第6章_数控铣削加工工艺.ppt

第第6章章 数控铣削及加工数控铣削及加工 中心加工工艺中心加工工艺 案例引入案例引入 典型平面轮廓零件如图典型平面轮廓零件如图6-1所示，材料为所示，材料为45钢，单件生产，在前面钢，单件生产，在前面的工序中已完成零件底面和侧面的加工（尺寸的工序中已完成零件底面和侧面的加工（尺寸80mm80mm19mm），试对该零件的顶面和内外轮廓进行数控），试对该零件的顶面和内外轮廓进行数控铣削加工工艺分析。铣削加工工艺分析。 任务制订该零件的顶面和内外轮廓的数控铣削加工工艺本章知识（或技能）要点1.数控铣削加工的主要对象；2.数控铣削加工工艺的主要内容；3.数控铣削加工工艺文件编制；4.制订数控铣削加工工序。图6-1 带型腔的凸台零件6.1 6.1 数控铣削简介数控铣削简介 6.1.1 数控铣床的分类 数控铣床的种类很多，常用的分类方法有以下三种方式： 1.按其主轴的布置形式分类（1）立式数控铣床 立式数控铣床的主轴轴线垂直于水平面，如图6-2所示，它是数控铣床中数量最多的一种，应用范围也最广。其各坐标的控制方式有以下几种。工作台纵向、横向及上下向移动，主轴不动。工作台纵向、横向移动，主轴上下移动。 龙门式数控铣床。 图6-2 立式数控铣床 图6-3 龙门式数控铣床 为了扩大立式数控铣床的使用功能和加工范围，可增加数控转盘来实现四、五轴联动加工，如图6-4所示。 图6-4 立式数控铣床配备数控转盘实现四轴联动加工 （2）卧式数控铣床 卧式数控铣床的主轴轴线平行于水平面，如图6-5所示。 图6-5 卧式数铣床 （3）立卧两用数控铣床 如图6-6所示，也称万能式数控铣床，主轴可以旋转90或工作台带着工件旋转90。 图6-6 配万能数控主轴头可任意方向转换的立卧两用数控铣床 2.按数控系统控制的坐标轴数量分类 （1）两轴半坐标联动数控铣床 （2）三坐标联动数控铣床 （3）四坐标联动数控铣床 （4）五坐标联动数控铣床 3.按数控系统的功能分类按数控系统的功能分为经济型、全功能型和高速铣削数控铣床。 6.1.2 数控铣削的主要加工对象 数控铣床加工内容与加工中心加工内容有许多相似之处，都可以数控铣床加工内容与加工中心加工内容有许多相似之处，都可以对工件进行铣削、钻削、扩削、铰削、锪削、镗削以及攻螺纹等加对工件进行铣削、钻削、扩削、铰削、锪削、镗削以及攻螺纹等加工，但从实际应用效果看，数控铣床更多地用于复杂曲面的加工，工，但从实际应用效果看，数控铣床更多地用于复杂曲面的加工，而加工中心更多地用于有多工序内容零件的加工。适合数控铣床加而加工中心更多地用于有多工序内容零件的加工。适合数控铣床加工的零件主要有以下几种工的零件主要有以下几种。 （1）平面曲线轮廓类零件 平面曲线轮廓类零件是指有内、外复杂曲线轮廓的零件，特别是由数学表达式等给出其轮廓为非圆曲线或列表曲线的零件。平面曲线轮廓零件的加工面平行或垂直于水平面，或加工面与水平面的夹角为一定值，各个加工面是平面，或可以展开为平面，如图所示。 平面类零件是数控铣削加工中最简单的一类零件，一般只需用三坐标数控铣床的两坐标联动（两轴半坐标联动）就可以把它们加工出来。 1.平面类零件 2.变斜角类零件 a） b） c）平面类零件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 （3）曲面类（立体类）零件 曲面类零件一般指具有三维空间曲面的零件，曲面通常由数学模型设计出，因此往往要借助于计算机来编程，其加工面不能展开为平面。加工时，铣刀与加工面始终为点接触，一般用球头铣刀采用两轴半或三轴联动的三坐标数控铣床加工。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，要采用四坐标或五坐标数控铣床加工，如模具类零件、叶片类零件、螺旋桨类零件等。 3.空间曲面轮廓零件空间曲面轮廓零件 (1)行切加工法 , (2)三坐标联动加工4箱体类零件 箱体类零件的加工方法，主要有以下几种：箱体类零件的加工方法，主要有以下几种：(1)当既有面又有孔时，应先铣面，后加工孔。当既有面又有孔时，应先铣面，后加工孔。(2)所有孔系都先完成全部孔的粗加工，再进行所有孔系都先完成全部孔的粗加工，再进行精加工。精加工。(3)一般情况下，直径大于一般情况下，直径大于30mm的孔都应铸的孔都应铸造出毛坯孔。在普通机床上先完成毛坯的粗造出毛坯孔。在普通机床上先完成毛坯的粗加工，给加工中心加工工序的留量为加工，给加工中心加工工序的留量为46mm(直径直径)，再上加工中心进行面和孔的，再上加工中心进行面和孔的粗、精加工。通常分粗、精加工。通常分“粗镗一半精镗一孔端粗镗一半精镗一孔端倒角一精镗倒角一精镗”四个工步完成。四个工步完成。 (4)直径小于直径小于30mm的孔可以不铸出毛坯孔，孔和孔的孔可以不铸出毛坯孔，孔和孔的端面全部加工都在加工中心上完成。可分为的端面全部加工都在加工中心上完成。可分为“锪锪平端面一打中心孔一钻一扩一孔端倒角一铰平端面一打中心孔一钻一扩一孔端倒角一铰”等工等工步。有同轴度要求的小孔步。有同轴度要求的小孔(小于小于30mm)，须采用，须采用“锪平端面一打中心孔一钻一半精镗一孔端倒角一锪平端面一打中心孔一钻一半精镗一孔端倒角一精镗精镗(或铰或铰)”工步来完成，其中打中心孔需视具体情工步来完成，其中打中心孔需视具体情况而定。况而定。(5)在孔系加工中，先加工大孔，再加工小孔，特别是在孔系加工中，先加工大孔，再加工小孔，特别是在大小孔相距很近的情况下，更要采取这一措施。在大小孔相距很近的情况下，更要采取这一措施。(6)对于跨距较大的箱体的同轴孔加工，尽量采取调头对于跨距较大的箱体的同轴孔加工，尽量采取调头加工的方法，以缩短刀辅具的长径比，增加刀具刚加工的方法，以缩短刀辅具的长径比，增加刀具刚性，提高加工质量。性，提高加工质量。 (7)螺纹加工，一般情况下，螺纹加工，一般情况下，M6mm以上、以上、M20mm以下的螺纹孔可在加工中心上完成攻螺纹。以下的螺纹孔可在加工中心上完成攻螺纹。M6mm以下、以下、M20mm以上的螺纹可在加工中心上完成底以上的螺纹可在加工中心上完成底孔加工，攻螺纹可通过其他手段加工。因加工中心孔加工，攻螺纹可通过其他手段加工。因加工中心的自动加工方式在攻小螺纹时，不能随机控制加工的自动加工方式在攻小螺纹时，不能随机控制加工状态，小丝锥容易折断，从而产生废品，由于刀具、状态，小丝锥容易折断，从而产生废品，由于刀具、辅具等因素影响，在加工中心上攻辅具等因素影响，在加工中心上攻M20mm以上大以上大螺纹有一定困难。但这也不是绝对的，可视具体情螺纹有一定困难。但这也不是绝对的，可视具体情况而定，在某些机床上可用镗刀片完成螺纹切削况而定，在某些机床上可用镗刀片完成螺纹切削(用用G33代码代码)。 （4）其他在普通铣床上难加工的零件）其他在普通铣床上难加工的零件 形状复杂，尺寸繁多，划线与检测均较困难，在普通铣床上形状复杂，尺寸繁多，划线与检测均较困难，在普通铣床上加工又难以观察和控制的零件。加工又难以观察和控制的零件。高精度零件高精度零件 一致性要求好的零件一致性要求好的零件 虽然数控铣床加工范围广泛，但是因受数控铣床自身特点的制虽然数控铣床加工范围广泛，但是因受数控铣床自身特点的制约，某些零件仍不适合在数控铣床上加工。如简单的粗加工面，约，某些零件仍不适合在数控铣床上加工。如简单的粗加工面，加工余量不太充分或很不均匀的毛坯零件，以及生产批量特别大，加工余量不太充分或很不均匀的毛坯零件，以及生产批量特别大，而精度要求又不高的零件等。而精度要求又不高的零件等。 6.1.3 数控铣削加工内容的选择数控铣削加工内容的选择 一般情况下，一个零件并非全部的铣削表面都要一般情况下，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来确定适合于数控铣床加工的表面和内容。生产条件来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：通常选用以下内容进行数控铣削加工： 由直线、圆弧、非圆曲线及列表曲线构成的平面轮廓；由直线、圆弧、非圆曲线及列表曲线构成的平面轮廓；空间的曲线和曲面；空间的曲线和曲面；形状虽然简单，但尺寸繁多，划线与检测均较困难得部位；形状虽然简单，但尺寸繁多，划线与检测均较困难得部位； 用普通铣床加工时难以观察、控制及检测的内腔、箱体内部等；用普通铣床加工时难以观察、控制及检测的内腔、箱体内部等；有严格位置尺寸要求的孔或平面；有严格位置尺寸要求的孔或平面；能够在一次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状；能够在一次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状；采用数控铣削加工能有效提高生产率，减轻劳动强度的一般加工内采用数控铣削加工能有效提高生产率，减轻劳动强度的一般加工内容。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。位等则不宜采用数控铣削加工。6.2 6.2 数控铣削及加工中心加工工艺的制定数控铣削及加工中心加工工艺的制定 6.2.1 零件图的工艺性分析零件图的工艺性分析 关于数控加工的零件图和结构工艺性分析，在前面关于数控加工的零件图和结构工艺性分析，在前面2.6节节中已作介绍，下面结合数控铣削加工的特点作进一步说明。中已作介绍，下面结合数控铣削加工的特点作进一步说明。1.零件图分析零件图分析零件的形状与结构零件的形状与结构。检查零件的形状、结构在加工中是否会。检查零件的形状、结构在加工中是否会产生干涉或无法加工，是否妨碍刀具的运动。产生干涉或无法加工，是否妨碍刀具的运动。零件的尺寸标注零件的尺寸标注。检查零件的尺寸标注是否正确且完整，零。检查零件的尺寸标注是否正确且完整，零件各几何要素的关系是否明确且充分，是否有利于编程，尺寸标件各几何要素的关系是否明确且充分，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。注是否有矛盾，各项公差是否符合加工条件等。零件的技术要求零件的技术要求。分析零件的尺寸精度、形位公差和表面粗。分析零件的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度等，确保在现有的加工条件下能达到零件的加工要求。糙度等，确保在现有的加工条件下能达到零件的加工要求。零件的材料零件的材料。了解零件材料的牌号、切削性能及热处理要求，。了解零件材料的牌号、切削性能及热处理要求，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。工顺序等。2.零件结构工艺性分析零件结构工艺性分析零件的内型和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，零件的内型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。这样可以减少刀具规格和换刀、对刀次数，提高生产率。内槽圆角和内轮廓圆弧不应太小内槽圆角和内轮廓圆弧不应太小 a） b）图6-9 内槽圆角对加工工艺的影响a）工艺性不好 （b）工艺性好 铣槽底平面时，槽底圆角半径铣槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大不要过大 图6-10 槽底圆角对加工工艺的影响 6.2.2 加工方法的选择加工方法的选择 数控铣削加工对象的主要加工表面一般可采用表数控铣削加工对象的主要加工表面一般可采用表6-2所列的加工方案。所列的加工方案。 表表6-2 加工表面的加工方案加工表面的加工方案 序号加工表面加工方案所使用的刀具1平面内外轮廓X、Y、Z方向粗铣内外轮廓方向分层半精铣轮廓高度方向分层半精铣内外轮廓精铣整体高速钢或硬质合金立铣刀；机夹可转位硬质合金立铣刀2空间曲面X、Y、Z方向粗铣曲面Z方向分层粗铣曲面半精铣曲面精铣整体高速钢或硬质合金立铣刀、球头铣刀；机夹可转位硬质合金立铣刀、球头铣刀3孔定尺寸刀具加工铣削麻花钻、扩孔钻、铰刀、镗刀整体高速钢或硬质合金立铣刀；机夹可转位硬质合金立铣刀4外螺纹螺纹铣刀铣削螺纹铣刀5内螺纹攻丝螺纹铣刀铣削丝锥螺纹铣刀1.平面加工方法的选择平面加工方法的选择 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，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，尺寸精度可达尺寸精度可达IT10IT12级，表面粗糙度级，表面粗糙度Ra值可达值可达6.325m；经粗铣经粗铣精铣或粗铣精铣或粗铣半精铣半精铣精铣的平面，尺寸精度可达精铣的平面，尺寸精度可达IT7IT9级，表面粗糙度级，表面粗糙度Ra值可达值可达1.66.3m；需要注意的是，当零件；需要注意的是，当零件表面粗糙度要求较高时，应采用顺铣方式。表面粗糙度要求较高时，应采用顺铣方式。 2.平面轮廓加工方法的选择平面轮廓加工方法的选择 平面轮廓多由直线和圆弧或平面轮廓多由直线和圆弧或各种曲线构成，通常采用三坐标各种曲线构成，通常采用三坐标数控铣床进行两轴半坐标加工。数控铣床进行两轴半坐标加工。图图5-11所示为由直线和圆弧构成所示为由直线和圆弧构成的零件平面轮廓的零件平面轮廓ABCDEA，采用，采用半径为半径为R的立铣刀沿周向加工，的立铣刀沿周向加工，虚线虚线ABCDEA为刀具中心的为刀具中心的运动轨迹。为保证加工面光滑，运动轨迹。为保证加工面光滑，刀具沿刀具沿PA切入，沿切入，沿AK切出。切出。 3.固定斜角平面的加工方法固定斜角平面的加工方法 固定斜角平面是指与水平面成一固定夹角的斜面。当零件尺寸不大时，固定斜角平面是指与水平面成一固定夹角的斜面。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，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（如图用不同的刀具来加工（如图6-12）。）。 图6-12 主轴摆角加工固定斜角平面a）主轴垂直端刃加工 b）主轴摆角后侧刃加工 c）主轴摆角后端刃加工 d）主轴水平侧刃加工4. 变斜角面的加工变斜角面的加工 （1）对曲率变化较小的变斜角面，用）对曲率变化较小的变斜角面，用4坐标联动的数控铣床，采用立铣坐标联动的数控铣床，采用立铣刀刀(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加以弥补)以插补方式摆角加工，如图以插补方式摆角加工，如图6-13a）所示）所示。 （2）对曲率变化较大的变斜角面，用）对曲率变化较大的变斜角面，用4坐标联动加工难以满足加工要求，坐标联动加工难以满足加工要求，最好用最好用5坐标联动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工，如下图坐标联动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工，如下图6-13b）所示。所示。 a） b）图6-13 数控铣床加工变斜角面a）四坐标联动 b）五坐标联动 （3）采用）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，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，如图钳修方法清除，如图6-14所示是用鼓形铣刀分层铣削变斜角面。所示是用鼓形铣刀分层铣削变斜角面。 图6-14 用鼓形铣刀分层铣削变斜角面 5.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粗加工，常采用两轴半坐标）对曲率变化不大和精度要求不高的曲面粗加工，常采用两轴半坐标行切法加工。行切法加工。 图6-15 行切法加工曲面 图6-16 两轴半坐标行切法加工曲面 （2）对曲率变化较大和精度要求较高的曲面精加工，）对曲率变化较大和精度要求较高的曲面精加工，常用常用X、Y、Z三坐标联动插补的行切法加工，如图三坐标联动插补的行切法加工，如图6-17所示。所示。图6-17 三轴联动行切法加工曲面的切削点轨迹 （3）对于叶轮、螺旋桨这样的零件，因其叶片形状复杂，刀）对于叶轮、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发生干涉，常用五坐标联动加工，其加工原具容易与相邻表面发生干涉，常用五坐标联动加工，其加工原理如图理如图6-18所示。所示。 图6-18 曲面的五坐标联动加工 6.2.3 刀具的选择刀具的选择 1.数控铣削刀具的基本要求数控铣削刀具的基本要求 铣刀刚性要好 铣刀的耐用度要高 2.典型数控铣削加工刀具典型数控铣削加工刀具 数控铣削常用的刀具有面铣刀、立铣刀、键槽铣刀、模具铣刀、鼓数控铣削常用的刀具有面铣刀、立铣刀、键槽铣刀、模具铣刀、鼓形铣刀和成形铣刀等，在第一章中已对面铣刀、普通立铣刀、键槽铣刀形铣刀和成形铣刀等，在第一章中已对面铣刀、普通立铣刀、键槽铣刀和成形铣刀进行了介绍，下面仅对几种典型数控铣削刀具进行说明。和成形铣刀进行了介绍，下面仅对几种典型数控铣削刀具进行说明。 3.铣刀的选择铣刀的选择 铣刀类型应与工件的表面形状和尺寸相适应。加工较大的铣刀类型应与工件的表面形状和尺寸相适应。加工较大的平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；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；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角选用模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀；加工各种直的或圆弧形的零件的变斜角面应选用鼓形铣刀；加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。数控铣床上使用凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。数控铣床上使用最多的是可转位面铣刀和立铣刀，下面介绍这两种铣刀参数最多的是可转位面铣刀和立铣刀，下面介绍这两种铣刀参数的选择。的选择。 （1）面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包括面铣刀的直径、齿数和面铣刀主要参数的选择包括面铣刀的直径、齿数和刀刃的几何角度等。刀刃的几何角度等。面铣刀直径的选择面铣刀直径的选择对于单次平面铣削，面铣刀的直径可参照下式选择：对于单次平面铣削，面铣刀的直径可参照下式选择： D=(1.31.6)B式中：式中：D面铣刀直径，面铣刀直径，mm； B铣削宽度，铣削宽度，mm。 对于面积太大的平面，由于受到多种因素的限制，如机床的对于面积太大的平面，由于受到多种因素的限制，如机床的功率等级、刀具和可转位刀片几何尺寸、安装刚度、每次切削功率等级、刀具和可转位刀片几何尺寸、安装刚度、每次切削的深度和宽带以及其他加工因素等，面铣刀的直径不可能比平的深度和宽带以及其他加工因素等，面铣刀的直径不可能比平面宽度更大，这时可选择直径教小的面铣刀，采用多次铣削平面宽度更大，这时可选择直径教小的面铣刀，采用多次铣削平面面。 面铣刀齿数的选择面铣刀齿数的选择 可转位面铣刀有粗齿、中齿和细齿三种（如表可转位面铣刀有粗齿、中齿和细齿三种（如表5-3）。粗齿面铣刀容屑空间较大，适用于钢件的粗铣，）。粗齿面铣刀容屑空间较大，适用于钢件的粗铣，中齿面铣刀适用于铣削带有断续表面的铸件或对钢件的中齿面铣刀适用于铣削带有断续表面的铸件或对钢件的连续表面进行粗铣及精铣，细齿面铣刀适宜于在机床功连续表面进行粗铣及精铣，细齿面铣刀适宜于在机床功率足够的情况下对铸件进行粗铣或精铣。率足够的情况下对铸件进行粗铣或精铣。 （2）立铣刀尺寸的选择）立铣刀尺寸的选择立铣刀的尺寸参数，如图立铣刀的尺寸参数，如图6-24所示，可按下述经验数据选取。所示，可按下述经验数据选取。刀具半径刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径应小于零件内轮廓面的最小曲率半径，一般取，一般取R(0.80.9)。零件的加工高度零件的加工高度H(1/41/6)R，以保证刀具具有足够的刚度。，以保证刀具具有足够的刚度。对不通孔对不通孔(深槽深槽)，选取，选取LH+(510)mm(L为刀具切削部分长度，为刀具切削部分长度，H为零件高度为零件高度)。加工外形及通槽时，选取加工外形及通槽时，选取L=H+r+（510)mm(r为端刃圆角半径为端刃圆角半径)。粗加工内轮廓面时粗加工内轮廓面时(见图见图6-25)，铣刀最大直径，铣刀最大直径D粗可按下式计算：粗可按下式计算： DD2sin1)2sin21（粗式中 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。加工筋时，刀具直径为D(510)b (b为筋的厚度)。图6-24 立铣刀的尺寸参数 图6-25 粗加工立铣刀直径计算 6.2.4 工序的划分和加工顺序的安排工序的划分和加工顺序的安排 1. 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、条件进行工序的划分，把加工要求、使用的刀具和现有的加工设备、条件进行工序的划分，把加工内容划分为一个或几个工序。工序的划分原则有工序集中和工序分散内容划分为一个或几个工序。工序的划分原则有工序集中和工序分散两种原则。在数控机床加工中，一般按工序集中的原则划分工序，划两种原则。在数控机床加工中，一般按工序集中的原则划分工序，划分方法如下：分方法如下： （1）刀具集中分序法 （2）粗、精加工分序法 （3）加工部位分序法 （4）安装次数分序法 2.加工顺序的安排加工顺序的安排 加工顺序的安排应遵循下列原则加工顺序的安排应遵循下列原则： 基面先行原则 先粗后精原则 先主后次原则 先面后孔原则 先内后外原则 6.2.5 夹具的选择夹具的选择 数控铣床上的工件装夹方法与普通铣床一样，所使用的夹具往往并数控铣床上的工件装夹方法与普通铣床一样，所使用的夹具往往并不很复杂，只要求简单的定位、夹紧机构就可以了。但要将加工部位敞不很复杂，只要求简单的定位、夹紧机构就可以了。但要将加工部位敞开，不能因装夹工件而影响进给和切削加工。一般选择顺序是：单件生开，不能因装夹工件而影响进给和切削加工。一般选择顺序是：单件生产中尽量选用机床用平口虎钳、压板螺钉等通用夹具，批量生产时优先产中尽量选用机床用平口虎钳、压板螺钉等通用夹具，批量生产时优先考虑组合夹具，其次考虑可调夹具，最后考虑选用成组夹具和专用夹具。考虑组合夹具，其次考虑可调夹具，最后考虑选用成组夹具和专用夹具。 1.平口钳 图6-26 虎钳1-底座 2-固定钳口 3-活动钳口 4-螺杆 2.组合夹具6.2.6 加工路线的确定加工路线的确定 1.铣削方式的确定铣削方式的确定 铣削过程是断续切削，会引起冲击振动，切削层总面积是变化的，铣削均铣削过程是断续切削，会引起冲击振动，切削层总面积是变化的，铣削均匀性差，铣削力的波动较大。采用合适的铣削方式对提高铣刀耐用度、工件质匀性差，铣削力的波动较大。采用合适的铣削方式对提高铣刀耐用度、工件质量、加工生产率关系很大。量、加工生产率关系很大。 铣削方式有逆铣和顺铣两种方式，当铣刀的旋转方向和工件的进给方向相铣削方式有逆铣和顺铣两种方式，当铣刀的旋转方向和工件的进给方向相同时称为顺铣，相反时称为逆铣，如图同时称为顺铣，相反时称为逆铣，如图6-29所示所示。 a） b）图6-29 铣削方式 逆铣逆铣时，刀具从已加工表面切入，切削厚度从零逐渐增大，不会造成时，刀具从已加工表面切入，切削厚度从零逐渐增大，不会造成从毛坯面切入而打刀；其水平切削分力与工件进给方向相反，使铣床工作从毛坯面切入而打刀；其水平切削分力与工件进给方向相反，使铣床工作台进给的丝杠与螺母传动面始终是抵紧，不会受丝杠螺母副间隙的影响，台进给的丝杠与螺母传动面始终是抵紧，不会受丝杠螺母副间隙的影响，铣削较平稳。但刀齿在刚切入已加工表面时，会有一小段滑行、挤压，使铣削较平稳。但刀齿在刚切入已加工表面时，会有一小段滑行、挤压，使这段表面产生严重的冷硬层，下一个刀齿切入时，这段表面产生严重的冷硬层，下一个刀齿切入时， 又在冷硬层表面滑行、又在冷硬层表面滑行、挤压，不仅使刀齿容易磨损，而且使工件的表面粗糙度增大；同时，刀齿挤压，不仅使刀齿容易磨损，而且使工件的表面粗糙度增大；同时，刀齿垂直方向的切削分力向上，不仅会使工作台与导轨间形成间隙，引起振动，垂直方向的切削分力向上，不仅会使工作台与导轨间形成间隙，引起振动，而且有把工件从工作台上挑起的倾向，因此需较大的夹紧力。而且有把工件从工作台上挑起的倾向，因此需较大的夹紧力。 顺铣顺铣时，刀具从待加工表面切入，切削厚度从最大逐渐减小为零，时，刀具从待加工表面切入，切削厚度从最大逐渐减小为零，切入时冲击力较大，切入时冲击力较大， 刀齿无滑行、刀齿无滑行、 挤压现象，对刀具耐用度有利；其垂挤压现象，对刀具耐用度有利；其垂直方向的切削分力向下压向工作台，减小了工件上下的振动，对提高铣直方向的切削分力向下压向工作台，减小了工件上下的振动，对提高铣刀加工表面质量和工件的夹紧有利。但顺铣的水平切削分力与工件进给刀加工表面质量和工件的夹紧有利。但顺铣的水平切削分力与工件进给方向一致，当水平切削分力大于工作台摩擦力（例如遇到加工表面有硬方向一致，当水平切削分力大于工作台摩擦力（例如遇到加工表面有硬皮或硬质点）时，使工作台带动丝杠向左窜动，丝杠与螺母传动副右侧皮或硬质点）时，使工作台带动丝杠向左窜动，丝杠与螺母传动副右侧面出现间隙，硬点过后丝杠螺母副的间隙恢复正常，这种现象对加工极面出现间隙，硬点过后丝杠螺母副的间隙恢复正常，这种现象对加工极为不利，为不利， 会引起会引起“啃刀啃刀”或或“打刀打刀”， 甚至损坏夹具或机床。甚至损坏夹具或机床。 顺铣与逆铣的确定顺铣与逆铣的确定，当工件表面有硬皮、机床的进给机构，当工件表面有硬皮、机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣。因逆铣时，刀齿从已加工表面切入有间隙时，应选用逆铣。因逆铣时，刀齿从已加工表面切入的，不会崩刃，机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行，的，不会崩刃，机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行，因此粗铣时尽量采用逆铣。当工件表面无硬皮、机床进给机因此粗铣时尽量采用逆铣。当工件表面无硬皮、机床进给机构无间隙时，应选用顺铣。因为顺铣加工后，零件表面质量构无间隙时，应选用顺铣。因为顺铣加工后，零件表面质量好，刀齿磨损小，刀具耐用度高（试验表明，顺铣时刀具的好，刀齿磨损小，刀具耐用度高（试验表明，顺铣时刀具的耐用度比逆铣时提高耐用度比逆铣时提高23倍），因此精铣时，应尽量采用顺倍），因此精铣时，应尽量采用顺铣。另外，对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料，为了铣。另外，对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料，为了降低表面粗糙度值，提高刀具耐用度，尽量采用顺铣加工。降低表面粗糙度值，提高刀具耐用度，尽量采用顺铣加工。 2.走刀路线的确定走刀路线的确定（1）平面铣削路线）平面铣削路线 1）单次平面铣削的刀具路线）单次平面铣削的刀具路线 单次平面铣削的刀具路线中，可用面铣刀进入材料时的铣刀单次平面铣削的刀具路线中，可用面铣刀进入材料时的铣刀切入角来讨论。切入角来讨论。 面铣刀的切入角由刀心位置相对于工件边缘的位置决定。如面铣刀的切入角由刀心位置相对于工件边缘的位置决定。如图图6-30a）所示刀心位置在工件内（但不跟工件中心重合），切）所示刀心位置在工件内（但不跟工件中心重合），切入角为负；如图入角为负；如图6-30b）所示刀具中心在工件外，切入角为正。）所示刀具中心在工件外，切入角为正。刀心位置与工件边缘重合时，切入角为零。刀心位置与工件边缘重合时，切入角为零。 a） b）图6-30 切削切入角（W为切削宽度）a） 负切入角 b） 正切入角 如果工件只需一次切削，应该避免刀心轨迹与工件中心线重合。如果工件只需一次切削，应该避免刀心轨迹与工件中心线重合。刀具中心处于工件中间位置时将容易引起颤振，从而加工质量较差，刀具中心处于工件中间位置时将容易引起颤振，从而加工质量较差，因此，刀具轨迹应偏离工件中心线。因此，刀具轨迹应偏离工件中心线。 当刀心轨迹与工件边缘线重合时，切削镶刀片进人工件材料时的当刀心轨迹与工件边缘线重合时，切削镶刀片进人工件材料时的冲击力最大，是最不利刀具加工的情况。因此应该避免刀具中心线与冲击力最大，是最不利刀具加工的情况。因此应该避免刀具中心线与工件边缘线重合。工件边缘线重合。 如果切入角为正，刚刚切人工件时，刀片相对于工件材料的冲如果切入角为正，刚刚切人工件时，刀片相对于工件材料的冲击速度大，引起碰撞力也较大。所以正切入角容易使刀具破损或产生击速度大，引起碰撞力也较大。所以正切入角容易使刀具破损或产生缺口，基于此，拟定刀心轨迹时，应避免正切入角。缺口，基于此，拟定刀心轨迹时，应避免正切入角。 使用负切入角时，已切入工件材料镶刀片承受最大切削力，而使用负切入角时，已切入工件材料镶刀片承受最大切削力，而刚切入刚切入(撞入撞入)工件的刀片受力较小，引起碰撞力也较小，从而可延长工件的刀片受力较小，引起碰撞力也较小，从而可延长镶刀片寿命，且引起的振动也小一些。镶刀片寿命，且引起的振动也小一些。 因此使用负切入角是首选的方法。通常尽量应该让面铣刀中因此使用负切入角是首选的方法。通常尽量应该让面铣刀中心在工件区域内，这样就可确保切入角为负，且工件只需一次切心在工件区域内，这样就可确保切入角为负，且工件只需一次切削时避免刀具中心线与工件中心线重合。削时避免刀具中心线与工件中心线重合。 比较如图比较如图6-35所示两个刀路，虽然都使用负切入角，但图所示两个刀路，虽然都使用负切入角，但图6-35(a)面铣刀整个宽度全部参与铣削，刀具容易磨损；图面铣刀整个宽度全部参与铣削，刀具容易磨损；图6-35 (b)所示的刀削路线是正确的。所示的刀削路线是正确的。 图6-31 负切入角的两种刀路的比较2）多次平面铣削的刀具路线）多次平面铣削的刀具路线 铣削大面积工件平面时，铣刀不能一次切除所有材料，因铣削大面积工件平面时，铣刀不能一次切除所有材料，因此在同一深度需要多次走刀。分多次铣削的刀路有多种，每一此在同一深度需要多次走刀。分多次铣削的刀路有多种，每一种方法在特定环境下具有各自的优点。最为常见的方法为同一种方法在特定环境下具有各自的优点。最为常见的方法为同一深度上的单向多次切削和双向多次切削（图深度上的单向多次切削和双向多次切削（图6-36所示）。所示）。 a） b） c） d）图6-32 平面铣削的多次刀路a) 粗加工 b) 精加工 c) 粗加工 d) 精加工 单向多次切削时，切削起点在工件的同一侧，另一侧为终点的位置，每单向多次切削时，切削起点在工件的同一侧，另一侧为终点的位置，每完成一次切削完成一次切削 后，刀具从工件上方回到切削起点的一侧，如图后，刀具从工件上方回到切削起点的一侧，如图6-32a）、）、b）所示，这是平面铣削中常见的方法，频繁的快速返回运动导致效率很低，）所示，这是平面铣削中常见的方法，频繁的快速返回运动导致效率很低，但它能保证面铣刀的切削总是顺铣。但它能保证面铣刀的切削总是顺铣。 双向多次切削也称为双向多次切削也称为Z形切削，如图形切削，如图6-32 c)、d）所示，它的应用也很）所示，它的应用也很频繁。它的效率比单向多次切削要高，但铣削中顺铣、逆铣交替，从而在频繁。它的效率比单向多次切削要高，但铣削中顺铣、逆铣交替，从而在精铣平面时影响加工质量，因此平面质量要求高的平面精铣通常并不使用精铣平面时影响加工质量，因此平面质量要求高的平面精铣通常并不使用这种刀路。这种刀路。 不管使用哪种切削方法，起点不管使用哪种切削方法，起点S和终点和终点E与工件都有安全间隙，确保刀与工件都有安全间隙，确保刀具安全和加工质量。具安全和加工质量。 （2）轮廓铣削路线）轮廓铣削路线 对于外轮廓铣削，一般按工件轮廓进行走刀。若不能去除全部余对于外轮廓铣削，一般按工件轮廓进行走刀。若不能去除全部余量，可以先安排去除轮廓边角料的走刀路线。在安排去除轮廓边角料量，可以先安排去除轮廓边角料的走刀路线。在安排去除轮廓边角料的走刀路线时，以保证轮廓的精加工余量为准。的走刀路线时，以保证轮廓的精加工余量为准。 在确定轮廓走刀路线时，应使刀具切向切入和切向切出，如图在确定轮廓走刀路线时，应使刀具切向切入和切向切出，如图6-33所示。同时，切入点的选择应尽量选在几何元素相交的位置。所示。同时，切入点的选择应尽量选在几何元素相交的位置。 X工件刀具轨迹出刀刀具入刀轨迹Ya） b） 图5-33 轮廓加工走刀路线a）刀具以走直线的方式切向切入和切向切出 b）刀具以走圆弧的方式切向切入和切向切出 走刀路线确定原则：走刀路线确定原则：1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。u 铣削平面零件外轮廓时，刀具的切入、铣削平面零件外轮廓时，刀具的切入、切出应沿轮廓切线方向进行，避免在工件表切出应沿轮廓切线方向进行，避免在工件表面形成接刀痕。且注意面形成接刀痕。且注意留有切入长度和切出留有切入长度和切出长度。长度。 u 铣削平面零件内轮廓时，刀具切铣削平面零件内轮廓时，刀具切入、切出点应选择在轮廓两几何元素入、切出点应选择在轮廓两几何元素的交点处。若无交点，刀具切入、切的交点处。若无交点，刀具切入、切出点应远离拐角，或选择圆弧切入、出点应远离拐角，或选择圆弧切入、切出。切出。 铣削内轮廓的铣削内轮廓的切入切出路径切入切出路径铣削无交点内轮廓的切入切出路径铣削无交点内轮廓的切入切出路径从拐角切入、切从拐角切入、切出，容易产生过出，容易产生过切现象。切现象。从直线中间圆弧从直线中间圆弧切入、切出。切入、切出。（3）型腔铣削路线）型腔铣削路线1）下刀方法的确定）下刀方法的确定 在型腔铣削中，由于是把坯件中间的材料去掉，在型腔铣削中，由于是把坯件中间的材料去掉，刀具不可能象铣外轮廓一样从外面下刀切入，而要刀具不可能象铣外轮廓一样从外面下刀切入，而要从坯件的实体部位下刀切入，因此在型腔铣削中下从坯件的实体部位下刀切入，因此在型腔铣削中下刀方式的选择很重要，常用以下三种方法：刀方式的选择很重要，常用以下三种方法：使用键槽铣刀沿使用键槽铣刀沿Z向直接下刀，切入工件。向直接下刀，切入工件。先用钻头钻下刀工艺孔，立铣刀通过下刀工艺先用钻头钻下刀工艺孔，立铣刀通过下刀工艺孔垂向进入再用圆周铣削。孔垂向进入再用圆周铣削。使用立铣刀螺旋下刀或者斜插式下刀。使用立铣刀螺旋下刀或者斜插式下刀。 螺旋下刀螺旋下刀,即在两个切削层之间即在两个切削层之间,刀具从上一层的刀具从上一层的高度沿螺旋线以渐近的方式切入工件高度沿螺旋线以渐近的方式切入工件,直到下一层的直到下一层的高度高度,然后开始正式切削。然后开始正式切削。 2）型腔铣削路线的确定）型腔铣削路线的确定 对于型腔加工的走刀路线常有行切、环切和综合切削三种对于型腔加工的走刀路线常有行切、环切和综合切削三种方法，如图方法，如图6-34所示。三种加工方法的特点是：所示。三种加工方法的特点是：共同点是都能切净内腔中的全部面积，不留死角，不伤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。轮廓，同时尽量减少重复进给的搭接量。不同点是行切法（图不同点是行切法（图6-34a）)的进给路线比环切法短，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（图达不到所要求的表面粗糙度；用环切法（图6-34b）)获得的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，刀位点计算稍微复杂一些。线，刀位点计算稍微复杂一些。采用图采用图6-34c）所示的进给路线，即先用行切法切去中间）所示的进给路线，即先用行切法切去中间部分余量，最后用环切法光整轮廓表面，既能使总的进给路部分余量，最后用环切法光整轮廓表面，既能使总的进给路线较短，又能获得较好的表面粗糙度线较短，又能获得较好的表面粗糙度。 a） b） c） 图6-34 型腔加工走刀路线a）行切法 b）环切法