重庆科创职业学院数控铣床技能培训指导书第一章.docx

重庆科创职业学院数控铣床技能培训指导书第一章.docx

《重庆科创职业学院数控铣床技能培训指导书第一章.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重庆科创职业学院数控铣床技能培训指导书第一章.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

重庆科创职业学院数控铣床技能培训指导书第一章

重庆科创职业学院数控铣床技能培训指导书

学习目的和要求：

1.掌握工件的安装方法、加工工艺的确定、刀具及切削参数的选择。

2.能正确设置刀具半径和长度补偿，精加工前设置合理的磨损量。

3.根据图样正确编写工件的加工程序，了解宏指令编写程序的方法。

4.了解保证加工精度的方法。

1.1基础知识

图1-1　机用平口钳的校正

一、工件的安装

（一）用机用平口钳安装工件

机用平口钳适用于中小尺寸和形状规则的工件安装，它是一种通用夹具，一般有非旋转式和旋转式两种，前者刚性较好，后者底座上有一刻度盘，能够把平口钳转成任意角度。

安装平口钳时必须先将底面和工作台面擦干净，利用百分表校正钳口，使钳口与横向或纵向工作台方向平行，以保证铣削的加工精度，如图1-1所示。

数控铣床上加工的零件多数为半成品，利用平口钳装夹的工件尺寸一般不超过钳口的宽度，所加工的部位不得与钳口发生干涉。

平口钳安装好后，把工件放入钳口内，并在工件的下面垫上比工件窄、厚度适当且要求较高的等高垫块，然后把工件夹紧。

为了使工件紧密地靠在垫块上，应用铜锤或木锤轻轻的敲击工件，直到用手不能轻易推动等高垫块时，最后再将工件夹紧在平口钳内。

工件应当紧固在钳口比较中间的位置，装夹高度以铣削尺寸高出钳口平面3～5mm为宜，用平口钳装夹表面粗糙度较差的工件时，应在两钳口与工件表面之间垫一层铜皮，以免损坏钳口，并能增加接触面。

图1-2所示为使用机用平口钳装夹工件的几种情况。

（a）正确的安装

（b）错误的安装

图1-2　　机用平口钳的使用

（二）用组合压板安装工件

对于体积较大的工件大都用组合压板来装夹，根据图纸的加工要求，可将工件直接压在工作台面上，图1-3a所示，这种装夹方法不能进行贯通的挖槽或钻孔加工等；也可在工件下面垫上厚度适当且要求较高的等高垫块后再将其压紧，图1-3b所示，这种装夹方法可进行贯通的挖槽或钻孔加工。

（a）（b）

图1-3组合压板安装工件的方法

1-工作台　2-支承块　3-压板　1-工件　5-双头螺柱　6-等高垫块

使用压板时应注意以下几点：

1.必须将工作台面和工件底面擦干净，不能拖拉粗糙的铸件、锻件等，以免划伤台面。

在工件的光洁表面或材料硬度较低的表面与压板之间，必须安置垫片（如铜片或厚纸片），这样可以避免表面因受压力而损伤。

2.压板的位置要安排得妥当，要压在工件刚性最好的地方，不得与刀具发生干涉，夹紧力的大小也要适当，不然会产生变形。

3.支撑压板的支承块高度要与工件相同或略高于工件，压板螺栓必须尽量靠近工件，并且螺栓到工件的距离应小于螺栓到支承块的距离，以便增大压紧力。

螺母必须拧紧，否则将会因压力不够而使工件移动，以致损坏工件、机床和刀具，甚至发生意外事故。

（三）用精密治具板安装工件

HT系列　　　　　　　　　　　　　　HL系列HC系列

HP系列HH系列　　　　　　　　　　HM系列

图1-4精密治具板的各种系列

精密治具板具有较高的平面度、平行度及表面粗糙度，工件或模具可通过尺寸大小选择不同的型号或系列，如图1-4所示。

有些工件或大型模具在装夹后必须同时完成整个表面、外形、型腔及孔的加工才能保证其精度要求时，采用HP、HH、HM系列精密治具板安装，装夹前必须在工件底平面合适的位置加工出深度适宜的工艺螺钉孔（在加工模具时，其工艺螺钉孔位置应考虑到今后模具安装时能被利用掉），利用内六角螺钉将工件锁紧在精密治具板上（在加工贯通的型腔及通孔时，必须在工件与精密治具板之间合适的位置放入等高垫块），然后再将精密治具板安装在工作台面上。

一些工件在使用组合压板装夹，工作台面上的T形槽不能满足安装要求时，采用HT、HL、HC系列精密治具板安装，利用组合压板将工件装夹在精密治具板上，然后再将精密治具板安装在工作台面上，这类系列的精密治具板还适用于零件尺寸较小时的多件一次性装夹加工。

（四）用精密治具筒安装工件

在加工表面相互垂直度要求较高的工件时，多采用精密治具筒安装工件。

精密治具筒具有较高的平面度、垂直度、平行度及表面粗糙度，如图1-5所示。

BJB系列　　　　　　　　　　HJC系列　　　　　　　　　　　HIB系列

图1-5精密治具筒的各种系列

（五）用其它装置安装工件

1.用万能分度头安装

分度头是铣床常用的重要附件，能使工件绕分度头主轴轴线回转一定角度，在一次装夹中完成等分或不等分零件的分度工作，如加工四方、六角等。

2.用三爪卡盘安装

将三爪卡盘利用压板安装在工作台面上，可装夹圆柱形零件。

在批量加工圆柱工件端面时，装夹快捷方便，例如铣削端面凸轮、不规则槽等。

（六）用专用夹具安装工件

为了保证工件的加工质量，提高生产率，减轻劳动强度，根据工件的形状和加工方式可采用专用夹具安装。

近年来，为了解决专用夹具的专用性和产品品种的多变性之间的矛盾，按“积木”的方法而设想发展了组合夹具。

它是由各种不同形状、规格、尺寸的标准件，根据被加工件形状和工序要求，装配成各种夹具。

用完之后，便可拆开、清洗，再重新组装成其它夹具。

二、工件的校正与工件坐标系原点的体现

1.工件的校正

工件利用上述任一方法安装后必须进行找正（在安装时首先应目测工件，使其大致与坐标轴平行），找正一般用百分表或杠杆表与磁性表座配合使用来完成。

根据找正需要，可将表座吸在机床主轴、导轨面或工作台面上，百分表安装在表座接杆上，使测头轴线与测量基准面相垂直，测头与测量面接触后，指针转动2mm左右，移动机床工作台，校正被测量面相对于X、Y或Z轴方向的平行度或平面度。

使用杠杆表校正时杠杆测头与测量面间成约15°的夹角，测头与测量面接触后，指针转动0.5mm左右。

百分表与杠杆表的安装与使用如图1-6所示。

（a）百分表的安装（b）百分表的使用

（c）杠杆表的安装（d）杠杆表的使用

图1-6百分表与杠杆表的安装与使用

利用平口钳装夹的工件，必须先校正平口钳固定钳口与工作台某一移动方向的平行度与垂直度（图1-1），工件装夹后，还需校验工件上表面与工作台的平行度。

组合压板、精密治具板（筒）等方法装夹的工件均需找正工件侧面与某一移动轴的平行度后再夹紧。

2.工件坐标系原点的体现

工件坐标系原点亦称编程零点。

对于在数控机床上加工的具体工件来说，必须通过一定的方法把工件坐标系原点（实际上是工件坐标系原点所在的机床坐标值）体现出来，这个过程称为对刀。

体现的方法有试切法对刀和工具对刀两种，试切法对刀是利用铣刀与工件相接触产生切屑或摩擦声来找到工件坐标系原点的机床坐标值，它适用于工件侧面要求不高的场合；对于模具或表面要求较高的工件时须采用工具对刀，通常选用偏心式寻边器或光电式寻边器进行X、Y轴零点的确定，利用Z轴设定器进行Z轴零点的确定（Z轴设定器上下表面的距离为50mm的标准值。

在使用前，用精度很高的平面块压下圆柱台，使其与上表面等高，调整表盘使指针指在“0”位；在使用时，把Z轴设定器放在工件的上表面，刀具压下圆柱台，指针将旋转，当指针指在“0”位时，刀具到工件上表面的轴向距离为50mm）或刀具长度补偿的设置。

寻边器及Z轴设定器的结构如图1-7所示。

光电式寻边器比偏心式寻边器适用于更高精度的场合。

　　　　　（a）偏心式寻边器　　　　　　　　（b）光电式寻边器　　　　　　（c）Z轴设定器

图1-7　　零点及长度补偿找正工具

三、常用切削刀具

1.孔加工刀具

中心钻、麻花钻（直柄、锥柄）、扩孔钻、锪孔钻、铰刀、镗刀、丝锥等，如图1-8所示。

2.铣削刀具

铣刀是刀齿分布在旋转表面或端面上的多刃刀具，其几何形状较复杂，种类较多。

按铣刀切削部分的材料分为高速钢铣刀、硬质合金铣刀；按铣刀结构形式分为整体式铣刀、镶齿式铣刀、可转位式铣刀；按铣刀的安装方法分为带孔铣刀、带柄铣刀；按铣刀的形状和用途又可分为圆柱铣刀、端铣刀、立铣刀、键槽铣刀、球头铣刀等，如图1-8所示。

（a）中心钻（b）麻花钻（c）扩孔钻（d）锪孔钻

（e）铰刀（f）丝锥（g）镗刀

（h）面铣刀（i）立铣刀（j）键槽铣刀　　　（k）球头铣刀

图1-8　　常用切削刀具

四、工件坐标系原点Z的设定、刀具长度补偿的设置

1.工件坐标系原点Z的设定

在编程时，工件坐标系原点Z一般取在工件的上表面。

但在数控铣床及加工中心中，工件坐标系原点Z的设定一般采用以下两种方法：

（1）工件坐标系原点Z设定在工件的上表面

对于这种方法，必须选择一把刀具为基准刀具（通常选择加工Z轴方向尺寸要求比较高的刀具为基准刀具）。

具体操作：

①把Z轴设定器放置在工件的水平表面上，主轴上装入基准刀具，移动X、Y轴，使刀具尽可能处在Z轴设定器中心的上方；②移动Z轴，用基准刀具（主轴禁止转动）压下Z轴设定器圆柱台，使指针指到调整好的“0”位（如图1-9a所示）；③把当前的机床坐标减去50mm后的值（-225.120）设置到工件坐标系原点Z的位置（G54～G59）。

也可不使用Z轴设定器，而直接用基准刀具进行操作。

使基准刀具旋转，移动Z轴，使刀具接近工件上表面（应在工件今后被切除的部位），当刀具刀刃在工件表面切出一个圆圈（见图1-9b）或把粘在工件表面的薄纸片（浸有切削液）转飞，把当前的机床坐标（-225.120）设置到工件坐标系原点Z的位置（使用薄纸片时，应把当前的机床坐标减去0.01～0.02mm）。

（a）（b）（c）（d）

图1-9工件坐标系Z0的设定及长度补偿的设置

（2）工件坐标系原点Z设定在机床坐标系的Z0处

这种方法没有基准刀具，每把刀具通过刀具长度补偿的方法使其仍以工件上表面为编程时的工件坐标系原点Z0。

对于第一种方法，除基准刀具外，在使用其它刀具时都必须有刀具长度补偿指令（长度补偿有正、有负）。

如果基准刀具在切削过程中出现折断，那么重新换上刀具后仍以上面的方法进行操作，得到新的机床坐标Z，用此Z值去减工件坐标系原点Z设置处的机床坐标值，并把此值设置到基准刀具的长度补偿处，用长度补偿的方法弥补其Z的工件坐标。

另外所有刀具在取消长度补偿时，Z必须为正（如G49Z150）；如果Z取得较小或负的，则可能出现刀具与工件相撞的事故。

对于第二种方法，使用每把刀具时都必须有长度补偿指令（长度补偿全部为负），在取消刀具长度补偿时，Z不允许为正，必须为0或负（如G49Z-50），否则主轴会出现向上超程。

2.刀具长度补偿的设置

由于工件坐标系原点Z的设定方法有两种，因此刀具长度补偿的设置同样有两种。

方法一（工件坐标系原点Z设置在工件的上表面）：

如图1-9a所示，基准刀具（T01）压下Z轴设定器的圆柱台，当指针指到“0”位时，记下此时的机床坐标Z（如：

-175.120），此时基准刀具对应的长度补偿值设置为0。

换上T02，同样压下Z轴设定器，把此时指针指“0”时的机床坐标（如：

-159.377。

如图1-9c所示）减去基准刀具时的机床坐标，得到15.743，把此值设置到T02的长度补偿处；对于T03刀具，其长度补偿值为-35.287（图1-9d）。

对于有相对坐标清零功能的数控系统，可把基准刀具压下（指针指到“0”位）时的相对坐标X、Y和Z全部清零（图1-9ａ），当其它刀具压下，指针指“0”时，其相对坐标Z（包括正、负，图1-9ｃ、ｄ）就是其刀具的长度补偿值。

方法二（工件坐标系原点Z设定在机床坐标系的Z0处）：

把每把刀具压下Z轴设定器，指针指“0”时的Z轴机床坐标减50mm，把得到的值设置到相应刀具的长度补偿处。

如T01的设置值为：

-225.120；T02的设置值为：

-209.377；T03的设置值为：

-260.407。

如果在加工过程中出现某刀具折断而需要更换新的刀具，对于方法一，只需把更换后的刀具，压下Z轴设定器，把指“0”时的机床坐标减去基准刀具时的机床坐标，并把所得的值（工件上表面必须部分存在。

如果上表面已全部被切除，则通过与工作台平面平行的其它平面接触，通过转换得到）重新去设置此刀具的长度补偿；对于方法二，由于不存在基准刀具，只需把刀具“新的机床坐标-50”重新设置此刀具的长度补偿即可。

五、刀具半径补偿量及磨损量的设置

由于数控系统具有刀具半径自动补偿的功能，因此我们在编程时只需按照工件的实际轮廓尺寸编制即可。

刀具半径补偿量设置在数控系统中与刀号相对应的位置。

刀具在切削过程中，刀刃会出现磨损（刀具直径变小），最后会出现外轮廓尺寸偏大、内轮廓尺寸偏小（反之，则所加工的工件已报废），此时可通过对刀具磨损量的设置，然后再精铣轮廓，一般就能达到所需的加工尺寸。

举例：

磨损量设置值

测量要素

要求尺寸

测量尺寸

磨损量设置值

A

100.12

-0.06～-0.087

B

55.86

-0.07～-0.085

注：

如果在磨损量设置处已有数值（对操作者来说，由于加工工件及使用刀具的不同，开机后一般需把磨损量清零），则需在原数值的基础上进行叠加。

例：

原有值为-0.07，现尺寸偏大0.1（单边0.05），则重新设置的值为：

-0.07-0.05＝-0.12

如果精加工结束后，发现工件的表面粗糙度很差、且刀具磨损较严重，通过测量尺寸有偏差，此时必须更换铣刀重新精铣，此时磨损量先不要重设，等铣完后通过对尺寸的测量，再作是否补偿的决定，预防产生“过切”。

六、立式铣床（加工中心）中的顺铣、逆铣及对切削的影响

1.顺铣与逆铣

图1-10为使用立铣刀进行切削时的顺铣与逆铣（俯视图）。

为便于记忆我们把顺铣、逆铣归纳为：

切削工件外轮廓时，绕工件外轮廓顺时针走刀即为顺铣（图1-11a），绕工件外轮廓逆时针走刀即为逆铣（图1-11b）；切削工件内轮廓时，绕工件内轮廓逆时针走刀即为顺铣（图1-12a），绕工件内轮廓顺时针走刀即为逆铣（图1-12b）。

（a）（b）

图1-10顺铣与逆铣

（a）（b）

图1-11顺铣、逆铣与走刀的关系一

（a）（b）

图1-12顺铣、逆铣与走刀的关系二

2.顺铣、逆铣对切削的影响

对于立式数控铣床（加工中心）所采用的立铣刀，装在主轴上时，相当于悬臂梁结构，在切削加工时刀具会产生弹性弯曲变形，如图1-13所示。

（a）（b）

图1-13顺铣、逆铣对切削的影响

从图1-13a可以看出，当用立铣刀顺铣时，刀具在切削时会产生让刀现象，即切削时出现“欠切”；而用立铣刀逆铣时（图1-13b），刀具在切削时会产生啃刀现象，即切削时出现“过切”。

这种现象在刀具直径越小、刀杆伸出越长时越明显，所以在选择刀具时，从提高生产率、减小刀具弹性弯曲变形的影响这些方面考虑，应选直径大的；在装刀时刀杆尽量伸出短些。

在编程时，如果粗加工采用顺铣，则可以不留精加工余量（余量在切削时由让刀让出）；而粗加工采用逆铣，则必须留精加工余量，预防由于“过切”引起加工工件的报废。

为此，为编程及设置参数的方便，我们在后面的编程中，粗加工一律采用顺铣；而半精加工或精加工，由于切削余量较小，切削力使刀具产生的弹性弯曲变形很小，所以既可以采用顺铣，也可以采用逆铣。

七、铣削用量的选择与加工顺序

（一）铣削用量的选择

图4-14立铣刀的背吃刀量与侧吃刀量

铣削时采用的切削用量，应在保证工件加工精度和刀具耐用度、不超过铣床允许的动力和扭矩前提下，获得最高的生产率和最低的成本。

铣削过程中，如果能在一定的时间内切除较多的金属，就有较高的生产率，从刀具耐用度的角度考虑，切削用量选择的次序是：

根据侧吃刀量

先选大的背吃刀量

（见图1-14），再选大的进给速度F，最后再选大的铣削速度V（最后转换为主轴转速S）。

对于高速铣床（主轴转速在10000r/min以上），为发挥其高速旋转的特性、减少主轴的重载磨损，其切削用量选择的次序应是：

V→F→

（

）。

1.背吃刀量

的选择

当侧吃刀量

＜d/2（d为铣刀直径）时，取

＝（1/3～1/2）d；当侧吃刀量d/2≤

＜d时，取

＝（1/4～1/3）d；当侧吃刀量

＝d（即满刀切削）时，取

＝（1/5～1/4）d。

当机床的刚性较好，且刀具的直径较大时，

可取得更大。

2.进给量F的选择

粗铣时铣削力大，进给量的提高主要受刀具强度、机床、夹具等工艺系统刚性的限制，根据刀具形状、材料以及被加工工件材质的不同，在强度刚度许可的条件下，进给量应尽量取大；精铣时限制进给量的主要因素是加工表面的粗糙度，为了减小工艺系统的弹性变形，减小已加工表面的粗糙度，一般采用较小的进给量，具体参见表1-1。

进给速度F与铣刀每齿进给量

、铣刀齿数z及主轴转速S（r/min）的关系为：

F＝

z（mm/r）或F＝S

z（mm/min）

表1-1铣刀每齿进给量

推荐值（mm/z）

工件材料

工件材料硬度（HB）

硬质合金

高速钢

端铣刀

立铣刀

端铣刀

立铣刀

低碳钢

150～200

0.2～0.35

0.07～0.12

0.15～0.3

0.03～0.18

中、高碳钢

220～300

0.12～0.25

0.07～0.1

0.1～0.2

0.03～0.15

灰铸铁

180～220

0.2～0.4

0.1～0.16

0.15～0.3

0.05～0.15

可锻铸铁

240～280

0.1～0.3

0.06～0.09

0.1～0.2

0.02～0.08

合金钢

220～280

0.1～0.3

0.05～0.08

0.12～0.2

0.03～0.08

工具钢

HRC36

0.12～0.25

0.04～0.08

0.07～0.12

0.03～0.08

镁合金铝

95～100

0.15～0.38

0.08～0.14

0.2～0.3

0.05～0.15

3.铣削速度V的选择

在背吃刀量和进给量选好后，应在保证合理的刀具耐用度、机床功率等因素的前提下确定，具体参见表1-2。

主轴转速S（r/min）与铣削速度V（m/min）及铣刀直径d（mm）的关系为：

表1-2铣刀的铣削速度V（m/min）

工件材料

铣刀材料

碳素钢

高速钢

超高速钢

合金钢

碳化钛

碳化钨

铝合金

75～150

180～300

240～460

300～600

镁合金

180～270

150～600

钼合金

45～100

120～190

黄铜（软）

12～25

20～25

45～75

100～180

黄铜

10～20

20～40

30～50

60～130

灰铸铁（硬）

10～15

10～20

18～28

45～60

冷硬铸铁

10～15

12～18

30～60

可锻铸铁

10～15

20～30

25～40

35～45

75～110

钢（低碳）

10～14

18～28

20～30

45～70

钢（中碳）

10～15

15～25

18～28

40～60

钢（高碳）

10～15

12～20

30～45

合金钢

35～80

合金钢（硬）

30～60

高速钢

12～25

45～70

（二）铣削加工顺序

1.先粗后精

铣削按照粗铣→半精铣→精铣的顺序进行，最终达到图纸要求。

粗加工应以最高的效率切除表面的大部分余量，为半精加工提供定位基准和均匀适当的加工余量。

半精加工为主要表面精加工作好准备，即达到一定的精度、表面粗糙度和加工余量，加工一些次要表面达到规定的技术要求。

精加工使各表面达到规定的图纸要求。

2.先面后孔

平面加工简单方便，根据工件定位的基本原理，平面轮廓大而平整，以平面定位比较稳定可靠。

以加工好的平面为精基准加工孔，这样不仅可以保证孔的加工余量较为均匀，而且为孔的加工提供了稳定可靠的精基准；另一方面，先加工平面，切除了工件表面的凹凸不平及夹砂等缺陷，可减少因毛坯凹凸不平而使钻孔时钻头引偏和防止扩、铰孔时刀具崩刃；同时，加工中便于对刀和调整。

3.先主后次

主要表面先安排加工，一些次要表面因加工面小，和主要表面有相对位置要求，可穿插在主要表面加工工序之间进行，但要安排在主要表面最后精加工之前，以免影响主要表面的加工质量。

实训1-1刀具的选择和正确安装、工件的装夹找正与零点的确定、刀具半径及长度补偿的设置。