第2章数控铣床与铣削加工工艺.ppt

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第第2章章数控铣床与铣削加工工艺数控铣床与铣削加工工艺21数控铣床简介数控铣床简介22数控铣床加工工艺分析数控铣床加工工艺分析23数控铣床加工工艺路线的拟订数控铣床加工工艺路线的拟订24典型零件的数控铣削加工工艺分析典型零件的数控铣削加工工艺分析2.1数控铣床简介数控铣床简介2.1.1数控铣床的用途数控铣床的用途一般的数控铣床是指规格较小的升降台式数控铣床，数控铣床多为三坐标、两轴联动的机床。

一般情况下，在数控铣床上只能用来加工平面曲线的轮廓。

与普通铣床相比，数控铣床的加工精度高，精度稳定性好，适应性强，操作劳动强度低，特别适应于板类、盘类、壳具类、模具类等复杂形状的零件或对精度保持性要求较高的中、小批量零件的加工。

212数控铣床的分类数控铣床的分类1数控铣床按其主轴位置的不同分三类数控铣床按其主轴位置的不同分三类（图（图21）

（1）数数控控立立式式铣铣床床其主轴垂直于水平面。

小型数控铣床一般都采用工作台移动、升降及主轴不动方式，与普通立式升降台铣床结构相似；中型数控铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式，且主轴沿垂直溜板上下运动；大型数控铣床因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术问题，往往采用龙门架移动方式，其主轴可以在龙门架的纵向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向移动，这类结构又称之为龙门数控铣床。

（2）卧卧式式数数控控铣铣床床其主轴平行于水平面。

为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4至5坐标，进行“四面加工”。

（3）立立、卧卧两两用用数数控控铣铣床床它的主轴方向可以更换（有手动与自动两种），既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，其使用范围更广，功能更全。

当采用数控万能主轴头时，其主轴头可以任意转换方向，可以加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。

当增加数控转盘后，就可以实现对工件的“五面加工”。

2从机床数控系统控制的坐标轴数量分类从机床数控系统控制的坐标轴数量分类有2.5坐标联动数控铣床坐标联动数控铣床（只能进行X、Y、Z三个坐标中的任意2个坐标轴联动加工）、3坐标联动数控铣床坐标联动数控铣床、4坐标联动数控铣床坐标联动数控铣床、5坐标联动数控铣床坐标联动数控铣床。

图图2-1各类数控铣床示意图各类数控铣床示意图a）卧式升降台铣床b）立式升降台铣床c）龙门式轮廓铣床d）卧式镗铣床return213数控铣床的传动系统与主轴部件数控铣床的传动系统与主轴部件图2222XK5040AXK5040A型数控型数控铣床的布局床的布局图1-底座2-强电柜6-变压器箱4-垂直升降进给伺服电动机5-主轴变速手柄和按钮板6-床身7-数控柜8-保护开关9-挡铁10-操纵台11-保护开关12-横向溜板16-纵向进给伺服电动机14-横向进给伺服电动机15-升降台16-纵向工作台1数控铣床主传动系统数控铣床主传动系统图图23XK5040A型数控铣床传动系统型数控铣床传动系统传动系统包括主运动和进给运动两部分传动系统包括主运动和进给运动两部分。

图图24XK5040A型型数控铣床齿数控铣床齿轮间隙消除轮间隙消除机构机构1螺母2弹簧6电动机4齿轮

（1）主传动XK5040A型数控铣床的主体运动是主轴的旋转运动。

由7.5kW、1450rmin的主电动机驱动（如图23所示），使之获得18级转速，转速范围为601500rmin。

（2）进给运动进给运动有工作台纵向、横向和垂直三个方向的运动。

进给系统传动齿轮间隙的消除，采用双片斜齿轮消除间隙机构（如图24所示）。

调整螺母1，即可靠弹簧2自动消除间隙。

2.升降台自动平衡装置升降台自动平衡装置图图25XK5040A型数控铣床型数控铣床升降台自动平衡装置升降台自动平衡装置1-伺服电动机2-圆锥齿轮6-圆锥齿轮4-圆锥齿轮5-星轮6-滚子7-超越离合器的外壳8-螺母9-锁紧螺钉XK5040A型数控铣床升降台自动平衡装置如图25所示。

伺服电动机1经过锥环联接带动十字联轴节以及圆锥齿轮2、3，使升降丝杠转动，工作台上升或下降。

同时圆锥齿轮6带动圆锥齿轮4，经超越离合器和摩擦离合器相连，这一部分称作升升降降台台自动平衡装置自动平衡装置。

22数控铣床加工工艺分析数控铣床加工工艺分析221数控铣削的主要加工对象数控铣削的主要加工对象11平面平面类零件零件加工面平行或垂直于水平面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平面类零件平面类零件（见图26）。

其特点是各个加工面是平面，或可以展开成平面。

2.2.变斜角斜角类零件零件加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件变斜角类零件（图27）。

变斜角类零件的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条线。

最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工。

33曲面曲面类零件零件加工面为空间曲面的零件称为曲曲面面类类零零件件（如图28）。

曲面类零件的加工面不能展开为平面，加工时，加工面与铣刀始终为点接触。

一般采用三轴联动数控铣床加工；当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及毗邻表面及需刀具摆动时，要采用四轴甚至五轴联动数控铣床加工。

a）带平面轮廓的平面零件b）带斜平面的平面零件c）带正圆台和斜筋的平面零件图图26平面类零件平面类零件图图27变斜角零件变斜角零件图图28叶轮叶轮return222222数控机床铣削数控机床铣削加工内容的加工内容的选择11采用数控采用数控铣削加工内容削加工内容

（1）工件上的曲线轮廓内、外形，特别是由数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓。

（2）已给出数学模型的空间曲线。

（3）形状复杂，尺寸繁多，划线与检测困难的部位。

（4）用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内、外凹槽。

（5）以尺寸协调的高精度孔或面。

（6）能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状。

（7）采用数控铣削能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动的一般加工内容。

22不宜采用数控不宜采用数控铣削加工内容削加工内容

（1）需要进行长时间占机和进行人工调整的粗加工内容，如以毛坯粗基准定位划线找正的加工。

（2）必须按专用工装协调的加工内容（如标准样件、协调平板、模胎等）。

（3）毛坯上的加工余量不太充分或不太稳定的部位。

（4）简单的粗加工面。

（5）必须用细长铣刀加工的部位，一般指狭长深槽或高筋板小转接圆弧部位。

222233数控数控铣床加工零件的床加工零件的结构工构工艺性分析性分析11零件零件图样尺寸的正确尺寸的正确标注注构成零件轮廓的几何元素（点、线、面）的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）。

22保保证获得要求的加工精度得要求的加工精度检查零件的加工要求，如尺寸加工精度、形位公差及表面粗糙度在现有的加工条件下是否可以得到保证，是否还有更经济的加工方法或方案。

33零件内腔外形的尺寸零件内腔外形的尺寸统一一44尽量尽量统一零件一零件轮廓内廓内圆弧的有关尺寸弧的有关尺寸

（1）内槽圆弧半径R的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆弧半径R不应太小。

（图29）。

一般，当R0.2H（H为被加工轮廓面的最大高度）时，可以判定零件上该部位的工艺性不好。

（2）零件铣削槽底平面时，槽底面圆角或底板与肋板相交处的圆角半径r不要过大（图2-10）。

因为铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D2r（D为铣刀直径），当D越大而r越小时，铣刀端刃铣削平面的面积越大，加工平面的能力越强，铣削工艺性当然也越好。

55保保证基准基准统一一最好采用统一基准定位，因此零件上应有合适的孔作为定位基准孔，也可以专门设置工艺孔作为定位基准。

若无法制出工艺孔，最起码也要用精加工表面作为统一基准，以减少二次装夹产生的误差。

66分析零件的分析零件的变形情况形情况零件在数控铣削加工时的变形较大时，就应当考虑采取一些必要的工艺措施进行预防。

图图2-9肋板高度与内孔转接圆肋板高度与内孔转接圆弧对零件铣削工艺性的影响弧对零件铣削工艺性的影响图图210零件底面与肋板的转接零件底面与肋板的转接圆弧对零件铣削工艺性的影响圆弧对零件铣削工艺性的影响return222244数控铣削数控铣削零件毛坯的工零件毛坯的工艺性分析性分析11毛坯毛坯应有充分的加工余量，有充分的加工余量，稳定的加工定的加工质量量毛坯主要指锻、铸件，其加工面均应有较充分的余量。

22分析毛坯的装分析毛坯的装夹适适应性性主要考虑毛坯在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便充分发挥数控铣削在一次安装中加工出较多待加工面。

对于不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台来定位与夹紧，也可以制出工艺孔或另外准备工艺凸耳来特制工艺孔作定位基准（图211）。

33分析毛坯的余量大小及均匀性分析毛坯的余量大小及均匀性44尽量尽量统一零件一零件轮廓内廓内圆弧的有关尺寸弧的有关尺寸主要是考虑在加工时要不要分层切削，分几层切削。

也要分析加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施与补救措施。

图图211增加毛坯辅助基准示例增加毛坯辅助基准示例23数控铣床加工工艺路线的拟订数控铣床加工工艺路线的拟订231数控铣削加工方案的选择数控铣削加工方案的选择11平面平面轮廓的加工方法廓的加工方法这类零件的表面多由直线和圆弧或各种曲线构成，通常采用3坐标数控铣床进行两轴半坐标加工（图212）。

图图212平面轮廓铣削平面轮廓铣削2固定斜角平面的加工方法固定斜角平面的加工方法图213213主主轴摆角加工固定斜面角加工固定斜面固定斜角平面是与水平面成一固定夹角的斜面，常用的加工方法如下：

（1）当零件尺寸不大时，可用斜垫板垫平后加工；如果机床主轴可以摆角，则可以摆成适当的定角，用不同的刀具来加工（见图213）。

当零件尺寸很大，斜面斜度又较小时，常用行切法加工，但加工后，会在加工面上留下残留面积，需要用钳修方法加以清除，用3坐标数控立铣加工飞机整体壁板零件时常用此法。

当然，加工斜面的最佳方法是采用5坐标数控铣床，主轴摆角后加工，可以不留残留面积。

（2）对于图26c所示的正圆台和斜筋表面，一般可用专用的角度成型铣刀加工。

其效果比采用5坐标数控铣床摆角加工好。

3变斜角面的加工变斜角面的加工图21421444、55坐坐标数控数控铣床加工零件床加工零件变斜角面斜角面图215215用鼓形用鼓形铣刀分刀分层铣削削变斜角斜角

（1）对曲率变化较小的变斜角面，用4坐标联动的数控铣床，采用立铣刀（但当零件斜角过大，超过机床主轴摆角范围时，可用角度成型铣刀加以弥补）以插补方式摆角加工（图214a）。

（2）对曲率变化较大的变斜角面，用4坐标联动加工难以满足加工要求，最好用5坐标联动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工（图214b）。

（6）采用3坐标数控铣床两坐标联动，利用球头铣刀和鼓形铣刀，以直线或圆弧插补方式进行分层铣削加工，加工后的残留面积用钳修方法清除（图215）。

4曲面轮廓的加工方法曲面轮廓的加工方法

（1）对曲率变化不大和精度要求不高的曲面的粗加工，常用两轴半坐标的行切法加工，即x、y、z3轴中任意两轴作联动插补，第三轴作单独的周期进给。

如图216所示。

两轴半坐标加工曲面的刀心轨迹O1O2和切削点轨迹ab，如图217所示。

（2）对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工，常用z、y、z3坐标联动插补的行切法加工。

如图218所示。

（3）对像叶轮、螺旋桨这样的零件，因其叶片形状复杂，刀具容易与相邻表面干涉，常用5坐标联动加工。

其加工原理如图219所示。

图图216216两轴半坐标行切法加工曲面两轴半坐标行切法加工曲面图图217217两轴半坐标行切法加工曲面的切削点轨迹两轴半坐标行切法加工曲面的切削点轨迹图图2183轴联动行切法轴联动行切法加工曲面的切削点轨迹加工曲面的切削点轨迹图图219曲面的曲面的5坐标联动加工坐标联动加工return223322进给路路线的确定的确定11顺铣和逆和逆铣的的选择铣削有顺铣和逆铣两种方式（图220）。

当工件表面无硬皮，机床进