣刀刀齿分布在圆柱的柱面上，这种铣刀用于铣削平面。（6）锯片铣刀铣刀厚度在15毫米之间，刀齿分布在圆周面上。这种铣刀用于铣窄槽和切断。（7）成形铣刀用于加工成形面，如凸半圆铣刀、凹半圆铣刀、齿轮铣刀等。其加工精度稳定，生产率高。（8）T形槽铣刀用于加工T形槽。（9）燕尾槽铣刀用于加工燕尾槽。2 铣刀的选择数控铣床加工方法与传统加工方法相比，由于数控铣床具有高精度，高性能。所以数控铣床加工对刀具要求更高，数控加工用的刀具要有精度高、刚度好、耐用度高，尺寸稳定，安装调整方便等方面的功能。合理地选择刀具结构及几何参数。是选使数控铣刀时要特别注意的；1）.面铣刀的选择标准可转位面铣刀直径为16630mm，应根据侧吃刀量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，减少相邻两次进给之间的接刀痕迹和保证铣刀的耐用度。,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；粗铣带断续表面的铸件和在平稳条件下铣削钢件时，可选用细齿铣刀。密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于加工薄壁铸件。2）.立铣刀的选择立铣刀的选择一般按经验数据选取刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径，一般取R（0.80.9）。零件的加工高度H（1/41/6）R，以保证刀具具有足够的刚度。对于不通孔（深槽），选取H（510）mm。（为刀具切削部分长度，H为零件高度）。加工外形及通槽时，选取Hr（510）mm(r为刀尖半径)粗加工内轮廓面时，铣刀的最大直径可按式计算,式中 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；精加工余量 圆角两邻边的夹角加工筋时，刀具直径为（510）（为筋的厚度）3）.使用数控铣刀时注意的几个问题；在数控铣床上铣削平面时，应采用可转位式硬质合金刀片铣刀，采用两次走刀方式；一次粗铣，一次精铣。当连续切削时，粗铣刀直径要小些以减少切削扭矩，精铣刀直径要大一些，最好能包容待加工面的整个宽度。加工余量大且加工表面又不均匀时，刀具直径要选的小一些，否则，当粗加工时会因接刀刀痕过多而影响加工质量。高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，不要用于加工毛坯面，因为毛坯面有硬化层和夹砂现象，会加速刀具的磨损。加工余量较小，并且要求表面粗糙度较低时，应采用立方氮化硼（CBN）刀片端铣刀或陶瓷刀片端铣刀。,镶硬质合金的立铣刀可用于加工凹槽、窗口面、凸台面和毛坯表面。镶硬质合金的玉米铣刀可以加工进行强力切削，切削毛坯表面和用于孔的粗加工。加工精度要求较高的凹槽时，可采用直径比槽宽度小一些的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具的半径补偿功能铣削槽的两边，直到达到精度要求位止。在数控铣床上钻孔，钻孔深度为直径的5倍尺寸时的深孔加工容易折断钻头，应采用固定循环程序，多次自动进退，以利于冷却和排屑。钻孔前最好先用中心钻钻一个中心孔或采用一个刚性好的短转头锪窝引正，锪窝除了可以解决毛坯表面钻孔引正问题外，还可以替代孔口倒角。3 切削用量的确定铣削切削用量包括主轴转速、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量几个方面。切削用量选择正确与否对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量及加工成本都有影响。数控加工时选取切削用量的原则；就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使加工效率最高，加工成本最低。,1）粗、精加工时切削用量的选择原则粗加工时切削用量的选取；首先选取尽量大的背吃刀量，其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取仅可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。精加工时切削用量的选取；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。）切削用量的选择方法为保证刀具的耐用度，铣削用量的选择方法是；先选取背吃刀或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）的选择 背吃刀量为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，为切削层深度；而圆周铣削时，为被加工表面的宽度。,背吃刀量（mm）的选择由加工余量确定，粗加工（1080）时，一次进给应尽可能切除全部余量。在中等功率机床上，背吃刀量可达810mm，半精加工（1.2510）时，背吃刀量可取0.52mm精加工（0.321.25）时，背吃刀量取0.20.4mm。粗加工分多次进刀时应在第一、第二次的进给时的背次刀量尽量取大一些。进给量（mm/r）、进给速度或（mm/min）的选择进给量、进给速度是数控铣床的重要参数，根据零件的表面粗糙度，加工精度的要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取。对于多齿刀具，其进给速度、刀具转速、刀具齿数及每齿进给量的关系为,粗加工时；主要考虑机床进给机构的强度和刚性及刀杆的刚度和刚性等因素，根据加工材料、刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量来选择进给量。半精加工；精加工时按表面粗糙度的要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度来选择进给量，如精铣时取2025 mm/min。,第四节 数控铣床的基本操作,一、加工前底准备及方式选择二、机床的手动操作手动返回参考点2.手动连续进给操作步骤3.步进方式进给操作4.手动手轮进给操作 三、机床的自动运行操作1.存储器方式下的运行2.“MDI”方式的运行3.自动运转的执行4.自动运行结束5.复位,四、机床的试运行五、刀具偏置设定六、程序的输入和编辑刀具偏置设定程序号检索删除程序字的插入、变更、删除七、数控铣床的一般操作步骤1.数控铣床操作步骤工件程序的编辑与输入开机回参考点加工程序的输入调用程序的编辑程序的检查与调试工件的安装与找正启动坐标轴进行连续加工关机,第五节 数控铣床的应用举例,例 盖板零件如图4.10所示，分析工艺要求，制定加工工序。（1）工艺要求按零件图编制用数控铣床加工零件的加工程序，铣削上表面，最大外形轮廓，挖深度为2.5mm的凹槽，钻8个5.5和5个6.5的孔。公差按IT10级自由公差确定，加工表面粗糙度6.3。（2）工艺分析该零件是一个比较典型的；为轴对称图形，并便于安装和定位，在数控铣削加工中具有一定的代表性。图样分析该零件以22mm孔的中心线为基准，尺寸标注齐全；且无封闭尺寸及其他标注错误；尺寸精度要求不高。加工工艺,该零件为铸造件（铸铁），结构不复杂。但对要求加工部分需要一次定位二次装夹。根据数控铣床工序划分原则，先安排平面铣削，后安排孔和槽的加工。对于该零件加工顺序为；先铣削上平面，铣削轮廓；用中心钻点窝；钻5.5mm的孔；钻6.5mm的孔；然后，先用压板压紧工件，再松开定位销螺母、进行挖2.5mm深的中心槽。,选择装夹和定位该零件在生产时，可采用“一面、两销”的定位方式，以工件的底面为第一定位基准，定位元件采用支承面，限制工件在X、Y方向底旋转运动和Z方向底直线运动，两个22mm底孔作为第二定位基准，定位元件采用带有螺纹底两个圆柱定位销，进行定位和压紧。限制工件在X、Y方向底直线运动和Z方向底旋转运动。挖2.5mm深的中心槽时，先用压板压工件，再松开定位销螺母。在比量生产加工过程中，应保证定位销与工作台相对位置底稳定。选择铣刀和切削用量铣削上表面选取25mm立铣刀（由于采用两个中心孔定位，不能使用端面铣刀），先进行粗铣，留0.20.5mm余量，再进行精铣；最大外形轮廓铣削可选用直径较大的刀，根据余量决定铣削次数，最后余量加工应0.5mm；挖深度为2.5mm，选用直径8mm的立铣刀；钻5.5mm和6.5mm的孔，先用3的中心钻点窝，再分别用5.5mm和6.5mm的麻花钻钻削。,确定走刀路线盖板挖槽走刀线路如图4.11所示，采用由内向外“平行环切并清角”或采用由外向内“平行“环切并清角”的切削方式。盖板钻孔走刀路线如图所示。编程与坐标系大端22mm孔的中心点为坐标系原点，对刀点根据实际情况而定，定位销与工作台固定以后，可以套装一标准块，然后再进行定位。,加工工序卡和刀具使用卡片盖板数控铣加工工序卡片表44和刀具使用卡片见表451、盖板零件数控加工工序卡,2、盖板零件数控加工刀具使用卡,例 平面凸轮铣削工艺分析及程序编制平面凸轮如图4.13所示。,1 工艺分析从图上要求看出，凸轮曲线分别由几段圆弧组成，30孔为设计基准，其余表面包括4-13H7孔均已加工。故取30孔和一个端面作为主要定位面，在联接孔13的一个孔内增加削边销，在端面上用螺母垫圈压紧。因为孔是设计和定位的基准，所以对刀点选在孔中心线与端面的交点上，这样很容易确定刀具中心与零件的相对位置。2 加工调整加工坐标系在X和Y方向上的位置设在工作台中间，在G53坐标系中取X-400，Y-100。Z坐标可以按刀具长度和夹具、零件高度决定，如选用20的立铣刀，零件上端面为Z向坐标零点，该点在G53坐标系中的位置为Z-80处，将上述三个数值设置到G54加工坐标系中。加工工序卡如表46所示。,3 数据处理该凸轮加工的轮廓均为圆弧组成，因而只要计算出基点坐标，就可编制程序。在加工坐标系中，各点的坐标计算如下：BC弧的中心O1点：X-(175638)sin859-3728 Y-(175638)cos859-23586EF弧的中心O2点：X2Y2692 联立(X-64)2Y2212解之得 X6575，Y2093HI弧的中心O4点：X-(17561)cos2415-215.18Y(17561)sin 24159693DE弧的中心O5点：X2Y26372 联立(X-6575)2(Y-2093)221302 解之得 X6370，Y-027B点：X-638sin859-996 Y-638cos859-6302C点：X2Y2642 联立,(X3728)2(Y23586)21752解之得 X-557，Y-6376D点：(X-6370)2(Y027)2032 联立 X2Y2642解之得 X6399，Y-028E点：(X-637)2(Y027)2032 联立(X-6575)2(Y-2093)2212解之得 X6372，Y003F点：(X107)2(Y-16)2462 联立(X-6575)2(Y-2093)2212解之得 X4479，Y1960G点：(X107)2(Y-16)2462 联立 X2Y2612解之得 X1479，Y5918,H点：X-61cos2415-5562 Y61sin 24152505I点：X2Y263802 联立(X21518)2(Y-9693)21752解之得 X-6302，Y997根据上面的数值计算，可画出凸轮加工走刀路线图。如表47所示。4.编写加工程序凸轮加工的程序及程序说明如下：N10 G54 X0 Y0 Z40/进入加工坐标系N20 G90 G00 G17 X-738 Y20/由起刀点到加工开始点N30 G00 Z0/下刀至零件上表面N40 G01 Z-16 F200/下刀至零件下,N50 G42 G01 X-638Y10 F80 H01/开始刀具半径补偿N60 G01 X-638 Y0/切入零件至A点N70 G03 X-996 Y-6302 R638/切削ABN80 G02 X-557 Y-6376 R175/切削BCN90 G03 X6399 Y-028 R64/切削CDN100 G03 X6372 Y003 R03/切削DEN110 G02 X4479 Y196 R21/切削EFN120 G03 X1479 Y5918 R46/切削FGN130 G03 X-5526 Y2505 R61/切削GHN140 G02 X-6302 Y997 R175/切削HIN150 G03 X-6380 Y0 R638/切削IAN160 G01 X-6380 Y-10/切削零件N170 G01 G40 X-738 Y-20/取消刀具补偿N180 G00 Z40/Z向抬刀N190 G00 X0 Y0 M02/返回加工坐标系原点，结束参数设置：H0110；G54：X-400，Y-100，Z-80。,第六节 数控铣床的维护与保养,一 数控铣床操作过程中的注意实事项1）开机检查时注意2）电源开启时注意3）手动操作时注意4）编辑时注意5）串口通信时注意6）传送程序时注意7）报警时注意,一 数控铣床操作过程中的注意实事项1）开机检查时注意2）电源开启时注意3）手动操作时注意4）编辑时注意5）串口通信时注意6）传送程序时注意7）报警时注意二 数控铣床的维护与保养1.要有切实可行的维修保养制度2.要有切实可行的操作规程3.要保持良好的润滑状态4.机械精度的检查与调整5.检查各个插接件有无松动6.经常清扫卫生如果太脏，粉尘太多可能影响数控铣床的正常工作,