第5章數(shù)控銑削加工工藝與編程

1、第5章 數(shù)控銑削加工工藝與編程本章知識(shí)點(diǎn)（技能點(diǎn)）：1熟悉數(shù)控銑床組成、結(jié)構(gòu)、加工特點(diǎn)、加工對(duì)象2熟悉數(shù)控銑削工藝基本知識(shí)3熟悉FANUC銑削系統(tǒng)加工程序編制的基本知識(shí)4學(xué)會(huì)平面、外輪廓、槽、型腔等結(jié)構(gòu)銑削工藝、編程知識(shí)5熟悉數(shù)控銑削加工工藝設(shè)計(jì)及編程綜合應(yīng)用先導(dǎo)案例：如圖5-9-1為凸輪槽零件，零件毛坯為鑄件，材料HT200。加工結(jié)構(gòu)：平面A、B、C，23mm深的半圓槽，外輪廓，凸輪槽，配合孔45 H8以及孔的寬度為12±0.021鍵槽?，F(xiàn)對(duì)零件加工工藝規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)重要的數(shù)控加工工序進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和編程。完成上述任務(wù)，要求工藝人員能熟練對(duì)零件銑削加工內(nèi)容和要求進(jìn)行分析；熟悉各種銑

2、削結(jié)構(gòu)的加工工藝和編程特點(diǎn)；熟悉數(shù)控銑削加工設(shè)備，并能夠選用合適CNC銑床、銑削刀具、夾具；能設(shè)計(jì)合理的銑削加工過程；能合理設(shè)計(jì)具體工步的刀具路線和切削用量等；能熟練編寫數(shù)控銑削工序卡、數(shù)控銑削程序。第五章，我們將通過九節(jié)內(nèi)容的教學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)控銑削加工設(shè)備知識(shí)、數(shù)控銑削的工藝設(shè)計(jì)知識(shí)、數(shù)控銑削編程應(yīng)用知識(shí)。51 數(shù)控銑床及其加工對(duì)象數(shù)控銑床，也稱作數(shù)控銑削機(jī)床，和鏜銑加工中心不同是，它沒有刀庫及自動(dòng)換刀裝置。小型數(shù)控銑床是指規(guī)格較小的升降臺(tái)式數(shù)控銑床，額定功率通常不是很高，其工作臺(tái)寬度多在400mm以下；規(guī)格較大的數(shù)控銑床，例如工作臺(tái)寬度在500mm以上的，其功能已向加工中心靠近，進(jìn)而演變成柔性

3、加工單元。數(shù)控銑床能被CNC控制的坐標(biāo)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)多為三坐標(biāo)。其中能兩軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床，也稱兩軸半機(jī)床，即在X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸中，任意兩軸可以聯(lián)動(dòng)，一般情況下，兩軸半控制的數(shù)控銑床上只能用來加工平面曲線的輪廓。三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床能進(jìn)行X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)加工，可以加工空間曲面，目前以三坐標(biāo)數(shù)控立式銑床為發(fā)展方向。對(duì)于有特殊要求的數(shù)控銑床，還可以加一個(gè)數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，即回轉(zhuǎn)的A坐標(biāo)或C坐標(biāo)，這種四坐標(biāo)的數(shù)控銑床可用來加工螺旋槽、葉片等立體曲面零件。511 數(shù)控銑床類型 數(shù)控銑床如同傳統(tǒng)的通用銑床一樣，按主軸在空間所處的狀態(tài)，分有立式和臥式以及立、臥兩用數(shù)控銑床。主軸在空間處于垂直狀態(tài)

4、的，稱為立式數(shù)控銑床；主軸在空間處于水平狀態(tài)的，稱為臥式數(shù)控銑床。主軸可作垂直和水平轉(zhuǎn)換的，稱為立臥兩用數(shù)控銑床。圖5-1-1 立式數(shù)控銑床1立式數(shù)控銑床如圖5-1-1所示為立式數(shù)控銑床。立式數(shù)控銑床是數(shù)控銑床中數(shù)量最多的一種，應(yīng)用范圍最廣。小型數(shù)控立式銑床的X、Y、Z方向的移動(dòng)一般都由工作臺(tái)完成，主運(yùn)動(dòng)為主軸旋轉(zhuǎn)，與普通立式升降臺(tái)銑床相似。中型數(shù)控立銑的縱向和橫向移動(dòng)一般由工作臺(tái)完成，且工作臺(tái)還可手動(dòng)升降，主軸除完成主運(yùn)動(dòng)外，還能沿垂直方向伸縮。大型數(shù)控立銑，由于需要考慮擴(kuò)大行程、縮小占地面積、剛性等技術(shù)問題，多采用龍門架沿床身作縱向移動(dòng)，主軸在龍門架的橫向與垂直溜板上運(yùn)動(dòng)。2臥式數(shù)控銑床臥

5、式數(shù)控銑床的主軸水平布置，為了擴(kuò)大加工范圍和使用功能，通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來實(shí)現(xiàn)45軸加工。這樣不但工件側(cè)面上的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪廓可以加工出來，而且可以實(shí)現(xiàn)在一次安裝中，通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進(jìn)行“四面加工”。尤其是萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤可以把工件上各種不同角度的加工面擺成水平面來加工，可以省去許多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌瘸尚豌姷丁?duì)箱體類零件或在一次安裝中需要改變工位的工件來說，選擇帶數(shù)控轉(zhuǎn)盤的臥式數(shù)控銑床進(jìn)行加工是非常合適的。如圖5-1-2所示為臥式數(shù)控銑床。圖5-1-2臥式數(shù)控銑床3立、臥兩用數(shù)控銑床圖5-1-3數(shù)控銑床組成各部分立、臥兩用數(shù)控銑床的主軸方向可以變換，能達(dá)到在一臺(tái)機(jī)床上既可以進(jìn)行立式

6、加工、又可以進(jìn)行臥式加工。立、臥兩用數(shù)控銑床的主軸方向的更換有手動(dòng)與自動(dòng)兩種。采用數(shù)控萬能主軸頭的立、臥兩用數(shù)控銑床，其主軸頭可以任意轉(zhuǎn)換方向，可以加工出與水平面呈各種不同角度的工件表面。當(dāng)立、臥兩用數(shù)控銑床增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤后，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的“五面加工”，即除了工件與轉(zhuǎn)盤貼面的定位面外，其他表面都可以在一次安裝中進(jìn)行加工。因此，其加工性能非常優(yōu)越。512 數(shù)控銑床組成結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)參數(shù)1.數(shù)控銑床組成結(jié)構(gòu)由圖5-1-3可見，數(shù)控銑床一般由以下幾個(gè)部分組成： 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的核心，是整個(gè)數(shù)控機(jī)床的靈魂所在。主要由輸入裝置、監(jiān)視器、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)、可編程控制器、各類輸入輸出

7、接口等組成。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控銑床一般有多個(gè)進(jìn)給方向的運(yùn)動(dòng)控制，如前后、左右、上下方向的運(yùn)動(dòng)。各方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)械執(zhí)行部件都配有一套伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 主軸伺服系統(tǒng)機(jī)床主軸的運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，隨切削加工情形的變化，要求主軸轉(zhuǎn)速能夠隨之變化。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床要求主軸具有很高的轉(zhuǎn)速和很寬的調(diào)速范圍，主軸的正反方向都可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)和自動(dòng)加減速，并且可以在最高速與最低速間指令任意轉(zhuǎn)速，屬于無級(jí)調(diào)速方式。 輔助裝置 輔助裝置主要包括液壓控制系統(tǒng)、潤滑裝置、切削液裝置、排屑裝置、工件夾緊放松機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、過載和保護(hù)裝置等。 機(jī)床主體銑床主體是數(shù)控銑床的機(jī)械部件，包括床身、主軸箱、銑頭、工作臺(tái)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。與傳統(tǒng)的

8、普通銑床相比較，其整體布局、外觀造型、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工具系統(tǒng)等方面都發(fā)生了很大的變化。如：主傳動(dòng)及主軸部件具有傳遞功率大、剛度高、抗振性好及熱變形小等優(yōu)點(diǎn)；進(jìn)給傳動(dòng)件具有傳動(dòng)鏈短、結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)精度高等特點(diǎn)；機(jī)床本身具有很高的動(dòng)、靜剛度；采用全封閉罩殼。2數(shù)控銑床/加工中心主要技術(shù)參數(shù)數(shù)控銑床/加工中心的主要技術(shù)參數(shù)包括工作臺(tái)面積、各坐標(biāo)軸行程、主軸轉(zhuǎn)速范圍、切削進(jìn)給速度范圍、刀庫容量、換刀時(shí)間、定位精度、重復(fù)定位精度等。表5-1-1為DT450數(shù)控銑床/立式加工中心技術(shù)參數(shù)說明。表5-1-1 數(shù)控銑床/DT450立式加工中心技術(shù)參數(shù)說明機(jī)械規(guī)格DT450機(jī)械規(guī)格DT450行程X軸（mm）450Y

9、軸電機(jī)（kw）1.1行程Y軸（mm）350Z軸電機(jī)（kw）1.1行程Z軸（mm）450控制器FANUC主軸端面至工作臺(tái)（mm）150600快速移動(dòng)速率（m/min）40/40/30工作臺(tái)尺寸（mm）700x320切削進(jìn)給率（mm/min）1-20000最大承重（kg）150定位精度（mm）±0.005/300主軸孔錐度規(guī)格BT40重復(fù)定位精度（mm）±0.0025主軸轉(zhuǎn)速（rpm）10000氣壓（kg/cm2）6主軸電機(jī)（kw）5.5刀庫（選裝）20（機(jī)械手）X軸電機(jī)（kw）1.1機(jī)器重量（kg）29202數(shù)控銑床/加工中心技術(shù)參數(shù)識(shí)讀數(shù)控銑床/加工中心主要技術(shù)參數(shù)識(shí)讀可分

10、成尺寸參數(shù)、接口參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)、精度參數(shù)、其它參數(shù)幾個(gè)方面來認(rèn)識(shí)。 尺寸參數(shù)。包括：工作臺(tái)面積（長、寬）、承重；主軸端面到工作臺(tái)的距離；交換工作臺(tái)尺寸數(shù)量及交換時(shí)間；作用：影響到加工工件的尺寸范圍大小重量編程范圍及刀具、工件、機(jī)床之間的干涉。 接口參數(shù)。包括：工作臺(tái)T型槽數(shù)；槽寬槽間距；主軸孔錐度、直徑；最大刀具尺寸及重量；刀具容量交換時(shí)間（加工中心）等。作用：影響到工件、刀具安裝及加工適應(yīng)性和效率。 運(yùn)動(dòng)參數(shù)。包括：各坐標(biāo)行程及擺角范圍；主軸轉(zhuǎn)速范圍；各坐標(biāo)快速進(jìn)給速度、切削進(jìn)給速度范圍。作用：響到加工性能及編程參數(shù)。 動(dòng)力參數(shù)。內(nèi)容包括：主軸電機(jī)功率；伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。作用：影響

11、到切削負(fù)荷。 精度參數(shù)。內(nèi)容包括：定位精度和重復(fù)定位精度；回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度精度。作用：影響到加工精度及其一致性， 其它參數(shù)。內(nèi)容包括：外形尺寸、重量。作用：影響到使用環(huán)境。513 數(shù)控銑床或加工中心選用1數(shù)控銑床或加工中心的類型選擇不同類型的數(shù)控銑床或加工中心，其使用范圍也有一定的局限性，只有加工與工作條件相適合的工件，才能達(dá)到最佳的效果。一般來說，立式數(shù)控銑床及鏜銑加工中心適用于加工平面凸輪、樣板、箱蓋、殼體等形狀復(fù)雜單面加工零件，以及模具的內(nèi)、外型腔等； 臥式銑床和加工中心配合回轉(zhuǎn)工作臺(tái)適用于加工箱體、泵體、殼體有多面加工任務(wù)的零件，如果對(duì)箱體的側(cè)面與頂面要求在一次裝夾中加工，可選用五面體

12、加工中心。如果在立式銑床和加工中心上加工適合臥式銑床和加工中心加工的典型零件，則當(dāng)對(duì)零件的多個(gè)加工面、多工位加工時(shí)，需要更換夾具和倒換工藝基準(zhǔn)，這樣會(huì)降低加工精度和生產(chǎn)效率。如果將適合在立式銑床和立式加工中心的典型工件在臥式銑床或加工中心上加工，則常常需要增加彎板夾具，從而降低工件加工工藝系統(tǒng)的剛性。為了保持?jǐn)?shù)控銑床及鏜銑加工中心的精度，降低生產(chǎn)成本，延長使用壽命，又通常把零件的粗加工，零件基準(zhǔn)面、定位面的加工安排在普通機(jī)床上進(jìn)行。2機(jī)床規(guī)格的選擇應(yīng)根據(jù)被加工典型工件大小尺寸選用相應(yīng)規(guī)格的數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的主要規(guī)格包括工作臺(tái)尺寸、幾個(gè)數(shù)控進(jìn)給坐標(biāo)的行程范圍和主軸電動(dòng)機(jī)功率。選用合適的工作臺(tái)尺

13、寸保證工件在其上面能順利裝夾；選擇合適的進(jìn)給坐標(biāo)行程保證工件的加工尺寸在各坐標(biāo)有效行程內(nèi)。CNC銑床或加工中心的工作臺(tái)面尺寸和三個(gè)直線坐標(biāo)行程都有一定比例關(guān)系，如機(jī)床的工作臺(tái)為500mm×500mm，其X軸行程一般為700800mm，Y軸為550700mm，Z軸為500600mm，因此工作臺(tái)的大小基本確定了加工空間的大小。此外，選擇數(shù)控機(jī)床時(shí)還應(yīng)考慮工件與換刀空間的干涉及工作臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)與護(hù)罩等附件干涉等一系列問題，而且還要考慮機(jī)床工作臺(tái)的承載能力。對(duì)機(jī)床的主要的技術(shù)參數(shù)認(rèn)識(shí)是確定機(jī)床能否滿足加工的重要依據(jù)。3 機(jī)床精度的選擇選擇機(jī)床的精度等級(jí)應(yīng)根據(jù)被加工工件關(guān)鍵部位的加工精度要求來確定

14、，一般來說，批量生產(chǎn)零件時(shí)，實(shí)際加工出的精度公差數(shù)值為機(jī)床定位精度公差數(shù)值的1.52倍。數(shù)控銑床和加工中心按精度分為普通型和精密型，其主要精度項(xiàng)目如表5-1-2所示。普通型CNC機(jī)床可批量加工IT8級(jí)精度的工件；精密型CNC銑床和加工中心加工精度可達(dá)IT56級(jí)，但對(duì)使用環(huán)境要求較嚴(yán)格，以及要有恒溫等工藝措施。CNC銑床和加工中心的直線定位精度和重復(fù)定位精度綜合反映了該軸各運(yùn)動(dòng)元部件的綜合精度。尤其是重復(fù)定位精度，它反映了該控制軸在全行程內(nèi)任意點(diǎn)定位穩(wěn)定性，這是衡量該控制軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標(biāo)。銑圓精度是綜合評(píng)價(jià)CNC銑床和加工中心有關(guān)數(shù)控軸的伺服跟隨運(yùn)動(dòng)特性和數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)功能的指標(biāo)。由于

15、數(shù)控機(jī)床具有一些特殊功能，因此，在加工中等精度的典型工件時(shí)，一些大孔徑圓柱面和大圓弧面可以采用高切削性能的立銑刀銑削，測定每臺(tái)機(jī)床的銑圓精度的方法是用一把精加工立銑刀銑削一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓柱試件，中小型機(jī)床圓柱試件的直徑一般在200300mm左右。將銑削后加工得到的標(biāo)準(zhǔn)圓柱試件放到圓度儀上，測出加工圓柱的輪廓線，取其最大包絡(luò)圓和最小包絡(luò)圓，兩者間的半徑差即為其精度。表5-1-2數(shù)控銑床和加工中心主要精度項(xiàng)目精度項(xiàng)目普通型(mm)精密型( mm)直線定位精度±001全程±0005全程重復(fù)定位精度±0006土0002銑圓精度003004002514 數(shù)控銑削加工對(duì)象1.數(shù)控銑

16、削加工特點(diǎn)靈活、通用：數(shù)控銑床、加工中心適合多品種不同結(jié)構(gòu)形狀工件的加工，能完成鉆孔、鏜孔、鉸孔、銑平面、銑斜面、銑槽、銑曲面（凸輪）、攻螺紋等加工。 加工精度高：數(shù)控銑床、加工中心具有較高的加工精度，一般情況下都能保證工件精度。另外，數(shù)控加工還避免了操作人員的操作失誤，同一批加工零件的尺寸同一性好，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 生產(chǎn)效率高：數(shù)控銑床、加工中心具有銑床、鏜床和鉆床的功能，使工序高度集中，大大提高了生產(chǎn)效率并減少了工件裝夾誤差。數(shù)控銑床的主軸轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，有利于選擇最佳切削用量。數(shù)控銑床具有快進(jìn)、快退、快速定位功能，可大大減少機(jī)動(dòng)時(shí)間。 能加工形狀復(fù)雜：它除了能銑削普通銑床所能銑削的

17、各種零件表面外， 還能銑削普通銑床不能銑削的平面曲線輪廓和空間曲面輪廓，這是由于數(shù)控機(jī)床有多個(gè)進(jìn)給坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)的特點(diǎn)。 減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度：數(shù)控銑床對(duì)零件加工是按事先編好的加工程序自動(dòng)完成的，操作者除了操作鍵盤、裝卸刀具、工件和中間測量及觀察機(jī)床運(yùn)行外，不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。2. 適合數(shù)控銑削的加工內(nèi)容數(shù)控銑床與普通銑床相比，具有加工精度高、加工零件的形狀復(fù)雜、加工范圍廣等特點(diǎn)。根據(jù)數(shù)控銑床的特點(diǎn)，適合數(shù)控銑床加工的內(nèi)容主要有以下幾類： 曲線輪廓或曲面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)：工件的平面曲線輪廓，指零件有內(nèi)、外輪廓為復(fù)雜曲線，被加工面平行或垂直于水平面。數(shù)控銑削加工時(shí)，一般只需用3坐標(biāo)數(shù)控銑床的兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)就可以把它們加工出來。工件的曲面，一般指面上的點(diǎn)在三維空間坐標(biāo)變化的面，一般由數(shù)學(xué)模型設(shè)