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點（技能點）：1熟悉數(shù)控銑床組成、結(jié)構(gòu)、加工特點、加工對象2熟悉數(shù)控銑削工藝基本知識3熟悉FANUC銑削系統(tǒng)加工程序編制的基本知識4學會平面、外輪廓、槽、型腔等結(jié)構(gòu)銑削工藝、編程知識5熟悉數(shù)控銑削加工工藝設計及編程綜合應用先導案例：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)對零件加工工藝規(guī)程進行設計，對重要的數(shù)控加工工序進行工藝設計和編程。完成上述任務，要求工藝人員能熟練對零件銑削加工內(nèi)容和要求進行分析；熟悉各種銑

2、削結(jié)構(gòu)的加工工藝和編程特點；熟悉數(shù)控銑削加工設備，并能夠選用合適CNC銑床、銑削刀具、夾具；能設計合理的銑削加工過程；能合理設計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，學習數(shù)控銑削加工設備知識、數(shù)控銑削的工藝設計知識、數(shù)控銑削編程應用知識。51 數(shù)控銑床及其加工對象數(shù)控銑床，也稱作數(shù)控銑削機床，和鏜銑加工中心不同是，它沒有刀庫及自動換刀裝置。小型數(shù)控銑床是指規(guī)格較小的升降臺式數(shù)控銑床，額定功率通常不是很高，其工作臺寬度多在400mm以下；規(guī)格較大的數(shù)控銑床，例如工作臺寬度在500mm以上的，其功能已向加工中心靠近，進而演變成柔性

3、加工單元。數(shù)控銑床能被CNC控制的坐標進給運動多為三坐標。其中能兩軸聯(lián)動的機床，也稱兩軸半機床，即在X、Y、Z三個坐標軸中，任意兩軸可以聯(lián)動，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。三坐標聯(lián)動的數(shù)控銑床能進行X、Y、Z三個坐標軸聯(lián)動加工，可以加工空間曲面，目前以三坐標數(shù)控立式銑床為發(fā)展方向。對于有特殊要求的數(shù)控銑床，還可以加一個數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，即回轉(zhuǎn)的A坐標或C坐標，這種四坐標的數(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，應用范圍最廣。小型數(shù)控立式銑床的X、Y、Z方向的移動一般都由工作臺完成，主運動為主軸旋轉(zhuǎn)，與普通立式升降臺銑床相似。中型數(shù)控立銑的縱向和橫向移動一般由工作臺完成，且工作臺還可手動升降，主軸除完成主運動外，還能沿垂直方向伸縮。大型數(shù)控立銑，由于需要考慮擴大行程、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，主軸在龍門架的橫向與垂直溜板上運動。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，而且可以實現(xiàn)在一次安裝中，通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進行“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?。對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，能達到在一臺機床上既可以進行立式

6、加工、又可以進行臥式加工。立、臥兩用數(shù)控銑床的主軸方向的更換有手動與自動兩種。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。當立、臥兩用數(shù)控銑床增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤后，就可以實現(xiàn)對工件的“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部分組成： 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是機床實現(xiàn)自動加工的核心，是整個數(shù)控機床的靈魂所在。主要由輸入裝置、監(jiān)視器、計算機數(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。 進給伺服系統(tǒng)數(shù)控銑床一般有多個進給方向的運動控制，如前后、左右、上下方向的運動。各方向進給運動的機械執(zhí)行部件都配有一套伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 主軸伺服系統(tǒng)機床主軸的運動是旋轉(zhuǎn)運動，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現(xiàn)轉(zhuǎn)動和自動加減速，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、工件夾緊放松機構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺、過載和保護裝置等。 機床主體銑床主體是數(shù)控銑床的機械部件，包括床身、主軸箱、銑頭、工作臺、進給機構(gòu)等。與傳統(tǒng)的

8、普通銑床相比較，其整體布局、外觀造型、傳動機構(gòu)、工具系統(tǒng)等方面都發(fā)生了很大的變化。如：主傳動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；進給傳動件具有傳動鏈短、結(jié)構(gòu)簡單、傳動精度高等特點；機床本身具有很高的動、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)包括工作臺面積、各坐標軸行程、主軸轉(zhuǎn)速范圍、切削進給速度范圍、刀庫容量、換刀時間、定位精度、重復定位精度等。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)說明機械規(guī)格DT450機械規(guī)格DT450行程X軸（mm）450Y

9、軸電機（kw）1.1行程Y軸（mm）350Z軸電機（kw）1.1行程Z軸（mm）450控制器FANUC主軸端面至工作臺（mm）150600快速移動速率（m/min）40/40/30工作臺尺寸（mm）700x320切削進給率（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重復定位精度（mm）±0.0025主軸轉(zhuǎn)速（rpm）10000氣壓（kg/cm2）6主軸電機（kw）5.5刀庫（選裝）20（機械手）X軸電機（kw）1.1機器重量（kg）29202數(shù)控銑床/加工中心技術(shù)參數(shù)識讀數(shù)控銑床/加工中心主要技術(shù)參數(shù)識讀可分

10、成尺寸參數(shù)、接口參數(shù)、運動參數(shù)、動力參數(shù)、精度參數(shù)、其它參數(shù)幾個方面來認識。 尺寸參數(shù)。包括：工作臺面積（長、寬）、承重；主軸端面到工作臺的距離；交換工作臺尺寸數(shù)量及交換時間；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、機床之間的干涉。 接口參數(shù)。包括：工作臺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；刀具容量交換時間（加工中心）等。作用：影響到工件、刀具安裝及加工適應性和效率。 運動參數(shù)。包括：各坐標行程及擺角范圍；主軸轉(zhuǎn)速范圍；各坐標快速進給速度、切削進給速度范圍。作用：響到加工性能及編程參數(shù)。 動力參數(shù)。內(nèi)容包括：主軸電機功率；伺服電機額定轉(zhuǎn)矩。作用：影響

11、到切削負荷。 精度參數(shù)。內(nèi)容包括：定位精度和重復定位精度；回轉(zhuǎn)工作臺的分度精度。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)工作臺適用于加工箱體、泵體、殼體有多面加工任務的零件，如果對箱體的側(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，則當對零件的多個加工面、多工位加工時，需要更換夾具和倒換工藝基準，這樣會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。為了保持數(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，零件基準面、定位面的加工安排在普通機床上進行。2機床規(guī)格的選擇應根據(jù)被加工典型工件大小尺寸選用相應規(guī)格的數(shù)控機床。數(shù)控機床的主要規(guī)格包括工作臺尺寸、幾個數(shù)控進給坐標的行程范圍和主軸電動機功率。選用合適的工作臺尺

13、寸保證工件在其上面能順利裝夾；選擇合適的進給坐標行程保證工件的加工尺寸在各坐標有效行程內(nèi)。CNC銑床或加工中心的工作臺面尺寸和三個直線坐標行程都有一定比例關(guān)系，如機床的工作臺為500mm×500mm，其X軸行程一般為700800mm，Y軸為550700mm，Z軸為500600mm，因此工作臺的大小基本確定了加工空間的大小。此外，選擇數(shù)控機床時還應考慮工件與換刀空間的干涉及工作臺回轉(zhuǎn)時與護罩等附件干涉等一系列問題，而且還要考慮機床工作臺的承載能力。對機床的主要的技術(shù)參數(shù)認識是確定機床能否滿足加工的重要依據(jù)。3 機床精度的選擇選擇機床的精度等級應根據(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，實際加工出的精度公差數(shù)值為機床定位精度公差數(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，其主要精度項目如表5-1-2所示。普通型CNC機床可批量加工IT8級精度的工件；精密型CNC銑床和加工中心加工精度可達IT56級，但對使用環(huán)境要求較嚴格，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定位精度綜合反映了該軸各運動元部件的綜合精度。尤其是重復定位精度，它反映了該控制軸在全行程內(nèi)任意點定位穩(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。銑圓精度是綜合評價CNC銑床和加工中心有關(guān)數(shù)控軸的伺服跟隨運動特性和數(shù)控系統(tǒng)插補功能的指標。由于

15、數(shù)控機床具有一些特殊功能，因此，在加工中等精度的典型工件時，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，測定每臺機床的銑圓精度的方法是用一把精加工立銑刀銑削一個標準圓柱試件，中小型機床圓柱試件的直徑一般在200300mm左右。將銑削后加工得到的標準圓柱試件放到圓度儀上，測出加工圓柱的輪廓線，取其最大包絡圓和最小包絡圓，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目精度項目普通型(mm)精密型( mm)直線定位精度±001全程±0005全程重復定位精度±0006土0002銑圓精度003004002514 數(shù)控銑削加工對象1.數(shù)控銑

16、削加工特點靈活、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)速實現(xiàn)無級變速，有利于選擇最佳切削用量。數(shù)控銑床具有快進、快退、快速定位功能，可大大減少機動時間。 能加工形狀復雜：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)控機床有多個進給坐標軸聯(lián)動的特點。 減輕操作者勞動強度：數(shù)控銑床對零件加工是按事先編好的加工程序自動完成的，操作者除了操作鍵盤、裝卸刀具、工件和中間測量及觀察機床運行外，不需要進行繁重的重復性手工操作，大大減輕了勞動強度。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、加工零件的形狀復雜、加工范圍廣等特點。根據(jù)數(shù)控銑床的特點，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)、外輪廓為復雜曲線，被加工面平行或垂直于水平面。數(shù)控銑削加工時，一般只需用3坐標數(shù)控銑床的兩坐標聯(lián)動就可以把它們加工出來。工件的曲面，一般指面上的點在三維空間坐標變化的面，一般由數(shù)學模型設