兰州交通大学：《数控加工工艺》课程教学资源（授课教案）13.doc_大学文库

数控技术及应用教案及讲稿下部分：数控加工工艺兰州交通大学机电工程学院 2 二、讲稿第四章数控铣削加工工艺第二节数控铣削加工工艺分析 4.2.4 数控铣削加工工序的设计 4.2.4.1 夹具的选择数控铣床可以加工形状复杂的零件，但数控铣床上的工件装夹方法与普通铣床一样，所使用的夹具往往并不很复杂，只要求有简单的.定位夹紧机构就可以了，但要将加工部位数开，不能因装夹工件而影响进给和切削加工。选择夹具时，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次安装中能把零件上所有要加工的表面都加工出来，具体选用尖 2.4 节，常用铣床夹具见 1.7.2 节。 4.2.4.2 刀具的选择（1）对刀具的基本要求 ① 铣刀刚性要好。要求铣刀刚性好的目的，一是满足为提高生产效率而采用大切削用量的需要，二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点，在数控铣削中，因铣刀刚性较差而断刀并造成零件损失的事例是经常有的，所以解决数控铣刀的刚性问题是至观重要的。 ② 铣刀是耐用度较高。当一把铣刀加工的内容很多时，如果刀具磨损较快，不仅会影响零件的表面质量和加工精度，而且会增加换刀与对刀次数，从而导致零件加工表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低零件的表面质量。除上述两点外之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择与排屑性能等也非常重要。切屑性能等也非常重要。切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌韦的。总之，根据被加工工件材料的热处理.状态切削性能及加工余量，选择刚性好.耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率并获得满意加工质量的前提条件。（2）常用铣刀的种类 ① 面铣刀如图 4-21 所示，面铣刀圆周方向切削刃为主切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀刃为高速钢或硬质合金，刀体为 40Cr。高速钢面铣刀按国家标准规定，直径 d=80～250mm，螺旋角β=10°，刀齿数 z=10～26。图 4-21 面铣刀图 4-22 硬质合金面铣刀硬质合金面铣刀的铣削速度，加工效率和工件表面质量均高于高速钢铣刀，并可加工带有硬皮和淬硬层的工作，因而在数控加工中得到了广泛应用。图 4-22 所示为几种常用的重磨较费时，目前已可转位式面铣刀所取代

数控技术及应用教案及讲稿下部分：数控加工工艺 (创圆谁形立洗刀 an 圆柱形球头立酰刀 f白田日号 ③模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而米，现分为圆耀形立铣刀（圆锥半角。2=3”、5”、7 10°)、圆锥形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，园周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。国家标准规定直径d-4~6m。图6-24为高速钢制造的模具铣刀，图4-25为用硬质合金制造的模具铣刀。小规格的硬质合金模只铣刀多制成整体结构，616mm 以上直径的，制成焊接或机夹可转位刀片结构。 B一B 图4-28德铁 ④键槽铣刀键槽铣刀如图4-26所示。它有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刀，端面刃延至中心，既像立铣刀，又像钻头。加工时先轴向进给达到槽深，然后沿健槽方向铣出键槽全长。的偏技国家标准规定钻直性糕结刀的圆周切制刃仅在靠近端面的一小段不度内发生膀损，的脑陆径一有e8和d8两种键桔铣刀的圆削刃仅在靠近端面的一小段长度内发生磨损，重磨时，磨后出从负到正器面于拉下男泰的小潮刀分布在半轻为R的可以在工件上切不同斜角。R越小鼓形刀所能加工的斜角范围越广，但所获得的表面质量也越差。这种刀具的特点是刃磨困难，切削条件差，而且适于加工有底的轮廓表面。 ⑥成型铣刀成型铣刀一般是为特定形状的工件或加工内容专门设计制造的如渐开线齿面、燕尾槽和T形槽等。几种常用的成型铣刀如图4-28所示。除了上述几种类型的铣刀外，数控铣床也可使用多种通用铣刀。但因不少数控铣床的主轴内有特殊的拉刀装置，或因主轴内锥孔有别，须配过渡套和拉钉。 (3)铣刀的选择兰州交通大学机电工程学院

数控技术及应用教案及讲稿下部分：数控加工工艺兰州交通大学机电工程学院 4 图 4-27 鼓形铣刀图 4-24 高速钢模具铣刀图 4-25 硬质合金模具铣刀 ③ 模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而来，可分为圆锥形立铣刀(圆锥半角α/2=3°、5°、7°、 10°)、圆锥形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。国家标准规定直径 d=4～6mm。图 6-24 为高速钢制造的模具铣刀，图 4-25 为用硬质合金制造的模具铣刀。小规格的硬质合金模具铣刀多制成整体结构，  16mm 以上直径的，制成焊接或机夹可转位刀片结构。图 4-26 键槽铣刀 ④ 键槽铣刀键槽铣刀如图 4-26 所示。它有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刀，端面刃延至中心，既像立铣刀，又像钻头。加工时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径 d=2～2mm，锥柄键槽铣刀直径 d=14～5mm。键槽铣刀直径的偏差有 e8 和 d8 两种。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的一小段长度内发生磨损，重磨时，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后铣刀直径不变。 ⑤ 鼓形铣刀图 4-27 所示为一种典型的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为 R 的圆弧面上，端面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。R 越小，鼓形刀所能加工的斜角范围越广，但所获得的表面质量也越差。这种刀具的特点是刃磨困难，切削条件差，而且适于加工有底的轮廓表面。 ⑥ 成型铣刀成型铣刀一般是为特定形状的工件或加工内容专门设计制造的，如渐开线齿面、燕尾槽和 T 形槽等。几种常用的成型铣刀如图 4-28 所示。除了上述几种类型的铣刀外，数控铣床也可使用多种通用铣刀。但因不少数控铣床的主轴内有特殊的拉刀装置，或因主轴内锥孔有别，须配过渡套和拉钉。 (3) 铣刀的选择

数控技术及应用教案及讲稿下部分：数控加工工艺兰州交通大学机电工程学院 5 铣刀类型应与工件的表面形状和尺寸相适应。加工较大的平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成型表面等多选用模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀；几个工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。数控铣床上使用最多的是可转位面铣刀和立铣刀，因此，这里重点介绍面铣刀立铣刀参数的选择。图 4-28 几种常见的成型铣刀 ① 面铣刀主要参数的选择标准可转位面铣刀直径为  (16～630mm，应根据侧吃刀量α选择适当的铣刀直径，尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，减少相邻两次进给之间的接刀痕迹和保证铣刀的耐用度。可转位面铣刀有粗齿细齿和密齿三种。粗齿铣刀容屑空间大，常用于粗铣钢件；粗铣带断续表面的铸件和在平稳条件下铣削钢件时，可选用细齿铣刀。密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于加工薄壁铸件。图 4-29 面铣刀的角度标注面铣刀几何角度的标注如图 4-29 所示。前角的选择原则与车刀基本相同，只是由于铣削时有冲击，故前角数值一般比车刀略小，尤其是硬质合金面铣刀，前角数值减小得更多些。铣削强度和硬度都高的材料可选用负前角。前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择，其具体数值可参见表 4-3。表 4-3 面铣刀的前角数值铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此适当加大后角，可减少铣刀磨损。常取 0 =5°～12°，工件材料软时取大值，工件材料硬时取小值；粗齿铣刀取小值，细齿铣刀取大值。铣削时冲击力大，为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的刃倾角常取 s =-5°～15°。只有在铣削低强度材料时，取 s =5°。主偏角 r k 在 45°～90°范围内选取，铣削铸铁常用 45°，铣削一般钢材常用 75°，铣削带凸肩的平面或薄壁零件时要用 90°。 ② 立铣刀主要参数的选择立铣刀主切削刃的前角在法剖面内测量，后角在端剖面内测量，前后角的标注如图 4-23(b)所示。前后角都为正值，分别根据工件材料和铣刀直径选取，其具体数值可分别参见表 4-4 和表 4-5。表 4-4 立铣刀前角数值

数控技术及应用教案及讲稿下部分：数控加工工艺圆周铁 1)背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）的选择背吃刀量，为平行于铣刀轴线测量的切铣尺寸，单位m。端铣时，，为切削层深度：而圆周铣削时，a,为被加工表面的宽度。侧吃刀量a,为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位m。端铣时，a,为被加工表面宽度：而圆周铣削时，4，为切削层的深度。背吃刀量或吃刀量的洗取主要由加工金量和对麦面质量的要求决定 ①在工件表面粗糙度值要求为R,=12.5一25μm时，如果圆周铣削的加工余量小于，端铣的加工余量小于，则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，可分两次进给完成 ②在工件表面粗糙度值要求为凡，=3.2~12.5μm,时，可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或吃刀量选取同前。粗铣后留0.5一1.余量，在半精铣时切除。 ③在工件表面粗糙度值要求为见0.8一3.2：m时，可分粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精 :精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3一0.5m,面铣刀背吃刀量取 (②)进给量f(mm/红)与进给速度,(mm/min)的选择是指刀具转位件与具进给运的位表面粗糙且及件材料结因参考切用量手册选取或工件刚性差或刀具强度低时，应取小值刀为多齿刀具，其进给速度、刀具转速n、刀具齿数Z及进给量∫的关系,=Z∫z 工件材料「相婪精便质合金刀高速明候刀硬质合金铁刀钢 0.12-0.20 0.15-0.30 0.02-0.05 0.10~0.15 (3)切削速度，.(m/min)的选择生六实餐酸法花物亲资别带沈许粉阳肉去招类清量用限餐会本计也可报器表个7峡削速雀参考值工件材料硬度(HBS) 统制速度/m·mn 高速锅低刀硬质合金铣刀 <225 66130 2525 <190 2136 66一150 100 4.510 21-30 实际编程中，切削速度，确定后，还要按式，。=h/1000计算出铣床主轴转速nc/min,对有级兰州交通大学机电工程学院 1

数控技术及应用教案及讲稿下部分：数控加工工艺兰州交通大学机电工程学院 7 图 4-32 铣削用量依照切削用量的选择原则，为保证刀具的耐用度，铣削用量的选择方法是:先选择背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削数度。（1）背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）的选择背吃刀量 p a 为平行于铣刀轴线测量的切铣尺寸，单位 mm。端铣时， p a 为切削层深度；而圆周铣削时， p a 为被加工表面的宽度。侧吃刀量 ae 为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位 mm。端铣时， ae 为被加工表面宽度；而圆周铣削时， ae 为切削层的深度。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。 ① 在工件表面粗糙度值要求为 Ra =12.5～25μm 时，如果圆周铣削的加工余量小于，端铣的加工余量小于，则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，可分两次进给完成。 ② 在工件表面粗糙度值要求为 Ra =3.2～12.5μm,时，可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或吃刀量选取同前。粗铣后留 0.5～1.mm 余量，在半精铣时切除。 ③ 在工件表面粗糙度值要求为 Ra =0.8～3.2μm 时，可分粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取 1.5～2mm；精铣时圆周铣侧吃刀量取 0.3～0.5mm，面铣刀背吃刀量取 0.5～1mm。 ⑵ 进给量 f (mm/r)与进给速度 f v (mm/min)的选择铣削加工的进给量是指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量；进给速度是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给量与进给速度是数控铣床加工切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取或参考表 4-6 选取。工件刚性差或刀具强度低时，应取小值。铣刀为多齿刀具，其进给速度 f v 、刀具转速 n、刀具齿数 Z 及进给量 f 的关系 f v = nZ f z 。表 4-6 铣刀每齿进给量 (3) 切削速度 c v (m/min)的选择根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验，在机床说明书允许的切削速度范围内查阅有关用量手册或参考表 4-7 选取。表 4-7 铣削速度参考值实际编程中，切削速度 c v 确定后，还要按式 c v =dn /1000 计算出铣床主轴转速 n(r/min，对有级

数控技术及应用教案及讲稿下部分：数控加工工艺兰州交通大学机电工程学院 8 变速的铣床，须按铣床说明书选择与所计算转速 n 接近的转速)，并填入程序单中， 4.2.5 数控铣削加工中的装刀与对刀对刀点和换刀点的选择主要根据加工操作的实际情况，考虑如何在保证加工精度的同时，使操作简便。 (1) 对刀点的选择在加工时，工件在机床加工尺寸范围内的安装位置是任意的，要正确执行加工程序，必须确定工件在机床坐标中的确切位置。对刀点是工件在机床上定位装夹后，设置在工件坐标系中，用于确定工件坐标与机床坐标系空间位置关系的参考点。在工艺设计和程序编制时，应以操作简单、对刀误差小为原则，合理设置对刀点。对刀点可以设置在工件上，也可以设置在夹具上，但都必须在编程坐标系中有确定的位置，如图 4-33 中的 1 x 和 1 y 。对刀点既可以与编程原点重合，也可以不重合，这主要取决与加工精度和对刀的方便性。当对刀点与编程原点重合是， 1 x =0, 1 y =0。为了保证零件的加工精度要求，对刀点应尽可能选在零件的设计基准或工艺基准上。如以零件上孔的中心点或两条相互垂直的轮廓边的交点作为对刀点较为合适，但应根据加工精度对这些孔或轮廓面提出相应的精度要求，并在对刀之前准备好。有时零件上没有合适的部位，也可以加工出工艺孔用来对刀。图 4-33 对刀点的选择确定对刀点在机床坐标系中位置的操作称为对刀。对刀的准确程度将直接影响零件加工的位置精度，因此，对刀是数控机床操作中的一项重要且关键的工作。对刀操作一定要仔细，对刀方法一定要与零件的加工精度要求相适应，生产中常使用百分表、中心规及寻边器等工具。寻边器如图 4-34 所示。图 4-34 寻边器无论采用哪种工具，都是使数控铣床主轴中心与对刀点重点，利用机床的坐标显示确定对刀点在机床坐标系中的位置，从而确定工件坐标系在机床坐标系中的位置。简单地说，对刀就是告诉机床工作台的什么地方。 (2) 对刀方法对刀方法如图 4-35 所示，对刀点与工件坐标系原点如果不重合（在确定编程坐标系时，最好考虑到使用得对刀点与工件坐标系重合），在设置机床零件偏置时（G54 对应的值），应当考虑到二者的差值