數(shù)控車床加工工藝與編程操作資源第十九講

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《數(shù)控加工技術》吳明友編第十九講（90Min、2節(jié)課）2023/9/161第五章數(shù)控銑削工藝設計（一）

第一節(jié)數(shù)控銑削加工工藝分析（90Min）一、數(shù)控銑削加工工藝工藝概述 （20Min）數(shù)控銑削加工工藝是以普通銑床的加工工藝為基礎，結合數(shù)控銑床的特點，綜合運用金屬切削原理與刀具、加工工藝、典型零件加工及工藝性分析等方面的知識解決數(shù)控銑削加工過程中面臨的工藝問題。2023/9/1621．數(shù)控銑削加工的主要對象數(shù)控銑削是機械加工中最常用和最主要的數(shù)控加工方法之一。根據(jù)數(shù)控銑床的特點，從銑削加工角度考慮，適合數(shù)控銑削的主要加工對象有以下幾類。⑴平面輪廓零件。這類零件的加工面平行或垂直于定位面，或加工面與定位面的夾角為固定角度，如各種蓋板、凸輪以及飛機整體結構件中的框、肋等。目前在數(shù)控銑床上加工的大多數(shù)零件屬于平面類零件，其特點是各個加工面是平面，或可以展開成平面。平面類零件是數(shù)控銑削加工中最簡單的一類零件，一般只需用三坐標數(shù)控銑床的兩坐標聯(lián)動（即兩軸半坐標聯(lián)動）就可以把它們加工出來。2023/9/1632023/9/164平面類零件

⑵變斜角類零件。加工面與水平面的夾角呈連續(xù)變化的零件稱為變斜角零件，例如圖5-1所示的飛機變斜角梁椽條。變斜角類零件的變斜角加工面不能展開為平面，但在加工中，加工面與銑刀圓周的瞬時接觸為一條線。最好采用四坐標、五坐標數(shù)控銑床擺角加工，若沒有上述機床，也可采用三坐標數(shù)控銑床進行兩軸半近似加工。2023/9/1652023/9/166圖5-1飛機變斜角梁椽條⑶空間曲面輪廓零件。這類零件的加工面為空間曲面，如模具、葉片、螺旋槳等。空間曲面輪廓零件不能展開為平面。加工時，銑刀與加工面始終為點接觸，一般采用球頭刀在三軸數(shù)控銑床上加工。當曲面較復雜、通道較狹窄、會傷及相鄰表面及需要刀具擺動時，要采用四坐標或五坐標銑床加工。2023/9/1672023/9/168空間曲面2023/9/169空間曲面⑷孔。孔及孔系的加工可以在數(shù)控銑床上進行，如鉆、擴、鉸和鏜等加工。由于孔加工多采用定尺寸刀具，需要頻繁換刀，當加工孔的數(shù)量較多時，就不如用加工中心加工方便、快捷。⑸螺紋。內(nèi)、外螺紋、圓柱螺紋、圓錐螺紋等都可以在數(shù)控銑床上加工。2023/9/16102023/9/16112．數(shù)控銑削加工工藝的特點數(shù)控銑床加工的程序是數(shù)控銑床的指令性文件。數(shù)控銑床受控于程序指令，加工的全過程都是按程序指令自動進行的。數(shù)控銑床加工程序不僅要包括零件的工藝過程，而且還要包括切削用量，走刀路線，刀具尺寸以及銑床的運動過程。因此，要求編程人員對數(shù)控銑床的性能、特點、運動方式、刀具系統(tǒng)、切削規(guī)范以及工件的裝夾方法都要非常熟悉。工藝方案的好壞不僅會影響銑床效率的發(fā)揮，而且將直接影響到零件的加工質量。2023/9/16123．數(shù)控銑削加工工藝的主要內(nèi)容數(shù)控銑床加工工藝主要包括如下內(nèi)容。⑴選擇適合在數(shù)控銑床上加工的零件，確定工序內(nèi)容。⑵分析被加工零件的圖紙，明確加工內(nèi)容及技術要求。⑶確定零件的加工方案，制定數(shù)控銑削加工工藝路線。處理與非數(shù)控加工工序的銜接等。⑷數(shù)控銑削加工工序的設計。如選取零件的定位基準、如劃分工序、安排加工順序、夾具方案的確定、工步劃分、刀具選擇和確定切削用量等。⑸數(shù)控銑削加工程序的調(diào)整。如選取對刀點和換刀點、確定刀具補償及確定加工路線等。2023/9/1613

二、數(shù)控加工工藝文件（5Min）

1．數(shù)控加工工序卡

2．數(shù)控加工刀具卡

3．數(shù)控加工走刀路線圖4．數(shù)控加工程序單

數(shù)控銑削加工工藝文件與第三章第二節(jié)中的有關內(nèi)容基本相同，這里不再贅述。數(shù)控銑削加工工序卡及數(shù)控銑削加工刀具卡的格式見本章第五節(jié)2023/9/1614

三、零件的工藝分析（20Min）數(shù)控銑削加工的工藝設計關鍵在于合理安排工藝路線，協(xié)調(diào)數(shù)控銑削工序與其他工序之間的關系，確定數(shù)控銑削工序的內(nèi)容和步驟，并為程序編制準備必要的條件。1．數(shù)控銑削加工部位及內(nèi)容的選擇與確定一般情況下，某個零件并不是所有的表面都需要采用數(shù)控加工，應根據(jù)零件的加工要求和企業(yè)的生產(chǎn)條件進行具體分析，確定具體的加工部位和內(nèi)容及要求。具體而言，以下情況適宜采用數(shù)控銑削加工：⑴由直線、圓弧、非圓曲線及列表曲線構成的內(nèi)外輪廓；⑵空間曲線或曲面；2023/9/1615⑶形狀雖然簡單，但尺寸繁多、檢測困難的部位；⑷用普通機床加工時難以觀察、控制及檢測的內(nèi)腔、箱體內(nèi)部等；⑸有嚴格位置尺寸要求的孔或平面；⑹能夠在一次裝夾中順帶加工出來的簡單表面或形狀；⑺采用數(shù)控銑削加工能有效提高生產(chǎn)率，減輕勞動強度的一般加工內(nèi)容。而像簡單的粗加工面、需要用專用工裝協(xié)調(diào)的加工內(nèi)容等則不宜采用數(shù)控銑削加工。在具體確定數(shù)控銑削的加工內(nèi)容時，還應結合企業(yè)設備條件、產(chǎn)品特點及現(xiàn)場生產(chǎn)組織管理方式等具體情況進行綜合分析，以優(yōu)質、高效、低成本完成零件的加工為原則。2023/9/16162．數(shù)控銑削加工零件的工藝性分析零件的工藝性分析是制訂數(shù)控銑削加工工藝的前提，其主要內(nèi)容包括如下。⑴零件圖及其結構工藝性分析。1）分析零件的形狀、結構及尺寸的特點，確定零件上是否有妨礙刀具運動的部位，是否有會產(chǎn)生加工干涉或加工不到的區(qū)域，零件的最大形狀尺寸是否超過機床的最大行程，零件的剛性隨著加工的進行是否有太大的變化等。2）檢查零件的加工要求，如尺寸加工精度、形位公差及表面粗糙度在現(xiàn)有的加工條件下是否可以得到保證，是否還有更經(jīng)濟的加工方法或方案。2023/9/16173）在零件上是否存在對刀具形狀及尺寸有限制的部位和尺寸要求，如過渡圓角、倒角、槽寬等，這些尺寸是否過于凌亂，是否可以統(tǒng)一。盡量使用最少的刀具進行加工，減少刀具規(guī)格、換刀及對刀次數(shù)和時間，以縮短總的加工時間。4）對于零件加工中使用的工藝基準應當著重考慮，它不僅決定了各個加工工序的前后順序，還將對各個工序加工后各個加工表面之間的位置精度產(chǎn)生直接的影響。應分析零件上是否有可以利用的工藝基準，對于一般加工精度要求，可以利用零件上現(xiàn)有的一些基準面或基準孔，或者專門在零件上加工出工藝基準。當零件的加工精度要求很高時，必須采用先進的統(tǒng)一基準定位裝夾系統(tǒng)才能保證加工要求。2023/9/16185）分析零件材料的種類、牌號及熱處理要求，了解零件材料的切削加工性能，才能合理選擇刀具材料和切削參數(shù)。同時要考慮熱處理對零件的影響，如熱處理變形，并在工藝路線中安排相應的工序消除這種影響。而零件的最終熱處理狀態(tài)也將影響工序的前后順序。6）當零件上的一部分內(nèi)容已經(jīng)加工完成，這時應充分了解零件的已加工狀態(tài)，數(shù)控銑削加工的內(nèi)容與已加工內(nèi)容之間的關系，尤其是位置尺寸關系，這些內(nèi)容之間在加工時如何協(xié)調(diào)，采用什么方式或基準保證加工要求。如對其他企業(yè)的外協(xié)零件的加工。2023/9/16197）構成零件輪廓的幾何元素（點、線、面）的條件（如相切、相交、垂直和平行等），是數(shù)控編程的重要依據(jù)。因此，在分析零件圖樣時，務必要分析幾何元素的給定條件是否充分，發(fā)現(xiàn)問題及時與設計人員協(xié)商解決。⑵零件毛坯的工藝性分析。零件在進行數(shù)控銑削加工時，由于加工過程的自動化，使得余量的大小、如何裝夾等問題在設計毛坯時就要仔細考慮好。否則，如果毛坯不適合數(shù)控銑削，加工將很難進行下去。根據(jù)實踐經(jīng)驗，下列幾方面應作為毛坯工藝性分析的重點。2023/9/16201）毛坯應有充分、穩(wěn)定的加工余量。毛坯主要指鍛件、鑄件。因模鍛時的欠壓量與允許的錯模量會造成余量的多少不等；鑄造時也會因砂型誤差、收縮量及金屬液體的流動性差不能充滿型腔等造成余量的不等。此外，鍛造、鑄造后，毛坯的撓曲與扭曲變形量的不同也會造成加工余量不充分、不穩(wěn)定。因此，除板料外，不論是鍛件、鑄件還是型材，只要準備采用數(shù)控銑削加工，其加工面均應有較充分的余量。經(jīng)驗表明，數(shù)控銑削中最難保證的是加工面與非加工面之間的尺寸，這一點應該特別引起重視。如果已確定或準備采用數(shù)控銑削加工，就應事先對毛坯的設計進行必要更改或在設計時就加以充分考慮，即在零件圖樣注明的非加工面處也增加適當?shù)挠嗔俊?023/9/16212）分析毛坯的裝夾適應性。主要考慮毛坯在加工時定位和夾緊的可靠性與方便性，以便在一次安裝中加工出較多表面。對不便于裝夾的毛坯，可考慮在毛坯上另外增加裝夾余量或工藝凸臺、工藝凸耳等輔助基準。3）分析毛坯的余量大小及均勻性。主要是考慮在加工時要不要分層切削，分幾層切削。也要考慮在加工時要不要分層切削，分幾層切削。也要分析加工中與加工后的變形程度，考慮是否應采取預防性措施與補救措施。如對于熱軋中、厚鋁板，經(jīng)淬火時效后很容易在加工中與加工后變形，最好采用經(jīng)預拉伸處理的淬火板坯。2023/9/1622四、數(shù)控銑削加工工藝路線的擬定（45Min）隨著數(shù)控加工技術的發(fā)展，在不同設備和技術條件下，同一個零件的加工工藝路線會有較大的差別。但關鍵的都是從現(xiàn)有加工條件出發(fā)，根據(jù)工件形狀結構特點合理選擇加工方法、劃分加工工序、確定加工路線和工件各個加工表面的加工順序、協(xié)調(diào)數(shù)控銑削工序和其他工序之間的關系以及考慮整個工藝方案的經(jīng)濟性等。2023/9/16231．加工方法的選擇數(shù)控銑削加工對象的主要加工表面一般可采用表5-1所列的加工方案。

⑴平面加工方法的選擇。在數(shù)控銑床上加工平面主要采用端銑刀和立銑刀加工。粗銑的尺寸精度和表面粗糙度一般可達IT11～13，Ra6.3～25；精銑的尺寸精度和表面粗糙度一般可達IT8～10，Ra1.6～6.3。需要注意的是：當零件表面粗糙度要求較高時，應采用順銑方式。2023/9/1624⑵平面輪廓加工方法的選擇。平面輪廓多由直線和圓弧或各種曲線構成，通常采用三坐標數(shù)控銑床進行兩軸半坐標加工。⑶固定斜角平面加工方法的選擇。固定斜角平面是與水平面成一固定夾角的斜面。當零件尺寸不大時，可用斜墊板墊平后加工；如果機床主軸可以擺角，則可以擺成適當?shù)亩ń?，用不同的刀具來加工。當零件尺寸很大，斜面斜度又較小時，常用行切法加工，但加工后，會在加工面上留下殘留面積，需要用鉗修方法加以清除，用三坐標數(shù)控立銑加工飛機整體壁板零件時常用此法。當然，加工斜面的最佳方法是采用五坐標數(shù)控銑床，主軸擺角后加工，可以不留殘留面積。2023/9/16252023/9/1626表5-2加工表面的加工方案⑷變斜角面加工方法的選擇1）對曲率變化較小的變斜角面，選用x、y、z和A四坐標聯(lián)動的數(shù)控銑床，采用立銑刀（但當零件斜角過大，超過機床主軸擺角范圍時，可用角度成型銑刀加以彌補）以插補方式擺角加工。加工時，為保證刀具與零件型面在全長上始終貼合，刀具繞A軸擺動適當?shù)慕嵌取?023/9/16272）對曲率變化較大的變斜角面，用四坐標聯(lián)動加工難以滿足加工要求，最好用x、y、z、A和B（或C轉軸）的五坐標聯(lián)動數(shù)控銑床，以圓弧插補方式擺角加工。3）采用三坐標數(shù)控銑床兩坐標聯(lián)動，利用球頭銑刀和鼓形銑刀，以直線或圓弧插補方式進行分層銑削加工，加工后的殘留面積用鉗修方法清除。由于鼓形銑刀的鼓徑可以做得比球頭銑刀的球徑大，所以加工后的殘留面積高度小，加工效果比球頭刀好。2023/9/1628⑸曲面輪廓加工方法的選擇。立體曲面的加工應根據(jù)曲面形狀、刀具形狀以及精度要求采用不同的銑削加工方法，如兩軸半、三軸、四軸及五軸等聯(lián)動加工。1）對曲率變化不大和精度要求不高的曲面的粗加工，常用兩軸半坐標行切法加工（所謂行切法，是指刀具與零件輪廓的切點軌跡是一行一行的，而行間的距離是按零件加工精度的要求確定的）。即x、y、z三軸中任意兩軸作聯(lián)動插補，第三軸作單獨的周期進給。2023/9/16292）對曲率變化較大和精度要求較高的曲面的精加工，常用x、y、z三軸聯(lián)動插補的行切法加工。3）對于葉輪、螺旋槳這樣的零件，因其葉片形狀復雜，刀具容易與相鄰表面發(fā)生干涉，常用五坐標聯(lián)動加工。這種加工的編程計算相當復雜，一般采用自動編程。2．工序的劃分在確定加工內(nèi)容和加工方法的基礎上，根據(jù)加工部位的性質、刀具使用情況以及現(xiàn)有的加工條件，將這些加工內(nèi)容安排在一個或幾個數(shù)控銑削加工工序中。⑴當加工中使用的刀具較多時，為了減少換刀次數(shù)，縮短輔助時間，可以將一把刀具所加工的內(nèi)容安排在一個工序（或工步）中。2023/9/1630⑵按照工件加工表面的性質和要求，將粗加工、精加工分為依次進行的不同工序（或工步）。先進行所有表面的粗加工，然后再進行所有表面的精加工。一般情況下，為了減少工件加工中的周轉時間，提高數(shù)控銑床的利用率，保證加工精度要求，在數(shù)控銑削工序劃分的時候，應盡量使工序集中。當數(shù)控銑床的數(shù)量比較多，同時有相應的設備技術措施保證工件的定位精度時，為了更合理地均勻機床的負荷，協(xié)調(diào)生產(chǎn)組織，也可以將加工內(nèi)容適當分散。2023/9/1631

3．加工順序的安排在確定了某個工序的加工內(nèi)容后，要進行詳細的工步設計，即安排這些工序內(nèi)容的加工順序，同時考慮程序編制時刀具運動軌跡的設計。一般將一個工步編制為一個加工程序，因此，工步順序實際上也就是加工程序的執(zhí)行順序。一般數(shù)控銑削采用工序集中的方式，這時工步的順序就是工序分散時的工序順序，通常按照從簡單到復雜的原則，先加工平面、溝槽、孔，再加工外形、內(nèi)腔，最后加工曲面；先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。2023/9/1632

4．加工路線的確定在確定走刀路線時