畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-輪廓零件的數(shù)控銑削加工

1、摘 要在數(shù)控銑削加工與編程中，刀具半徑補(bǔ)償以及新工藝思路的巧妙應(yīng)用往往可以簡化很多典型問題、甚至可以解決很多工程實(shí)例中的難題。職業(yè)技術(shù)學(xué)校數(shù)控專業(yè)的首要任務(wù)是培養(yǎng)素質(zhì)高、能力強(qiáng)的應(yīng)用型數(shù)控技能人才。本文結(jié)合近幾年來數(shù)控技能競賽的出題特點(diǎn)和數(shù)控銑削編程與加工的典型課題分析，做了一些加工觀念的論述。關(guān)鍵詞：數(shù)控銑削加工 刀具半徑補(bǔ)償 應(yīng)用 分析AbstractIn CNC milling and programming, tool radius compensation, and the ingenious application of new technology ideas can often

2、 simplify a lot of typical problems, and even many of the works can solve the problem instances. NC vocational schools is to train the primary task of professional high quality application capability NC skilled personnel. In this paper, the competition in recent years, the topic and numerical skills

3、, characteristics and processing of CNC milling programming and analysis of a typical subject, do some processing concepts discussed.Key words: CNC Milling Tool radius compensation Applications Analysis第1章 數(shù)控輪廓銑削加工零件的工藝性分析隨著現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的飛躍開展，引領(lǐng)了各行各業(yè)不斷的提高，推動著社會物質(zhì)文明和精神文明不斷的進(jìn)步?，F(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)將機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等有

4、機(jī)地結(jié)合在一起，使傳統(tǒng)的機(jī)械制造方法和生產(chǎn)方式發(fā)生了深刻的、革命性的變化。數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中已經(jīng)得到了日益廣泛的應(yīng)用，因?yàn)樗行У亟鉀Q了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問題，能滿足社會生產(chǎn)中對機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、精度、效率等提出的較高要求。因此，作為年輕一代學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)的我們，要掌握這門技術(shù)、靈活應(yīng)用這門技術(shù)，讓它更好的效勞于社會、效勞于人類。零件工藝分析零件分析分析零件的形狀、結(jié)構(gòu)及尺寸的特點(diǎn)，確定零件上是否有阻礙刀具運(yùn)動的部位，是否有會產(chǎn)生加工干預(yù)或加工不到的區(qū)域，零件的最大形狀尺寸是否超過機(jī)床的最大行程，零件的剛性隨著加工的進(jìn)行是否有太大的變化等。檢查零件的尺寸加工精度、形位公差及外

5、表粗糙度等在現(xiàn)有加工條件下是否可以得到保證，是否還有更經(jīng)濟(jì)的加工方法或方案。在零件上是否存在對刀具形狀及尺寸有限制的部位和尺寸要求，如過渡圓角、倒角、槽寬等，這些尺寸是否過于凌亂，是否可以統(tǒng)一。盡量使用最少的刀具進(jìn)行加工，減少刀具規(guī)格、換刀及對刀次數(shù)和時間，以縮短總的加工時間。分析零件上是否有可以利用的工藝基準(zhǔn)，對于一般加工精度要求，可以利用零件上現(xiàn)有的一些基準(zhǔn)面或基準(zhǔn)孔，或者專門在零件上加工出工藝基準(zhǔn)。當(dāng)零件的加工精度要求很高時，必須采用先進(jìn)的統(tǒng)一基準(zhǔn)定位裝夾系統(tǒng)才能保證加工要求。分析零件材料的種類、牌號及熱處理要求，了解零件材料的切削加工性能，才能合理選擇刀具材料和切削參數(shù)。同時要考慮熱處

6、理對零件的影響，如熱處理變形，并在工藝路線中安排相應(yīng)的工序消除這種影響。而零件的最終熱處理狀態(tài)也將影響工序的前后順序。當(dāng)零件上的一局部內(nèi)容已經(jīng)加工完成，這時應(yīng)充分了解零件的已加工狀態(tài)，數(shù)控銑削加工的內(nèi)容與已加工內(nèi)容之間的關(guān)系，尤其是位置尺寸關(guān)系，這些內(nèi)容之間在加工時如何協(xié)調(diào)，采用什么方式或基準(zhǔn)保證加工要求，如對其他企業(yè)的外協(xié)零件的加工。分析幾何元素的給定條件是否充分，發(fā)現(xiàn)問題及時與設(shè)計(jì)人員協(xié)商解決。零件毛坯的工藝性分析在對零件圖進(jìn)行工藝性分析后，還應(yīng)結(jié)合數(shù)控銑削的特點(diǎn)，對所用毛坯常為板料、鑄件自由鍛及模鍛件進(jìn)行工藝性分析，否那么，如果毛坯不適合數(shù)控銑削，加工將很難進(jìn)行下去；甚至?xí)斐汕肮ΡM棄的

7、后果。方面的教訓(xùn)在實(shí)際工作中也不少見的，應(yīng)引起充分重視。1毛坯的加工余量是否充分，批量生產(chǎn)時的毛壞余量是否穩(wěn)定毛坯主要指鍛、鑄件，因模鍛時的欠壓量與允許的錯模量會造成余量多少不等， HYPERLINK :/cn.newmaker /cat_1050013.html t _blank 鑄造時也會因沙型誤差、收縮量及金屬液體的流動性差不能充滿型腔等造成余量不等。此外，鍛、鑄后，毛坯的翹曲與扭曲變形量的不同也會造成加工余量不充分、不穩(wěn)定。在通用銑削工藝中，對上述情況常常采用劃線時串位借料的方法來解決。但是在采用數(shù)控銑削時，次定位將決定工件的“命運(yùn)，加工過程的自動化很難照顧到何處余量缺乏的問題。因此，

8、除板料外，不管是鍛件、鑄件還是型材，只要準(zhǔn)備采用數(shù)控銑削加工，其加工面均應(yīng)有較充分的余量。經(jīng)驗(yàn)說明，數(shù)控銑削中最難保證的是加工面與非加工面之間的尺寸，這一點(diǎn)應(yīng)該引起特別重視。在這種情況下，如果已確定或準(zhǔn)備采用數(shù)控銑削，就應(yīng)事先對毛坯的設(shè)計(jì)進(jìn)行必要更改或在設(shè)計(jì)時就加以充分考慮，即在零件圖紙注明的非加工面處也增加適當(dāng)余量。分析毛坯在安裝定位方面的適應(yīng)性主要是考慮毛坯在加工時的安裝定位方面的可靠性與方便性，以便充分發(fā)揮數(shù)控銑削在一次安裝中加工出許多待加工面。主要是考慮要不要另外增加裝夾余量或工藝凸臺來定位與夾緊，什么地方可以制出工藝孔或要不要另外準(zhǔn)備工藝凸耳來特制工藝孔。值得注意的是，對某些看上去很

9、難定位安裝的或缺少定位基準(zhǔn)孔與定位面的工件，只要在毛坯上想想方法，就迎刃而解了。如圖1-1所示工件，加工上下腹板與內(nèi)外輪廓時因缺少定位安裝面造成裝夾困準(zhǔn)，但只要在上下兩筋上分別增加兩個工藝臺就可以較好地解決該工件的裝夾困難問題。圖1-1 加工工件再如圖1-2所示，該工件缺少定位用的基準(zhǔn)孔，用其他方法很難保工件定位精度，如果在圖示位置增加兩個工藝凸耳，在凸耳上制出走位基準(zhǔn)孔，這一問題就能得到圓滿的解決。對于增加的工藝凸臺或凸耳，可以在它們完成定位安裴使命后通過補(bǔ)加工去掉。圖1-2 分析毛坯的余量大小及均勻性主要是考慮在加工時要不要分層切削，分幾層切削，也要分析加工中與加工后的變形程度，考慮是否應(yīng)

10、采取預(yù)防性措施與補(bǔ)救措施。如對于熱軋中、厚鋁板，經(jīng)淬火時效后很容易在加工中與加工后變形，最好采用經(jīng)預(yù)拉伸處理后的淬火板坯1、毛坯應(yīng)有充分、穩(wěn)定的加工余量數(shù)控銑削零件毛坯的工藝性分析-銑削摘要：在對零件圖進(jìn)行工藝性分析后，還應(yīng)結(jié)合數(shù)控銑削的特點(diǎn)，對所用毛坯常為板料、鑄件自由鍛及模鍛件進(jìn)行工藝性分析，否那么，如果毛坯不適合數(shù)控銑削，加工將很難進(jìn)行下去；甚至?xí)斐汕肮ΡM棄的后果。這方面的教訓(xùn)在實(shí)際工作中也是不少見的，應(yīng)引起充分重視。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，下 行業(yè)拐點(diǎn)初顯 哈鍋四輪驅(qū)動定三分天下科技自主創(chuàng)新使陜西企業(yè)核心競爭力大幅提升電力設(shè)備制造業(yè)：后勁十足陜西安徽五年投入500億元建電網(wǎng)鋼價“抬頭市場回暖值得期

11、待廢銅爛鐵經(jīng)加工成市場上搶手貨從2006中國數(shù)控機(jī)床展看行業(yè)開展優(yōu)和勢兼?zhèn)?2005年我國紡織機(jī)械產(chǎn)量同比上升了23安陽鑫盛機(jī)床新品受關(guān)注桂林機(jī)床入選05年“最具成長性企業(yè) 齊二機(jī)床集團(tuán)廣納社會英才八百余求職者現(xiàn)場新型數(shù)控機(jī)床 全國展會上受青睞自主創(chuàng)新贏得尊重沈陽機(jī)床“B方案挑戰(zhàn)零沈陽機(jī)床自主技術(shù)創(chuàng)新稱雄中國數(shù)控機(jī)床展中國數(shù)控機(jī)床展覽會在上海開幕沈陽機(jī)床奪得國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床“春燕獎“十一五開局非凡，機(jī)床公司喜獲“春燕獎激發(fā)創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)想象-西門子參加CCMT取得圓滿。2、分析毛坯的裝夾適應(yīng)性1工件裝夾的概念工件在開始加工前，首先必須使工件在機(jī)床上或夾具中占有某一正確的位置，這個過程稱為定位。為了使定位

12、好的工件不致于在切削力的作用下發(fā)生位移，使其在加工過程始終保持正確的位置，還需將工件壓緊夾牢，這個過程稱為夾緊。定位和夾緊的整個過程合起來稱為裝夾。工件的裝夾不僅影響加工質(zhì)量，而且對生產(chǎn)率、加工本錢及操作平安都有直接影響。2工件裝夾的方式1直接找正裝夾此法是用百分表、劃線盤或目測直接在機(jī)床上找正工件位置的裝夾方法。2劃線找正裝夾此法是先在毛坯上按照零件圖劃出中心線、對稱線和各待加工外表的加工線，然后將工件裝上機(jī)床，按照劃好的線找正工件在機(jī)床上的裝夾位置。這種裝夾方法生產(chǎn)率低，精度低，且對工人技術(shù)水平要求高，一般用于單件小批生產(chǎn)中加工復(fù)雜而笨重的零件，或毛坯尺寸公差大而無法直接用夾具裝夾的場合。

13、3用夾具裝夾夾具是按照被加工工序要求專門設(shè)計(jì)的，夾具上的定位元件能使工件相對于機(jī)床與刀具迅速占有正確位置，不需找正就能保證工件的裝夾定位精度，用夾具裝夾生產(chǎn)率高，定位精度高，但需要設(shè)計(jì)、制造專用夾具，廣泛用于成批及大量生產(chǎn)。3獲得加工精度的方法機(jī)械加工是為了使工件獲得一定的尺寸精度、形狀精度、位置精度及外表質(zhì)量要求。機(jī)械加工中獲得這些精度的主要方法有：1獲得尺寸精度的方法1試切法該法是通過試切測量調(diào)整再試切，反復(fù)進(jìn)行，直至到達(dá)要求的加工尺寸。試切法生產(chǎn)效率低，加工精度取決于工人的技術(shù)水平，但有可能獲得較高精度，且不需復(fù)雜的裝置。主要用于單件小批生產(chǎn)。2調(diào)整法調(diào)整法是先按要求的尺寸調(diào)整好刀具相對

14、于工件的位置，并在一批零件的加工過程中始終保持這個位置不變，以獲得規(guī)定的加工尺寸。調(diào)整法比試切法加工精度的保持性好，且具有較高的生產(chǎn)率，對操作工人要求不高，但對調(diào)整工要求較高，在成批及大量生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。3定尺寸刀具法該法是用具有一定尺寸精度的刀具來保證工件的加工尺寸的。如鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、拉刀、槽銑刀等。這種方法具有較高的生產(chǎn)率，加工精度主要取決于刀具的精度及刀具與工件的位置精度。為了消除刀具與工件位置精度對加工精度的影響，可采用將刀具與機(jī)床主軸浮動聯(lián)接的方法來解決。4自動控制法這種方法是將測量裝置、進(jìn)給裝置和控制系統(tǒng)組成一個自動加工系統(tǒng)。加工過程中由自動測量裝置測量工件的加工尺寸，并與所

15、要求的尺寸進(jìn)行比擬后發(fā)出信號，信號通過轉(zhuǎn)換、放大后控制機(jī)床或刀具作相應(yīng)調(diào)整，直到到達(dá)規(guī)定的加工尺寸要求，加工自動停止。早期的自動控制法多采用機(jī)械液壓控制系統(tǒng)，近年來，由于數(shù)控技術(shù)的開展，數(shù)控機(jī)床得到廣泛的應(yīng)用。在數(shù)控機(jī)床上，加工尺寸的獲得，由預(yù)先編好的程序自動控制，使工件獲得規(guī)定的加工精度更為方便。特別是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制CNC，更為開展計(jì)算機(jī)輔助制造CAM奠定了根底。2獲得形狀精度的方法1軌跡法這種加工方法是利用刀尖運(yùn)動的軌跡來形成被加工外表的形狀的。普通的車削、銑削、刨削和磨削等均屬于刀尖軌跡法。用這種方法得到的形狀精度主要取決于成形運(yùn)動的精度。2成形法成形法是利用成形刀具的幾何形狀來代替機(jī)床

16、的某些成形運(yùn)動而獲得加工外表形狀的。如成形車削、銑削、磨削等。成形法所獲得的形狀精度主要取決于刀刃的形狀。3展成法利用刀具和工件作展成運(yùn)動所形成的包絡(luò)面來得到加工外表的形狀，如滾齒、插齒、磨齒、滾花鍵等均屬展成法。這種方法所獲得的形狀精度主要取決于刀刃的形狀精度和展成運(yùn)動精度等。3獲得位置精度方法機(jī)械加工中，被加工外表對其他外表位置精度的獲得，主要取決工件的裝夾。前述的三種工件裝夾方式直接找正、劃線找正、用夾具裝夾，即是三種獲得位置精度的方法，這里不再贅述。分析毛坯的余量大小及均勻性3.數(shù)控銑削加工工藝路線的擬訂平面加工方法的選擇：主要采用端銑刀和立銑刀加工；當(dāng)零件外表粗糙度要求較高時，采用順

17、銑；當(dāng)零件表層有硬化皮時，采用逆銑。平面輪廓加工方法的選擇：通常采用三坐標(biāo)數(shù)控銑床進(jìn)行兩軸半坐標(biāo)加工，切向進(jìn)刀、切向退刀。固定斜角平面加工方法的選擇：斜墊板墊平后加工或機(jī)床主軸擺角加工。變斜角面加工方法的選擇：對曲率變化較小的變斜角面，選用x、y、z和A四軸聯(lián)動加工；對曲率變化較大的變斜角面，最好用x、y、z、A和B或C轉(zhuǎn)軸五軸聯(lián)動加工；采用三坐標(biāo)數(shù)控銑床兩坐標(biāo)聯(lián)動，利用球頭銑刀和鼓形銑刀，以直線或圓弧插補(bǔ)方式進(jìn)行分層銑削加工，加工后的殘留面積用鉗修方法去除 曲面輪廓加工方法的選擇：立體曲面的加工應(yīng)根據(jù)曲面形狀、刀具形狀以及精度要求采用不同的銑削加工方法，如兩軸半、三軸、四軸及五軸等聯(lián)動加工。

18、4.工序的劃分當(dāng)加工中使用的刀具較多時，為了減少換刀次數(shù)，縮短輔助時間，可以將一把刀具所加工的內(nèi)容安排在一個工序或工步中。按照工件加工外表的性質(zhì)和要求，將粗加工、精加工分為依次進(jìn)行的不同工序或工步。先進(jìn)行所有外表的粗加工，然后再進(jìn)行所有外表的精加工。一般情況下，為了減少工件加工中的周轉(zhuǎn)時間，提高數(shù)控銑床的利用率，保證加工精度要求，在數(shù)控銑削工序劃分的時候，盡量工序集中。當(dāng)數(shù)控銑床的數(shù)量比擬多，同時有相應(yīng)的設(shè)備技術(shù)措施保證工件的定位精度，為了更合理的均勻機(jī)床的負(fù)荷，協(xié)調(diào)生產(chǎn)組織，也可以將加工內(nèi)容適當(dāng)分散。第二章 加工順序的安排通常按照從簡單到復(fù)雜的原那么，先加工平面、溝槽、孔，再加工外形、內(nèi)腔，

19、最后加工曲面；先加工精度要求低的外表，再加工精度要求高的部位。1加工路線確實(shí)定 應(yīng)能保證零件的加工精度和外表粗糙度要求。刀具切入工件時，應(yīng)防止沿零件外廓的法向切入，而應(yīng)沿外廓曲線延長線的切向切入，以防止在切入處產(chǎn)生刀具的刻痕而影響外表質(zhì)量，保證零件外廓曲線平滑過渡。同理，在切離工件時，也應(yīng)防止在工件的輪廓處直接退刀，而應(yīng)該沿零件輪廓延長線的切向逐漸切離工件。 銑削封閉的內(nèi)輪廓外表時，假設(shè)內(nèi)輪廓曲線允許外延，那么應(yīng)沿切線方向切入切出。假設(shè)內(nèi)輪廓曲線不允許外延，刀具只能沿內(nèi)輪廓曲線的法向切入切出，此時刀具的切入切出點(diǎn)應(yīng)盡量選在內(nèi)輪廓曲線兩幾何元素的交點(diǎn)處。 對于孔位置精度要求較高的零件，在精鏜孔系

20、時，鏜孔路線一定要注意各孔的定位方向一致，即采用單向趨近定位點(diǎn)的方法，以防止傳動系統(tǒng)反向間隙誤差或測量系統(tǒng)的誤差對定位精度的影響。 應(yīng)使走刀路線最短，減少刀具空行程時間，提高加工效率。1銑削平面類零件的進(jìn)給路線 銑削平面類零件外輪廓時，一般采用立 t _blank 銑刀側(cè)刃進(jìn)行切削。為減少接刀痕跡，保證零件外表質(zhì)量，對刀具的切入和切出程序需要精心設(shè)計(jì)。 銑削外外表輪廓時，圖1所示，銑刀的切入和切出點(diǎn)應(yīng)沿零件輪廓曲線的延長線上切入和切出零件外表，而不應(yīng)沿法向直接切入零件，以防止加工外表產(chǎn)生劃痕，保證零件輪廓光滑。銑削封閉的內(nèi)輪廓外表時，假設(shè)內(nèi)輪廓曲線允許外延，那么應(yīng)沿切線方向切入切出。假設(shè)內(nèi)輪廓

21、曲線不允許外延見圖2，那么刀具只能沿內(nèi)輪廓曲線的法向切入切出，并將其切入、切出點(diǎn)選在零件輪廓兩幾何元素的交點(diǎn)處。當(dāng)內(nèi)部幾何元素相切無交點(diǎn)時見圖3，為防止刀補(bǔ)取消時在輪廓拐角處留下凹口見圖3a，刀具切入切出點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離拐角見圖3b。圖4所示為圓弧插補(bǔ)方式銑削外整圓時的走刀路線。當(dāng)整圓加工完畢時，不要在切點(diǎn)處2退刀，而應(yīng)讓刀具沿切線方向多運(yùn)動一段距離，以免取消刀補(bǔ)時，刀具與工件外表相碰，造成工件報(bào)廢。銑削內(nèi)圓弧時也要遵循從切向切入的原那么，最好安排從圓弧過渡到圓弧的加工路線見圖5所示，這樣可以提高內(nèi)孔外表的加工精度和加工質(zhì)量。2銑削曲面類零件的加工路線 在機(jī)械加工中，常會遇到各種曲面類零件，如 HYP

22、ERLINK :/mould.newmaker / t _blank 模具、葉片螺旋槳等。由于這類零件型面復(fù)雜，需用多坐標(biāo)聯(lián)動加工，因此多采用數(shù)控銑床、數(shù)控 HYPERLINK :/cn.newmaker /cat_1050003.html t _blank 加工中心進(jìn)行加工。 直紋面加工 對于邊界敞開的直紋曲面，加工時常采用球頭刀進(jìn)行“行切法加工，即刀具與零件輪廓的切點(diǎn)軌跡是一行一行的，行間距按零件加工精度要求而確定，如圖6所示的發(fā)動機(jī)大葉片，可采用兩種加工路線。采用圖6a的加工方案時，每次沿直線加工，刀位點(diǎn)計(jì)算簡單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，可以準(zhǔn)確保證母線的直線度。當(dāng)采用圖6b所

23、示的加工方案時，符合這類零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后檢驗(yàn)，葉形的準(zhǔn)確度高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開的，沒有其它外表限制，所以曲面邊界可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開始加工。曲面輪廓加工 立體曲面加工應(yīng)根據(jù)曲面形狀、刀具形狀以及精度要求采用不同的銑削方法。 兩坐標(biāo)聯(lián)動的三坐標(biāo)行切法加工X、Y、Z三軸中任意二軸作聯(lián)動插補(bǔ)，第三軸做單獨(dú)的周期進(jìn)刀，稱為二軸半坐標(biāo)聯(lián)動。如圖7所示，將X向分成假設(shè)干段，圓頭銑刀沿YZ面所截的曲線進(jìn)行銑削，每段加工完成進(jìn)給X，再加工另一相鄰曲線，如此依次切削即可加工整個曲面。在行切法中，要根據(jù)輪廓外表粗糙度的要求及刀頭不干預(yù)相鄰?fù)獗淼脑敲催x取X。行切法加工中通常

24、采用球頭銑刀。球頭銑刀的刀頭半徑應(yīng)選得大些，有利于散熱，但刀頭半徑不應(yīng)大于曲面的最小曲率半徑。用球頭銑刀加工曲面時，總是用刀心軌跡的數(shù)據(jù)進(jìn)行編程。圖8為二軸半坐標(biāo)加工的刀心軌跡與切削點(diǎn)軌跡示意圖。ABCD為被加工曲面，Pyz平面為平行于YZ坐標(biāo)面的一個行切面，其刀心軌跡O1O2為曲面ABCD的等距面IJKL與平面Pyz的交線，顯然O1O2是一條平面曲線。在此情況下，曲面的曲率變化會導(dǎo)致球頭刀與曲面切削點(diǎn)的位置改變，因此切削點(diǎn)的連線ab是一條空間曲線，從而在曲面上形成扭曲的殘留溝紋。由于二軸半坐標(biāo)加工的刀心軌跡為平面曲線，故編程計(jì)算比擬簡單，數(shù)控邏輯裝置也不復(fù)雜，常在曲率變化不大及精度要求不高的

25、粗加工中使用。三坐標(biāo)聯(lián)動加工 X、Y、Z三軸可同時插補(bǔ)聯(lián)動。用三坐標(biāo)聯(lián)動加工曲面時，通常也用行切方法。如圖9所示，Pyz平面為平行于yz坐標(biāo)面的一個行切面，它與曲面的交線為ab，假設(shè)要求ab為一條平面曲線，那么應(yīng)使球頭刀與曲面的切削點(diǎn)總是處于平面曲線ab上即沿ab切削，以獲得規(guī)那么的殘留溝紋。顯然，這時的刀心軌跡O1O2不在Pyz平面上，而是一條空間曲面實(shí)際是空間折線，因此需要X、Y、Z三軸聯(lián)動。三軸聯(lián)動加工常用于復(fù)雜空間曲面的精確加工如精密鍛模，但編程計(jì)算較為復(fù)雜，所用機(jī)床的數(shù)控裝置還必須具備三軸聯(lián)動功能。四坐標(biāo)加工 如圖10所示工件，側(cè)面為直紋扭曲面。假設(shè)在三坐標(biāo)聯(lián)動的機(jī)床上用圓頭銑刀按行

26、切法加工時，不但生產(chǎn)效率低，而且外表粗糙度大。為此，采用圓柱銑刀周邊切削，并用四坐標(biāo)銑床加工。即除三個直角坐標(biāo)運(yùn)動外，為保證刀具與工件型面在全長始終貼合，刀具還應(yīng)繞O1或O2作擺角運(yùn)動。由于擺角運(yùn)動導(dǎo)致直角坐標(biāo)圖中Y軸需作附加運(yùn)動，所以其編程計(jì)算較為復(fù)雜。五坐標(biāo)加工 螺旋槳是五坐標(biāo)加工的典型零件之一，其葉片的形狀和加工原理如圖11所示。在半徑為R1的圓柱面上與葉面的交線AB為螺旋線的一局部，螺旋升角為i，葉片的徑向葉型線軸向割線EF的傾角為后傾角。螺旋線AB用極坐標(biāo)加工方法，并且以折線段逼近。逼近段mn是由C坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)與Z坐標(biāo)位移Z的合成。當(dāng)AB加工完成后，刀具徑向位移X改變R1，再加工相鄰的另

27、一條葉型線，依次加工即可形成整個葉面。由于葉面的曲率半徑較大，所以常采用面銑刀加工，以提高生產(chǎn)率并簡化程序。因此為保證銑刀端面始終與曲面貼合，銑刀還應(yīng)作由坐標(biāo)A和坐標(biāo)B形成的1 和1的擺角運(yùn)動。在擺角的同時，還應(yīng)作直角坐標(biāo)的附加運(yùn)動，以保證銑刀端面始終位于編程值所規(guī)定的位置上，即在切削成形點(diǎn)，銑刀端平面與被切曲面相切，銑刀軸心線與曲面該點(diǎn)的法線一致，所以需要五坐標(biāo)加工。這種加工的編程計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，一般采用自動編程。 應(yīng)使數(shù)值計(jì)算簡單，程序段數(shù)量少，以減少編程工作量。4數(shù)控銑削加工工序的設(shè)計(jì)4.1夾具的選擇要將加工部位敞開，不能因裝夾工件而影響進(jìn)給和切削加工。選擇夾具時，應(yīng)注意減少裝夾次數(shù)，盡量

28、做到在一次安裝中能把零件上所有要加工外表都加工出來。1對刀具的根本要求 銑刀剛性要好目的：一是滿足為提高生產(chǎn)效率而采用大切削用量的需要；二是為適應(yīng)數(shù)控銑床加工過程中難以調(diào)整切削用量的特點(diǎn)。 銑刀的耐用度要高當(dāng)一把銑刀加工的內(nèi)容很多時，如果刀具磨損較快，不僅會影響零件的外表質(zhì)量和加工精度，而且會增加換刀與對刀次數(shù)，從而導(dǎo)致零件加工外表留下因?qū)Φ墩`差而形成的接刀臺階，降低零件的外表質(zhì)量。另外，銑刀切削刃的幾何角度參數(shù)的選擇與排屑性能等也非常重要。2常用銑刀的種類 面銑刀：可轉(zhuǎn)位面銑刀的直徑已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，采用公比1.25的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列：16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、1

29、60、200、250、315、400、500、630mm，參見GB534285。 立銑刀：普通立銑刀端面中心處無切削刃，所以立銑刀不能作軸向進(jìn)給。 模具銑刀：分為圓錐形立銑刀、圓柱形球頭立銑刀和圓錐形球頭立銑刀三種。 鍵槽銑刀：可以軸向進(jìn)給。 鼓形銑刀：加工固定角度斜面。R越小，鼓形刀所能加工的斜角范圍越廣，但所獲得的外表質(zhì)量也越查差。這種刀具的特點(diǎn)是刃磨困難，切削條件差，而且不適于加工有底的輪廓外表。 成形銑刀：漸開線齒面、燕尾槽和T形槽等。3銑刀的選擇 面銑刀主要參數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)側(cè)吃刀量ae選擇適當(dāng)?shù)你姷吨睆?。粗齒銑刀用于粗銑鋼件；粗銑鑄件斷續(xù)外表和平穩(wěn)銑削鋼件時，選用細(xì)齒銑刀。密齒銑刀用

30、于加工薄壁鑄件。前角的數(shù)值主要根據(jù)工件材料和刀具材料來選擇；ao=512；硬質(zhì)合金面銑刀的刃傾角常取lS=515。主偏角kr在4590范圍內(nèi)選取。 立銑刀主要參數(shù)的選擇刀具半徑R應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑，一般取R= 。.3切削用量的選擇包括主軸轉(zhuǎn)速切削速度、進(jìn)給速度、背吃刀量和側(cè)吃刀量。1背吃刀量端銑或側(cè)吃刀量圓周銑的選擇主要由加工余量和對外表質(zhì)量的要求決定：Ra12.525mm時，粗銑一次進(jìn)給就可以到達(dá)要求。但在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床動力缺乏時，可分兩次進(jìn)給完成。 Ra3.2時，分粗銑和半精銑兩步進(jìn)行。 Ra0.8時，分粗銑、半精銑、精銑三步進(jìn)行。2進(jìn)給量fmm/r與進(jìn)給速

31、度vfmm/min的選擇根據(jù)零件的外表粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，查切削用量手冊選取。3切削速度vCm/min的選擇根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量、進(jìn)給量及刀具耐用度計(jì)算切削速度。也可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)在機(jī)床說明書允許的切削速度范圍內(nèi)查閱有關(guān)切削用量手冊選取。根據(jù)刀具直徑和切削速度，計(jì)算刀具轉(zhuǎn)速。數(shù)控銑削加工中的裝刀與對刀技術(shù)圖6-33對刀點(diǎn)的選擇為了保證零件的加工精度要求，對刀點(diǎn)應(yīng)盡可能選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。如以零件上孔的中心點(diǎn)或兩條相互垂直的輪廓邊的交點(diǎn)作為對刀點(diǎn)較為適宜，但應(yīng)根據(jù)加工精度對這些孔或輪廓面提出相應(yīng)的精度要求，并在對刀之前準(zhǔn)備好。有時零件上沒有適宜的部位，也可

32、以加工出工藝孔用來對刀。確定對刀點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中位置的操作稱為對刀。對刀的準(zhǔn)確程度將直接影響零件加工的位置精度，因此，對刀是數(shù)控機(jī)床操作中的一項(xiàng)重要且關(guān)鍵的工作。對刀操作一定要仔細(xì)，對刀方法一定要與零件的加工精度要求相適應(yīng)，生產(chǎn)中常使用百分表、中心規(guī)及尋邊器等工具。無論采用哪種工具，都是使數(shù)控銑床主軸中心與對刀點(diǎn)重合，利用機(jī)床的坐標(biāo)顯示確定對刀點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，從而確定工件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。簡單地說，對刀就是告訴機(jī)床工件裝夾在機(jī)床工作臺的什么地方。2對刀方法圖6-35對刀方法對刀過程的操作方法如下XK5025/4數(shù)控銑床，F(xiàn)ANUC 0MD系統(tǒng)： 方式選擇開關(guān)置“回零位置； 手

33、動按“+Z鍵，Z軸回零； 手動按“+X鍵，X軸回零； 手動按“+Y鍵，Y軸回零；此時，CRT上顯示各軸坐標(biāo)均為0。 X軸對刀，記錄機(jī)械坐標(biāo)X的顯示值假設(shè)為-220.000； Y軸對刀，記錄機(jī)械坐標(biāo)Y的顯示值假設(shè)為-120.000； Z軸對刀，記錄機(jī)械坐標(biāo)Z的顯示值假設(shè)為-50.000； 根據(jù)所用刀具的尺寸假定為f20及上述對刀數(shù)據(jù)，建立工件坐標(biāo)系，有兩種方法：a. 執(zhí)行G92 X-210 Y-110 Z-50指令，建立工件坐標(biāo)系；b. 將工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)坐標(biāo)-210，-110，-50輸入到G54存放器，然后在MDI方式下執(zhí)行G54指令。一、圓孔的加工：如圖1下頁所示，對于此類的圓孔，孔徑尺寸不

34、大不小一般指2040、孔深不是太深一般不超過20mm、精度要求也不是太高一般指IT7級。在數(shù)控銑床上可直接用一把立銑刀完成。工藝及編程分析：1、刀具的選擇：對于此類的圓孔，工件材料假設(shè)為45#鋼調(diào)質(zhì)處理，可選一把硬質(zhì)合金立銑刀，刀具的直徑要根據(jù)孔的直徑來確定。刀具直徑太小，那么刀具走一整圓下來可能中間還有一定的殘料銑不到，刀具直徑太大，可能刀具在這圖 個小范圍內(nèi)連刀補(bǔ)都建不起來。假定孔徑為D、刀具直徑為d、它們之間的關(guān)系應(yīng)是： D/3 d D/2分析計(jì)算后發(fā)現(xiàn)可以在12和14中選一種，刀具直徑越大、銑削效率當(dāng)然就越高，所以最終確定選14的三刃立銑刀。2、由于數(shù)控銑床良好的機(jī)械性能，特別是滾珠絲

35、桿采用雙螺母調(diào)隙，不存在反向竄刀的現(xiàn)象，從提高刀具耐用度和降低加工外表粗糙度的角度考慮，一般優(yōu)先采用順銑。按傳統(tǒng)的銑削工藝，加工內(nèi)腔需先鉆一個工藝孔、再擴(kuò)孔，那么，鉆孔、換刀、建坐標(biāo)系主要是Z軸長度設(shè)定、編程等會浪費(fèi)一定的時間，我們可以以“少吃走快的方法，即每次慢下刀左右、主軸轉(zhuǎn)速盡量高、走刀速度盡量快 此時的切削要素主要由刀具性能決定，這樣以來刀具主要是受高轉(zhuǎn)速下的離心力，切削力的影響已經(jīng)不大。而且加工的鐵屑均為顆粒狀，加上冷卻液的沖刷可以帶走大量的切削熱、降低切削溫度。該方法下切削加工的時間并沒有增加、反而省去了大局部的輔助工作時間。3、編程路徑確實(shí)定：如圖2所示圖2如圖2a所示刀具編程路

36、徑圖，注意一定要采用圓弧過度的切向切入和切出法，過度圓弧的半徑r必須大于刀具的半徑、且小于圓孔的半徑，否那么刀具路徑就不是我們想要的那樣。選擇r=8mm，刀具實(shí)際的中心軌跡就如圖2b所示。4、粗精加工的安排和程序處理：把圖2a所示的刀具路徑編在一個子程序里、每次慢下刀、子程序連續(xù)調(diào)用24次、即可完成粗加工；精加工只需調(diào)用一次子程序、一次下刀到孔底、走刀量減小5倍、刀補(bǔ)值設(shè)定為理論值、其它不變、即可完成精加工。5、參考加工程序：注：按華中世紀(jì)星系統(tǒng)編程，切削參數(shù)僅供參考粗加工程序：%0001程序名N1G54 G90 G40 G17 G94 建立工件坐標(biāo)系，程序初始化N2M03 S2500主軸正轉(zhuǎn)

37、，轉(zhuǎn)速2500r/minN3G00 X0 Y0 Z10 M07快速定位，翻開切削液N4G01 Z0 F300定位到切削起點(diǎn)N5M98 P1000 L24調(diào)用24次子程序N6G01 Z10 F300加工完成抬刀N7G00 Z100 M09抬刀至平安位置，關(guān)閉切削液N8M30主程序完并復(fù)位N9%1000子程序名N10G91 G01 Z-0.5 F50增量慢下刀N11G90 G01 G41 X8 Y-8 D01 F1000絕對編程，建立左刀補(bǔ)刀補(bǔ)值N12G03 X16 Y0 R8圓弧過度切向切入N13I-16 J0銑削整圓N14X8 Y8 R8圓弧過度切向切出N15G01 G40 X0 Y0取消刀補(bǔ)

38、，回到下刀起點(diǎn)N16M99子程序完精加工時只需將N5中“L24刪掉，N10中改為“Z-12,刀補(bǔ)值改成理論值即可。由此例可見，通過巧妙應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償、選擇合理的刀具、制定最優(yōu)化的刀具路徑和新工藝“少吃走快的大膽應(yīng)用，就能快速、高效、準(zhǔn)確地加工出類似的孔類零件。二、內(nèi)外壁的加工圖3如圖3所示，要在一個平面上銑出一條封閉的溝槽，槽寬有精度要求。在數(shù)控銑床上也可用一把立銑刀完成。通過圖形和工藝分析應(yīng)選一把12硬質(zhì)合金三刃立銑刀，加工思路也應(yīng)該是“少吃走快。現(xiàn)在關(guān)鍵的問題是圖素較復(fù)雜，各節(jié)點(diǎn)計(jì)算難度大。按常規(guī)的編程思路就要把內(nèi)外壁輪廓上各點(diǎn)坐標(biāo)先計(jì)算出來，再把加工內(nèi)壁編寫一個程序、加工外壁編寫一個程

39、序，然后分別加工。顯而易見，在競賽類的場合或急需時這種方法非常浪費(fèi)時間。能不能通過巧妙地應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償，使工作量大減、節(jié)約時間，又能合理地加工出類似的合格工件呢？我們只需按尺寸標(biāo)注計(jì)算出圖4中所示內(nèi)壁上A、B、C、D、E、F、G、H各點(diǎn)坐標(biāo)值其實(shí)只有B、C、F、G四點(diǎn)中任意一點(diǎn)需計(jì)算，確定下刀點(diǎn)為O點(diǎn)，按圖4所示軌跡建立刀補(bǔ)編寫一個程序即可。圖4 當(dāng)加工內(nèi)壁時，把刀補(bǔ)值設(shè)為刀具的實(shí)際半徑，此時走出的輪廓就如圖5a所示；加工外壁時，刀補(bǔ)值設(shè)為槽寬刀具半徑，此時走出的輪廓就如圖5b所示。圖5采用此方法加工內(nèi)外壁的特點(diǎn)就是只需編寫一個程序，通過不斷修改刀補(bǔ)值來完成內(nèi)外壁的粗精加工。需要注意的是精加

40、工內(nèi)壁時采用的是順銑，精加工外壁時采用的是逆銑，所以加工過程中還需要合理調(diào)整切削加工參數(shù)，以獲得最好的加工效果。參考加工程序：注：按華中世紀(jì)星系統(tǒng)編程，切削參數(shù)僅供參考粗加工程序：%0001程序名N1G54 G90 G40 G17 G94 建立工件坐標(biāo)系，程序初始化N2M03 S3000主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速3000r/minN3G00 X Y0 Z10 M07快速定位，翻開切削液N4G01 Z0 F300定位到切削起點(diǎn)N5M98 P1000 L10調(diào)用10次子程序N6G01 Z10 F300加工完成抬刀N7G00 X0 Y0 Z100 M09抬刀至平安位置，關(guān)閉切削液N8M30主程序完并復(fù)位N9%1

41、000子程序名N10G91 G01 Z-0.5 F50增量慢下刀N11G90 G01 G41 X-40 Y10 D01 F1000絕對編程，建立左刀補(bǔ)N12G02 X-24 Y18 R10AB圓弧進(jìn)給N13G03 X24 R40BC圓弧進(jìn)給N14G02 X40 Y10 R10CD圓弧進(jìn)給N15G01 Y-10DE直線進(jìn)給N16G02 X24 Y-18 R10EF圓弧進(jìn)給N17G03 X-24 R40FG圓弧進(jìn)給N18G02 X-40 Y-10 R10GH圓弧進(jìn)給N19G01 Y10HA直線進(jìn)給N20G01 G40 X-47.5 Y0取消刀補(bǔ)，回到下刀起點(diǎn)N21M99子程序完需要注意的是粗加工內(nèi)

42、外壁設(shè)置刀補(bǔ)值要把精加工余量考慮進(jìn)去，而且內(nèi)壁是在刀補(bǔ)值上加上余量、外壁是在刀補(bǔ)值上減去余量，想想為什么？類似這種內(nèi)外壁加工、薄壁加工、陰陽模加工等，都是根據(jù)圖紙尺寸標(biāo)注只計(jì)算一條輪廓上的節(jié)點(diǎn)，巧妙設(shè)置下刀起點(diǎn)，正確參加刀補(bǔ)指令，合理設(shè)置刀補(bǔ)值及切削參數(shù)來完成工件的加工。三、輪廓周邊倒圓角的加工提起輪廓周邊倒圓角的加工大家可能感到疑惑，這跟刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用有關(guān)系嗎？輪廓周邊倒圓角那屬于曲面加工，應(yīng)該用CAM軟件自動生成加工程序，這樣既方便又準(zhǔn)確。當(dāng)然筆者不否認(rèn)CAM軟件的強(qiáng)大功能。當(dāng)你看了下面這個用設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償手工編寫宏程序在輪廓周邊倒圓角的例子之后，一定頗有感慨。圖6如圖6所示，兩圓兩

43、邊用直線相切連接形成一個封閉輪廓，要在此輪廓周邊倒半徑為6mm的圓角。這種輪廓假設(shè)用CAM軟件自動生成加工程序，需要把三維圖形畫出來，按照曲面加工的思路來進(jìn)行。用過CAM軟件的人就應(yīng)該知道，如果真的是非常復(fù)雜的曲面用手工編程無法完成的情況下，那當(dāng)然沒有選擇。CAM軟件生成的曲面加工程序往往要走上好幾個小時甚至數(shù)十個小時，所以像圖6這樣的例子我們就千萬不要選擇CAM軟件加工。圖7手工編程、建立刀補(bǔ)、編寫宏程序，是最正確思路。我們只需要計(jì)算出圖7所示A、B、C、D、E幾個節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)， 分兩步走。 第一步：選擇一把稍大一點(diǎn)的硬質(zhì)合金三刃立銑刀，按圖7所示選擇一個下刀點(diǎn)，建立刀補(bǔ)編寫輪廓二維加工程序。注

44、意粗精加工的切削參數(shù)選用和刀補(bǔ)值的設(shè)置。以最快最準(zhǔn)的速度加 工出二維輪廓?？梢娭灰毒咝阅芎?，此道工序用不了多長時間。第二步：加工周邊圓角。曲面加工，選擇球頭銑刀要比平底立銑刀好的多。編輯宏程序的思路是先選擇一個適宜的剖切平面，在平面上做數(shù)學(xué)模型分析，推導(dǎo)出相關(guān)參數(shù)的計(jì)算程式，再結(jié)合空間幾何概念，建立循環(huán)語句。通過該例分析，我們還是按輪廓建立刀補(bǔ)編程，根據(jù)每一層面上刀補(bǔ)的偏置值不同，循序漸進(jìn)，一層一層把圓角銑出來。圖8如圖8分析所示，我們選擇8硬質(zhì)合金球頭銑刀當(dāng)然不一定要選8，根據(jù)實(shí)際情況選擇，不同規(guī)格刀具導(dǎo)致某些參數(shù)不同，很明顯，在銑削的第一層上，刀位點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下的Z軸高度是6，按照圖形輪廓，此時的刀補(bǔ)值為4即刀具半徑值；在銑削的最后一層上