數控銑削加工教案

教案2010～2011學年第1學期課程名稱：《數控銑削編程與加工技術》授課教師：羅龍輝職稱：教學單位：07機械師教研室：2010年11月

廣東技術師范學院教案課程名稱《數控銑削編程與加工技術》授課專業(yè)中等職業(yè)學校數控技術應用專業(yè)班級07機械師授課教師羅龍輝職稱單位課程類型必修課專業(yè)必修課（√）；公共必修課（）選修課專業(yè)選修課（）；公共選修課（）授課方式課堂講授（√）；實踐（）考核方式考試（√）；考查（）課程教學總學時數3學分數3學時分配課堂講授（3）學時；實踐課（0）學時教材名稱《數控銑削編程與加工技術（第2版）》作者張英偉出版社及出版時間2009年12月參考書目作者出版社及出版時間授課時間2010年11月24日注：表中（）選項請打“√”。每門課程只需填寫一次本表。

廣東技術師范學院教案周次第12周，第2次課章節(jié)名稱4.1.8

走刀路線的確定4.2

數控銑削用量的選擇

授課方式課堂講授（√）；實踐課（）教學時數3授課內容請將授課內容以每次課為順序，根據第一學時、第二學時寫成詳細文字材料作為附件附在教案最后，正文采用宋體小四號字體，1.5倍行距。教學重點與難點重點：1、數控銑削刀具路徑的確定（1）刀具路徑的安全規(guī)劃；（2）保證加工質量的刀具路徑的編制；（3）高效率刀具路徑的規(guī)劃；2、數控銑削用量的選用（1）刀具銑削用量的選擇（2）銑削用量的選擇原則難點：1、高加工質量的刀具路徑的編制；2、刀具銑削用量三要素的各自選擇。課堂討論與練習a孔加工零件bc圖61、討論分析圖6中b、c圖兩種加工路線何種方法會使得加工的零件得到更高的精度？2、三相步進電動機的步距角是1.5°，若步進電動機通電頻率為2000Hz，則步進電動機的轉速為_____r／min。A、3000；B、500；C、1500：D、1000。3、銑削用量的選擇原則有哪些？參考資料備注注：教案按授課次數填寫，每次授課均應填寫一份本表。重復班授課可不另填寫教案。授課內容（示例）≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈一、新課導入：在進入本節(jié)課的學習內容之前，先讓我們來一同看一些圖片圖1圖1圖2從以上圖片可以清晰地知道，圖中的零件最大的特點是表面光滑。那如何才能加工才能得到如此光滑的表面呢？為了能夠得到如此光滑的表面，對于在加工過程中對于刀具路徑的確定以及銑削用量的選擇將會顯得極其的重要。對此，本次課將對刀具路徑以及銑削用量的選擇進行學習。二、講授新課：(一)數控銑削刀具路徑的確定1．CNC加工的刀具路徑設計要求刀具路徑一般包括：從起始點快速接近工件加工部位，然后以工進速度加工工件結構，完成加工任務后，快速離開工件，回到某一設定的終點?？蓺w納為兩種典型的運動：點到點的快速定位運動——空行程；工作進給速度的切削加工運動——切削行程。確定加工路線的原則主要有以下幾點：規(guī)劃安全的刀具路徑，保證刀具切削加工的正常進行。規(guī)劃適當的刀具路徑，有利于零件加工時滿足工質量要求。圖3刀具Z向安全間隙設計規(guī)劃最短的刀具路徑，減少走刀的時間，有利于圖3刀具Z向安全間隙設計2．刀具路徑的安全規(guī)劃在數控加工擬定刀具路徑時，把安全考慮放在首要地位更切實際。規(guī)劃刀具路時，最值得注意的安全問題就是刀具在快速的點定位過程中與障礙物的碰撞。⑴快速的點定位路線起點、終點的安全設定圖4銑削加工X、Y向安全間隙設計在擬定刀具快速趨近工件的定位路徑時，趨向點與工件實體表面的安全間隙大小應有謹慎的考慮。如圖3，刀具在Z向圖4銑削加工X、Y向安全間隙設計在銑削加工中，刀具從X、Y向趨近工件與Z向快速趨于工件的情況相比較，同樣應精心設計安全間隙，但情況又有所不同，因為刀具X、Y向刀位點在在圓心，始終與刀具切削工件的點相差一個半徑，因此設計刀具趨近工件點與工件的安全間隙時，除了要考慮毛坯余量的大小，又應考慮刀具半徑值的大小。起始切削的刀具中心點與工件的安全間隙大于刀具半徑與毛坯切削余量之和是比較穩(wěn)妥的安全的考慮。刀具切出工件安全的地方是離開剛加工完的輪廓有足夠安全間隙的地方，安全間隙同樣應大于刀具半徑與毛坯切削余量之和，如圖4所示。圖5點定位路線并非直線⑵圖5點定位路線并非直線擬定刀具路徑必須使刀具移動路線中沒有障礙物，一些常見的障礙物如：加工中心的機床工作臺和安裝其上的卡盤、分度頭，虎鉗、夾具、工件的非加工結構等。對各種影響路線設計因素的考慮不周，將容易引起撞刀危險的情況。G00的目的是把刀具從相對工件的一個位置點快速移動到另一個位置點，但不可忽視的是CNC控制的兩點間點定位路線不一定是直線，如圖5所示，定位路線往往是先幾軸等速移動，然后單軸驅近目標點的折線，忽視這一點將可能忽略了阻礙在實際移動折線路線中的障礙物。非但G00的路線，G28、G29、G30、G81—G89、G73等的點定位路線也應該考慮同樣的問題。還應注意到的是撞刀不僅僅是刀頭與障礙物的碰撞，還可能是刀具其它部分如刀柄與它物的碰撞。3．保證加工質量的刀具路徑的編制⑴設計有利于保證尺寸精度的定位路線a孔加工零件a孔加工零件b位置精度不高的定位路線c位置精度高的定位路線圖6有利于定位精度的點定位刀路設計

如圖6(a)，在該零件上加工六個尺寸相同孔，位置精度要求較高，若用具有開環(huán)或半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)的機床，要特別要注意孔的點定位路線的設計，避免坐標軸的反向間隙影響位置精度。若設計如圖6(b)所示路線加工時，由于4、5、6孔與1、2、3孔Y軸向定位方向相反，Y軸傳動系統(tǒng)的反向間隙影響1、2、3孔的位置精度。按圖6(c)所示路線，1、2、3、4、5、6孔定位方向一致，可避免反向間隙的引入，提高孔加工的位置精度。圖7薄壁銑削路線⑵設計有利于保持工藝系統(tǒng)剛度圖7薄壁銑削路線刀具路線的設計，應考慮到刀具切削力對工藝系統(tǒng)剛度的影響，盡量采用選擇保證裝夾剛度和工件加工變形小的路線，使加工平穩(wěn)、震動小，提高切削的質量。薄壁零件加工的難點在于工件加工變形。隨著零件壁厚的降低,零件的剛性減低,加工變形增大,容易發(fā)生切削振顫，影響零件的加工質量和加工效率。刀具路徑設計時應考慮如何保證零件整體剛性，使切削過程處在剛性較佳的狀態(tài)。如圖7所示，對于側壁的銑削加工，在切削用量允許范圍內，采用徑向切深較大、軸向切深小，逐層往下切的分層銑削加工路線。這種刀路的設計思想在于在切削過程中,盡可能的應用零件的未加工部分作為正在銑削部分的支撐，充分利用零件整體剛性。圖8刀路間距與殘余高度⑶設計圖8刀路間距與殘余高度設計保證工件表面質量的精加工路線的要求，可歸結為兩點：一是，減少刀具相對工件運動軌跡形成的殘留；二是，精加工路線有利于維持工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免物理因素對精加工的干擾。如圖8，球頭刀加工空間曲面和變斜角輪廓時，刀路間距設計，是影響切削殘留的重要因素，由于球頭刀具在走刀時，每兩行刀位之間，加工表面不可能重疊，總存在沒有被加工去除的部分，每兩行刀位之間的距離越大，沒有被加工去除殘余高度越大，表面質量越差。切削行距越小，殘余高度越小，有利于提高表面質量，但加工效率越低。除了注意殘留量的控制和保證精加工時的工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性，最終輪廓精加工，宜在一次走刀連續(xù)加工出來，注意精加工進、退刀路線設計，以減少接刀痕跡。圖9精銑削外整圓路線圖10精銑削內整圓路線如圖9所示，用圓弧插補方式精圖9精銑削外整圓路線圖10精銑削內整圓路線⑷合理設計螺紋加工升、降速段路線由于數控機床主運動機構與進給運動機構之間，沒有機械方面的直接聯系，CNC在控制等距螺紋或變距螺紋加工時，必須控制主軸旋轉與刀具進給保持一定的協調關系，即同步運行關系。這就意味著當主軸處于特定轉速時，進給運動的速度必須達到相應的定值才能正確加工螺紋。如當主軸500r/min時，加工螺距為2mm的螺紋，進給速度必須達到2×500=1000(mm/min)的速度時加工的螺紋才是正確的。因此數控機床的螺紋加工時，無論是車削螺紋還是攻內螺紋，在擬定螺紋加工路線時，須設置足夠長的進給運動的升速段和降速段（如圖11a、b），保證要工件的螺紋段加工時，主運動與進給運動處于正確的同步關系，a車外螺紋a車外螺紋b攻內螺紋圖11有利于保證螺紋加工質量的刀具路線設計4．高效率刀具路徑的規(guī)劃圖12追求短的點定位路線刀具相對工件的進給運動，實際上可總結為兩種典型的運動，即：點到點的定位運動，為快速、非切削的空行程狀態(tài)；刀具以工進速度切削工件的切削加工運動。規(guī)劃提高效率的刀具路徑，最實際的就是尋求最短刀具圖12追求短的點定位路線⑴擬定盡量短的點定位路線刀具切削工件前，要從某初始點開始快速運動接近工件，刀具初始點，通常是換刀點或對刀點；刀具完成切削任務后，又離開工件回到適當的歸宿點位置，通常是換刀點或機床參考點。因此，要縮短刀具接近工件的路線和切削后的回歸路線，換刀點、對刀點、機床參考點的設置，要盡量靠近工件的加工部位，但要保證換刀及其它操作的方便和安全。若同一刀具可對同次裝夾工件的多個結構，或同次裝夾的多個工件加工，應設計好刀具從一個結構到另一個結構，從一個工件到另一個工件的點定位路線，使各結構加工連貫進行，銜接自然合理，減少重復定位次數，并使定位路線總長最短。如圖12可以用同一把鉆頭把不在同一高度的相同孔一次加工完的點定位路線安排。⑵擬定盡量短的進給切削路線在安排粗加工或半精加工的切削進給路線時，切削進給路線短，可有效地提高生產效率，降低刀具損耗等。如圖13，對于矩形型腔區(qū)域的粗加工，當刀具循Z字形刀路行切時（圖13a），刀路較短，有利于提高切削效率，但加工表面質量最差，在周邊留有大量的殘余；環(huán)切走刀路線（圖13b），加工后能夠保證精度，但刀路較長，不利于提高切削效率。ab圖13(二)數控銑削用量選用1．刀具銑削用量的選擇切削用量表示主運動及進給運動參數大小的數量，是切深、進給量和切削速度三要素的總稱，用來描述切削加工運動量。銑削加工的切深分背吃刀量和側吃刀量。⑴背吃刀量和側吃刀量背吃刀量（ap）為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為㎜。端銑時，背吃刀量為切削層深度；而圓周銑削時，為被加工表面的寬度。側吃刀量（ae）為垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為㎜。端銑時，ae為被加工表面寬度；而圓周銑削時，側吃刀量為切削層深度。背吃刀量或側吃刀量的選取主要由加工余量和對表面質量的要求決定：余量不大，力求粗加工一次進給完成，但是在余量較大，或工藝系統(tǒng)剛性較差或機床動力不足時，可多次分層切削完成。當工件表面粗糙度值要求不高時粗銑，或分粗銑、半精銑兩步加工；當工件表面粗糙度值要求較高，宜分粗銑、半精銑、精銑三步進行。⑵進給量銑削加工的進給量f（㎜/r）是指刀具轉一周，工件與刀具沿進給運動方向的相對位移量；對于多齒刀具(如鉆頭、銑刀)，每轉中每齒相對于工件在進給運動方向上的位移量稱為每齒進給量fZ，單位為mm／z。顯然：fZ=（式中，z為刀齒數）進給速度F（㎜/min）是單位時間內工件與銑刀沿進給方向的相對位移量。進給速度與進給量的關系為：。（n為銑刀轉速，單位r/min）每齒進給量的選取主要依據工件材料的力學性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料強度和硬度越高，切削力越大，每齒進給量宜選得小些；刀具強度、韌性越高，可承受的切削力越大，每齒進給量可選得大一些；工件表面粗糙度要求越高，每齒進給量選小些；工藝系統(tǒng)剛性差，每齒進給量應取較小值。⑶切削速度切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度，單位為m／min。當主運動為旋轉運動時，其計算公式為=式中:d——切削刃上選定點所對應的工件或刀具的直徑，單位為mm。n——主運動的轉速，單位為r／min。選擇切削速度時，不可忽視以下幾點：⑴刀具材料硬度高，耐磨、耐熱性好時，可取較高的切削速度。⑵工件材料可切削性差時，如強度、硬度高、塑性太大或太小，切削速度應取低些。⑶工藝系統(tǒng)(機床、夾具、工件、刀具)剛度較差時，應適當降低切削速度以防止振動。⑷切削速度的選用應與切深、進給量的選擇相適應，當切深、進給量增大時，刀刃負荷增加，使切削熱增加，刀具磨損加快，從而限制了切削速度的提高；當切深、進給量均小時，可選擇較高的切削速度。⑸在機床功率較小的機床上，限制切削速度的因素也可能是機床功率。在一般情況下，可以先按刀具耐用度來求出切削速度，然后再校驗機床功率是否超載。2．銑削用量的選擇原則合理的切削用量應滿足以下要求：在保證安全生產，不發(fā)生人身、設備事故，保證工件加工質量的前提下，能充分地發(fā)揮機床的潛力和刀具的切削性能，在不超過機床的有效功率和工藝系統(tǒng)剛性所允許的額定負荷的情況下，盡量選用較大的切削用量。一般情況下我們對切削用量選擇時應考慮到下列問題：⑴保證加工質量：主要是保證加工表