典型铣削零件

• 加上方法的选择原则：
是保证加工表面的精度和表面粗糙度的要 求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工 方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合 零件的形状、尺寸和热处理要求全面考虑。 例如，对于ＩＴ７级精度的孔采用镗削、 铰削、磨削等方法加工可达到精度要求，但箱 体上的孔一般采用镗削或铰削；而不采用磨削。 一般小尺寸的箱体孔选择铰削，当孔径较大时 则应选择镗削。此外，还应考虑生产率和经济 性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。
典型铣削零件 加工的工艺分析及编程
2004-6-20
1.典型铣削零件加工的工艺分析及编程
1．1零件图样上尺寸数据的标注
1）零件图上尺寸标注应符合编程方便的特点
在数控加工图上，宜采用以同一基 准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种 标注方法，既便于编程，也于协调设 计基准、工艺基准、检测基准与编程零 点的设置和计算。
如图 1 所示，球头刀半径为 R ，零件曲 面上曲率半径为 ρ ，行距为Ｓ，加工后 曲面表面残留高度为Ｈ。则有：
S 2 H (2 R H )

R
图1
1．4工艺设计
1)工序和工步的划分 在数控机床上加工零件，工序应尽量集 中，一次装夹应尽可能完成大部分工序。 数控加工工序的划分有下列方法： ☞ 按加工内容划分工序 ☞ 按所用刀具划分工序 ☞ 按粗、精加工划分工序
1．5刀具的选择
数控加工刀具从结构上可分为：①整体式；②镶嵌 式，它可以分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结 构不同，又分为可转位和不转位两种；③减振式，当 刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的 振动，提高加工精度，多采用此类刀具；④内冷式， 切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部； ⑤特殊型式，如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。 数控加工刀具从制造所采用的材料上可分为：①高 速钢刀具；②硬质合金刀具：③陶瓷刀具；④立方氮 化硼刀具；⑤金刚石刀具：③涂层刀具。 数控铣床和加工中心上用到的刀具有：①钻削刀 具，分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔等；②镗削 刀具，分粗镗、精镗等刀具：③铣削刀具，分面铣、 立铣、三面刃铣等刀具。
攻丝时，进给速度的选择取决 于螺孔的螺距 P （单位： mm ）， 由于使用了有浮动功能的攻丝夹 头。一般攻丝时，进给速度小于 计算数值：
Vf≤P· n
表1： 刀具材料与许用最高切削速度
表2： 铣刀切削速度（mm/min）
2．曲型零件的工艺分析与编程
2．1平面轮廓外形的工艺分析与刀路规划 对如图3所示纸垫落料模凸模轮廓进 行编程与加工。刀具直径为“10”，对刀 号为“01”，切削深度为“5”，工件表面 z坐标为“0”。(给定毛坯为160*100*20， 所有表面的粗糙度Ra为3.2)
• 1)切削深度aP ☞ 在工件表面粗糙度值要求为Ra12.5μ m～25μ m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，可分多次进给 完成。 ☞ 在工件表面粗糙度值要求为 Ra3.2μ m ～ 12.5μ m 时， 可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时切削深度或切削 宽度选取同前。粗铣后留 0.5mm ～ 1.0mm 余量，在半精 铣时切除。 ☞ 在工件表面粗糙度值要求为Ra0.8μ m～3.2μ m时，可 分粗铣、半精铣、精铣3步进行。半精铣时切削深度或 切削宽度取1.5mm～2mm：精铣时圆周铣侧吃刀量取 0.3mm～0.5mm，面铣刀背吃刀量取0.5mm～lmm。
（1）工序间加工余量的选择原则 采用最小加工余量原则，以求缩短 加工时间，降低零件的加工费用。 应有充分的加工余量，特别是最 后的工序。
（2）在选择加工余量时，还应考虑的 情况
☞ 由于零件的大小不同，切削力、内应力 引起的变形也会有差异，工件大，变形 增加，加工余量相应地应大一些。 ☞ 零件热处理时引起变形，应适当增大加 工余量。 ☞ 加工方法、装夹方式和工艺装备的刚 性可能引起的零件变形，过大的加工余 量会由于切削力增大引起零件的变形。
2)进给量 • 进给量有进给速度Vf、每转进给量f和每齿进给 量fZ。 • 进给速度Vf是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 ，在数控程序 中的代码为F。 • 每转进给量 f 是铣刀每转一转，工件与铣刀的 相对位移，单位为mm／r。 • 每齿进给量fZ 是铣刀每转过一齿时，工件与铣 刀的相对位移，单位为mm／z。 • 3种进给量的关系为： • Vf＝f· n=fZ· z· n 铣刀转速为n，铣刀齿数为z。
1.3加工方法选择及加工方案 确定
1）加工方法选择 在数控机床上加工零件，一般有以下两种 情况： ☞ 有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件 的数控机床； ☞ 己经有了数控机床，要选择适合该机床加工 的零件。 无论哪种情况，都应根据零件的种类和加 工内容选择合适的数控机床和加工方法。
(1)机床的选择
（3）孔的加工方法选择
孔加工的方法比较多，有钻削、扩削、铰削 和镗削等。大直径孔还可采用圆弧插补方式进 行铣削加工。 ☞ 对于直径大于φ ３０ｍｍ己铸出或锻出毛坯 孔的孔加工，一般采用粗镗→半精镗→孔口倒 角→精镗加工方案。 ☞ 孔径较大的可采用立铣刀粗铣→精铣加工方 案。有空刀槽时可用锯片铣刀在半精镗之后、 精镗之前铣削完成，也可用镗刀进行单刃螳削， 但单刃镗削效率低。
☞ 对于直径小于 φ ３０ mm 的无毛坯 孔的孔加工，通常采用饶平端面→ 打中心孔→钻→扩→孔口倒角→铰 加工方案。 ☞ 有同轴度要求的小孔，须采用饶 平端面→打中心孔→钻→半精镗→ 孔口倒角→精镗（或 铰）加工方案。 为提高孔的位置精度，在钻孔工步 前须安排锪平端面和打中心孔工步。 孔口倒角安排在半精加工之后、精 加工之前，以防孔内产生毛刺。
2）加工方案确定
确定加工方案时，首先应根 据主要表面的尺寸精度和表面粗 糙度的要求，初步确定为达到这 些要求所需要的加工方法，即精 加工的方法，再确定从毛坯到最 终成形的加工方案。
•
在加工过程中，工件按表面轮廓可分为平面类 和曲面类零件，其中平面类零件中的斜面轮廓又 分为有固定斜角和变斜角的外形轮廓面。 外形轮廓面的加工，若单纯从技术上考虑，最 好的加工方案是采用多坐标联动的数控机床，这 样不但生产效率高，而且加工质量好。但由于一 般中小企业无力购买这种价格昂贵、生产费用高 的机床，因此应考虑采用2.5轴控制和３轴控制机 床加工。 • 2.5轴控制和3轴控制机床上加工外形轮廓面， 通常采用球头铣刀，轮廓面的加工精度主要通过 控制走刀步长和加工带宽度来保证。加工精度越 高，走刀步长和加工带宽度越小，编程效率和加 工效率越低。
☞ 平面轮廓零件的轮廓多由直线、圆弧和 曲线组成，一般在两坐标联动的数控铣 床上加工； ☞ 具有三维曲面轮廓的零件，多采用三 坐标或三坐标以上联动的数控铣床或加 工中心加工。
(2)粗、精加工的选择
☞ 经粗铣的平面，尺寸精度可达 IT12 ～ IT14 级（指两平面之间的尺 寸），表面粗糙度Ｒａ值可达 12.5μ m～50μ m。 ☞ 经粗、精铣的平面，尺寸精度可 达 IT7 ～ IT9 级，表面粗糙度Ｒａ值 可达1.6μ m～3.2μ m。
2）构成零件轮廓的几何 元素的条件应充分
自动编程时要对构成零件轮廓的 所有几何元素进行定义。在分析零 件图时，要分析几何元素的给定条 件是否充分，如果不充分，则无法 对被加工的零件进行造型，也无法 编程。
1.2零件各加工部位的结构工 艺性是否符合数控加工的特点
1）零件所要求的加工精度、尺寸公差应能 否得到保证。 2）零件的内腔和外形几何类型和尺寸能否 统一，尽可能减少刀具规格和换刀次数。 3）零件的工艺结构设计能否采用较大直径 的刀具进行加工。采用大直径铣刀加工， 能减少加工次数，提高表面加工质量。
a)平面轮廓图
b)加工后的立体图
图3
平面典型零件之一
工艺分析： 1)几何尺寸分析。 ☞ 从平面轮廓图中知，所有尺寸的公差 没有标注，即为一般公差，选用中等级 （ GB1804—m ），其极限偏差为：±0.3 。 数控机床在正常维护和操作情况下是完 全可达到的。
2)规划刀具路径 根据零件表面粗糙度的要求，应有粗、 精加工。 ☞ 根据毛坯、刀具的直径，分二次进刀 进行粗加工。留加工余量0.2mm。 ☞ 加工的起刀点设置在工件的外，距工 件边约10mm。并设置刀补。 ☞ 为保证加工平稳不振动。手工编程起 刀点与切入点是直线，如图4a）；自动 编程起刀点与切入点是圆弧，如图4b）。
4）零件铣削面的槽底回角半径或腹板与缘板相交处 的圆角半径r 不宜太大。由于铣刀与铣削平面接触 的最大直径d=D-2r，其中D为铣刀直径。因此，当D 一定时，圆角半径r 越大，铣刀端刃铣削平面的面 积就越小，铣刀端刃铣削平面的能力就越差；效率 越低，工艺性也越差。 5）应采用统一的基准定位。数控加工过程中，若零 件需重新定位安装而没有统一的定位基准。会导致 加工结束后正反两面上的轮廓位置及尺寸的不协调。 因此，要尽量利用零件本身具有的合适的孔或设置 专门的工艺孔或以零件轮廓的基准边等作为定位基 准，保证两次装夹加工后相对位置的准确性。
（3）确定加工余量的方法 ☞ 查表法： 这种方法是根据各工厂的生产 实践和实验研究积累的数据，先制成各种 表格，再汇集成手册。 ☞ 经验估算法： 这种方法是根据工艺编制 人员的实际经验确定加工余量。经验估算 法常用于单件小批量生产。 ☞ 分析计算法： 这种方法是根据一定的试 验资料数据和加工余量计算公式，分析影 响加工余量的各项因素，并计算确定加工 余量。目前，只在材料十分贵重，以及少 数大量生产的工厂采用。
1．6切削用量的确定
切削用量包括切削速度、 进给出速度、背吃刀量和侧吃 刀量。背吃刀量和侧吃刀量在 数控加工中通常称为切削深度 和切削宽度。如图2所示。
图2
• 选择切削用量的原则是： ☞ 粗加工时，一般以提高生产率为主，但 也应考虑经济性和加工成本；半精加和 精加时，应在保证加工质量的前提下， 兼顾切削效率、经济性和加工成本。具 体数值应根据机床说明书、切削用量手 册，并结合经验而定。 •从刀具的耐用度出发，切削用量的选择 方法是： ☞ 先确定切削深度或切削宽度，其次确定 进给出量，最后确定切削速度。