数控机床与编程——课题7.ppt

一、数控铣削加工的主要对象,1.数控铣床的主要加工对象 (1)平面轮廓类零件 (2)变斜角类零件 (3)空间曲面轮廓零件,2.加工中心的主要加工对象 (1)箱体类零件 (2)盘、套、板类零件 (3)凸轮类 (4)整体叶轮类 (5)模具类 (6)外形不规则的异形零件 (7)周期性投产的零件 (8)加工精度要求较高的中小批量零件 (9)新产品试制中的零件,二、工件在数控铣床的定位,1.定位基准的选择原则,(1)粗基准的选择原则 相互位置要求原则 加工余量合理分配原则 重要表面原则 不重复使用原则 便于工件装夹原则,(2)精基准的选择原则 基准重合原则 基准统一原则 自为基准原则 互为基准原则 便于装夹原则,(3)辅助基准的选择,2.常见定位方式及定位元件,三、铣床夹具,1.用平口虎钳装夹工件,平口钳,2.平口钳在铣削加工中的应用 (1)铣削垂直面 (2)铣削平行面 (3)在立式铣床上铣两端 (4)在卧式铣床上铣两端面 (5)铣削沟槽,3.用压板装夹工件 4.压板装夹在铣削加工中的应用 5.其他常用装夹在铣削加工中的应用 6.斜楔夹紧机构 7.螺旋夹紧机构 8.偏心夹紧机构 9.组合夹具 10.可调整夹具,四、铣刀的种类,1.圆柱铣刀 圆柱铣刀主要用于卧式铣床加工平面，一般为整体式。 2.面铣刀 面铣刀主要用于立式铣床加工平面和台阶面等。面铣刀的主切削刃分布在铣刀的圆柱面上或圆锥面上,副切削刃分布在铣刀的端面上 (1）整体式面铣刀 (2）硬质合金整体焊接式面铣刀 (3）硬质合金可转位式面铣刀 3.立铣刀 (1）硬质合金螺旋齿立铣刀 (2）波形刃立铣刀 4.键槽铣刀,五、铣刀的选择,1.铣刀形式的选择 铣刀的选择必须符合铣刀使用的规范；超规范的使用会损坏铣刀，造成废品。 2.铣刀主要结构参数的合理选择 (1)铣刀直径的选择 一般情况下，尽可能选用较小直径规格的铣刀。对于刚性较差的小直径立铣刀，则应按加工情况尽可能选用较大直径，以增加铣刀的刚性。 (2)铣刀齿数的选择 高速钢圆柱铣刀、锯片铣刀和立铣刀按齿数的多少分为粗齿和细齿两种。粗齿铣刀同时工作的齿数少，工作平稳性差，但刀齿强度高，刀齿的容屑槽大，铣削深度和进给量可以大一些，故适用于粗加工及加工塑性材料。细齿铣刀的特点与粗齿铣刀相反，仅适用于半精加工和精加工。 硬质合金面铣刀的齿数有粗齿、中齿和细齿之分 。,常规数控刀具刀柄,加工中的刀柄已经标准化、系列化。常规数控刀具刀柄均采用7:24圆锥工具柄，并采用相应型式的拉钉拉紧结构。,典型刀具系统的种类及使用范围 (1)整体式数控刀具系统 (2)模块式数控刀具系统,整体式刀具系统,模块式刀具系统,高速数控刀具刀柄,在高速主轴中，目前对刀轴连接研究得比较成功的主要有两大类型：一是摒弃原有的7:24标准锥度而采用新思路的替代型刀柄结构；另一种是为降低成本，仍采用现有的7:24锥度而进行改进型的刀柄结构。这种刀柄结构可实现现有主轴结构向高速化的过渡。,六、孔加工刀具的类型与选择 孔加工大多是采用普通麻花钻。根据材料分有高速钢和硬质合金钢两种。 麻花钻主要由工作部分和柄部组成。 工作部分包括切削部分和导向部分。 根据柄部结构部通有： 莫氏锥柄：直径为880mm的麻花钻多为莫氏锥柄，可直接在装在带有 莫氏锥孔的刀柄内，刀具长度不能调节。 圆柱柄：直径为0.120mm的麻花钻多位圆柱柄，可装在钻夹头刀柄上。 中等尺寸的麻花钻两种形式均可选用，钻削直径为2060mm、孔的深径比小于等于3的中等浅孔时，可选用可转位浅孔钻。 麻花钻又可分为标准型和加长型，为了提高钻头刚性，应尽量选用较短的钻头，但麻花钻的工作部分应大于孔深，以便排屑和输送切削液。,数控加工用主要新结构孔加工工具 （1）数控钻头： （2）数控铰刀： （3）镗刀 （4）丝锥 （5）扩孔刀,铰刀,钻头,丝锥,钻削刀具,零件数控镗铣削加工方案的拟定,选择各加工表面的加工方法,安排工序,确定刀具的走刀路线,七、加工方法的选择,1.孔加工方法的选择,孔和内螺纹的加工,直径大于30mm且已铸出或锻出毛坯孔,粗镗,半精镗,孔口倒角,精镗,孔径较大的孔可采用：粗铣精铣的方案,直径小于30mm且无底孔,忽平端面,打中心孔,钻,扩,孔口倒角,铰,有同轴度要求的小孔，扩孔改为半精镗； 为提高孔的位置精度，在钻孔前安排打中心孔； 孔口倒角安排在半精加工之后、精加工前，以防止孔内产生毛刺,内螺纹,M6以下： 在加工中心上完成底孔加工再通过其他手段攻螺纹，加工中心小螺纹易折断 M6M20：采用攻螺纹的方法。 M20以上：采用铣削或镗削加工,2.平面加工方法的选择 在数控铣床上加工平面主要采用端铣刀和立铣刀加工。 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。,1、 40H7孔粗糙度要求较高，选择钻孔粗镗（或扩孔）半精镗精镗方案。 2、 13和 22孔没有尺寸公差要求，粗糙度要求不高，选择钻孔锪孔方案。,加工走刀路线 镗铣加工走刀路线可分为孔加工走刀路线和平面、轮廓加工走刀路线 1.孔加工走到路线的确定 孔加工时，一般时首先将刀具再XY平面内快速定位运动刀孔中心先的位置上，然后沿Z向运动进行加工。所以，孔加工进给路线的确定包括XY平面内和Z向进给路线。,（1）确定XY平面内的进给路线,主要考虑两个方面：定位要迅速和定位要准确,定位迅速：也就是再刀具不与工件、夹具和机床碰撞的前提下空行程尽可能短。,(A),(B),(C),按上图（B）所示进给路线进给比按图（C）所示进给路线进给节省定位时间近一半。这是因为在点位运动（G00）情况下，刀具由一点运动到另一点时，通常是沿X、Y坐标轴方向同时快速移动，当X、Y轴各自移动距离不同时，短移距方向的运动先停。待长移距方向的豫东停止后刀具才达到目标，图(B)所示方案使沿两轴方向的移距接近，所以定位过程迅速。 定位准确：安排进给路线时，要避免机械进给系统反向间隙对孔位精度的影响。,(A),(B),(C),起刀点,起刀点,P,4,3,1,2,4,3,1,2,镗削图（A）四个孔，若按图（B）所示进给路线加工，由于孔4与1、2、3孔定位方向相反，Y向反向间隙会使定位误差增加，影响孔4的定位精度，图(C)路线有效避免了反向间隙。 定位迅速和定位准确有时两者难以同时满足，这时应抓住主要矛盾，若按最短路线进给能保证定位精度，则取最短路线，反之，应取能保证定位准确的路线。,（2）确定Z向（轴向）的进给路线 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。,初始平面,R平面,初始平面,R平面,刀具先从初始平面快速运动刀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,在工作进给路线中，工作进给距离Zf，包括被加工孔的深度H，刀具的切入距离Za和切出距离Z0（加工通孔） 加工不通孔时，工作进给距离为 ZfZaHTt 加工通孔时，工作进给距离为 ZfZaHZ0Tt,切入、切出距离的经验数据,Z向快速移动走到路线,常见的有下列几种情况： 1.铣削开口不通槽时，铣刀在Z向可直接快速移动到位，不需工作进给； 2.铣削封闭槽（如键槽）时，铣刀需要一定切入距离，先快速移动到距工件表面一定切入距离的位置上，然后以工作进给速度进给至铣削深度； 3.铣削轮廓及通槽时，铣刀需有一定切出距离，可直接快速移动到距工件加工表面一定切出距离的位置上,3.数控铣削加工刀具 （1）面铣刀 面铣刀的圆周表面和端面都有切削刃，端部切削刃为副切削刃，面铣刀多制成镶齿结构，刀齿为高速钢或硬质合金钢，刀体为40Cr。硬质合金钢于高速钢铣刀相比，铣削速度较高、涓埃工效率高，加工表面质量也比较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件。 （2）立铣刀 立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可以同时进行切削，也可单独进行切削。圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的为副切削刃。主切削刃一般为螺旋齿，可以增加切削平稳性，提高加工精度。由于普通立铣刀端面中心无切削刃，所以不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面垂直的底平面。,面铣刀,方肩 铣刀,仿形 铣刀,三面刃和 螺纹铣刀,整体硬质 合金铣刀,常用铣刀,确定切削用量 切削用量包括切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。 一、对孔加工而言 切削用量应在机床说明数允许的范围内，查阅手册并结合经验确定。 主轴转速n根据选定的切削速度Vc和加工直径或刀具直径来计算：n 1000Vc/d k孔加工进给速度根据选择的进给量和主轴转速来计算：Vf nXf 对于铰刀、铣刀等多齿刀具，常要规定出每齿进给量fz，其含义为多齿刀具每转或每行程中每齿相对于工件在进给运动方向上的位移量，即：fzf/z （z为齿数） 攻螺纹时，进给量的选择决定于螺纹的导程P，由于使用了带有浮动功能的攻螺纹夹头，攻螺纹时工作进给速度Vf可略小于理论计算值，即Vf P×n,二、对铣削而言 1.背吃刀量或侧吃刀量 背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸 端铣时， ap为切削层深度；圆周铣铣时， ap为被加工面的宽度。,侧吃刀量ae为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。 端铣时， ae为表面宽度；圆周铣削时， ae为切削层深度。,背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定 工件表面粗糙度要求为Ra12.532µm时，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm，粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，工件加工可分为两次进给完成。 工件表面粗糙度要求为Ra3.212.5µm，分粗铣和半精铣两步铣削加工，粗铣后留半精铣余量0.5 1.0mm。 工件表面粗糙度要求为Ra0.83.2µm，可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削加工。半精铣时端铣背吃刀量或圆周铣削侧吃刀量取1.52mm，精铣时圆周铣侧吃刀量取0.30.5mm，端铣背吃刀量取0.51mm。,2.进给速度 进给速度指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。它与铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz(单位为mm/z)有关。 进給速度的计算公式： Vf = fz XZ Xn 每齿进给量的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料和工件表面粗糙度等因素。工件材料的强度和硬度越高， fz越小；反之越大。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。工件表面粗糙度要求越高， fz就越小。每齿进给量的确定可参考数上表5.2选取。工件刚性差或刀具强度低时，应取小值。,3.切削速度 铣削的切削速度与刀具耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比，与铣刀直径d成正比。其原因是fz、ap、ae、Z增大时，使同时工作齿数增多，刀刃负荷和切削热增加，加快刀具磨损，因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。如果加大铣刀直径则可以改善散热条件，相应提高切削速度。下表列出了铣削切削速度的参考值。,