数控机床编程与操作ppt课件第4章数控铣削加工编程技术.ppt

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1、第4章 数控铣削编程,一、教学基本要求1了解数控铣削加工编程技术；2熟悉数控铣床的编程基础；3掌握数控铣床基本编程；二、教学提示1教学重点：数控铣床基本编程。2教学难点：数控铣床基本编程。3教学手段和方法：课堂讲授结合上机、机床操作与实验。三、教学内容,数控铣床和加工中心可加工各种平面及曲面轮廓的复杂型面零件。本章介绍数控铣削的编程方法。,数控铣床的分类,立式铣床,立式铣床,数控铣床的分类,卧式铣床,数控铣床的分类,立卧两用,数控铣床的分类,龙门式,数控铣床的功能,平面类零件,数控铣床的功能,变斜角类零件的加工,数控铣床的功能,曲面类零件的加工,4.1 数控铣削编程特点及坐标4.1.1 数控铣

2、削编程特点,各种平面及曲面轮廓的零件，例如凸轮、模具、叶片、螺旋桨等，由于其型面复杂，需要多坐标联动加工，因此多采用数控铣床、加工中心进行加工。,1平面轮廓的加工 这类零件的表面多由直线和圆弧或各种曲线构成，图4-1为由直线和圆弧构成的平面轮廓，工件轮廓为ABCDEA，采用刀具半径为r的圆柱铣刀沿周向加工，虚线为刀具中心的运动轨迹。当机床具备刀具补偿（G41，G42）功能，且能跨象限编程时，可按轮廓AB、BC、CD、EA划分程序段。当机床不具备G41，G42功能时，则按刀心轨迹AB、BC、CD、DE、EA划分程序段，并按虚线所示的坐标值编程。当机床不具备自动跨象限功能时，需按象限划分圆弧程序段

3、，使程序段的数目相应增加。为保证加工面光滑，增加了外延PA，切出外延AK，让刀具沿KL及LP返回程序起点。在编程时应尽量避免切入和进给中途停顿，以防止在零件表面留下划痕。,图4-1 平面轮廓铣削,对平面轮廓为任意曲线的加工，需要采用直线段或圆弧段逼近的方法进行“节点”计算，并按节点划分程序段。,2曲面轮廓的加工 立体曲面的加工应根据曲面形状、刀具形状（球状、柱状、端齿）以及精度要求采用不同的铣削方法，如二轴半、三轴、四轴、五轴等插补联动加工。(1)二轴联动的三轴行切法加工 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刀，称为两轴半联动。如图4-2所示，将X向分成若干段，圆头铣刀沿Y

4、Z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。行切法加工中通常采用球头铣刀（亦称指状铣刀）。球头铣刀的刀头半径应选得大些，有利于散热，但刀头半径不应大于曲面的最小曲率半径。,图4-2 曲面行切法,用球头铣刀加工曲面时，总是用刀心轨迹的数据进行编程。图4-3为二轴半坐标加工的刀心轨迹与切削点轨迹示意图。ABCD为被加工曲面，P平面为平行于YZ坐标面的一个行切面，其刀心轨迹O1O2为曲面ABCD的等距面IJKL与行切面PYZ的交线，显然O1O2是一条平面曲线。在此情况下，曲

5、面的曲率变化会导致球头刀与曲面切削点的位置改变，因此切削点的连线必是一条空间曲线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。,由于二轴半坐标加工的刀心轨迹为平面曲线，故编程计算比较简单，数控逻辑装置也不复杂，常在曲率变化不大及精度要求不高的粗加工中使用。,图4-3 二轴半坐标加工,(2)三轴联动加工 X，Y，Z三轴可以同时插补联动。用三轴联动加工曲面时，通常也用行切方法。如图4-4所示，P平面为平行于YZ坐标面的一个行切面，它与曲面的交线为ab，若要求ab为一条平面曲线，则应使球头刀与曲面的切削点总是处在平面曲线ab上（即沿ab切削），以获得规则的残留沟纹。显然，这时的刀心轨迹O1O2不在PYZ平面上，

6、而是一条空间曲线（实际上是空间折线），因此需要X，Y，Z三轴联动。,三轴联动加工常用于复杂空间曲面的精确加工（精密锻模），但编程计算较为复杂，所用机床的数控装置还必须具备三轴联动功能。,图4-4 三坐标加工,(3)四轴加工 如图4-4所示的工件，侧面为直纹扭曲面。若在三坐标联动的机床上用球头铣刀按行切法加工时，不但生产效率低，而且表面粗糙度大。为此，采用圆柱铣刀周边切削，并用四轴控制铣床加工。即除三个直角坐标运动外，为保证刀具与工件型面在全长始终贴合，刀具还应绕O1（或O2）作摆角联动。由于摆角运动导致直角坐标（图中Y轴）需作附加运动，所以其编程计算较为复杂。(4)五轴加工 螺旋桨叶片是五轴加

7、工的典型零件之一，其叶片的形状和加工原理如图4-5所示。,图4-5 五坐标加工,在半径为Ri的圆柱面上与叶面的交线AB为螺旋线的一部分，螺旋角为i，叶片的径向叶型线（轴向割线）EF的倾角为后倾角，螺旋线AB用极坐标加工方法，并且以折线段逼近。逼近段mn是由C坐标旋转与Z坐标位移Z的合成。当AB加工完后，刀具径向位移X（改变Ri），再加工相邻的另一条叶型线，依次加工即可形成整个叶面。由于叶面的曲率半径较大，所以常采用端面铣刀加工，以提高生产率并简化程序。因此，为保证铣刀端面始终与曲面贴合，铣刀还应作由坐标A和坐标B形成的1和1的摆角运动。在摆角的同时，还应作直角坐标的附加运动，以确保铣刀端面中心

8、始终位于编程值所规定的位置上，所以需要五坐标加工。,3数控铣床的编程特点 数控铣床可通过两轴联动加工零件的平面轮廓，通过二轴半控制、三轴或多轴联动来加工空间曲面零件，由以上分析可知，数控铣床加工编程具有如下特点：(1)首先应进行合理的工艺分析。由于零件加工的工序多，在一次装卡下，要完成粗加工、半精加工和精加工，周密合理地安排各工序的加工顺序，有利于提高加工精度和生产效率。(2)尽量按刀具集中法安排加工工序，减少换刀次数。(3)合理设计进、退刀辅助程序段，选择换刀点的位置，是保证加工正常进行，提高零件加工精度的重要环节。(4)对于编好的程序，必须进行认真检查，并于加工前进行试运行，以减少程序出错

9、率。,7.1.2 坐标系与原点,1机床坐标系 数控铣床用于加工工件的平面、内外轮廓、孔、攻螺纹等工序，并可通过两轴联动加工零件的平面轮廓，通过两轴半控制、三轴或多轴联动来加工空间曲面零件。数控铣床坐标系以数控铣床主轴轴线方向为Z轴，刀具远离工件的方向为Z轴正方向。X轴位于与工件安装面相平行的水平面内，对于卧式铣床，人面对机床主轴，左侧方向为X轴正方向；对于立式铣床，人面对机床主轴，右侧方向为X轴正方向。Y轴方向则根据X，Z轴按右手笛卡儿直角坐标系来确定。,2工件坐标系 工件坐标系是由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定的。在选择数控铣床工件坐标系原点（工件原点）的位置时应注意：,(1)工件原

10、点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算，并减少错误；(2)工件原点尽量选在精度较高的工件表面，以提高被加工零件的加工精度；(3)对于对称的零件，工件原点可设在对称中心上；(4)对于一般零件，工件原点设在工件外轮廓的某一角上；(5)Z轴方向上的零点，一般设在工件上表面。机床坐标系与工件坐标系的关系如图4-6所示。,图4-6 机床坐标系与工件坐标系的关系,3机床原点 机床原点是机床坐标系的原点，其在制造机床时已经被确定下来，并且原则上是不可改变的。机床坐标系就是以该点为原点建立的。4编程原点 一般情况下，编程原点即编程人员在计算坐标值时的起点，编程人员在编制程序的时候不考虑工件在机床上的

11、安装位置，它只是根据零件的特点及尺寸来编程，因此，对于一般零件而言，工件原点即为编程原点。,5机床参考点 机床参考点是由机床制造厂家人为定义的点，机床参考点与机床原点之间的坐标位置关系是固定的，并被存放在数控系统的相应机床数据中，一般是不允许改变的，仅在特殊情况下可通过变动机床参考点的限位开关位置来变动其位置；但同时必须能准确测量出机床参考点相对机床原点的几何尺寸距离并存入数控系统的相应机床数据中，才能保证原设计的机床坐标系不被破坏。每次启动数控铣床后，机床坐标系的三个坐标轴依次移动到数控铣床正方向的一个极限位置，该位置就是机床参考点。机床参考点的作用就是在每次数控机床启动时，通过操作机床，执

12、行机床回参考点的运动，使数控系统的坐标系与机床坐标系相一致。目前，数控机床在运行自动加工功能前都必须先执行返回机床参考点的操作。,4.2数控铣削工艺4.2.1选择并确定数控铣削加工部位及工序内容,1.一般下列加工内容常采用数控铣削加工：(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

13、工内容。,2.下列加工内容建议不采用数控铣削加工：(1)需要进行长时间占机和进行人工调整的粗加工内容。(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。,4.2.2零件图的工艺性分析,1.零件图的工艺性分析零件图工艺性分析应包括以下内容：(1)图纸尺寸的标注是否方便编程。(2)构成工件轮廓图形的各种几何元素的条件是否充分。(3)各几何元素的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)是否明确。(4)有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸

14、。(5)零件所要求的加工精度、尺寸公差是否都可以得到保证。(6)当面积较大的薄板厚度小于3时，很难保证尺寸精度。内槽及缘板之间的内转接圆弧是否过小。,如图4-7所示，如工件的被加工轮廓高度低，转接圆弧半径大，可以采用较大直径的铣刀来加工，加工其腹板面时，走刀次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因此工艺性较好，反之亦然。一般而言，R0.2H（H为被加工轮廓的最大高度）时，可以判定为零件该部位工艺性不好。,图4-7 缘板高度及内孔转接圆弧对零件铣削工艺性的影响,(8)零件上有无统一基准以保证两次装夹加工后其相对位置的正确性?（9）零件铣削面的槽底圆角或腹板与缘板相交处的圆角半径r是否太大?如图

15、4-8所示，当r越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也越低，当r大到一定程度时甚至必须用球头刀加工，这是应当尽量避免的。,图4-8 零件底面圆弧对铣削工艺性的影响,(7)零件图中各加工面的凹圆弧(R或r)是否过于零乱，是否可以统一？即使不能寻求完全统一，也要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，尽量减少铣刀规格和换刀次数。,(10)分析零件的形状及原材料的热处理状态，哪些部位最易变形。可以采用哪些工艺措施进行预防。加工后的变形问题采用什么工艺措施来解决。,2零件毛坯的工艺性分析(1)毛坯的加工余量是否充分，批量生产时的毛坯余量是否稳定 毛坯主要指锻、铸件，因模锻时的久压量与允许的错

16、模量会造成余量多少不等，铸造时也会因沙型误差、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、铸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。在数控铣削中，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)分析毛坯在安装定位方面的适应性 主要考虑毛坯在加工时的安装定位方面的可靠性与方便性，以便充分发挥数控铣削在一次安装中加工出许多待加工面。考虑要不要另外增加装夹余量或工艺凸台来定位与夹紧。什么地方可以制出工艺孔或要不要另外准备工艺凸耳来特制工艺孔。(3)分析毛坯的余量大小及均匀性 主要是考虑在加工时要不要分层切削，分

17、几层切削，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。,如图所示，铣刀由A向B运动，当进给速度较高时，由于惯性作用，在拐角处的金属可能出现“超程”现象，即将拐角处的金属多切去一些。若为向外凸起的表面，B处会有部分金属未被切除，使轮廓表面产生误差。解决的办法是，在编程时，在接近拐角前适当地降低进给速度，过拐角后再逐渐增速。即将AB分成两段在AA段使用正常的进给速度，到A处开始减速，过B后再逐步恢复到正常进给速度，从而减少超程量。,图 超程误差与控制,4.2.3走刀路线的确定,1.走刀路线：是数控加工中刀具刀位点相对工件运动的轨迹及方向。走刀路线既包括了工步的内容，也反映出工

18、步安排的顺序，是编写程序的重要依据。因此，要合理地选择走刀路线。在确定走刀路线时最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去，这样可以给程序编制带来许多的方便。,2.影响走刀路线选择的主要因素有：被加工工件的材料、余量、刚度、加工精度要求、表面粗糙度要求；机床的类型、刚度、精度；夹具的刚度；刀具的状态、刚度、耐用度等。选择走刀路线时要充分考虑这些因素，以便选择最合理的走刀路线。合理的走刀路线:是指能保证零件加工精度、表面粗糙度要求，数值计算简单，程序段少，编程量小，走刀路线最短，空程最少的高效率路线。,3.各种控制方式的走刀路线:(1)点位控制数控机床的走刀路线:包括在XY平面上的走刀路线

19、和Z向的走刀路线。欲使刀具在XY平面上的走刀路线最短，必须保证各定位点间的路线的总长最短。如图4-9所示点群零件图4-9(a)的加工，经计算发现图4-9(c)所示走刀路线总长较图4-9(b)为短。,a)b)c)图4-9 最短走刀路线设计,a)点群零件 b)较短走刀路线 c)最短走刀路线,a)b)图4-10 引入量Z和超越量Z,欲使刀具在Z向(即刀具轴向)的走刀路线最短，需要严格控制刀具相对于工件在Z向的引入量Z和超越量Z(见图4-10)。引入量Z的经验数据为：在已加工面上钻、镗、铰孔：Z=1mm-3mm 在毛面上钻、镗、铰孔：Z=4mm-6mm 攻丝：Z=5mm-10mm 铣削：Z=5mm-1

20、0mm 超越量Z仅在加工通孔时才存在，其大小可通过简单计算确定。,对于点位控制机床，一般要求定位精度高，定位过程尽可能地快。为此，人们常常同时采用两种方法予以满足。一种是单向趋向定位点的方法(见图4-11)，这种方法可以避免传动系统误差和测量系统某些误差(如间隙)对定位精度的影响。在孔加工中，除了空行程尽量最短之外，在镗孔中，孔系之间往往还要有较高的位置精度。因此安排镗孔路线，要安排各孔的定位方向一致，即单向趋向定位点，以免传动系统的误差或测量系统误差对定位精度产生影响。,a)b)图4-11 单向趋向定位点,a)正向移动 b)反向移动,c)d)图4-11 单向趋向定位点的方式c)正向移动加工

21、d)反向移动加工,图4-11c)所示的加工路线中，在加工孔IV时，X方向的反向间隙将影响与孔III之间的孔距精度，而图4-11d)所示的加工路线中，可使各孔的定位方向一致，从而提高孔距精度。,另一种是分级降速趋近定位点的方法，这种方法的特点是刀具移动的大部分行程用快速移动，接近定位点的小部分行程用低速度移动。这种方法既可加速定位过程，又可以减小惯性作用，保证定位精度。图4-12(a)和(b)表示出了分级降速趋向定位点的两种方式。,a)b)图4-12 分级降速趋向定位点,(2)轮廓控制数控机床走刀路线 对于轮廓控制数控机床，最短走刀路线是以保证零件加工精度和表面粗糙度要求为前提的。因此，在选择走

22、刀路线时，一般应保证零件的最终轮廓是连续加工获得的。图4-13是一个铣凹槽的例子，图4-13(a)所示走刀路线最短，加工表面粗糙度最差：图4-13(b)所示走刀路线最长；图4-13(c)所示走刀路线方案最佳。,a)b)c)图4-13 铣凹槽的三种走刀路线,（3）在数控铣床上加工零件，为获得较低的表面粗糙度和较高的加工精度，还应注意以下几点：合理设计切入、切出程序段 对于平面轮廓，一般是利用立铣刀周刃进行切削的，为了避免在轮廓的切入和切出处留下刃痕，刀具应沿零件轮廓的延长线切向切入和切出(见图4-14)。若受结构、尺寸等限制，平面轮廓内形不允许沿其切向切入切出时，则应沿零件轮廓的法向切入和切出，

23、而切入、切出点要尽可能选用零件轮廓相邻两几何元素的交点。避免在切削过程中进给停顿 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。如用立铣刀周齿铣削平面轮廓，就应避免在铣削表面范围内沿刀具轴线下刀和抬刀。采用多次走刀和顺铣加工 因为在相同的切削条件下，顺铣能获得较低的表面粗糙度。,图4-14 切入切出方式,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；或采用对称去余量法安排走刀路线。铣削曲面时，常用球头刀采用“行切法”进行加工。所谓行切法：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

24、求确定的。,a)b)图4-15 曲面加工的加工路线,对于边界敞开的曲面加工，可采用两种加工路线，如图4-15所示。对发动机大叶片，当采用图4-15(a)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。可以准确保证母线的直线度。当采用图4-15(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。总之，确定走刀路线的原则是，在保证零件加工精度和表面粗糙度的条件下，尽量缩短加工路线，以提高生产率。,（4）编制数控铣削程序时应注意的问题

25、在编制数控铣削程序时，除了要求计算准确，程序代码及编制格式无误外，还有一些问题需要特别注意，这里列举几个常被忽略的问题供参考。零件尺寸公差对编程的影响 如图所示，由于零件轮廓各处尺寸公差带不同，如用同一把铣刀、同一个刀具半径补偿值编程加工，就很难保证各处尺寸在公差范围之内。,图 零件尺寸公差对编程的影响,解决这一问题的有效方法有两种：一种是兼顾各处尺寸公差，在编程计算时，改变轮廓尺寸并移动公差带，采用同一把铣刀和同一个刀具半径补偿值加工，如图中的括号内尺寸，其公差带均作了相应改变，计算与编程时用括号内尺寸来进行；另一种方法是仍以图纸中的名义尺寸计算和编程，用同一把刀加工，在不同加工部位编入不同

26、的刀具号，加工时赋予不同的刀具补偿值，但这样做，操作者会感到很麻烦，而且在圆弧与直线、圆弧与圆弧相切处也不容易办到。,此外，还有一些封闭尺寸(见图)，为了同时保证这三个孔的孔间距公差，直接按名义尺寸编程是不行的，在编程时必须通过尺寸链的计算，对原孔位尺寸进行适当调整，保证加工后的孔距尺寸符合公差要求。实际生产中有许多与此相类似情况，编程时一定要引起注意。,图 零件的封闭尺寸对编程的影响,圆弧参数计算误差对编程的影响,在按零件图纸尺寸计算圆弧参数(如圆弧切点、终点坐标、所在圆的圆心坐标)时，误差总是难免的。特别是在两个圆或两个以上的圆连续相切或相交时，会产生较大误差积累，其结果往往使得圆弧起点相

27、对于圆心的增量值I，J的误差增大(即 R)。,图 圆弧参数计算误差对编程的影响,转接凹圆弧对编程的影响 对于直线轮廓所夹的凹圆弧来说，一般可由铣刀半径自然形成而不必走圆弧轨迹。但对于与圆弧相切或相交的转接凹圆弧，通常都用走圆弧轨迹的方法解决，如图所示。由于这种转接凹圆弧一般都不大，选择铣刀直径时往往受其制约。,图 转接凹圆弧对编程的影响,此外在实际加工中，也有可能为了保证其他轮廓的尺寸公差或用同一条程序进行粗、精加工而采取放大刀具半径补偿值的方法达到目的。但是，如果在编程计算时仍按图纸给出的转接圆弧半径，那就可能使上述工作受到限制。其结果是要么去选择更小直径的铣刀，要么将原来选好的铣刀磨小一点

28、，而这样做既不方便也不经济，还有可能打乱原来的程序(如，行切宽度已定，铣刀改小后有可能留下覆盖不了的刀峰)。因此，最好的办法就是在编程计算时，把图纸中最小的转接凹圆弧半径放大一些(在其加工允差范围内)，如图中的R10，放大为R10.5或R11来进行计算，以扩大刀具半径补偿范围。当其半径较小时(如R5)，则可先按大圆弧半径来编，再安排补加工(换小直径铣刀来完成)。,尖角处使用过渡圆弧要防止过切 有时候，由于在用折线逼近曲线时没有注意到(或意想不到)其尖角是凸还是凹。尤其是在曲线拐点附近不太容易分辨，这时如在尖角处采用过渡圆弧编程就很容易产生过切现象，如图(a)所示。有时候，因凸型尖角附近有轮廓限

29、制，如铣刀直径过大，尖角处采用过渡圆弧编程也会产生过切，如图(b)所示。遇到上述情况时，应放弃对此尖角处的过渡圆弧编程。,图 两种过切现象,4.2.4数控铣削用的工艺装备,主要是夹具与刃具两大类。1夹具(1)对夹具的基本要求夹具要做得尽可能开敞，夹紧机构元件能低则低。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。夹具的刚性与稳定性要好。,(2)常用夹具种类 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。,图 槽系组合夹具组装过程示意图,专用铣削夹具。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

30、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。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。气动或液压夹具。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。下图为数控气动立卧式分度工作台。,图 分度工作台,通用铣削夹具。下图为数控回转座。一次安装工件，同时可从四面加工坯料。除上述几种夹具外，数控铣削加工中也经常用虎钳、分度头和三爪卡盘等通用夹具。,a)b),c)d)

31、图 数控回转台(座),图 通用可调夹具系统,(3)数控铣削夹具的选用原则：选用时可参照下列原则：在生产量小或研制时，应广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。小批量或成批生产时可考虑采用专用夹具，但应尽量简单。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。,2刃具(1)数控铣削刃具的基本要求 铣刀刚性要好 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。例如，当工件各处的加工余量相差悬殊时，通用铣床遇到这种情况很容易采取分层铣削方法加以解决，而数控铣削就必须按程序规定的走刀路线前进，遇到余量大时无法像通用铣床

32、那样“随机应变”，除非在编程时能够预先考虑到，否则铣刀必须返回原点，用改变切削面高度或加大刀具半径补偿值的方法从头开始加工，多走几刀。这样势必造成余量少的地方经常走空刀，降低了生产效率，如刀具刚性好就不必这么办；再者，在通用铣床上加工时，若遇到刚性不强的刀具，也比较容易从振动、手感等方面及时发现并及时调整切削用量加以弥补，而数控铣削则很难办到。,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，降低了工件的表面质量。铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性

33、能要良好。(2)常用铣刀的种类 铣刀的种类有很多，这里仅介绍几种在数控机床上常用的铣刀。,面铣刀 如图4-16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。高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=80250mm，螺旋角=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。硬质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4-17）。,图4-16 面铣刀,a),b),c),图

34、4-17 硬质合金面铣刀a)整体焊接式 b)机夹-焊接式 c)可转位式,由于整体焊接式和机夹-焊接式面铣刀难于保证焊接质量，刀具耐用度低，重磨较费时，目前已逐渐被可转位式面铣刀所取代，数控加工中广泛使用可转位式面铣刀。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，直接在机床上将刀片转位或更换新刀片。目前先进的可转位式数控面铣刀的刀体趋向于用轻质高强度铝、镁合金制造，切削刃采用大前角、负刃倾角，可转位刀片（多种几何形状）带有三维断屑槽形，便于排屑。因此，这种铣刀在提高产品质量、加工效率，降低成本，操作使用方便等方面都具有明显的优越性，目前已得到广泛应用。转位式

35、铣刀要求刀片定位精度高、夹紧可靠、排屑容易、更换刀片迅速等，同时各定位、夹紧元件通用性要好，制造要方便，并且应经久耐用。,立铣刀 立铣刀是数控铣加工中最常用的一种铣刀，广泛用于加工平面类零件，立铣刀除其用端刃铣削外，也常用其侧刃铣削，有时端刃、侧刃同时进行铣削，立铣刀也可称为圆柱铣刀。如图4-18。,图4-18 立铣刀a)硬质合金立铣刀 b)高速钢立铣刀,立铣刀特点：1.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。主切削刃一般为螺旋齿，可以增加切削平稳性，提高加工精度。2.普通立铣刀端面中心处无切削刃。所以立铣刀不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。为了能加工

36、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。3.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。4.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。,5.直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。27mm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。由于数控机床要求铣刀能快速

37、自动装卸，故立铣刀柄部形式也有很大不同，一般是由专业厂家按照一定的规范设计制造成统一形式，统一尺寸的刀柄。直径大于40160mm的立铣刀可做成套式结构。,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4-19所示的是几种常用的成形铣刀。,图4-19几种常用的成形铣刀,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4-20所示。,图4-20 球头铣刀 图4-21 鼓形铣刀,鼓形铣刀 图4-21所示的是一种典型的鼓形铣刀，主要用于对变斜角面的近似加工。,模具铣刀 模具铣刀由立

38、铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀（圆锥半角/23、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、削平型直柄有莫氏锥柄。它的结构特点：1.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。2.铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。图4-22所示为高速钢制造的模具铣刀。图4-23所示为用硬质合金制造的模具铣刀。3.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4-22 高速钢模具铣刀a)圆锥形立铣刀 b)圆柱形球头立铣刀 c)圆锥形球头立铣刀,图4-23 硬质合金模具铣刀,键槽铣刀 键槽铣刀如图4-24所示

39、，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。加工时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。,图4-24 键槽铣刀,特点：1.按国家标准规定，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。2.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。除上述几种类型的铣刀外，数控铣床也可使用各种通用铣刀。但因不少数控铣床的主轴内有特殊的拉刀位置或因主轴内孔锥度有别，须配置过渡套和拉杆。,(3)铣削刀具的选择 刀具的选择是数控加工工艺中重要的内容之一，它不

40、仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、耐用，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。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。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀。铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金的玉米铣刀。对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形

41、刀和盘形刀。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。,在单件小批量生产中，为取代坐标联动的机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件。加镶齿盘铣刀，适用于五轴联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得好的加工精度。铣刀主要参数的选择 选择面铣刀加工时，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，减小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；细齿铣刀

42、可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。粗铣时，铣刀直径要小些，因为粗铣切削力大，选小直径铣刀可减小切削扭矩。精铣时，铣刀直径要大些，尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。,选择立铣刀加工时，刀具的有关参数，推荐按下述经验数据选取，如图4-25所示。,1)刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径min，一般取R=（0.80.9）min。2)零件的加工高度H（1/41/6）R，以保证刀具有足够的刚度。3)对不通孔（深槽），选取lH+（510）mm（l为刀具切削部分长度，H为零件高度）。4)加工外型

43、及通槽时，选取lH+r+（510）mm（r为刀尖角半径）。,图4-25 端铣刀尺寸选择,5)粗加工内轮廓面时，铣刀最大直径Dt可按下式计算（见图4-26）：,Dt=,+D（4.2）,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。6)加工肋时，刀具直径为D(5-10)b，其中b为肋的厚度。,图4-26 粗加工铣刀直径估算,TSG82工具系统图,刀柄,刀具,夹具(组合夹具),附件(回转工作台),附件(回转工作台),附件(寻边器),光电式,指针式,附件(Z轴设定器),附件(卸刀座),Z向对刀仪,（4）数控铣削对刀点的确定 机床坐标系是机床出厂后已经确

44、定不变的，工件在机床加工尺寸范围内的安装位置却是任意的。对刀点是工件在机床上找正、装夹后，用于确定工件坐标系在机床坐标系中位置的基准点。为保证加工的正确，在编制程序时，应合理设置对刀点。对刀点的选择原则 1)在机床显著位置上；2)对刀误差小；3)使程序编制方便、简单；4)加工过程中检查方便、可靠。,对刀点可以设在被加工的零件上，也可以设在夹具上，但都必须与零件的编程原点有一定的坐标尺寸联系，如图4-27中X0和Y0，这样才能确定工件坐标系与机床坐标系的相互关系。对刀点既可以与编程原点重合，也可以不重合，这主要取决于加工精度要求和对刀是否方便。为了提高零件的加工精度，对刀点应尽可能选在零件的设计

45、基准或工艺基准上。,图4-27 对刀点的设定,对刀的概念 对刀有两个含义：一是确定工件坐标系在机床坐标系中的位置的操作。简单地说，对刀就是告诉数控系统，工件装夹在工作台的什么地方。二是通过对刀来计算刀具偏置的偏置值。若在数控机床上加工一个零件需用几把刀，各刀的长短不一，编程时不必考虑刀具长短对坐标值的影响，只要把其中一把刀设为标准刀，其余各刀相对标准刀设置偏置值即可。（5）数控铣削换刀点的确定 在加工过程中进行手动或自动换刀时，就要设置换刀点。换刀点常常设在被加工零件的外面，换刀点位置应以换刀时不发生相关动作部件的干涉为原则。,4.2.5 切削用量的选择,切削用量包括：切削速度、进给速度、背吃

46、刀量和侧吃刀量，如图4-28所示。从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。,a)b)图4-28 数控铣削切削用量a)圆周铣 b)端铣,1背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）背吃刀量ap：为平行于铣刀轴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；圆周铣削时，ae为切削层深度。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

47、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0.51mm。,2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mm/min。它与铣

48、刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz（单位为mm/Z）的关系为：vf=fzZn（4.3）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、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4-1选取。工件刚性差或刀具强度低时，应取小值。,表4-1 铣刀每齿进给量fz,3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，

49、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，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。铣削的切削速度也可简单地参考表4-2选取。,3切削速度 铣削的切削速度计算公式为：,（4.4）,表4-2 铣削时的切削速度,4.3 数控铣削编程方法4.3.1 基本编程方法,1.坐标系与编程零点(1)机床坐标系数控铣床坐标系为右手笛卡儿坐标系，三个坐标轴互相垂直。即以机床主轴轴线方向为Z轴，刀具远离工件的方向为Z轴正方向。X轴位于与工件安装面相平

50、行的水平面内，对于卧式铣床，人面对机床主轴，左侧方向为X轴正方向；对于立式铣床，人面对机床主轴，右侧方向为X轴正方向。Y轴方向则根据X，Z轴按右手笛卡儿直角坐标系来确定。机床坐标系是机床本身固有的，机床坐标系的原点称为机床零点。每次启动机床后，机床三个坐标轴依次走到机床正方向的一个极限位置，这个极限位置是机床装配完工后确定的一个固定位置，机床三个坐标所达到的这个位置就是机床参考点。,(2)工件坐标系工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件坐标系的原点即为工件零点。工件零点的位置是任意的，它是由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定的。在选择工件零点的位置时应注意：工件