《零件数控铣削加工》平面铣削.docx

1、零件数控铣削加工平面铣削LS1：平面铣削平面铣削概述：我们在实际生产中，平面铣削加工的应用是相当广泛的，比如模具底面、检具底板和零件基面等等。在机械加工里，经常会遇到平面铣削，其主要是粗糙度的要求，那么在我们机械加工中，怎样才能由快又好地把这些平面按要求加工出来呢？下面我们就这个问题来讨论一下平面铣削的加工。学习目标：1.掌握零件平面铣削工艺基本方法。2.能正确选用刀具切削参数。3.掌握零件平面铣削常用编程指令的应用。4.熟练掌握机床操作及零件尺寸控制方法。5.掌握机床安全操作及日常维护及相关知识。LS1-T1：模具底座基面铣削【工作任务】应用数控铣床完成如图1-1-1所示汽车模具底座毛坯上平

2、面的铣削，工件材料为45钢。生产规模：单件。 图1-1-1一、平面铣削知识准备（一）加工工艺1常用刀具用于加工平面的刀具很多，这里只介绍几种在数控机床上常用的铣刀。(1) 立铣刀：立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀，其结构如图1-1-2所示。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。主切削刃一般为螺旋齿，这样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处无切削刃，所以立铣刀不能做轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。271mm的立铣刀制成直柄

3、；663mm的立铣刀制成莫氏锥柄；2580mm的立铣刀做成7：24锥柄，内有螺孔用来拉紧刀具。但是由于数控机床要求铣刀能快速自动装卸，所以立铣刀柄部形式也有很大不同，一般是 图1-1-2由专业厂家按照一定的规范设计制造成统一形式、统一尺寸的刀柄。直径大于40160mm的立铣刀可做成套式结构。(2) 面铣刀：如图1-1-3所示，面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀齿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，直径为80 250mm，螺旋角为10，刀齿数为10 26。硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高、加工效率高，加工

4、表面质量也比较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，所以得到了广泛应用。硬质合金面铣刀按刀片和刀齿的安装方式不同，可分为整体焊接式、机夹焊接式和可转位式3种。 图1-1-3数控加工中广泛使用可转位式面铣刀。目前先进的可转位式数控面铣刀的刀体趋向于用轻质高强度铝、镁合金制造，切削刃采用大前角、负刃倾角，可转位刀片带有三维断屑槽形，便于排屑。2平面铣削加工走刀路线的确定数控铣削加工中进给路线的确定对零件的加工精度和表面质量有直接的影响，因此，缺确定好进给路线是保证铣削加工精度和表面这里的工艺措施之一。进给路线的确定与工件表面状况、要求的零件表面质量、机床进给机构的间隙、刀具耐用度以及零件轮廓形状等有

5、关。在平面加工中，能使用的进给路线也是多种多样的，比较常用的有两种。如图1-1-4(a)和图1-1-4(b)所示分别为平行加工和环绕加工。图1-4(a) 1-4(b)3加工参数（二）程序指令1辅助功能指令辅助功能指令又称M指令，其主要是用来控制机床各种辅助动作及开关状态的，用地址字符M及两位数字表示的。如主轴的转动与停止、冷却液的开与关闭等等，通常是靠继电器的通断来实现控制过程。程序的每一个程序段中M代码只能出现一次。常用辅助功能M指令及其说明见表1-1-1所列：表1- 1-1 M功能代码：M代码说明M00程序停止M01选择停止M02程序结束M03主轴正转M04主轴反转M05主轴停M08冷却液

6、开M09冷却液关M30程序结束（复位）并回到程序头程序控制M代码。M00程序停止指令，运行后自动运行暂停，当程序运行停止时，全部现存的模态信息保持不变。重新按下循环启动按键，CNC就继续运行后续程序。此功能便于操作者进行工件的手动测量等操作为模态指令。M01 程序选择性停止，为模态指令。在运行时如已选定机床的选择性停止功能为开启状态，该指令等同于M00，否则该指令无效。通常用于关键尺寸的检验或临时暂停。 M30、M02都是程序结束指令，使主轴、进给停止，冷却液关闭。在初期的数控系统中，M30会附加一个程序复位（使光标回到程序首）动作，M02则没有，现在的数控系统一般没有这个区别。（2）其他M代

7、码M03主轴正转，使主轴以当前指定的主轴转速顺时针（CCW）旋转（逆着Z轴正向观察）。M04主轴反转，使主轴以当前指定的主轴转速逆时针（CW）旋转（逆着Z轴正向观察）。M05主轴停止。M08冷却液开。M09冷却液关。2主轴转速功能指令主轴转速功能指令也称S指令，其作用是指定机床主轴的转速，用字母S及后面若干位数字表示，单位为r/min。主轴转速指令：指令格式：S_ 。指令主轴转速的大小，单位为r/min用字母S及其后面的若干位数字表示，一般是不能带小数点的。例如S1000表示1000r./min。该指令与M04（反转）、M03（正转）结合使用，M05为主轴停止转动。这四个都为模态指令，其中S及

8、其指令的数值在重新指令后才改变。3进给速度功能指令进给速度功能指令又称F指令，其作用是指定刀具的进给速度，用字母F加后面若干位数字表示。单位为mm/min（G94有效）或mm/r（G95有效）。进给量指令：指令格式：F_ 。指令进给速度的大小。用字母F及其后面的若干位数字表示，单位为mm/min或mm/r。为模态指令，F及其指令的数值在重新指令后才改变。进给状态指令G94：设置每分钟进给速度状态，G94可以与其他G功能指令同时存在一个程序段中，其指定F字段设置的切削进给速度的单位是mm/min,即每分钟进给速度。进给状态指令G95：设置每转进给速度状态，G95可以与其他G功能指令同时存在一个程

9、序段中，其指定F字段设置的切削进给速度的单位是mm/r,即每进给速度。4准备功能指令准备功能指令也称G指令，是建立机床工作方式的一种指令。用字母G加数字构成。进行零件平面加工所需的G指令见表1-1-2。表1-1-2 FANUC 0i Mate-MC/ SINUMERIK802D/802S数控铣床/加工中心准备功能指令（部分）指令功 能指令功 能G00*快速点定位G54*G59工件坐标系选择G01直线插补G90*绝对值编程G17*XY平面选择G91增量值编程G18XZ平面选择G94*每分钟进给G19YZ平面选择G95每转进给G20英寸输入（SINUMERIK用G70）G21毫米输入（SINUME

10、RIK用G71）带“*”号的G指令表示接通电源时，即为G指令的状态。G00、G01；G17、G18、G19；G90、G91由参数设定选择。(1) 编程平面指令(G17、G18、G19)应用数控铣床/加工中心进行零件加工前，只有先指定一个坐标平面，即确定一个两坐标的坐标平面，才能使机床在加工过程中正常执行刀具半径补偿及刀具长度补偿功能，坐标平面选择指令的主要功能就是指定加工时所需的坐标平面。坐标平面规定如图1-1-5示，分述如下：G17之后的程序都是以XY平面为切削平面，本指令为模态指令, G17为机床开机后系统默认状态，在编程时G17可省略。G18之后的程序都是以XZ平面为切削平面，本指令为模

11、态指令。G19之后的程序都是以YZ平面为切削平面，本指令为模态指令。 图1-1-5 编程平面与坐标轴(2) 工件坐标系的设置指令(G54G59/G92) G54G59指令所设置加工坐标系为模态指令，其中任意一个坐标系指令作用和效果都是相同的,设定时可任选中一个,但设定后编程时使用的坐标系指令必须跟设定的一致。例如操作着在对刀设定的工件坐标系为G54，那么编写的加工程序中坐标系指令也应相应地使用G54指令来设置工件坐标系。一般情况下，机床开机并回零后，G54为系统默认工件坐标系。例1：工件坐标系的应用N10 G54 G00 Z100N20 M03S500N30 G00 X0 Y0. N90 G0

12、0 Z100 N100 G55 N110 G00 X0 Y0.N200 M30上例的N10N90段程序，通过G54设定O1作为工件坐标原点来完成轮廓1的加工，N100N200段程序，通过G55设定O2作为另一工件坐标原点最终完成轮廓2的加工。由此看出，我们编写加工程序时，可根据需要设定工件上任一点作为工件坐标原点。G92为可编程偏置指令指令格式：G92X_ Y_ Z_指定程序自动执行加工零件时编程坐标系原点在加工中的位置。“X_ Y_ Z_”为刀具当前点（执行G92程序段时，刀具所处的位置）偏离工件编程原点的方向和距离，为模态指令。该坐标系指令在断电、重新上上电后消失。程序必须在G92程序段起

13、点处结束，否则程序将不能循环加工。G92与G54G59的区别 G92指令与G54G59指令都是用于设定工件加工坐标系的，但在使用中是有区别的。G92指令是通过程序来设定、选用加工坐标系的，它所设定的加工坐标系原点与当前刀具所在的位置有关，这一加工原点在机床坐标系中的位置是随当前刀具位置的不同而改变的。例2：如图1-1-6所示刀具在当前点使用可编程偏置指令G92 X40 Y20 Z15表示确立的加工原点在距离刀具起始点X=-40,Y=-20,Z=-15的位置上。 图1-1-6 G92设定加工原点 图1-1-7 G00的走刀路径(3) 单位输入设定指令（FANUC：G20/G21；SINUMERI

14、K：G70/G71）单位输入设定指令是用来设置加工程序中坐标值单位是使用英制还是米制，FANUC系统采用G20/G21来进行英制、米制的切换，而SINUMERIK系统则用G70/G71来进行英制、米制的切换。其中：英制单位输入，G20（FANUC）/G70（SINUMERIK）；米制单位输入，G21（FANUC）/G71（SINUMERIK）。机床出厂前，机床生产厂商通常将米制单位输入设定为系统参数缺省状态。(4) 绝对值编程与增量值编程指令（G90/G91）编程格式：G90/（G91）其中：G90指令按绝对值编程方式设定坐标，即移动指令终点的坐标值X、Y、Z都是以当前坐标系原点为基准来计算。

15、G91指令按增量值编程方式设定坐标，即移动指令终点的坐标值X、Y、Z都是以当前点为基准来计算的，当前点到终点的方向与坐标轴同向取正，反向取负。(5) 坐标轴运动功能指令 快速定位指令G00指令格式：G00 X_ Y_ Z_执行该指令可使刀具以系统内定的移动速度快速移动到“X_ Y_ Z_”点。如图1-7示，G00有两种刀具路径：第一，先顺着正方体的空间对角线三轴联合移动，接着以正方形的对角线双轴联合移动，最后单轴移动；第二，从起点到终点的空间直线三轴联合移动。采用哪一种路径，在系统参数中设定，加工的NC程序是不能控制的。为模态指令。一般SIEMENS系统多采用第二种方式，FANUC系统多采用第

16、一种方式。注意：为了确保安全、避免浪费过多的时间在考虑G00路径与工件（或毛坯）、夹具的安全关系，禁止编程时采用三轴联动进行快速定位！例3：将刀具由坐标系原点1(X0,Y0,Z0)移动至(45,30,20)点，则输入程序:G00 X45 Y30 Z20。第一种刀具路径为图1-1-7所示路径，第二种路径为图1-1-7所示路径。直线插补指令G01。指令格式：G01 X_Y_Z_F_X、Y：目标点坐标F：进给速度 例4：编程实例，图1-1-8 绝对值方式编程： G90 G01 X40 Y30 F100 增量值方式编程： 图1-1-8 G01指令应用 G91 G01 X30 Y20 F100 执行该指

17、令可使刀具顺着起点到终点的直线进行切削。 “X_ Y_ Z_”为走刀的终点坐标。“F_”为刀具的进给速度单位为mm/min或mm/r。该指令必须指令或已经指令了“F_” 。编程注意：G01指令为模态指令，即如果上一段程序和本段程序均为G01,则本段中的G01可以不写。X_ Y_ Z_坐标值为模态值，即如果本段程序的X（Y、 Z）坐标值与上一段程序的X（Y、 Z）坐标值相同，则本段程序可以不写X（Y、 Z）的坐标。指令中的进给速度F_为模态指令。G01指令的应用与坐标平面的选择无关。二、模具底座平面铣削平面铣削一般工作过程分析零件图，明确加工内容确定平面加工方案制订加工计划实施零件平面加工监测加

18、工过程评估加工质量。（一）分析零件图，明确加工内容图1-1-1零件的加工部分仅为模具的上表面，既适于在普通铣床上加工，也适于数控铣床上加工；其中8和Ra6.3为重点保证的尺寸和表面质量。（二）确定加工方案机床：立式数控铣床夹具：平口钳定位和夹紧铣削参数的选择：铣削参数一般包括切削速度V、进给量F、铣削宽度ap、铣削深度ap四个要素。参数的选用由工艺条件决定。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

19、刀量ae先选大的背吃刀量ap (见右图)，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）。 立铣刀的铣削深度与铣削宽度对于高速铣床（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：VFap（ae）。1. 铣削深度ap的选择铣削宽度aed/2（d为铣刀直径）时，取ap（1/31/2）d；铣削宽度d/2aed时，取ap（1/41/3）d；铣削宽度aed（即全径切削）时，取ap（1/51/4）d。当机床的刚性较好，且刀具的直径较大时，ap可取得更大。2. 铣削速度V的选择在背吃刀量选好后，铣削速度V应在保证合理的刀具耐用

20、度、机床功率等因素的前提下确定，具体参见表1-1-3。主轴转速n（r/min）与铣削速度V（m/min）及铣刀直径D（mm）的关系为：n=1000V/(D)表1-1-3 铣刀的铣削速度V(m/min)工件材料铣刀刃口材料碳素钢高速钢超高速钢合金钢碳化钛碳化钨铝合金75150180300240460300600镁合金180270150600钼合金45100120190黄铜（软）122520254575100180黄铜10202040305060130灰铸铁（硬）1015102018284560冷硬铸铁101512183060可锻铸铁101520302540354575110钢（低碳）101418

21、2820304570钢（中碳）1015152518284060钢（高碳）101512203045合金钢3580合金钢（硬）3060高速钢12254570铣削参数的选择是一项经验性极强的技术，一般情况下，上述列举的数据只能作为参考。通常，粗铣时选用较小的数值、精铣是采用较大的数值，具体作业时应该优先考虑采用带班老师建议的数据，再根据实际切削情况进行调整。这样可保证加工的安全、顺利进行，保证较高的加工效率、较高的加工质量、较高的刀具寿命。3. 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

22、，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1-1-4。进给速度F与铣刀每齿进给量fz、铣刀齿数Z及主轴转速S（r/min）的关系为：Ffzz（mm/r）或Fnfzz（mm/min）表1 -1- 4 铣刀每齿进给量fZ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1502000.20.350.070.120.150.30.030.18中、高碳钢2203000.120.250.070.10.10.20.030.15灰铸铁1802200.20.40.

23、10.160.150.30.050.15可锻铸铁2402800.10.30.060.090.10.20.020.08合金钢2202800.10.30.050.080.120.20.030.08工具钢HRC360.120.250.040.080.070.120.030.08镁合金铝951000.150.380.080.140.20.30.050.15铣削参数的确定：根据以上铣削参数的选择，我们主要需要确定铣削速度V（主轴转速n）和进给量F的参数，现在我们加工的材料为45钢（属于中碳钢），所用刀具为高速钢立铣刀，查表得出以下参数：铣刀的铣削速度V1525（m/min）；铣刀每齿进给量fz0.030

24、.15 （mm/Z）由以上参数，确定直径D12mm的3刃立铣刀的主要铣削参数为：n=1000V/(D)400660（m/min）Fnfzz36300（mm/min）由此，可以制作出以下的加工工序单，见表1-1-5表1-1- 5序号加工内容刀具规格主轴转速（r/min）进给速度（mm/min）刀具半径补偿（mm）类型材料1粗、精加工12三刃立铣刀高速钢40066036300无 精加工时应该适当提高转速和进给量，提高加工效率。量具：三用游标卡尺和深度千分尺。刀具路径：采用平行加工方法，如图1-1-4(a)所示；采用降低工件坐标系原点或修改程序控制深度尺寸精度。（三）制订加工计划本步骤要完成如下文字

25、材料1. 编制工艺方案和编制NC加工程序： 工艺方案：在立式数控铣床用立铣刀加工，使用通用量具测量控制尺寸精度，通过降低工件坐标系原点或修改程序控制加工余量。 NC加工程序编制 选择编程原点：跟据基准统一原则，编程坐标系原点选择在零件上表面的中心。 工程图样的NC编程处理：根据图纸和毛坯，确定进刀、退刀位置。加工时，尽可能选择进刀点在工件外，加工完毕后刀具退至工件外，如图1-1-9所示为铣刀铣平面轨迹。 坐标计算：计算并标示各个基点、节点坐标。 编写程序单：编写并检查加工程序单，如表1-1-6图1-1-9表1-1-5 加工程序单程序段号FANUC 0i系统程序SIMENS 802D系统程序程序

26、说明O0001BB1.MPF主程序名N10G54G90G40G17G64G21G54G90G40G17G64G71程序初始化N20M03S500主轴正转，500r/minN30M08开冷却液N40G00Z100Z轴快速定位N50X-37.5Y-24.5XY快速定位N60Z5快速下刀N70G01Z-0.3F100Z轴定位到加工深度Z-0.3N80G91启用相对坐标编程方式N90X70X方向进给N100Y12Y方向进给N110X-65X方向进给N120Y12Y方向进给N130X65X方向进给N140Y12Y方向进给N150X-65X方向进给N160Y12Y方向进给N170X70X方向进给N180G

27、90返回绝对坐标编程方式N190G0Z100M09快速提刀至安全高度，关冷却液N200M30程序结束2. 领取和检查毛坯材料：606025的45钢。3. 借领和检查完成工作所需的工、夹、量具及劳保用品：刀具及配套的刀柄；平口钳及扳手、平行等高垫铁；游标卡尺、深度千分尺；毛巾（或纱头）、手套、平光眼镜等。4. 工作场地的准备工作：检查工作场地的附属设施，如工具台、工件储运架、空气压缩机及气管路等；检查选用机器设备并查看使用记录；检查机器设备是否运转良好。（四）实施零件加工1.开启机床注意事项：（1）检查机器设备是否运转良好；（2）检查工作台是否在合适位置；（3）检查按键是否完好。2. 安装夹紧平

28、口钳，利用平行垫铁定位、夹紧工件注意事项： 安装平口钳时，机床工作台面与平口钳底面必须擦拭干净； 紧固平口钳时，扳手只能拉不能推； 安装工件时，平口钳钳口工作面及导轨面、平行垫铁工作面必须擦拭干净； 安装平口钳和工件时，必须轻拿轻放，防止碰伤手脚和机床工作台面；扳手、铁块等不能放在工作台面。3. 安装夹紧刀具和刀柄注意事项： 刀具、弹簧夹、强力铣夹头三者的配合接触部位必须擦拭和高压气吹干净才可装配夹紧； 一般情况下，刀具柄部光滑部分应尽量没入弹簧夹孔； 强力铣夹头安装到主轴前，检查拉钉是否紧固； 刀具装夹到主轴后，启动主轴，检查刀具是否有跳动；加工精密零件的精加工刀具，必须用千分表（或百分表）检查刀尖的圆跳动和端面跳动；4. 对刀，设定工件坐标系G54注意事项： 手轮的100档用来快速靠近工件，碰触工件必须用1档； 观察刀具与工件的细小距离时，刀具必须停止移动； 刀具碰触到工件侧边后，建议先提高刀具到离开工件，才进行下一步操作； FANUC-0i系统在测量G54时，要看清是否在G54、G55都显示的界面；SIEMENS802D系统要记得给G54