典型零件的数控铣削加工.docx
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典型零件的数控铣削加工
一、任务内容…………………………………………………………4
二、任务技术要求……………………………………………………4
三、汇总相关专业知识点……………………………………………5
1.数控铣削加工特点…………………………………………………5
2.确定加工路线时应遵守以下原则………………………………5
3.尺寸精度的影响因素……………………………………………5
4.形位精度的影响因素……………………………………………6
5.薄壁零件铣削……………………………………………………6
6.零件几何尺寸的处理方法……………………………………6
7.刀具半径补偿修调………………………………………………7
8.顺铣与逆铣的选择………………………………………………7
9.切削用量的确定…………………………………………………8
10.精加工余量的确定……………………………………………10
11.确定刀具切入切出路线………………………………………10
12.任意角度倒角和倒圆…………………………………………11
13.确定最短加工路线…………………………………………11
14.合理选用切削液………………………………………………13
15.机用虎钳的找正及安装………………………………………13
16．试切对刀……………………………………………………14
17．刀具分类……………………………………………………17
18.量具分类……………………………………………………18
四、典型零件加工工艺，程序编制及加工……………………………19
1.数控加工工序卡…………………………………………………19
2.数控刀具卡………………………………………………………19
3.数控加工程序编制……………………………………………20
五．结束语………………………………………………………………25
六．致谢…………………………………………………………………26
七．参考文献……………………………………………………………27
一、任务内容
试在数控铣床上完成如图5-1所示工件的编程与加工（已知材料为45#钢，毛坯尺寸为78×78×20±0.03㎜）。
要求：
零件的各加工技术要求符合图纸要求。
图1-1零件图纸
绘制零件图形
二、任务技术要求
技术要求如下：
（1）以小批量生产条件编程；
（2）不准用砂布及锉刀等修饰表面；
（3）加工精度及表面质量符合图纸要求；
注：
（1）毛坯材料：
45#钢,调质处理；
（2）毛坯尺寸：
78×78×20±0.03㎜。
三、汇总相关专业知识点
1.数控铣削加工特点
①对零件加工的适应性强、灵话性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，
如模具类、壳体类零件等。
②能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线类零件以及三维空间曲面类零件。
③能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。
如可对零件进行钻、扩、镗、铰、攻螺纹、铣端面、挖槽等多道工序的加工。
④加工精度高，加工质量稳定可靠。
⑤生产自动化程度高，生产效率高。
⑥从切削原理上讲，端铣和周铣都属于断续切削方式，不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，刀具应具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。
在干式切削状况下，还要求刀具具有良好的红硬性。
2.确定加工路线时应遵守以下原则
①确定加工路线应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求，并保证高的加工效率。
②为提高生产效率，在确定加工路线时，应使加工路线最短，刀具空行程时间最少。
③所确定的加工路线应当能够减少编程工作量，以及编程时数值计算的工作量。
3.尺寸精度的影响因素
铣削加工过程中产生尺寸精度降低的原因是多方面的，在实际加工过程中，造尺寸精度降低的原因见表1.1
表1.1数控铣尺寸精度降低原因分析
影响因素
序号
产生原因
工件装夹与校正
1
工件装夹不牢固，加工过程中产生松动与振动
2
工件校正不正确
刀具及使用
3
刀具尺寸不正确或产生磨损
4
对刀不正确，工件的位置尺寸产生误差
5
刀具刚性差，刀具加工过程中产生振动
加工
6
切削深度过大，导致刀具发生弹性变形，加工面呈锥形
7
刀具补偿参数设置不正确
8
精加工余量选择过大或过小
9
切削用量选择不当，导致切削力、切削热过大，从而产生热变形和内应力
工艺系统
10
机床原理误差
11
机床几何误差
12
工件定位不正确或夹具与定位元件制造误差
4.形位精度的影响因素
零件的形位精度有各加工表面与基准面的垂直度、平行度以及对称度等。
在零件轮廓的加工过程中，造成形位精度降低的可能原因见表1.2。
表1.2数控铣形位精度降低原因分析
影响因素
序号
产生原因
工件装夹与校正
刀具及使用
1
工件装夹不牢固，加工过程中产生松动与振动
2
夹紧力过大，产生弹性变形，切削完成后变形恢复
3
工件校正不正确，造成加工面与基准面不平行或不垂直
刀具及使用
4
刀具刚性差，刀具加工过程中产生振动
5
对刀不正确，产生位置精度误差
加工
6
切削深度过大，导致刀具发生弹性变形，加工面呈锥形
7
切削用量选择不当，导致切削力过大，而产生工件变形
工艺系统
8
夹具装夹找正不正确（如本任务中钳口找正不正确）
9
机床几何误差
10
工件定位不正确或夹具与定位元件制造误差
注：
形位精度对配合精度有直接影响。
5.薄壁零件铣削
薄壁零件铣削时变形是多方面的。
主要由于装夹工件时的夹紧力，切削工件时的切削力，工件阻碍刀具切削时产生的弹性变形和塑性变形，使切削区温度升高而产生热变形。
提高薄壁件加工精度和效率的措施如下；
①切削力的大小与切削用量密切相关。
从《金属切削原理》中可以知道：
背吃刀量以
，进给量
，切削速度υ是切削用量的三个要素。
背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对铣削薄壁零件极为不利。
减少背吃刀量，增大进给量，切削力虽然有所下降，但工件表面残余面积增大，表面粗糙度值大，使强度不好的薄壁零件的内应力增加，同样也会导致零件的变形。
6.零件几何尺寸的处理方法
数控加工程序是以准确的坐标点来编制的，零件图中各几何元素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）应明确，各种几何元素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或者影响工序安排的封闭尺寸等。
例如，如图1-2所示，由于零件轮廓各处尺寸公差带不同，那么，用同一把铣刀、同一个刀具半径补偿值编程加工时，就很难同时保证各处尺寸在尺寸公差范围内。
这时要对其尺寸公差带进行调整，一般采取的方法是：
在保证零件极限尺寸不变的前提下，在编程计算时，改变轮廓尺寸并移动公差带，如图1-2所示的括号内的尺寸，编程时按调整后的基本尺寸进行，这样，在精加工时用同一把刀，采用相同的刀补值，如工艺系统稳定又不存在其他系统误差，则可以保证加工工件的实际尺寸分布中心与公差带中心重合，保证加工精度。
图1-2零件尺寸公差带的调整图1-3刀具半径补偿
7.刀具半径补偿修调
刀具半径补偿除方便编程外，还可灵活运用，实现利用同一程序进行粗、精加工，即：
粗加工刀具半径补偿=刀具半径+精加工余量
精加工刀具半径补偿=刀具半径+修正量
刀具半径补偿如图1-3所示，刀具直径为ф20立铣刀，现零件粗加工后给精加工留余量单边1.0㎜，则粗加工刀具半径补偿D01的值为：
㎜
粗加工后实测L尺寸为L+1.98，则精加工刀具半径补偿D11值应为：
㎜
则加工后工件实际L值为L-0.03。
8.顺铣与逆铣的选择
如图1-4所示，根据刀具的旋转方向和工件的进给方向间的相互关系，数控铣削分为顺铣和逆铣两种。
在刀具正转的情况下，刀具的切削速度方向与工件的移动方向相同，采用左刀补铣削为顺铣；刀具的切削速度方向与工件的移动方向相反，而采用右刀补铣削为逆铣。
采用顺铣时，其切削力及切削变形小，但容易产生崩刃现象。
因此，通常采用顺铣的加工方法进行精加工。
而采用逆铣则可以提高加工效率，但由于逆铣切削力大，导致切削变形增加、刀具磨损加快。
因此，通常在粗加工时采用逆铣的加工方法。
图1-4顺铣与逆铣
9.切削用量的确定
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。
对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是：
保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。
总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。
同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。
（1）切削用量计算：
已知：
直径Ф60，齿数4，取每齿吃刀量fz=0.06㎜/r，f=4×0.06=0.24㎜/r，设切削速度V=80ｍ/min
主轴转速n=1000V/πD
=1000×80/3.14×60
=424r／ｍin
进给量F=f·S
=0.24×424
=101.76㎜/min
（2）我们在取切削用量时，可以适当变化一些，要根据加工时的实际情况来调整。
当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，转速较高一点。
刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。
（3）钻削用量的选择。
①钻头直径
钻头直径由工艺尺寸确定。
孔径不大时，可将孔一次钻出。
工件孔径大于35㎜时，若仍一次钻出孔径，往往由于受机床刚度的限制，必须大大减小进给量。
若两次钻出，可取大的进给量，既不降低生产效率，又提高了孔的加工精度。
先钻后扩时，钻孔的钻头直径可取孔径的50％～70％。
②进给量
小直径钻头主要受钻头的刚性及强度限制，大直径钻头主要受机床进给机构强度及工艺系统刚性限制。
在条件允许的情况下，应取较大的进给量，以降低加工成本，提高生产
效率。
普通麻花钻钻削进给量可按以下经验公式估算选取
=（0.01～0.02）
式中，
为孔的直径。
直径小于3～5㎜的钻头，常用手动进给。
加工条件不同时，其进给量可查阅切削用量手册。
③钻削速度
钻削的背吃刀量（即钻头半径）、进给量及切削速度对钻头耐用度都会产生影响，但背吃刀量对钻头耐用度的影响与车削不同。
当钻头直径增大时，尽管增大了切削力，但钻头体积也显著增加，因而使散热条件明显改善。
实践证明，钻头直径增大时，切削温度有所下降。
因此，钻头直径较大时，可选取较高的切削速度。
一般情况下，钻削速度可参考表1.3选取。
表1.3普通高速钢钻头钻削速度参考值（m／min）
工件材料
低碳钢
中、高碳钢
合金钢
铸铁
铝合金
铜合金
钻削速度
25～30
20～25
15～20
20～25
40～70
20～40
目前有不少高性能材料制作的钻头，其切削速度宜取更高值，可由有关资料查取。
．
（4）铰削用量的选择。
①铰刀直径。
铰刀直径的基本尺寸等于孔的直径基本尺寸。
铰刀直径的上下偏差应根据被加工孔的公差、铰孔时产生的扩张量或收缩量、铰刀的制造公差和磨损公差来决定。
②铰削余量。
粗铰时，余量为0.2～0.6㎜；精铰时，余量为0.05～0.2㎜。
一般情况下，孔的精度较高铰削余量越小。
③进给量
在保证加工质量的前提下，
值可取得大些。
用硬质合金铰刀加工铸铁时，通常取
=0.5～3㎜／r；加工钢时，可取
=O.3～2㎜／r。
用高速钢铰刀铰孔时，通常取
＜1㎜／r。
④铰削速度
铰削速度对孔的表面粗糙度Ra值影响最大，一般采用低速铰削来提高铰孔质量。
用高速钢铰刀铰削钢或铸铁孔时，铰削速度＜10m／min；用硬质合金铰刀铰削钢或铸铁孔时，铰削速度为8～20m／min。
10.精加工余量的确定
精加工余量的方法主要有经验估算法、查表修正法、分析计算法等几种。
数控铣床上通常采用经验估算法或查表修正法确定精加工余量，其推荐值见表1.4（轮廓指单边余量，孔指双边余量）
表1.4精加工余量推荐值/mm
加工方法
刀具材料
精加工余量
加工方法
刀具材料
精加工余量
轮廓铣削
高速钢
0.2～0.4
铰孔
高速钢
0.1～0.2
硬质合金
0.3～0.6
硬质合金
0.2～0.3
扩孔
高速钢
0.5～1.0
镗孔
高速钢
0.1～0.5
硬质合金
1.0～2.0
硬质合金
0.3～1.0
11.确定刀具切入切出路线
铣削零件轮廓时，为保证零件的加工精度与表面粗糙度要求，避免在切人切出处产生刀具的刻痕，设计刀具切人切出路线时应避免沿零件轮廓的法向切人切出。
切人工件时沿切削起始点延伸线或切线方向逐渐切人工件，保证零件曲线的平滑过渡。
同样，在切离工件时，也应避免在切削终点处直接抬刀，要沿着切削终点延伸线或切线方向逐渐切离工件。
对于二维轮廓加工，如果内轮廓曲线不能外延时，可沿内轮廓曲线的法向进刀和退刀，进刀点和退刀点应尽量选择在内轮廓曲线两几何元素的交点处，如图1-5所示。
对于型腔的粗铣加工，一般应先钻一个工艺孔至型腔底面（留一定精加工余量），并扩孔，以便所使用的立铣刀能从工艺孔进刀，进行型腔粗加工，如图1-6所示。
型腔粗加工方式一般采用从中心向四周扩展。
铣削内槽时除选择刀具圆角半径符合内槽的图纸要求外，为保证零件的表面粗糙度，同时又使进给路线短，可先用行切法切去中间部分余量，最后用环切法切一刀，既能使总的进给路线短，又能获得较好的表面粗糙度。
此外，轮廓加工中应避免进给停顿，因为加工过程中的切削力会使工艺系统产生弹性变形并处于相对平衡状态，进给停顿时，切削力突然变小，会改变系统的平衡状态，刀具会在进给停顿处的零件轮廓上留下刀痕，影响零件的表面质量。
图1-5沿曲线法向进刀和退刀图1-6型腔粗加工方式
12.任意角度倒角和倒圆
在任意两直线插补程序段之间、在直线和圆弧插补或圆弧与直线插补程序段之间、
在两圆弧插补程序段之间可以自动地插入倒角和倒圆。
指令格式为：
G01X_Y_，C_;拐角倒角
G01X_Y_，R_;拐角圆弧过渡
X、Y表示任意两直线、圆弧插补或圆弧与直线插补的交点坐标。
C后的值表示倒角起点和终点距假想拐角交点的距离，假想拐角交点即未倒角前的
拐角交点，如图1-6所示；R后的值表示圆角半径，如图1-7所示。
图1-6任意角度倒角图1-7任意角度倒圆
上面的指令应加在直线插补G01或圆弧插补G02／G03程序段的末尾。
倒角和拐角
圆弧过渡的程序段可连续地指定。
使用时需注意以下几点：
（1）00组G代码（除了G04以外）、16组的G68不能与倒角和拐角圆弧过渡位于同一程序段中，也不能用在连续形状的倒角和拐角圆弧过渡的程序段中；
（2）在螺纹加工程序段中不能指定拐角圆弧过渡；
（3）在坐标系变动（G92或G52～G59），或执行返回参考点（G28～G30）之后的程序段中不能指定倒角或拐角圆弧过渡；
（4）DNC操作不能使用任意角度倒角和拐角圆弧过渡。
13.确定最短加工路线
（1）确定走刀路线时，在满足零件加工质量的前提下应使走刀路线最短，不仅节省加工时间，减少刀具空行程时间，提高生产效率，也避免机床磨损消耗和生产成本。
实现进给最短进给路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时辅以简单的计算。
图1-8钻孔是最短走刀路线设计
如加工图1-8（a）所示零件上的孔系。
图1-8（b）所示的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。
若改用图1-8（c）所示的走刀路线，减少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率。
（2）确定Z向（轴向）进给路线
刀具在Z向的进给路线分为快速移动进给路线和工作进给路线。
刀具先从初始平面快速运动到距工件加工表面一定距离的R平面，然后按工作进给速度进行加工。
图1-9（a）所示为加工单个孔时刀具的进给路线。
对多孔而言，为减少刀具空行程进给时间，加工中间孔时，刀具不必退回到初始平面，只要退回到R平面上即可，其进给路线如图1-9（b）所示。
图1-9刀具Z向进给路线设计示例
如图1-10所示，加工不通孔时，工作进给距离为：
图1-10工作进给距离计算
加工通孔时，工作进给距离为：
由于麻花钻的钻心角为118°，所以：
刀具切入、切出距离
的经验数据见表1.5。
表1.5刀具切入、切出距离的经验数据（mm）
表面状态
加工方式
已加工表面
毛坯表面
表面状态
加工方式
已加工表面
毛坯表面
钻孔
2～3
5～8
铰孔
3～5
5～8
扩孔
3～5
5～8
铣孔
3～5
5～10
镗孔
5～5
5～8
攻螺纹
5～10
5～10
14.合理选用切削液
用高速钢刀具，粗加工时，以水溶液冷却，主要降低切削温度；精加工时，采用中、低加工，选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液，主要改善已加工表面的质量和提高刀具使用寿命。
硬质合金刀具，粗加工时，采用低浓度的乳化液或水溶液，必须连续地、充分地浇注；精加工时采用的切削液与粗加工时基本相同，但应适当提高其润滑性能，在铣削过程中充分使用切削液不仅减小了切削力，刀具的耐用度得到提高，工件表面粗糙度值也降低了，同时工件不受切削热的影响而使其加工尺寸和几何精度发生变化，保证了零件的加工质量。
15.机用虎钳的找正及安装
为了使工件合理的固定安装，就必须先将夹具正确的安装并固定于机床的工作上，使平口虎钳的固定钳口面平行于机床的X轴并垂直于工作台，使平口虎钳的底面平行于工作台面，也就是保证机床的主轴垂直于机床工作台。
（1）夹具（平口虎钳）的安装找正步骤如下图1-11
图1-11机用虎钳的安装
①检查虎钳底部的定位键是否紧固，定位键的定位面是否同一方向安装；
②将机用虎钳安装在工作台中间的T形槽内，钳口位置居中，并且用手拉动机用虎钳底盘，使定位键向T形槽直槽一侧贴合；
③用T形螺栓将机用虎钳压紧在铣床工作台面上。
（2）机用虎钳的找正。
①先将平口虎钳用T型螺栓紧固于工作台上，松开机用虎钳上体与转盘底座的紧固螺母，将机用虎钳水平回转90°，略紧固螺母。
②用百分表找正，将百分表固定在机床主轴上，使机用虎钳钳口与铣床X向进给方向平行。
③然后使用手轮移动工作台和主轴，使表的接触头靠上平口虎钳的固定钳口面。
找正的方法如图1-12所示。
④找正时，注意防止百分表座与连接杆的松动，以免影响找正精度。
进行找正的操作时，先将百分表测头与定钳口长度方向的中部接触，然后移动X向，根据显示值误差微量调整回转角度，直至钳口与X向平行。
⑤移动铣床Z向，可以校核定钳口与工作台面的垂直度误差。
图1-12百分表找正
16.试切对刀
（1）直接测量法
1）X、Y轴测量（如图1—13所示）
图1—14工件原点与机床原点的位置关系（X、Y视图）
D—基准刀具直径；
XＭ—主轴中心的机械坐标值（工作台X向移动距离）；
YＭ—主轴中心的机械坐标值（工作台Y向移动距离）；
工件坐标系原点的机械坐标值为（Xw、Yw）
Xw=―∣XＭ-D/2∣
Yw=―∣YＭ-D/2∣
2）Z轴测量（如图1—15所示）
图1—16工件原点与机床原点的位置关系（X、Z视图）
H—基准刀具长度；
ZＭ—主轴中心的机械坐标值（主轴Z向移动距离）；
工件坐标系原点的机械坐标值为（Zw）
Zw=―∣ZＭ+H∣
如果不计刀具长度则
Zw=―∣ZＭ∣（一般常用）
注：
在计算中我们假设所有的坐标数值为正值。
（2）操作步骤
例：
工件毛坯：
100×100×30mm，刀具直径Ф16㎜，刀具长度90mm。
刀具偏移设置
如图1—17、图1—18所示。
图1—17图1—18
操作步骤如下：
1）将工件正确固定于夹具上。
2）在JOG方式下进行装刀。
3）MDI方式下启动主轴。
4）移动刀具，使刀具与工件X方向（左侧）基准面相切。
5）沿Z向提刀，计算X方向工件原点的机械坐标值（-252mm）。
6）在位置偏移G54画面中ｘ＿偏置设定内输入-252，按输入键。
7）对Y轴与X轴操作方法相同。
8）Y轴设定好以后，提刀使刀具端面与工件上表面相切。
9）在位置偏移G54（图1-19）画面中Z＿偏置内输入-200，按输入键。
10）在MDI方式下，输入G54G90，按循环启动键，使G54坐标值生效。
11）手动将刀具移动到工件坐标系X0、Y0、Z0进行刀具检验。
12）如不正确则重复操作4—11项。
13）如果正确，则将刀具提高，并停止主轴。
图1—19（FANUC0i系统）刀具偏移设置
FANUC0I-MB数控铣床平口虎钳
刀具：
在加工工件时，根据加工需要，尽可能选择直径大的刀具或则不同类型的刀具，进行一次性加工来提高加工效率。
钻中心
麻花钻
铰刀
面铣刀
粗铣刀具
精铣刀具
量具：
在检测工件时，需要配合的零件采用配合方式来检测，不需要配合的部位，根据的零件的公差来，选择合理的测量工具。
游标卡尺
杠杆百分表
深度尺
外径千分尺
标准检验棒
Z向设定器
四、典型零件加工工艺，程序编制及加工
1.经过对零件的工艺分析及切削用量的选用，制定出数控加工工序卡见表。
表1数控加工工序卡
×××学院
×××实训中心
数控加工工序卡
零件名称
零件图号
零件材料
┅
┅
┅
45#钢
工序号
┅
夹具名称
┅
夹具编号
┅
使用设备
数控铣FANUC-XK714
工
步
号
加工内容
程
序
号
刀具
名称
刀具
规格
㎜
长度
补偿
号
长度
补偿
值㎜
半径
补偿
号
半径
补偿
值㎜
主轴
转速
r/min
进给
速度
㎜/min
切削
深度
㎜
加工
余量
㎜
1
3-Φ10定位孔
O0001
中心钻
A3
H01
实测
1200
20
2
3-Φ10底孔
O0002
麻花钻
Ф9.8
H02
实测
600
30
3
粗铣外形
O0003
立铣刀
Ф12
H03
实测
D03
6.2
600
80
5
0.2
4
粗铣四方槽
O0004
立铣刀
Ф12
H03
实测
D03
6.2
600
80
5
0.2
5
粗铣内轮廓40㎜
O0005
立铣刀
Ф12
H03
实测
D03
6.2
600
80
5
0.2
6
精铣外形
O0003
立铣刀
Ф10
H04
实测
D04
5.0
700
60
10
7
精铣四方槽
O0004
立铣刀
Ф10
H04
实测
D04
5.0
700
60
10
8
精铣内轮廓40㎜
O0005
立铣刀
Ф10
H04
实测
D04
5.0
700
60
10
9
3-Φ10孔
O0006
铰刀
Ф10
H05
实测
150
40
升级会员 