第3章數(shù)控銑削加工工藝(教案9)

第3章數(shù)控銑削加工工藝3.2數(shù)控銑削加工工藝的制訂

4）曲面輪廓加工（1）曲率變化不大和精度要求不高的曲面常用兩軸半聯(lián)動(dòng)的行切法進(jìn)行粗加工，即x、y、z三軸中任意兩軸作聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)，另一軸單獨(dú)進(jìn)行周期進(jìn)給，這樣就將復(fù)雜的立體型面轉(zhuǎn)化為較簡(jiǎn)單的平面輪廓加工。如圖3-11所示，將x向分成若干段，球頭銑刀沿yz面所截的曲線進(jìn)行銑削，每一段加工完后進(jìn)給Δx，再加工另一相鄰曲線，如此依次切削即可加工出整個(gè)曲面。加工時(shí)Δx要根據(jù)表面粗糙度的要求及刀頭不能干涉相鄰表面的原則選取。

(2）對(duì)曲率變化較大和精度要求較高的曲面常用x、y、z三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)的行切法進(jìn)行精加工。

(3）對(duì)葉輪、螺旋槳等復(fù)雜型面，常采用立銑刀用五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行加工。圖3-11兩軸半坐標(biāo)行切法加工曲面3.2.2選擇定位裝夾方案

1.定位基準(zhǔn)的選擇為在一次裝夾中加工出所有需加工的表面，除遵循定位基準(zhǔn)的選擇原則外，最好選擇不需數(shù)控銑削的平面或孔作定位基準(zhǔn)，

并注意所選的定位基準(zhǔn)應(yīng)有利于提高工件的剛性。

2.夾具的選擇

(1)為了保持零件安裝位置與機(jī)床坐標(biāo)系及編程坐標(biāo)系方向的一致性，夾具應(yīng)能保證在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)定向安裝，同時(shí)還要求能協(xié)調(diào)零件定位面與機(jī)床之間保持一定的坐標(biāo)尺寸關(guān)系。

(2)在加工過(guò)程中，為了保證夾具與銑床主軸套筒或刀套、刀具不發(fā)生干涉，夾具在設(shè)計(jì)和制造時(shí)應(yīng)盡可能開(kāi)敞，使待加工面充分暴露在外，同時(shí)夾緊機(jī)構(gòu)元件與加工面之間應(yīng)保持一定的安全距離。

(3)在夾具的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免加工時(shí)更換夾緊點(diǎn)，以免影響零件的定位精度。

銑削工件的常見(jiàn)安裝方式（一）用機(jī)用平口鉗安裝工件機(jī)用平口鉗是一種通用夾具，適用于安裝中小尺寸和形狀規(guī)則的工件。安裝平口鉗時(shí)必須先將底面和工作臺(tái)面擦干凈，利用百分表校正鉗口，使鉗口與橫向或縱向工作臺(tái)方向平行，以保證銑削的加工精度。（二）用組合壓板安裝工件（三）用卡盤安裝利用壓板將三爪卡盤或四爪卡盤安裝在工作臺(tái)面上，可裝夾圓柱形零件。3.2.3進(jìn)給路線的確定

1.確定銑削進(jìn)給路線應(yīng)考慮的主要問(wèn)題確定銑削進(jìn)給路線時(shí)應(yīng)考慮以下一些問(wèn)題：（1）銑削零件表面時(shí)，要正確選用銑削方式。（2）進(jìn)給路線盡量短，以減少加工時(shí)間，提高效率。（3）進(jìn)刀、退刀位置應(yīng)選在零件不太重要的部位，并且使刀具沿零件的切線方向進(jìn)刀、退刀，以避免產(chǎn)生刀痕。當(dāng)銑削內(nèi)表面輪廓時(shí)，切入、切出無(wú)法外延，銑刀只能沿法線方向切入和切出，此時(shí)，切入點(diǎn)、切出點(diǎn)應(yīng)選在零件輪廓的兩個(gè)幾何元素的交點(diǎn)上。（4）

先加工外輪廓，

后加工內(nèi)輪廓。

2.平面輪廓的進(jìn)給路線

1)銑削外輪廓的進(jìn)給路線

為避免因切削力變化在加工表面產(chǎn)生刻痕，當(dāng)用立銑刀銑削外輪廓平面時(shí)，應(yīng)避免刀具沿零件外輪廓的法向切入、切出，而應(yīng)沿切削起始點(diǎn)延伸線或切線方向（見(jiàn)圖3-12）逐漸切入、切離工件。

2)銑削內(nèi)輪廓的進(jìn)給路線銑削封閉的內(nèi)輪廓表面時(shí)，為避免沿輪廓曲線的法向切入、切出，刀具可以沿一過(guò)渡圓弧切入和切出工件輪廓。圖3-13所示為銑削內(nèi)輪廓的進(jìn)給路線。圖中R1為零件圓弧輪廓半徑，R2為過(guò)渡圓弧半徑。

圖3-12銑削外輪廓的進(jìn)給路線

圖3-13銑削內(nèi)輪廓的進(jìn)給路線

3)銑削內(nèi)槽的進(jìn)給路線所謂內(nèi)槽，是指以封閉曲線為邊界的平底凹槽。這種內(nèi)槽用平底立銑刀加工，刀具圓角半徑應(yīng)符合內(nèi)槽的圖紙要求。

3.曲面輪廓的進(jìn)給路線加工邊界敞開(kāi)的三維曲面，可根據(jù)曲面形狀、精度要求、刀具形狀等情況，常采用兩軸半坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)或三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的方法進(jìn)行行切加工。用球頭銑刀對(duì)三維曲面進(jìn)行行切加工時(shí)，先是一行一行地加工曲面，每加工完一行，銑刀要沿一個(gè)坐標(biāo)方向移動(dòng)一個(gè)行距，直至將整個(gè)曲面加工出為止，如圖3-14所示。用三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工時(shí)，球頭銑刀沿著曲面一行一行自動(dòng)連續(xù)切削，最后獲得整張曲面（見(jiàn)圖3－14(a)）；用兩軸半聯(lián)動(dòng)加工時(shí)，相當(dāng)于將被加工曲面切成許多薄片，由兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)切削一行就相當(dāng)于加工出一個(gè)平面曲線輪廓的薄片，每加工完一行后，銑刀沿某一坐標(biāo)進(jìn)行周期進(jìn)給移動(dòng)一個(gè)行距，直至加工好整個(gè)曲面（見(jiàn)圖3-14(b)）。

圖3-14曲面的行切法加工(a)三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)；(b)兩軸半聯(lián)動(dòng)圖3-15行切法的加工結(jié)果(a)兩軸半聯(lián)動(dòng)；

(b)三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)

3.2.4銑刀的種類及選擇

1.常用銑刀的種類

1)面銑刀如圖3-16所示，面銑刀一般多在40Cr的盤狀刀體上機(jī)夾、焊接硬質(zhì)合金刀片或其它刀頭，故面銑刀又稱盤銑刀。面銑刀常用于端銑較大的平面。

圖3-16面銑刀

2)立銑刀立銑刀是數(shù)控銑削加工中最常用的一種銑刀，圖3-17所示是兩種最常見(jiàn)的立銑刀。立銑刀的圓柱表面和端面上都有切削刃，圓柱表面的切削刃為主切削刃，端面上的切削刀為副切削刃。主切削刃一般為螺旋齒，這樣可以增加切削平穩(wěn)性，提高加工精度。由于普通立銑刀端面中心處無(wú)切削刃，因而立銑刀不能作軸向進(jìn)給。端面刃主要用來(lái)加工與側(cè)面相垂直的底平面。

立銑刀廣泛用于加工平面類零件。

圖3-17立銑刀(a)削平柄波刃立銑刀；

(b)直柄立銑刃

為了能加工較深的溝槽并保證有足夠的備磨量，立銑刀的軸向長(zhǎng)度一般較長(zhǎng)。直徑較小的立銑刀一般制成帶柄的形式?！?～￠71mm的立銑刀為直柄；￠6～￠63mm的立銑刀為莫氏錐柄；￠25～￠80mm的立銑刀為帶有螺孔的7∶24錐柄，螺孔用來(lái)拉緊刀具。直徑大于￠40～￠160mm的立銑刀可做成套式結(jié)構(gòu)。

3)成型銑刀成型銑刀一般都是為特定的工件或加工內(nèi)容專門設(shè)計(jì)制造的，適用于加工平面類零件的特定形狀（如角度面、凹槽面等），也適用于加工特形孔或凸臺(tái)。圖3-18是常見(jiàn)的幾種成型銑刀。

圖3-18成型銑刀

4)球頭銑刀球頭銑刀如圖3-19所示，適用于加工空間曲面零件，有時(shí)也用于平面類零件上有較大轉(zhuǎn)接凹圓弧的過(guò)渡加工。球頭銑刀與銑削特定曲率半徑的成型曲面銑刀（如圖3-18(e)所示）相比較，雖然加工對(duì)象都是曲面類零件，但兩者仍有較大差別。它們的主要差別在于球頭銑刀的球半徑通常小于加工曲面的曲率半徑，而成型曲面銑刀的曲率半徑則與加工曲面的曲率半徑相等。

圖3-19球頭銑刀

5)鼓形銑刀如圖3-20所示的鼓形銑刀，它的切削刃分布在半徑為R的圓弧面上，端面無(wú)切削刃。加工時(shí)控制刀具上下位置，相應(yīng)改變刀刃的切削部位，可以在工件上切出從負(fù)到正的不同斜角。R越小，鼓形銑刀所能加工的斜角范圍越廣，但所獲得的表面質(zhì)量也越差。這種刀具的缺點(diǎn)是刃磨困難，切削條件差，而且不適于加工有底的輪廓表面。鼓形銑刀主要用于對(duì)變斜角類零件的變斜角面進(jìn)行近似加工。

圖3-20鼓形銑刀

6)鍵槽銑刀鍵槽銑刀如圖3-21所示，它有兩個(gè)刀齒，圓柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像立銑刀，又像鉆頭。利用鍵槽銑刀加工時(shí)，先軸向進(jìn)給達(dá)到槽深，然后沿鍵槽方向銑出鍵槽全長(zhǎng)。

圖3-21鍵槽銑刀

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，直柄鍵槽銑刀直徑d＝2～22mm，錐柄鍵精銑刀直徑d＝14～50mm。鍵槽銑刀直徑的偏差有e8和d8兩種。鍵槽銑刀的圓周切削刃僅在靠近端面的一小段長(zhǎng)度內(nèi)發(fā)生磨損，重磨時(shí)，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后銑刀直徑不變。

2.銑刀的選擇

1)銑刀類型的選擇銑刀類型應(yīng)與工件表面形狀和尺寸相適應(yīng)。加工大平面應(yīng)采用面銑刀；加工凸臺(tái)、凹槽及平面輪廓常采用立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔，可選用鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀；加工曲面常采用球頭銑刀；加工空間曲面、模具型腔或凸模成型表面多采用模具銑刀；加工封閉的鍵槽選擇鍵槽銑刀；加工變斜角零件的變斜角面應(yīng)選用鼓形或錐形銑刀；加工各種直的或圓弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等應(yīng)選用成型銑刀。

2)銑刀參數(shù)的選擇銑刀參數(shù)的選擇主要應(yīng)考慮零件加工部位的幾何尺寸和刀具的剛性等因素。數(shù)控銑床上使用最多的是可轉(zhuǎn)位面銑刀和立銑刀，因此，下面重點(diǎn)介紹面銑刀和立銑刀參數(shù)的選擇。

·面銑刀主要參數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)工件的材料、刀具材料及加工性質(zhì)的不同來(lái)確定面銑刀的幾何參數(shù)。粗銑時(shí)，銑刀直徑要小些，因?yàn)榇帚娗邢髁Υ?，小直徑銑刀可減小切削扭矩。精銑時(shí)，銑刀直徑要大些，盡量包容工件整個(gè)加工寬度，以提高加工精度和效率，減小相鄰兩次進(jìn)給之間的接刀痕跡。由于銑削時(shí)有沖擊，故面銑刀的前角一般比車刀略小，尤其是硬質(zhì)合金面銑刀，前角小得更多。銑削強(qiáng)度和硬度都高的材料還可用負(fù)前角。前角的數(shù)值主要根據(jù)工件材料和刀具材料來(lái)選擇，其具體數(shù)值可參考表。銑刀的磨損主要發(fā)生在后刀面上，因此適當(dāng)加大后角可減少銑刀磨損，故常取α＝5°～12°，工件材料軟的取大值，工件材料硬的取小值；粗齒銑刀取小值，細(xì)齒銑刀取大值。因銑削時(shí)沖擊力較大，為了保護(hù)刀尖，硬質(zhì)合金面銑刀的刃傾角常取λs＝-15°～-5°。只有在銑削低強(qiáng)度材料時(shí)，才取λs＝5°。主偏角κr在45°～90°范圍內(nèi)選取，銑削鑄鐵時(shí)取κr=45°，銑削一般鋼材時(shí)取κr=75°，銑削帶凸肩的平面或薄壁零件時(shí)取κr=90°。

·立銑刀主要參數(shù)的選擇（1）銑刀直徑D的選擇。一般情況下，為減少走刀次數(shù)，提高銑削速度和銑削量，保證銑刀有足夠的剛性以及良好的散熱條件，應(yīng)盡量選擇直徑較大的銑刀。但選擇銑刀直徑往往受到零件材料，剛性，加工部位的幾何形狀、尺寸及工藝要求等因素的限制。圖3-22所示零件的內(nèi)輪廓轉(zhuǎn)接凹圓弧半徑R較小時(shí)，銑刀直徑D也隨之較小，一般選擇D=2R。若槽深或壁板高度H較大，則應(yīng)采用細(xì)長(zhǎng)刀具，從而使刀具的剛性變差。銑刀的剛性以銑刀直徑D與刃長(zhǎng)l的比值來(lái)表示，一般取D／l＞0.4～0.5。當(dāng)銑刀的剛性不能滿足D／l＞0.4～0.5的條件（即剛性較差）時(shí)，可采用直徑大小不同的兩把銑刀進(jìn)行粗、精加工。先選用直徑較大的銑刀進(jìn)行粗加工，然后再選用D、l均符合圖樣要求的銑刀進(jìn)行精加工。圖3-22立銑刀尺寸選擇

(2）銑刀刃長(zhǎng)的選擇。為了提高銑刀的剛性，對(duì)銑刀的刃長(zhǎng)應(yīng)在保證銑削過(guò)程不發(fā)生干涉的情況下，盡量選較短的尺寸。一般可根據(jù)以下兩種情況進(jìn)行選擇。①

加工深槽或盲孔時(shí)：

l＝H＋2式中:l為銑刀刀刃長(zhǎng)度（mm）；

H為槽深尺寸（mm）。

②

加工外表面或通孔、通槽時(shí)：

l＝H＋r＋2式中：r為銑刀端刃圓角半徑（mm）。