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1、数控加工技术数控加工技术CAI课件课件数控加工技术精品课程组数控加工技术精品课程组第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术第一节第一节 数控数控铣铣床简介床简介 一、分类与结构特点一、分类与结构特点 （一）按机床主轴的布置形式及机床的（一）按机床主轴的布置形式及机床的布局特点分类布局特点分类 可分为数控立式铣床、数控卧式铣床和数控龙门铣床等。1数控立式铣床 如图4-1所示。2数控卧式铣床 如图4-2所示。3数控龙门铣床 对于大尺寸的数控铣床，一般采用对称的双立柱结构，保证机床的整体刚性和强度，即数控龙门铣床，有工作台移动和龙门架移动两种形式。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控
2、铣削加工技术它适用于加工飞机整体结构件零件、大型箱体零件和大型模具等，如图4-3所示。（二）按数控系统的功能分类（二）按数控系统的功能分类 数控铣床可为经济型数控铣床、全功能数控铣床和高速铣削数控铣床等。1经济型数控铣床 2全功能数控铣床 采用半闭环控制或闭环控制，数控系统功能丰富，一般可以实现4坐标以上联动，加工适应性强，应用最广泛。3高速铣削数控铣床 高速铣削是数控加工的一个发展方向，技术已经比较成熟，已逐渐得到广泛的应用。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 二、数控铣床的主要功能二、数控铣床的主要功能 不同档次的数控铣床的功能有较大的差别，但都应具备以下主要功能。
3、1铣削加工 数控铣床一般应具有三坐标以上联动功能,能够进行直线插补和圆弧插补,自动控制旋转的铣刀相对于工件运动进行铣削加工,如图4-4所示。坐标联动轴数越多,对工件的装夹要求就越低,加工工艺范围越大。2孔及螺纹加工 可以采用定尺寸孔加工刀具进行钻、扩、铰、锪、镗削等加工，也可以采用铣刀铣削不同尺寸的孔，如图4-5所示。3刀具补偿功能 一般包括刀具半径补偿功能和刀具长度补偿功能。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 4公制、英制单位转换 可以根据图纸的标注选择公制单位（mm）和英制单位（inch）进行程序编制，以适应不同企业的具体情况。5绝对坐标和增量坐标编程 6进给速度、
4、主轴转速调整 7固定循环 固定循环是固化为G指令的子程序，并通过各种参数适应不同的加工要求，主要用于实现一些具有典型性的需要多次重复的加工动作，如各种孔、内外螺纹、沟槽等的加工。使用固定循环可以有效地简化程序的编制。但不同的数控系统对固定循环的定义有较大的差异，在使用的时候应注意区别。8工件坐标系设定 9数据输入输出及DNC功能 10子程序 11数据采集功能 12自诊断功能 返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 三、主要加工对象三、主要加工对象 数控铣床主要用于加工各种材料如黑色金属、有色金属及非金属的平面轮廓零件、空间曲面零件和孔加工。1平面轮廓零件 2空间曲面零件 3
5、孔 4螺纹 内、外螺纹,圆柱螺纹,圆锥螺纹等都可以在数控铣床上加工。第二节第二节 数控铣削的加工工艺与工装数控铣削的加工工艺与工装 一、选择并确定数控铣削的加工部位及内容一、选择并确定数控铣削的加工部位及内容 一般情况下，某个零件并不是所有的表面都需要采用数控加工，应根据零件的加工要求和企业的生产条件进行具体的分析，确定具体的加工部位和内容及要求。具体而言，以下方面适宜采用数控铣削加工：（1）由直线、圆弧、非圆曲线及列表曲线构成的内外轮廓；返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 （2）空间曲线或曲面；（3）形状虽然简单，但尺寸繁多，检测困难的部位；（4）用普通机床加工时难以
6、观察、控制及检测的内腔、箱体内部等；（5）有严格位置尺寸要求的孔或平面；（6）能够在一次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状；（7）采用数控铣削加工能有效提高生产率，减轻劳动强度的一般加工内容。二、加工信息的读取及工艺性分析二、加工信息的读取及工艺性分析 目前数控加工技术在制造业得到日益广泛的应用，CAD/CAM技术也在快速的发展，同时由于数控加工对象的复杂性，特别是空间曲面，加工信息一般采用计算机建立的数学模型来描述和传递，并作为数控加工的唯一依据，而传统的二维工程图则作为加工时的参考。对于简单的平面零件，只要能够完全的表达清楚，仍然可以采用二维工程图作为加工依据。因此，加工信息的读取对象有两
7、类，即二维工程图和数学模型。1二维工程图 返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 （1）首先检查图纸各视图表达的正确性，尺寸、形位公差、表面粗糙度等标注和技术要求及零件材料填写的完整性。按照其他国家标准绘制的二维工程图，在必要时应进行转换，使其符合我国的国家标准。（2）对零件进行工艺性分析，有以下方面：根据二维工程图和数学模型分析零件的形状、结构及尺寸的特点，确定零件上是否有妨碍刀具运动的部位，是否有会产生加工干涉或加工不到的区域，零件的最大形状尺寸是否超过机床的最大行程，零件的刚性随着加工的进行是否有太大的变化等。检查零件的加工要求，如尺寸加工精度、形位公差及表面粗糙度在
8、现有的加工条件下是否可以得到保证，是否还有更经济的加工方法或方案。在零件上是否存在对刀具形状及尺寸有限制的部位和尺寸要求，如过渡圆角、倒角、槽宽等，这些尺寸是否过于凌乱，是否可以统一。尽量使用最少的刀具进行加工，减少刀具规格、换刀及对刀次数和时间，以缩短总的加工时间。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 对于零件加工中使用的工艺基准应当着重考虑，它不仅决定了各个加工工序的前后顺序，还将对各个工序加工后各个加工表面之间的位置精度产生直接的影响。分析零件材料的种类、牌号及热处理要求，了解零件材料的切削加工性能，才能合理选择刀具材料和切削参数。同时要考虑热处理对零件的影响，如热
9、处理变形，并在工艺路线中安排相应的工序消除这种影响。而零件的最终热处理状态也将影响工序的前后顺序。当零件上的一部分内容已经加工完成,这时应充分了解零件的已加工状态，数控铣削加工的内容与已加工内容之间的关系,尤其是位置尺寸关系,这些内容之间在加工时如何协调,采用什么方式或基准保证加工要求,如对其他企业的外协零件的加工。2数学模型 图形标准 在数学模型传递时，尽量使用相同的CAD/CAM软件，以保证数据的正确。数学模型的检查、修改及确认。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 三、毛坯的选择三、毛坯的选择 1确定毛坯形状及尺寸 2确定毛坯的定位装夹方法 四、加工表面的加工方案四
10、、加工表面的加工方案 数控铣削的四类加工对象的主要加工表面一般可以采用有关的加工方案。五、制订工艺路线五、制订工艺路线 1在中低档数控铣床上加工 2在高档数控铣床上加工 六、数控铣削工序设计六、数控铣削工序设计 1数控铣削工序内容 在数控铣削加工工艺分析中所确定的加工内容基础上，根据加工部位的性质、刀具使用情况以及现有的加工条件，将这些加工内容安排在一个或几个数控铣削工序中。（1）当加工中使用的刀具较多时，为了减少换刀次数，缩短辅助时间，可以将一把刀具所加工的内容安排在一个工序（或工步）中。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 （2）按照工件加工表面的性质和要求，将粗加工
11、、精加工分为依次进行的不同工序（或工步）。先进行所有表面的粗加工，然后再进行所有表面的精加工。（3）按照从简单到复杂的原则，先加工平面、沟槽、孔，再加工外形、内腔，最后加工曲面；先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。2工序加工顺序（工步）3工序单（卡片）数控加工工序单（卡片）是数控加工工艺规程的主要组成部分，其内容主要包括以下三个部分：（1）零件有关信息如零件图号、零件名称、零件材料牌号、装配图号等。（2）工序加工内容及工步顺序 （3）加工程序及使用说明返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 七、对刀点和换刀点的选择七、对刀点和换刀点的选择 对刀点和换刀点的选择
12、主要根据加工操作的实际情况，考虑如何在保证加工精度的同时，使操作简便。1对刀点的选择 对刀点可以设置在工件上，也可以设置在夹具上，但都必须在编程坐标系中有确定的位置，如图4-9中的X1和Y1。对刀点既可以与编程原点重合，也可以不重合，这主要取决于加工精度和对刀的方便性。当对刀点与编程原点重合时，X1=0，Y1=0。2换刀点的选择 由于数控铣床采用手动换刀，换刀时操作人员的主动性较高，换刀点只要设置在零件外面，不发生换刀阻碍即可。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 八、数控刀具系统八、数控刀具系统 1刀柄及其标准 2铣刀种类 铣刀在加工中的重要性显而易见,数控加工中对刀具
13、的要求远远比普通铣削加工高,不仅要有更高的刚性、更高的耐用度、更好的抗震性、更好的断屑排屑性能、更合理的几何角度参数，还应有更高的制造精度。在数控加工中主要是要解决如何正确选择和使用刀具,包括选择刀具的种类、结构、材料、尺寸、几何角度以及确定合理而高效的切削参数等。如图4-13所示，刀具种类和尺寸一般根据加工表面的形状特点和尺寸选择。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 3常用铣刀的刀具运动方式 在数控铣削加工中，常用立铣刀和球头铣刀两类。4切削参数 切削参数的选择是工艺设计和程序编制时一个重要的内容，其合理性会直接影响工艺方案的实施和加工效果。数控铣削时切削参数主要根据
14、工件材料、加工要求、刀具材料和刀具尺寸确定，同时还应考虑机床的性能，如机床刚性、主轴功率等。一般按照以下步骤进行：（1）根据工件材料和刀具材料查表确定切削速度，再由刀具直径可得到主轴转速；（2）根据机床功率确定切削深度；（3）根据切削深度查表确定每齿进给量；（4）根据主轴转速及每齿进给量可得切削进给速度。5刀具管理 返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 九、夹具九、夹具 在数控加工中使用的夹具有通用夹具、专用夹具、组合夹具以及较先进的工件统一基准定位装夹系统等，主要根据零件的特点和经济性选择使用。1通用夹具 它由于具有较大的灵活性和经济性，在数控铣削中应用广泛。2夹具与程
15、序编制的关系 3工件统一基准定位装夹系统 在20世纪70年代发展起来的工件统一基准定位装夹系统,是在所有机床上建立标准化的接口,使每个工件在每道工序的机床上实现快速而精确的定位装夹,并可以将所有加工机床连成敏捷制造柔性生产线。这种定位装夹方法适应了高精度、高效率加工的需要，正得到日益广泛的应用。十、回转工作台和数控分度头十、回转工作台和数控分度头 为了扩大数控铣床的工艺范围，可以为三坐标数控铣床配备回转工作台，增加一个或二个回转运动坐标，实现四、五坐标联动，以加工更复杂的零件。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 十一、量具十一、量具 数控铣削加工零件的检验，一般常规尺寸
16、仍可使用普通的量具进行测量，如游标卡尺、内径百分表等，也可以采用投影仪测量，如图4-19所示。而高精度尺寸、空间位置尺寸、复杂轮廓和曲面的检验则只有采用三坐标测量机才能完成，如图4-20所示。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术第三节第三节 数控铣削的程序编制数控铣削的程序编制 一、数控铣削编程的基本原理一、数控铣削编程的基本原理 由图4-21可知，数控铣床编程就是按照数控系统的格式要求，根据事先设计的刀具运动路线，将刀具中心运动轨迹上或零件轮廓上各点的坐标编写成数控加工程序。二、加工程序代码标准二、加工程序代码标准 数控加工所编制的程序,要符合具体的数控系统的格式要求。
17、返回课件首页控制系统项 目FANUCSIEMENS代码标准ISO或EIAISO或EIA程序段格式字地址程序段格式字地址程序段格式程序名O英文字母、数字及下划线构成，开头必须是字母，最多8个字符。主程序名O：子程序名O英文字母、数字及下划线构成，开头必须是字母，最多8个字符。程序段结束符；LF注释符（）；程序结束符M30M02第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 三、编程坐标系的选择三、编程坐标系的选择 编程坐标系也称工件坐标系,是设置在工件上用来计算刀具位置坐标数据的基准,其各个坐标轴及其方向应同机床坐标系一致。四、刀具补偿的建立、执行与撤消四、刀具补偿的建立、执行与撤消 利用数控系
18、统的刀具补偿功能，编程时不需要考虑刀具的实际尺寸，包括刀具半径及长度，而按照零件的轮廓计算坐标数据，有效简化了数控加工程序的编制。（一）刀具半径补偿的建立、执行与撤消（一）刀具半径补偿的建立、执行与撤消 铣削加工的刀具半径补偿分为刀具半径左补偿（G41）和刀具半径右补偿（G42），一般使用非零的D代码确定刀具半径补偿值寄存器号，用G40取消刀具半径补偿。有关G41、G42的规定，与 车削编程时相同。1刀具半径补偿的建立 如图4-22所示，刀具半径补偿的运动指令使用G00或G01与G41或G42的组合，并指定刀具半径补偿值寄存器号。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 程序
19、如下：N1 G00 G90 X-20 Y-20 （刀具运动到开始点S）N2 G17 G01 G41 X0 Y0 D01 F200 （在A点切入工件，建立刀左补）或N2 G17 G01 G42 X0 Y0 D01 F200 在E点建立刀具右补偿）2刀具半径补偿的执行 除非用G40取消，一旦刀具半径补偿建立后就一直有效，刀具始终保持正确的刀具中心运动轨迹。程序如下：N3 X0 Y50 (AB)N4 X50 Y50 (BC)N5 X50 Y0 (CD)N6 X0 Y0 (DE)或N3 X50 Y0 (ED)N4 X50 Y50 (DC)N5 X0 Y50 (CB)N6 X0 Y0 (BA)返回课件首
20、页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 3刀具半径补偿的撤消 当工件轮廓加工完成，要从切出点E或A回到开始点S，这时就要取消刀具半径补偿，恢复到未补偿的状态，程序如下：N7 G01 G40 X-10 Y-10 需要说明的是，G41或G42必须与G40成对使用，否则程序不能正确执行。（二）刀具长度补偿的建立、执行与撤消（二）刀具长度补偿的建立、执行与撤消 使用刀具长度补偿功能，在编程时可以不考虑刀具在机床主轴上装夹的实际长度，而只需在程序中给出刀具端刃的Z坐标，具体的刀具长度由Z向对刀来协调。刀具长度补偿分为刀具长度正补偿（G43）和刀具长度负补偿（G44），使用非零的H代码确定刀具长
21、度补偿值寄存器号。取消刀具长度补偿用G49。刀具长度补偿也有刀具长度补偿的建立、执行和撤消等三个过程，与刀具半径补偿的相类似。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术 （三）刀具补偿的运用（三）刀具补偿的运用 当数控加工程序编制好后，可以灵活地利用刀具补偿值来适应加工中出现的各种情况，如图4-23所示。五、编程实例五、编程实例 【例题4-1】如图4-24所示零件外形加工，假设已经粗加工，采用手工编程方法编制其外形精加工程序。1零件图分析2设计刀具运动路线3选择编程坐标系选择编程坐标系如图4-24所示。4计算各点坐标5编写数控加工程序根据以上坐标数据和刀具运动路线，逐条编写加工
22、程序如表4-6所示。返回课件首页返回课件首页程 序 段说 明N1 G20(G92 X0 Y0 Z50)选择米制单位N2 G90 G0 X-60.Y-60.绝对坐标编程，刀具快速运动到S点N3 G43 H1 Z-10.S600 M3下刀，建立刀具长度正补偿，主轴正转N4 G1 G41 D2 X-32.476 Y-43.75 F180.M8切入1点，建立刀具半径左补偿，切削液开N5 X-54.1266 Y-6.25.直线12N6 G2 Y6.25 I10.8253 J6.25顺圆23。I、J值为圆心相对于起点，也可用R12.5代（以下同）N7 G1X-32.476 Y43.75直线34N8 G2
23、X-21.6506 Y50.I10.8253 J-6.25顺圆45N9 G1 X21.6506直线56N10 G2 X32.476 Y43.75R12.5顺圆67N11 G1 X54.1266 Y6.25直线78N12 G2 Y-6.25 I-10.8253 J-6.25顺圆89N13 G1 X32.476 Y-43.75直线910N14 G2 X21.6506 Y-50.I-10.8253 J6.25顺圆1011N15 G1X-21.6506直线1112N16 G2 X-32.476 Y-43.75R12.5顺圆121N17 G1 G40 X-60.Y-60.1S，取消刀具半径补偿N18 G
24、0 G49 Z50.M5快速抬刀，取消刀具长度补偿，主轴停止N19 M9关闭切削液N20 M02程序结束第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术第四节第四节 数控铣削加工实例数控铣削加工实例【例题4-2】：如图4-25所示的模具零件。返回课件首页第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术返回课件首页 1工艺分析 2工艺路线 这里考虑在中档数控铣床上加工，完成型腔和导柱孔的加工，并将热处理安排在精加工之后进行，其它内容由普通机床加工。该零件的加工工艺路线安排如下：（1）下料；（2）粗铣、精铣六面，留上下面磨削余量；（3）磨上下面；（4）数控铣削两处型腔，钻、扩、镗四个导柱孔；（5）热处
25、理；（6）表面抛光；（7）检验。第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术返回课件首页 3数控铣削工序 由于零件是单件加工，考虑刀具使用的方便，在一次装夹中尽量把数控加工的内容全部完成。在数控铣削工序中，先对两处型腔进行粗铣、精铣，然后再加工导柱孔。（1）数控铣削两处型腔，如图4-26所示。当然，如果有四、五坐标联动的机床，就可以采用立铣刀直接铣削侧壁，效果更佳。需要注意的是，无论采用哪种方法，都要为最后铣削R2圆角留出足够的余量。（2）钻、扩、镗四个20导柱孔 如图4-27所示，在型腔加工后进行导柱孔的加工。由于是通孔，在零件安装时应在4个孔的位置留出足够的让刀空间，如在零件下加一块大小合适的垫块。4程序编制 为提高效率,保证质量,最好采用自动编程方法。这里略去。第四章第四章 数控铣削加工技术数控铣削加工技术返回课件首页【例题4-3】：子程序,教材P46,例4-9,如图4-10所示。【例题4-4】：镜像指令,教材P48,例4-10,如图4-11所示。【例题4-5】：教材P52,例4-13,如图4-14所示。