数控铣削加工（精选12篇）
数控铣削加工 篇1
0 引言
传统螺纹加工方法主要是采用车刀车削螺纹、或采用丝锥、板牙手工攻丝或套扣。大直径螺纹加工可在数控铣床上,采用单刀镗加工的工艺方法实现,即利用镗刀的转速与螺距的匹配关系进行编程和加工。其优点是不需购置专用刀具,实施快。但是,单刀镗螺纹的加工质量差,刀具磨损快,需要经常来回换刀、磨刀、对刀,加上切削力大,走刀次数多,切削速度很慢,使得加工效率很低。由于刀杆较长,螺纹加工的表面出现颤纹,且加工质量不稳定。
随着数控机床的出现,使得更先进的螺纹加工方法——螺纹数控铣削加工方法得以实现。螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比,在加工精度、加工效率方面有极大优势,且加工时不受螺纹结构和螺纹旋向的限制,如一把螺纹铣刀可以加工多种不同旋向的内外螺纹。另外,螺纹铣削加工方法本身具有一定的天然优势。由于目前螺纹铣刀的制造材料为硬质合金,加工线速度可达80~200m/min,而高速钢丝锥的加工线速度仅为10~30m/min,故螺纹铣刀适合高速切削,加工螺纹的表面光洁度也大幅提高。高硬度材料和高温合金材料,如钛合金、镍基合金的螺纹加工一直是一个比较困难的问题,主要是因为高速钢丝锥加工上述材料螺纹时,刀具寿命较短,而采用硬质合金螺纹铣刀对硬材料螺纹加工则是效果比较理想的解决方案,可加工硬度为HRC58~62。对高温合金材料的螺纹加工,螺纹铣刀同样显示出非常优异的加工性能和超乎预期的长寿命。对于相同螺距、不同直径的螺纹孔,采用丝锥加工需要多把刀具才能完成,但如采用螺纹铣刀加工,使用一把刀具通过调整数控程序就可实现。在丝锥磨损、加工螺纹尺寸小于公差后则无法继续使用,只能报废;而当螺纹铣刀磨损、加工螺纹孔尺寸小于公差时,可通过数控程序进行必要的刀具半径补偿调整后,就可继续加工出尺寸合格的螺纹。同样,为了获得高精度的螺纹孔,采用螺纹铣刀调整刀具半径的方法,比生产高精度丝锥要容易得多。对于小直径螺纹加工,特别是高硬度材料和高温材料的螺纹加工中,丝锥有时会折断,堵塞螺纹孔,甚至使零件报废;采用螺纹铣刀,由于刀具直径比加工的孔小,即使折断也不会堵塞螺纹孔,非常容易取出,不会导致零件报废;采用螺纹铣削,和丝锥相比,刀具切削力大幅降低,这一点对大直径螺纹加工时,尤为重要,解决了机床负荷太大,无法驱动丝锥正常加工的问题。
1 螺纹数控铣削加工
螺纹数控铣削加工就是通过数控机床运动实现螺纹加工。工作时工件或螺纹铣刀旋转一周,工件或铣刀沿轴向移动一个螺距,即可切出全部螺纹。
1.1 螺纹数控铣机床选择
螺纹数控铣加工时,只要机床是三轴联动数控铣床就能实现。
1.2 螺纹铣刀选择
螺纹数控铣削加工方法采用的是专用刀具——螺纹铣刀。螺纹铣刀是套在心轴上的若干个圆盘铣刀的组合体,外形很像圆柱立铣刀与螺纹丝锥的结合体,如图1所示。但它的螺纹切削刃与丝锥不同,刀具上无螺旋升程。目前最常用的螺纹铣刀有两种,即硬质合金整体螺纹铣刀和机夹式螺纹铣刀,如图1和图2所示。
整体螺纹铣刀在一周上有4~6个切削刃,而机夹式螺纹铣刀在一周上仅有1~2个切削刃,因此,整体螺纹铣刀和机夹式螺纹铣刀在工作时切削用量是不同的。
在选择螺纹铣刀时,螺纹铣刀的齿距(螺纹铣刀上沿铣刀轴线相邻两齿对应两点之间的距离)必须等于被加工螺纹的螺距,而对于内螺纹时,除过上述条件外,还有螺纹铣刀的外径必须小于被加工螺纹底孔孔径的0.8倍。
1.3 螺纹数控铣中铣刀位轨迹
数控铣中螺纹铣刀位轨迹就是等螺距螺旋线,轨迹如图3所示。螺纹铣刀位轨迹数学模型如公式(1)所示。
式中:α∈[0,h.2π/p],h为螺纹深度;
p为螺纹螺距;
xc、yc、zc为螺纹位置坐标;
D为铣万直径;
d为内螺纹大径或外螺纹小径;
δ为加工余量,精加工时如果铣刀有磨损可作为铣刀磨损量进行补偿;
m为内外螺纹控制量,当为内螺纹时,m=-1,当为外螺纹时,m=+1;
n为左右旋螺纹控制量,当为左旋螺纹时,n=-1,当为右旋螺纹时,n=+1。
进刀方式以螺旋线切入,只要进刀螺旋线在要加工的螺纹上方就可以了,退刀方式按直线退出,对内螺纹向中心退出,对外螺纹向外退出。
1.4 螺纹铣削走刀步长
螺纹铣削时,由于刀位轨迹是螺旋线,因此可以直接采用数控系统的螺旋插补指令。但是由于每个数控系统指令格式不同,编程时必须对指令特别熟悉,本文为了使编程简单化,将螺旋线进行直线插补,即根据加工精度按一定的走刀步长将螺旋线拟合成线段。
走刀步长的确定是直线插补刀具轨迹生成的一个基本而重要的问题。走刀步长小,意味着刀具轨迹线上刀位数据的密度大,零件程序膨胀,编程效率下降,更重要的是在一般加工方式下,小步长零件程序的执行会产生进给速度波动和平均速度下降,从而影响表面质量和加工效率。刀位步长过大,意味着刀具轨迹线上刀位数据的密度小,加工效率高,但轮廓逼近精度降低,螺纹表面质量恶化,因此,合理步长的确定是非常重要的。
螺纹铣削的走刀步长与公式(1)里的变量α有关,α的增量越大,走刀步长就越大,加工误差就越大,如图4所示。所以,控制公式(1)里α的增量就可以达到控制加工误差确定螺纹铣削的走刀步长。
当α的增量∆α很小时,相邻两刀位点之间的曲线可以近似为半径为r圆弧,如图4所示。则误差e与允许误差E之间的关系为:
其中:
r为螺纹的公称直径;
E为螺纹加工允许误差。
2 螺纹铣削数控编程系统
根据公式(1)作者开发了螺纹铣削数控编程系统,界面如图5所示。只要知道螺纹的参数、螺纹的位置、铣刀的参数以及加工误差、加工余量就可以自动输出螺纹数控铣削程序。
3 螺纹铣切削参数选择
选择合理的切削参数是提高加工效率、保证螺纹质量、提高刀具耐用度的关键因素。如果参数选择不当,则切削不稳定、刀片崩刃或加工效率太低,最严重的则会影响螺纹的质量。
3.1 走刀速度F
式中:N为主轴转速;
Z为螺纹铣刀每周齿数;
fZ为铣刀每齿进给量。
在铣刀每齿进给量fZ确定后,关键是根据(2)式匹配好走刀速度F与主轴转速N之间的关系。铣刀每齿进给量fZ由经验或铣刀制造厂商提供,一般为0.1~0.2mm/Z。
3.2 切削深度ap
其中m、d、δ含义与公式(1)一样,D初为内螺纹底孔初始直接,外螺纹初始圆柱直径。
切削深度ap在编程时就要确定,通过加工余量δ来控制。切削深度ap的取值一把为1~2mm。
4 结束语
经过实际加工验证,通过螺纹铣削数控编程系统输出的螺纹铣削加工程序加工的螺纹合格,质量好,加工效率高。
摘要：螺纹数控铣削是先进的螺纹加工方法,已成为降低螺纹加工成本、提高效率、解决螺纹加工难题的有效办法,正越来越广泛地被企业所接受。本文对螺纹数控铣削加工技术进行了研究,提出了螺纹铣削刀位轨迹以及走刀步长确定方法,并开发了螺纹铣削数控编程系统。
关键词：螺纹加工,数控铣削,数控编程,螺纹铣刀,加工步长
参考文献
[1]螺纹铣刀的发展与应用[J].http//news.mechnet.com.cn.
[2]陆邦春,张立武,李亚杰.超高强度钢大直径螺纹数控铣加工[J].航天制造技术,2003,(6):3-7.
[3]蔺小军,任军学,史耀耀,田荣鑫.基于UG的变距螺杆造型与数控加工[J].航空制造技术,2003,(8):33-34,64.
[4]蔺小军,史耀耀,任军学,孟晓娴.螺旋桨叶型数控加工编程研究[J].制造技术与机床,2004(6):51-52,55.
[5]王增强,蔺小军,史耀耀,单晨伟.回转曲面螺旋槽数控加工技术研究[J].机械科学与技术,2007,(4):428-430.
数控铣削加工 篇2
课题一 数控铣床概述
一、目的和要求
1．数控铣床的工作原理和有关组成部分的作用、种类 2．铣刀类型、加工零件形状，安全问题
二、时间：50 分钟
三、授课内容
数控铣床和加工中心是一类很重要的数控机床，在 数控机床领域 所占比重最大，在航空航天、汽车制造、一般机械加工和模具制造业 中应用非常广泛。普通数控机床与加工中心的主要区别在于：普通数 控铣床没有刀库和自动换刀功能，而 铣床加工中心本质上就是带有刀
库且具有自动换刀功能的数控铣床。普 通数控铣床一般可以三坐标联
动，用于各类复杂的平面、曲面和壳体类零件的加工，如各种模具、样板、凸轮和连杆等。1．数控铣机床结构特点
数控铣削机床从结构上有立式、卧式和万能式三种结构。立式结构的铣床一般适宜盘、套、板类零件，可对上表面进行铣、钻、扩、镗、锪、攻螺纹等工序以及侧面的轮廓加工。2．数控铣削加工特点
①广泛的适应性、高的灵活性，能加工轮廓形状特别复杂或难以 控制尺寸的零件； ②精度高、质量稳定； ③生产效率高；
④减轻劳动强度、改善劳动条件； ⑤综合经济效益好。
3．数控铣削的工作过程及组成： 4．数控铣削工作原理
首先根据零件图样，结合工艺进行程序编制，然后通过键盘或其 它输入设备输入，送入数控系统后再经过调试、修改，最后把它储存 起来。数控铣床加工零件时，根据所储存的程序，由数控装置控制机 床执行机构的各个动作（如机床主运动的变速、起停，进给运动的方 向、速度和位移大小等等），使刀具与工件及其它辅助装置严格地按 照数控程序规定的顺序、路径和参数进行加工，从而加工出满足给定 技术要求的零件。5．铣床加工范围
铣床加工范围很广，主要用来加工各类平面、沟槽、成形面、螺 旋槽、齿轮和其它特殊形面，也可以进行钻孔、铰孔、镗孔。1）加工曲面类零件时，为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点 零件 图纸 程序 介质 输入输出 装置 数控装置 编程
机床主、进给、辅助运动机构 伺服装置 辅助装置
相切，而避免刀刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头刀，粗加工用 两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀，如图所示：
2）铣较大平面时，为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，一 般采用刀片镶嵌式盘形铣刀，如图所示： 3）铣小平面或台阶面时，一般采用通用铣刀。
4）铣 键槽时，为 了保证槽的槽的尺寸精度，一 般用两刃键槽铣刀。6．数控铣实习的评分标准(1)实践操作（60 分）a.工艺 15 分 b.编程 15 分 c.传输 15 分 d．加工 15 分(2)实习报告（10 分）(3)出勤（6 分）(4)安全文明生产（4 分）课题二 基本编程指令
一、教学要求
1．熟悉数控编程的基本指令
2．掌握并能正确运用数控基本指令进行编程
二、时间：50 分钟
三、授课内容
1、数控铣床编程定义
在数控机床上加工零件时，要把零件的全部工艺过程，工艺参数 及其它辅助动作，按动作顺序，根据数控机床规定的指令格式编写加 工程序，记录于控制介质，然后输入数控装置，从而指挥机床。这种 将从零件图纸到获得数控机床所需的控制介质的全过程，称 为程序编 制即编程。
2、程序结构
3、编程常用指令
现将华中数控 世纪星铣削数控系统的基本功能和常用指令的编 程格式，归纳如下： 铣床代码 代 码
功 能 编 程 格 式 应用举例 G17 XY平面选择 G18 ZX平面选择 G19 YZ平面选择 G90 绝对值编程 G91 增量值编程
G00 快速定位 G00 X_Y_Z_ G01 直线插补 G01 X _Y_Z_ F_ 刀具从起点 O 快速定位于 A，沿 AB 切削至 B G90 编程
N05G17 G90 G00 X20 Y15 N10 G01 X40 Y45 F800 G91 编程
N05 G17 G90 G00 X20 Y15 N10 G91 G01 X20 Y30 F800 G02 顺圆插补 G03 逆圆插补 圆弧 a（劣弧）
G90 G02 X0 Y30 R30 F300 G90 G02 X0 Y30 I30 J0 F300 圆弧 b（优弧）G90 G02 X0 Y30 R30 F300 G90 G02 X0 Y30 I0 J30 F300 F 进给速度 S 主轴转速 G54 ～ G59 6 个可预设的 工件坐标系 M02 程序结束 M03 主轴正转起 动
M05 主轴停止转 动
M30 程序结束并 返回程序起 点 0 a b 起点 终点 B A 45 0 20 40 15
4、用基本编程指令编程举例 1． 刻绘作品： ％1111 N10 G17 G90 G54 G00 X0 Y0 Z50 N20 M03 S800 N30 G00 X15 Y15 N40 G01 Z0.1 F800 N50 G01 X15 Y55 N60 G01 X45 Y55 N70 G02 X45 Y35 R10 N80 G02 X45 Y15 R10 N90 G01 X15 Y15 N100 G01 X15 Y35 N110 G01 X45 Y35 N120 G00 Z10 N130 G00 X70 Y55 N140 G01 Z0.1 N150 G01 X70 Y15 N160 G03 X110 Y15 R90 N170 G01 X110 Y55 N180 G00 Z50 N190 G00 X0 Y 0 N200 M05 N210 M02 % 课题三 程序的输入和模拟
一、目的要求
1．了解程序的输入过程及模拟步骤
2．在熟练掌握控制面板的基础上能够完成程序的输入和模拟
二、工具
教材、数控机床设备
三、授课时间：10 分钟
四、授课内容 1． 传输程序 步骤一：
在主菜单下按“ F7”“DNC 通讯”按钮，系统提示“串口通 讯将退出系统，继续吗（Y/N）?Y”,选择 MDI 键盘中的“Y” 按钮，系统显示“等待客户端指令„„退出系统请按 X 键”； 步骤二：
双击计算机桌面的“COM.EXE”图标，打开“华中数控串口 通讯软件”，选择“发送 G 代码”，在对话框中按照路径选择 程序，用鼠标双击或单击选择“打开”即可发送文件；此时 系统处于“正在接收数据„„，停止接收请按 I 键”； 当全部 数据接收完后，界面下方的状态栏将显示出接收到的文件数 和字节数。按照系统提示退出 DNC 软件。
2、校验程序 步骤一：
在主菜单下按“ F1”“程序”按钮，进入程序子菜单，按下“F1” “选择程序”按钮，运用▲、▼键移动光标选择需要校验的程序，按下“Enter”按钮； 步骤二：
在“手动”运行方式下，按一下“机床锁住”按键（指示灯亮）。※ 注意：“ 机床锁住”键在自动方式下按压无效。步骤三：
按“ F9”“显示切换”按钮，选择“当前加工程序的图形显示方 式”界面，按下“ F5”“程序校验”按钮，再“ 自动”按钮，选择“循环启动”绿色键即可直观地查看加工程序的图形； 步骤四：
若程序错误，会得到提示“出错：程序第 X 行――XX 错”，按 下“ F10”“返回”按钮，选择“ F2”“编辑程序”按钮，运用 ▲、▼键移动光标选择需要修改的行；运用►◄键移动光标到出 错地方，运用“BS”按键消除错误字母，输入正确字母或数字，再按下“ F4”“保存程序”按钮，用“Enter”键确定，然后返回 进行再一次的校验，直到运行无误为止。附简化步骤表： 传输：
“DNC/通讯/F7”— —提示“ 串口通讯将退出系统，是 否继续„ [Y/N]”
选择“Y”,系统处于“等待客户端指令„退出请按 X”状态——打开 计算机桌面上“COM.EXE”图标——“发送 G 代码”按照路径选定 文件——等“正在接收数据„ „”转换为“等待客户端指令„退出 请按 X”时——“X” 校验与编辑：
切换到模拟界面——“F1 程序”——“F1 选择程序”——“Enter” ——“手动”——“机床锁住”——“校验”——“自动”——“循 环启动”（若出现错误，进入“F5 程序编辑”“F4 程序保存”再校验
课题四 数控铣床的操作方法及步骤
一、目的要求
1.了解数控铣床的操作方法及步骤；
2．熟练掌握并能正确完成对刀过程及工件坐标系的输入； 3.学生需完成两件规定图形的零件加工及一件创新零件的加工。
二、工具
数控铣床设备、寻边器、雕刻刀、键槽铣刀等。
三、授课时间：15 分钟
四、授课内容
华中数控 世纪星 操__________作过程 1.机床上电
开启电源——“电源开”—— “急停”（顺时针旋转右上角的“急停”按钮）2．返回参考点
“回参考点”—— “+Z”（等待“+Z”按键内的指示灯亮）—— “+X”、“ ＋
Y”（等待指示灯亮）—— “手动”—— “－Z”、“ －X”、“ －Y”(使工作 台处于相对平衡状态)3．对刀
“主轴正转”—— “增量”（运用手轮对刀，分别记下机床坐标的X、Y、Z 值）——
“ F5 设置”——“ F1 坐标系设定”，将记录的 X、Y、Z 值输入 G54 中；——
“ F10 返回”—— “ F10 返回”——“ F3 MDI”，输入 G54——“自动”—
—“循环启动”，工件坐标零点改变为对刀后的数值。4．程序传输、校验与编辑（略）5．正式加工 “自动”—— “循环启动” 6．关机
“急停”(按下“急停”即可)——“电源关”——关闭电源 数控铣床（机械类）2.5 天教学进程表 第一天
时间 教学内容 地点 8:00~9:00 数控铣床概述：
数控机床分类及其结构、铣刀类型、加工零件形状，安全问题 数控铣车间
9:00~10:00 数控铣床编程规则、程序结构、编程指令： G00/G01/G02/G03/G90/G91/M30/M02 /M03/M04/M05/G17/G18/G19/S/F/G54~G59 多媒体教室
10:00~11:40 学生熟悉CAD 软件、设计零件图 机房 13:00~16:20 学生绘制CAD 图形 机房 16:20~16:40 打扫卫生 数控铣车间 第二天
时间 教学内容 地点 8:00~11:40 编写程序 机房
13:00~15:00 程序的仿真、输入和校验，填写实习报告 数控铣车间 15:00~16:20 数控铣床加工零件的操作方法、步 骤及安全操作规 程：机床的开启、回零、对刀等，理解 G54 的概 念，熟悉操作面板。数控铣车间
16:20~16:40 打扫卫生 数控铣车间 第三天上午 时间 教学内容 地点
8:00~11:40 在教师指导下进行零件的正式加工 数控铣车间 数控铣床（非机类）1.5 天教学进程表 第一天
时间 教学内容 地点 8:00~9:0 0 数控铣床概述：
数控铣床的工作原理和有关组成部分的作用、铣刀类型、加 工零件形状，安全问题； 数控铣车间 9:00~10: 00 数控铣床编程规则、程序结构、编程指令 ： G00/G01/G02/G03/G90/G91/M30/M02 /M03/M04/M05/G17/G18/G19S/F/G54~G59 多媒体教室 10:00~11 :40 学生设计零件图 机房 13:00~16 :20 学生手工绘制零件图形，编写程序，输入计算机，程序仿真，填写实习报告 机房 16:20~16 :40 打扫卫生 数控铣车间 第二天上午 时间 教学内容 地点
8:00~11:00 程序的输入和校验；
数控铣床加工零件的操作方法、步骤及安全操作规程 数控铣车间
数控铣削加工 篇3
关键词：数控铣削加工；实践教学；实践与思考
TG547-4
数控铣削加工教学与其它学科一样，都是在对传统的教学进行知识讲解，并且由于其是具有实际工作需求的科目，在教学中必须融入实践实验教学，这样才能让学生更好的了解数控铣削知识，以及实际应用时的技巧性内容。随着对中职课堂的各种实际实践能力的发展和发散，在完成其基本教学的同时也要注意把握实践实验可以采用的重要途径，利用这些来达到更好地提高学生自主思考和学习的能力。很多课程的课堂教学都开始更注重学生的思维能力培养了，数控铣削加工不仅仅是一种在教室里通过师生的双向交流而完成的知识传授，更多的是一种到实习工厂中进行实践摸索的教学形式。
一、数控铣削加工实践教学存在的问题
虽然数控铣削加工教学在中职院校深受学生的欢迎，但是数控教学过程中的一体化教学还不够成熟完善，这些特定的课堂性质都会要求教育模式与时俱进，有许多具体事例还需要研究和解决，并结合实际教学过程中存在的问题进行分析和整理，和学生的实际接受能力相互协调，做到最佳的教育模式。本文接下来主要针对现有教学的不足加以分析。
（一）授课方式和实践结合不多
现代数控技术是综合计算机、自动化控制等边缘性学科，尤其是在中职院校中，针对抽象和现实的结合的加工教学操作环节不多，不能让学生能够主动积极的思考电气传动、精密测量、机械制造和学习管理信息等技术。要注意的是，现代的数控铣削加工实践教学不再是单纯的课堂填鸭式教育，而是逐渐形成为一种和加工实践相结合的一门边缘学科。这也是为现代数控技术推广应用做准备。因此想要完善数控铣削加工实践教学就要注意授课方式和实践实验的结合。不解决这些问题，不能真正地运用到实际中。
（二）实践教学课堂不谨慎
在研究中职数控铣削加工和信息技术结合的时候，需要注意和以前的传统授课模式进行对比，毕竟数控铣削加工的应用越来越广泛，需要更多的数控技术人才。但是在实践教学课堂上，教师的授课模式不谨慎，这对学生将来实际参加加工实验实践的时候会产生很大的负面影响。现在的信息技术虽然发达了，作为数控技术应用的一个重要工种，在实践教学课堂上如果不能够谨慎设计，是没办法培养出更多适合现代数控铣削加工厂的优质学员、职工的。任何一个课程都应该是让学生主动参与的，这样才能够让学生很好的掌握那些高新技术手段在。
（三）加工实践授课手法难以呈现
数控铣削加工类的学课在职业教育中的比重逐渐加大，授课方式却一直难以具体地呈现，主要表现在工件装夹等技术要点上需要十分的小心，必须要学生仔细观摩。工件在平口钳装夹时关键有两点：1、工件装夹时要夹牢，避免工件在加工中工件飞出。2、工件在装夹不合理时容易产生工件变形，造成工件精度超差。在職教中的数控铣削加工教学中却往往不具备相关条件，没有办法给学生从细节着手完成装夹课程实践，一些不易说明，头绪较多的思想政治知识点和信息多媒体等教材还是不能很好的结合起来，可能会导致学生在亲手操作的时候由于失误工件飞出造成事故及工件装夹变形造成精度超差。使用普通铣床教学辅助数控铣式实践教学的目的是为了让学生能够在实践加工中自己掌握到手法，从而避免日后实际工作中出现失误，造成事故。
二、数控铣削加工实践教学的实践与思考
尽管我国的数控铣削交工时间教学仍然存在着许多的不足，但是在工业化提升的大背景下，数控类的学课越来越多的被中职院校所重视，并采取了一系列积极的手段来完善实践教学。其中可借用传统教学工具，和信息化技术的创新，改善加工实践教学的模式。接下来本文将根据实际情况结合实践教学的思考途径去探索有效的改善数控铣削加工实践教学的措施，希望可以提高教学质量。
（一）设置课程教学目标
构建良好的数控铣削加工实践教学模式时要注意在教学的过程中引入教学的网络设备和资源，在解决授课方式和实践结合不多的问题时，可以通过采用讲述、实际操作、加工举例、对比等多种形式来设置课程教学目标。授课方式和内容不新颖，就可以通过演示、数控机床实际操作练习等教学方法整合来达到改善的效果。设置课程教学目标可以恰当地将数控铣削知识点分解，把加工实践教学中复杂的问题简单化，这些都是现在极为推崇的教学改革手段。严格按操作流程进行试切对刀，教学资源来得到改善，学生对数控铣削加工的积极性和主动性也会大大增长。
（二）优化教学实践模块
只有教学内容足够丰富和合理，才能够带动学生实践和动手能力，不割断传统制造技术与现代制造技术之间的联系，是目前数控铣削加工教学优化的主要实践模块。现在的加工实践教学技术明显是可以改变传统老套的教授模式的，要注意将实际的操作和工种研究分享出来，让学生亲自操作数控机床、程序的编制、坐标系的设定、刀具参数的设置、三爪卡盘的使用、平口钳的使用及如何调整三爪卡盘、平口钳、如何选用刀具类型及型号，真正的从实践操作中来学习到实际的工作经验，这对于中职学生来说是非常重要的。可以给学生和教师一个轻松自由的课程环境，这才是现在中职数控铣削加工实践教学课所需要的。
（三）进行数控加工仿真系统教学
认真校验程序编制、参数设置，进行数控加工仿真系统教学，注意新型的网络服务平台的运用，利用系统教学的模式来促进的实践教学，在数控加工实践教学的时候要注意工序的排序、装夹工件时是否变形、刀具是否干涉。让学生把自身的创造能力融入到实际操作中，进行认真的系统教学时，由于是实践操作的特殊性，一定要注意实践教学的课堂中工件装夹、开关保护、护目镜、防护服、安全鞋等环节的安全性是否做到完好。
结语：
本文对现有的数控铣削加工实践教学的实际操作和所存在的不足进行分析研究，整理一些对铣削加工实践教学有帮助的思考方案。希望能够对于中职数控铣削加工课教学有一定帮助和研究意义。
参考文献：
[1]孙芹；；高职数控技术专业教学存在的问题及其对策[J]；广西教育；2009年15期
[2]周静；卢定军；陈若莹；；初探数控实践教学[J]；佳木斯教育学院学报；2011年02期
数控铣削实例编程分析与加工 篇4
关键词：数控铣削,实例,分析,加工
1 图样分析
数控铣削加工如图1。零件材料为铝合金，毛坯尺寸是126mm×126mm×16mm，准20孔不需要加工，编制加工程序。
1.1 分析结构
由图1可知，该零件需要加工一个六边形凸台，距离上表面高度为3mm，圆形凸台距离上表面高度为6mm。
1.2 确定装夹方式、工件零点
以工件下底面和准20孔的轴线为定位基准。待加工零件为对称结构，工件零点宜选择在工件上表面与孔轴线的交点处。
装夹方式：使用压板螺母、螺栓直接在铣床工作台上一次性装夹完成加工。
2 选择刀具及确定加工路线
该零件没有尺寸精度要求，加工分两步走，首先加工圆形凸台，加工轨迹为R60的圆，下刀深度3mm，分二次下刀;其次加工六边形凸台，加工轨迹为六边形轮廓，下刀深度3mm，一次加工完成。设定选取刀具为准16的平底铣刀，主轴转速1200r/min，进给速度400mm/min。如图2，圆外轮廓加工轮廓轨迹为：S-S1-S2-S3-S4。
六边形外轮廓加工轨迹如图3:s-s′-1-2-3-4-5-6-7-8
3 计算坐标
S点为XOY面上的安全起点。该点坐标S(-80,80),S1(-80,60),S2(0,60),S3和S2重合，S4(30,90)。S′(-80,51.9),1点坐标(X1,Y1)可以通过绘图得出，也可以利用三角函数求出。
1(-30,51.9)，结合轨迹点图2，很容易求出其它点坐标，分别是2(30,51.9),3(60,0),4(30,-51.9),5(-30,51.9),6(-60,0)，从图3可知，7点与1点重合，所以7(-30,51.9),8(0,90)。
4 编制程序
4.1 圆台的程序如下O0001
4.2 六边形凸台的程序如下O0002
5巧设刀具补偿参数
为了减少换刀次数，本例只选用了一把准16铣刀，由刀具补偿分析图4可以得知，加工圆台时需去除余量最大为AB之间的距离即29.1mm，然而刀具加工运行一次在XOY面上去掉金属最大余量也就16mm。对于具有刀具补偿功能的FANUC oi控制系统类型的机床来说，可巧用刀具补偿功能，进行如表1的刀具偏置参数设定。
同样的道理，为了缩短编程的长度，对于六边形凸台的加工，从图3不难得出，可进行刀具偏置参数设定如表2。
6 加工运行
当然，加工此零件，由于不更换刀具，可将程序O0001,O0002合并成一个程序，本例给出独立运行各自程序的过程。对刀完成后，圆台的加工需运行4次，第一次设定刀具半径补偿值为8，长度补偿值为0，运行程序O0001;第二次修改刀具半径补偿值为23，长度补偿值依然不变，再次运行程序O0001;第三次修改刀具半径补偿值为8，长度补偿值为3，运行O0001;第四次修改刀具半径补偿值为23，长度补偿值3不变，运行程序O0001。六边形凸台的加工需运行3次：第一次修改刀具半径补偿为8，运行程序O0002;第二次修改刀具半径补偿值为23，运行程序O0002;第三次修改刀具半径补偿值为30，运行O0002。至此，工件加工完毕。
7 注意事项
在建立刀具补偿或在撤消刀具补偿时，刀具必须移动一段距离，否则刀具会沿运动的法向直接移动一个半径量，容易发生意外。这一点在编程中规划刀具路径时需格外注意。另外，G41、G42、G40在G00或G01模式下使用，不能在G02或G03模式下使用。最后一定要将刀具补偿值在加工或运行之前设定在补偿存储器中。编程过程是制定加工工艺的过程，合理地设计编程路径，巧妙地运用刀具补偿功能，可提高编程效率和加工质量。
参考文献
[1]房连琨.数控铣床刀具半径补偿功能指令的应用技巧[J].煤矿机械,2012,33(3):132-134.
数控铣削加工 篇5
TC6钛合金整体叶轮数控铣削工艺
为提高TC6钛合金航空发动机整体叶轮零件曲面数控铣削效率与加工质量,采用正交实验方法,研究并分析了球头立铣刀几何参数对零件切削表面硬化层及其后刀面磨损的影响,发现三维曲面铣削时刀具合理几何参数的取值趋向与平面铣削刀具不同的现象,并依此提出了切实可行的TC6航空发动机整体叶轮零件数控铣削工艺.
作 者：赵鸿 袁哲俊 卢泽生 庄福通 傅维助 肖波 ZHAO Hong YUAN Zhe-jun LU Ze-sheng ZHUANG Fu-tong FU Wei-zhu XIAO Bo 作者单位：赵鸿,袁哲俊,卢泽生,ZHAO Hong,YUAN Zhe-jun,LU Ze-sheng(哈尔滨工业大学,机电学院,黑龙江,哈尔滨,150001)庄福通,傅维助,肖波,ZHUANG Fu-tong,FU Wei-zhu,XIAO Bo(风华机器厂,黑龙江,哈尔滨,150036)
刊 名：推进技术 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF PROPULSION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 21(3) 分类号：V232.4 关键词：航空发动机 整体叶轮 铣削 数控加工 钛合金数控铣削编程教学经验 篇6
【关键词】数控车床；铣削加工；数控编程；教学经验
1、引言
近年来，随着我国制造业的迅速崛起和科学技术的不断提高，数控机床在各个领域得到了广泛的应用，机床数量呈几何倍数增加，使得整个制造业对数控人才的需求也变得极为旺盛。作为数控操作人员培训的核心教程，数控铣削编程的教学就显得极为重要。但是，目前我国中职、高职学校学生大多数学习能力、理解能力较差，不管是从生理还是从心理方面都很不成熟，很多学生自由散漫，再加上数控铣削编程是理论性与实践性并重的学科，不仅包含了大量现在机床加工知识和数字制造知识，还有大量实践性应用技术，因此其教学难度较大，必须突破传统学科体系教学模式，根据劳动力市场对人才的需求实际出发，以提高学生职业应用能力为基础，才能取得良好的效果。下面，本文从数控铣削编程教学实践出发，就如何进行数控铣削编程教学进行一番浅要的探讨。
2、数控铣削编程教学基本思想
数控铣削编程是理论性与实践性并重的学科，其产生是由于数控机床在现代制造业广泛应用的原因，整个课程包含了大量机械加工知识、现代数字制造知识以及大量实践性技术，因此采用传统教学模式很明显与课程内容不符。而数控铣削课程的设置主要是为了提高学生的职业技术水平，对学生进行职业实践性应用培训，因此整个教学过程都應当紧密围绕学生职业能力的提高而进行。这就要求教师在进行教学时，要以学生就业作为导向，着眼于学生职业生涯，营造出职业岗位实际工作氛围进行教学，让学生能够体验生产第一线的情境以提高学生职业能力。同时，对于数控编程，应当以典型的、常见的生产实际零件加工作为案例，从零件的设计、工艺分析到编程实行一体化教学。此外，还要让学生多观察、多动手、多思考，充分激发学生自主学习、自由思考的积极性，潜移默化的提高学生综合素质，培养学生实践操作应用能力。
3、数控铣削编程教学策略
传统观念认为数控铣削编程教学，其难点在于编程，只要学生将编程学会了，操作就没什么问题，将编好的程序输入机床自动运行即可，但实际上却并非如此，编程与实际加工两者都是这门课程的重点，同时也是难点，在实际教学中，应当将两者结合起来，形成一体化教学模式。
3.1 程序编写教学
程序是数控机床运行的基础，是数控机床完成自动机械加工制作的指令集合。作为整个数控铣削编程教学中最重要的理论知识部分，大量的指令极容易让学生感觉枯燥乏味，生涩难懂。因此，教师在实际教学中，应当尽量同实践应用相结合，对相关指令进行讲解，从而让学生明白每一条指令所代表的意义，在数控机床运行中所起的作用。程序编写教学内容包括编程指令的讲解、简单零件编程、外形轮廓铣削编程、孔系零件编程、键槽铣削编程、型腔铣削编程等。教师在教学中，可以举一些实际例子进行讲解，还可以结合仿真软件或机床实践进行讲解。
比如数控铣床编程中非常重要的刀具补偿，学生对于刀具补偿的理解往往仅停留于表面，处于似懂非懂的状态，在实际应用中极容易出错，尤其在对工件轮廓进行数控铣削加工时，刀具半径的存在使刀具的中心同编程轨迹不重合，此时如果不考虑刀具半径加工出来的零件尺寸在加工外轮廓时必然小一圈，在加工内轮廓时则又大一圈，因此必须用G41或G42进行左补偿或右补偿来确定刀具半径补偿偏置方向。在零件刀具半径补偿轨迹加工完成后，刀具撤回工件回到退刀点，这一过程则应取消刀具半径补偿，其指令则用G40。其中G41和G42是模态指令，G41和G42必须同G40成对使用。
通过这种相似指令对比教学，能有效的帮助学生归纳记忆，区分各指令所代表的意义，避免学生对数控程序产生混乱而出现程序输入错误现象。
3.2 铣床实控操作
在数控铣床的实际操作过程中，经常会因为各种问题而造成加工过程的中断。因此，数控铣削编程教学不能仅局限于单纯的数控指令意义、编写的教学，还应当让学生在学会输入程序的同时，对数控铣床操作过程中将会遇到的各种问题有所了解，并掌握相应的处理方法，训练学生独立解决实际操作过程中各种问题的能力，这样才算是真正培养了学生的职业操作技能。
比如刀具方向的准确控制，这对于学生来说是非常重要的，只有学生辩清方向，才可以避免手动加工时出现撞刀现象，尤其是在刀架移动超程需要取消超程操作时，如果方向不正确将会直接造成铣床的损坏。而在编写程序时，既便正确编写了程序但出现了错误的输入，都会造成扎刀与撞刀现象，这种现象在学生中是极常见的。因此，要通过实践培养学生仔细检查、图形模拟、单步运行等习惯，避免在实际应用中出现错误造成不必要的麻烦。比如为保证工件轮廓不会产生过切，编程时就必须注意加工程序的结构，严格根据编程规则进行，如刀具半径补偿规则，在建立好刀具半径补偿之后，不能连续出现两断z轴移动指令，否则将会出现补偿位置不正确现象，使系统无法正确判断补偿矢量方向。
4、结束语
数控铣削编程课程是理论性与实践性相结合的一门课程，具有很强的操作性、实践性和应用性，是学生职业能力培养的重要组成部分，其实践操作性的特点使传统教学模式根本无法满足课程教学的要求，必须根据课程实际和学生实际，采用理论教学与实践操作相结合的教学方法，才能真正提高学生的数控铣削编程水平，使学生形成职业实践应用能力，达到课程设置的目的。
参考文献
[1]张燕.杜威新职业教育观简论[J].职业技术教育,2005（10）
[2]段友良.数控车床手工编程教学心得[J].湘潮（下半月）,2011（06）
[3]黄永娜.数控车床编程与操作教学体会说[J].职业教育研究,2007（06）
铝合金零件数控铣削加工 篇7
使用数控加工中心设备加工铝合金零件,实现高效、高精度的数控加工,是多种工艺条件之间相辅相成、综合作用的结果.这些工艺条件除了包括机床、刀具、卡具、附具甚至切削液等硬件因素之外,还包括切削参数的选用、工序安排、零件结构特点的考虑、编程系统功能等软件因素,此外还要考虑付出的加工成本,忽略了任何一个因素,都不能得到好的加工效果.硬件条件是基础,但往往受客观条件的限制,在必备的硬件条件基础上,合理地安排利用软件条件,才能达到需要的加工效果,下面就使用数控加工中心设备加工铝合金零件的数控加工工艺方法进行探讨.
1 机床的选用
机床是加工过程中最基本、最重要的硬件条件,机床的形式、特点、功能、精度等因素会直接影响到数控加工效率、成本及质量.不同结构形式的机床适合不同结构形式的零件加工,在实际加工过程中,必须根据具体的零件的结构特性,选用相应类型的机床.
一般来说,按机床大小、功能及形态分类,可分为卧式加工中心、立式加工中心、立卧转换加工中心、龙门加工中心四大类.
1.1 卧式加工中心
卧式加工中心是主轴处于水平状态的加工中心,通常带有可编程的数控回转工作台.常见的是3个直线运动坐标加一个回转工作台运动坐标,既X、Y、Z、C 4个运动轴,可实现四轴联动,它能够使工件在一次装夹后完成多个侧面的加工,但不能与顶面和底面同时加工,也可作多个坐标的联合运动,以便加工复杂的空间曲面,适宜复杂的箱体类零件、泵体、阀体等零件的加工. 有的卧式加工中心带有自动交换工作台,在对位于工作台上的工件进行加工的同时,可以对位于装卸位置工作台上的工件进行装卸,从而大大缩短辅助时间,提高加工效率.
1.2 立式加工中心
立式加工中心是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心.一般具有3个直线运动坐标轴,既X、Y、Z轴,有的配置绕Z轴回转的可编程数控回转工作台,既C轴,有的配置绕X轴回转的可编程数控转轴,既A轴,这样可扩展成四轴、五轴机床,最少是能实现三轴二联动,一般可实现三轴三联动,扩展后的机床可实现四轴四联动或五轴五联动,能够完成铣、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等工序,主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件.
由于立式加工中心立柱高度是有限的,因此对箱体类工件加工范围要减少,这是立式加工中心的缺点,但立式加工中心工件装夹、定位方便,刃具运动轨迹易观察,调试程序检查测量方便,可及时发现问题,进行停机处理或修改,冷却条件易建立,切削液能直接到达刀具和加工表面,3个坐标轴与笛卡儿坐标系吻合,感觉直观与图样视角一致,切屑易排除和掉落,避免划伤加工过的表面.
1.3 龙门加工中心
与龙门铣床类似,龙门加工中心是指主轴轴线与工作台垂直设置的大型加工中心,龙门由一个横梁和2个立柱构成.一般加工范围在2 m以上,适应于大型复杂的工件加工.
1.4 立卧转换加工中心
立卧转换加工中心同时具有立式加工中心和卧式加工中心的优点,一次装夹后可连续对五面体进行加工,相对于立式、卧式而言,可减少装卡次数,因此是一种高性能、高效率的数控机床,深受很多用户的欢迎,加工范围一般在1 m左右,但设备价格较高.
1.5 选用合适加工设备
每类机床有自己独特的加工特点,在对铝合金零件加工时,首先要根据零件的尺寸大小、结构特性,选择相应功能的机床进行加工,这样才能充分发挥机床自有的功能效率,取得最好的效果.
2 机床切削参数的选取
使用数控加工中心加工铝合金零件时,根据机床和切削刀具等设备条件合理确定主轴转速、切削速度、进给率等机床切削参数是关键环节,直接影响到零件的加工质量和刀具的利用率.
主轴转速与切削速度之间遵循下面的计算公式
其中:n为主轴转速;vc为选定的切削速度;d为工件或刀具直径.
既主轴转速是根据刀具-工件两者材料选定切削速度,再根据直径(车削为工件直径,铣削一般为铣刀直径)来计算.
由式(1)可知,机床的主轴转速由刀具的切削速度Vc与刀具直径来确定.
主轴转速n和刀具切削速度Vc是分别用来描述机床性能和刀具切削性能的两个重要的、客观存在的性能指标,这两个指标是随着时代、技术的发展而不断变化的.
2.1 主轴转速
主轴转速是机床的一个重要性能指标,每台机床的主轴转速是不同的,有着很大的差异.以能达到的最大转速能力来衡量,通常分为4 000 r/min 、8 000 r/min、12 000 r/min、24 000 r/min、40 000 r/min几个档次范围,现在有的小型加工中心的最高主轴转速甚至可以达到60 000 r/min,目前我国绝大多数的小型加工中心的配置是4 000 r/min、8 000 r/min、12 000 r/min这几个档次.
2.2 刀具的切削速度Vc
每种刀具在切削不同材质的零件加工过程中,刀具的制造厂商会给出不同的推荐值范围,一般来说,被切削的材料的硬度越低,则推荐值越高.
该指标由刀具自身直径大小、制造时采用的材质、自身结构设计水平及制造工艺水平、表面涂层技术等诸多制造条件决定,是刀具自身的性能指标,在使用刀具进行切削加工时,应按照厂商的推荐,合理地利用刀具,选择合适的切削速度,不仅有利于刀具的使用寿命,同时也会大大地提高加工效率.
加工铝合金时,综合考虑到刀具的成本、加工效率等因素,一般可采用高速钢材质或硬质合金材质的刀具,根据工作经验,推荐使用硬质合金刀具进行铝合金的铣削加工,可获得很好的加工质量和效率.
2.3 刀具的切削速度Vc与主轴转速
刀具商在提供刀具的时候,会给出刀具的2个切削性能参数,既Vc(刀具的线速度,单位:m/min)和f(刀具每转进给量,单位:mm/z),按照
刀具Vc=220 m/min,刀具直径d=20 mm,f=
确定主轴转速n后,由公式F=f×n计算进给率
F=f×n=3 500×0.5=1 750 mm/min
这样就得到了在数控编程时需要输入的进给率F=1 750 mm/min
既由Vc计算出n,由n、f计算出F.
3 常用的加工方法
使用数控加工中心加工铝合金零件,针对不同结构特点,应该采用不同的方法进行加工,如毛坯获得、装卡方式、编程方法等,下面就几种常用的加工方法进行探讨.
3.1 面板、盖类零件的数控加工
铝合金零件的加工中,经常会遇到面板、盖类结构零件,一般厚度在3～20 mm之间,对于这类零件,可采用如下的方法进行加工,如图1所示.
在装卡方法上采用压板压边的方法,零件毛坯预先留出压板压边余量5～8 mm,留出铣刀切断余量(依据选用切断铣刀直径),图1中两虚线之间为刀具直径余量,留出刀具和压板之间1～2 mm的间隙余量.为保护工作台,零件的底部可加一块垫板,零件长边可增加压板数量,保证毛坯板料在加工过程中不产生抖动.
采用这种方式进行装卡,由于零件四周都被压板牢牢地压住,不仅确保在加工过程中零件相对位置保持不变,还可以省去毛坯外形的粗加工工序,使得零件内部形状与外形在一次装卡中完成加工,保证了零件的尺寸精度和位置精度.尤其是对外形带有圆角、倒角、斜边等形状的板类零件.
3.2 内部型腔的数控加工
内部型腔的数控加工是指不需要加工外型,只需加工内部型腔的数控加工.符合这种加工方式的这类零件的结构特点是存在一个或几个内部型腔,型腔的开口在结构体的一个面上或上下相对的2个面上,一般具有规则的长方形或圆形外形,且其外形可通过普通机床加工获得.
对于这类零件,只需在数控机床上加工内部型腔,而外形采用普通机床加工成方形或圆形坯料(可直接加工到图纸尺寸),这样做的目的是可以更加合理、有效地利用企业的工艺资源,在装卡上可采用平行钳或圆盘直接装卡毛坯外形.
因加工去料都在毛坯的内腔,为减少加工工序,节省周转时间,最好采用过中心的切削刃刀具进行加工,这样可以直接采用斜线或螺旋入刀方式,不用预先钻工艺孔.
3.3 外形与内部型腔的数控加工
外形与内部型腔的数控加工是指零件的外形和内部型腔需要在一次装卡的条件下同时进行的数控加工.该类零件的结构较只有内部型腔加工的零件类复杂,一般要求在数控机床上通过一次装卡,同时加工出复杂的型腔和外形,这样能够保证零件外形与内部型腔之间的相对精度的同时,减少装卡次数,提高加工效率.
零件的装卡要根据具体的结构特点装卡不同的位置,一般存在以下两种情况.
一种情况是零件的结构特点提供了可用于装卡的外形位置,如零件具有台阶类外形,或者只有部分外形需要进行数控加工,但仍然有可利用的外形进行装卡,这种情况下采用装卡外形的方式实现数控加工,毛坯外型可由普通机床加工得到.
另一种情况是零件的结构特点没有提供可用于装卡的外形位置,这种情况下,需要通过毛坯留出装卡余量,在进行完数控加工外形和腔体后去掉装卡余量.
3.4 不需开粗的曲面加工
对于有些曲面的数控加工,如果球刀可以直接从毛坯的外部切入曲面,那么可以省略使用平底刀层切的粗加工工序,利用球刀的侧刃,沿零件外形的方向走刀,渐渐地切入曲面,每个切入步距依照曲面光洁度要求进行调整,一般可选用0.1～0.2 mm的步距,进给率F可选5 000 m/min左右,初始进刀的地方由于占用一个刀具半径的毛坯量,为避免较大的切削量,可通过数模的构造或编程软件进行调整,保证初始切入时侧刃切削量满足刀具强度要求.
采用这种方法加工曲面,要求曲面的高度差要小于球刀的有效切削侧刃高度.
3.5 通过刀轨偏置实现多件加工
利用刀轨的偏置实现零件的多件加工,是提高加工效率的一种十分有效的方法,一般可通过2种方式实现.
一种是通过设置多个编程原点的方法来实现.既利用多个机床提供的偏置寄存器建立多个工件坐标系.例如可使用偏置寄存器G54记录一个原点、G55记录另一个原点,依次类推,在装卡工件时使用定位的方法,使工件的装卡位置与每个编程原点坐标系对应,或者是通过对刀得到每个工件的原点坐标值,再传递给G54、G55等偏置寄存器进行记录,这样可使用同一个数控程序,实现多个零件的加工.
另一种方法是使用同一个编程原点,利用机床或编程软件的刀轨偏置功能(如偏移、镜像、旋转、复制等功能),生成多个位置的刀轨轨迹,由于刀轨是在编程系统中预先偏置生成的,因此要求在装卡工件时要保证工件在工作台上的实际偏置距离与编程中的偏置距离保持一致.
3.6 合理地利用及设计工装卡具
为能充分发挥数控加工中心的效率,或者是要保证精度要求,在有些情况下,必须进行装卡具的合理设计,配合加工中心,完成零件加工.
由于装卡具的设计、制造是一门复杂、专业的学科,并且与加工零件的结构特点、工艺安排密切结合在一起的,这里无法展开叙述,文中提到这点,是想说明在数控加工过程中合理地利用、设计装卡具的必要性,或者说它是加工过程中必须考虑的一个重要环节,必须要依据每个加工的具体特点给予考虑.
如某些铸件毛坯、局部尺寸已经到量的毛坯或者是具有薄壁的特征零件,在数控加工中心上进行数控加工时,为避免在装卡时产生的过量变形,常常需要自行设计内胎进行定位支撑.
在某些批量生产的条件下,通过自制工装卡具,或者是组合卡具,可提高零件的装卡精度和装卡效率,起到事半功倍的效果.
4 结 束 语
对于铝合金零件的数控加工,要实现高效、高精度加工的目的,需要多种工艺基础条件的支持,片面地强调某一种条件都是不能达到既定目的.在实际的加工实践中,必须依据企业自身的各种工艺基础条件,合理地安排加工工序,合理地使用机床、刀具、卡具、附具等工艺资源.只有这样,才能充分挥数控机床的作用,实现高效、高精度加工.
参考文献
[1]马秋成.UG CAM篇[M].北京:机械工业出版社,2001.
[2]孟少农.机械加工工艺手册[M].3版.北京:机械工业出版社,1992.
[3]李海泳.张森棠.赵明,等.UG NX数控加工技术[M].北京:清华大学出版社,2006.
[4]上海市金属切削技术协会.金属切削手册[M].上海:上海科学技术出版社,2001.
数控铣削加工几何仿真系统研究 篇8
数控加工的几何仿真是指根据刀具运动的轨迹与刀具的外型对工件进行切削的模拟过程[1]。传统的方法是使用试切法, 即使用便宜的材料和使用实际的机床进行切削, 以检测是否存在碰撞或是干涉。这种方法费用高耗时长, 降低了生产效率。随着计算机技术的发展, 数控加工几何仿真是保证数控机床拥有高效、优质数控加工程序的重要手段之一。美国国家自然科学基金 (NSF) 和美国军方高技术局 (ARPA) 己联合资助MTAMR (machine tool agile manufacturing research ) , 重点是对金属切削加工过程进行分析、建模。国际生产工程学会 ( CIRP) 组成专门工作小组对目前及未来制造业的生产方式进行认真仔细的分析评估, 发表了“目前加工建模的状态及未来发展趋势”一文[2], 将切削加工过程仿真建模问题列为制造业最重要的研究领域。所以, 数控加工几何仿真已经成为广大科研人员密切关注的课题。
1 数控加工仿真环境的建立
1.1 机床几何模型的建立
数控加工中心的结构虽然复杂, 但它们都是由结构和功能相对独立的数量较为固定的部件 (或称为模块) 组成, 如床身、立柱、主轴、工作台、刀具、夹具、刀具库、机械手、机床外壳、控制面板等。它和实际的数控机床的构成稍有差别, 对一些与仿真无关的部件, 如液压系统、电气系统等, 在几何建模中可以不予考虑, 以简化模型。本系统采用B-rep和CSG混合的建模方法[3]建立虚拟加工环境。
本文在VC++6.0环境下采用面向对象技术结合OpenGL库建立三维图形类, 利用VC++6.0开发了OpenGL应用程序, 解决了OpenGL与窗口系统的接口问题, 实现了虚拟加工中心的几何模型的建立, 程序流程图如图1所示。
a) 建立用户视图区:利用VC的AppWizard可自动创建基于Document/View结构的应用程序框架。在生成的主框架窗口对象中, 实现对主框架窗口的设置, 包括标题栏、菜单栏以及客户视图区域的初始化。
在虚拟机床的设计中有两个视图类, 一个是虚拟操作面板, 另一个是虚拟机床视图, 需要在视图窗口中同时显示这两个视图。这样就需要在主框架窗口对象中实现对视图窗口的切分。切分窗口是通过类CSpIitterWnd来实现的。
b) 创建OpenGL绘制环境:完成了对视图窗口的初始化后, 在OpenGL绘图环境初始化使用OpenGL函数库之前, 需要以特定的过程进行初始化。
首先, 必须重新设置画图窗口的象素格式, 使其符合OpenGL对象素格式的需要。为此需声明一个PIXELFORMATDESCRI PTOR结构的变量pfd, 并适当地设置某些结构成员的值, 使其支持OpenGL及其颜色模式。在结构pfd定义完毕后, 调用ChoosePixeIFormat () 函数确定pfd结构是否存在, 如果返回值为TRUE, 则调用SetPixeIFormat () 为设备描述表DC设置象素格式。
完成了象素格式的重新设置后, 需要为OpenGL建立绘制描述表RC (rendering context) 。绘制描述表RC的作用类似于Windows设备描述表DC。只有建立了绘制描述表RC后, OpenGL才能调用绘图命令在窗口中做出图形。
c) 绘制各部件模型:用OpenGL绘制空间曲面的一般步骤是首先将要绘制的空间曲面分割为一系列小三角形面片, 求出各小三角形面片的顶点坐标及法向量, 然后调用OpenGL绘制图元命令按顺序绘制出这一系列小三角形面片, 即可绘制出所需空间曲面, 按此方法绘制出实体的各个面, 可得到所需实体几何模型。具体过程为:先用OpenGL的显示列表技术把所有的几何图形单元都用顶点来描述, 再用glNewList () /glEndList () 给各几何图形单元划定界限;然后针对每个顶点进行计算和操作, 执行时, 只需用glCallList () 调用即可绘制。
下面以绘制机械手为例演示绘制虚拟机床各部件三维模型过程:
采用上述方法就可绘制虚拟加工环境的各零部件的几何模型
d) 真实感效果处理:要生成形象逼真的虚拟加工中心, 除了建立其较为逼真三维模型外, 还需要采用真实感图形生成技术。因此, 生成高品质的真实感图形显示程序要解决下面一些问题:光照模型、几何模型的消隐处理、显示物体的纹理、要有反走样能力。
三轴数控铣削加工中心几何仿真系统如图2所示。
1.2 毛坯模型的建立
材料去除仿真就是根据工件和刀具扫描体的交集实时修改工件的几何实体。这里就有一个工件建模方法的问题。因为工件尺寸在仿真过程中是不断变化的, 所以它的建模不同于机床框架的建模方法。
分析三轴数控铣床加工有以下特点[4]:1) 只有毛坯的上表面才是加工表面;2) 平行与刀轴的一条直线对于加工的毛坯的上表面的交点有且仅有一个 (对于有通孔的零件可以补上一张假象的平面, 使得毛坯上表面连续) ;3) 毛坯上表面是通过每一点的不同高度来表达加工零件的表面形状的。
正是在这样的条件下, 将Z-MAP方法应用于三轴数控铣削仿真系统工件模型的几何表示才成为可能。
a) 传统的Z-MAP方法:Hsu和Yang[5]提出的Z-MAP方法是一种特殊的基于离散模型的表示方法。该方法的基本思想是将原始的工件模型假定为长方体, 将该长方体在xoy平面的投影得到的长方形按照一定精度离散为多个均匀分布的正方形网格, 从而可以将整个工件模型离散为多个以各个正方形为底面的小长方体集合。
在引入Z-MAP方法建立工件的几何表示后, 刀具对工件实际切削过程的几何表示就被近似表示为离散小长方体高度连续更新 (降低) 的过程, 因此该方法被形象地称为“割草法”。如图3。
b) 改进后的Z-MAP方法:作者在研究过程中采用了Z-MAP方法建立工件的几何表示, 发现该方法仍然存在着不足。基于Z-MAP方法建立的工件模型仅仅是一系列不同高度的小长方体单元的集合, 这样处理的后果是严重破坏了工件模型上表面的几何连续性, 特别是当离散精度较低时, 难以表达切削过程中工件上表面的局部曲面特征。因此作者在传统的Z-MAP方法的基础上进行了改进, 设计了改进的Z-MAP方法, 算法思想如下:
1) 在按照一定的离散精度将工件模型的底平面离散为一系列的正方形网格后, 以各网格点为起点、工件模型顶面为终点可以得到一系列的z向线段;
2) 将所有的z向线段与工件模型上表面的交点按照一定的规则以三角形的形式连接构成的三角形网格面即可被视为工件模型的近似表示 (图4) 。
2 数控加工动态仿真的实现
2.1NC代码翻译
仿真系统不能直接通过NC代码来驱动仿真加工过程, 系统首先读入已编好的NC代码, 对代码做词法和语法检查, 提取刀位特征, 生成刀位文件, 转换成驱动虚拟加工中心模型工作的数据, 这就是NC代码翻译[6]。
NC程序的编译过程如图5。
编译过程是先建立一个与数控代码程序段格式相对应的结构对象, 将此对象作为一个临时的数据缓冲区, 将程序段中的数控加工信息依次读出, 经解释变换后写入NC加工信息文件中, 作为仿真加工的指令和数据。编译解释程序支持对子程序的编译, 同时也支持程序注释行的存在, 其具体的解释过程如下:
a) 逐行读入NC程序, 滤除注释字符和注释代码段, 根据NC程序的有效字符检查规则进行字符有效性检查;
b) 将一行NC程序破解成有效字符与数字的组合, 再进行其他规则检查, 有错误则退出;
c) 执行语义分析与坐标变换, 将变换结果写入坐标NC加工信息文件中:
d) 重复执行a) , b) , c) , 直到数控代码结尾。
2.2OpenGL的动画显示技术
OpenGL的动画是通过双缓存[7] (用MFC编程时象素格式设置为PFD-DOUBLEBUFFER) 实现的。在绘图时, 双缓存提供两个颜色缓存, 在一个缓存中显示时, 在另一个缓存中绘制帧。当一帧图形绘制结束时, 两个缓存切换。为了提高动画显示速度, 须将刀具、夹具、机床等尺寸固定的模型用显示列表形式预先生成三维实体, 在需要时只需调用所需的显示列表, 即可显示相应的三维实体而不需重新计算坐标, 避免了大量的浮点运算。下面以工作台沿x正向移动为例来说明动画实现的具体过程。
a) 添加VM-TIMER消息响应函数:
b) 为控制面板的功能按钮添加消息:
其中SetTimer (1, 200, NULL) 是设置序号为1的定时器, 它每隔200ms会发送一次VM-TIMER消息, 改变一次移动变量m-xtranslate的值, 这样每隔200ms就会改变一次位移量, 画面就会产生移动, 以模拟工作台x方向正向移动。
动态仿真结果如图6, 图7。
3 结语
该系统实现了对加工中的刀具移动、切削等过程的监控和对NC代码正确性的验证。这种方法可以减少或消除因程序错误而导致的机床损伤、夹具破坏或刀具折断、零件报废等问题, 确保了实际加工过程中的安全, 节约制造成本, 缩短生产周期, 提高产品的加工品质和效率。系统不仅可以验证NC程序, 模拟真实加工过程, 而且可以用于教学和培训工作。
参考文献
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[6]肖田元, 等.虚拟制造[M].北京:清华大学出版社, 2004.
数控铣削加工精度预测模型的建立 篇9
本文研究的机床是三轴数控立铣床, 工件可在X、Y方向随工作台移动, 刀具可沿着Z方向移动。
根据数控铣床的坐标系, 分别定义工艺基准坐标系 (Ot-xtytzt, 用∑t表示) 、主轴坐标系 (Os-xsyszs, 用∑s表示) 和刀架坐标系 (Oc-xcyczc, 用∑c表示) 。
为研究方便, 通常取机床理想主轴坐标系为参考坐标系 (O-xyz, 用∑o表示) 。
理想情况下, 各坐标系的坐标轴分别与参考坐标系的坐标轴平行, 且它们的xoy面重合。
实际加工时, 由于数控机床本身存在动、静误差, 刀架坐标系、主轴坐标系、工艺基准坐标系的实际位置均与理想位置不重合, 均不同程度地偏离参考坐标系, 相对于参考坐标系会产生平移和旋转。图1所示为工艺系统实际坐标系相对位置关系的示意图。
2 预测模型的综合变换矩阵
设xc, yc, zc分别为某一瞬时刀尖点在刀架坐标系∑c中的坐标, xt, yt, zt分别为某一瞬时刀尖点在机床工艺基准坐标系∑t中的坐标, 本文采用齐次坐标变换法建立加工精度预测模型。设Tct表示由刀架坐标系∑c变换到工艺基准坐标系∑t的变换矩阵, 则
其中, Tct为精度预测模型的综合变换矩阵, Tco、Tcs、Tst分别为∑c→∑o、∑o→∑s、∑s→∑t的变换矩阵, 且Tct= (Ttc) -1, 其它依此类推。
本文应用Denavit和Hartenberg提出的D-H法[1]进行矩阵求解, 写成变换矩阵形式为:
依据上述方法, 设xoc, yoc, zoc分别为刀架坐标系相对于参考坐标系x, y, z轴的平移分量, αoc, βoc, γoc分别为刀架坐标系分别绕参考坐标系x, y, z轴的旋转角度, 依据坐标变换原理[2], 则:
通常情况下αoc, βoc, γoc, 都比较小, 近似为零。在仅考虑一阶误差项时, sinx≈x, cosx≈1, 上述矩阵可简化为:
式中的角度单位取弧度。同理, 设xos, yos, zos分别为主轴坐标系相对于参考坐标系x, y, z轴的平移分量, αos, βos, γos分别为主轴坐标系分别绕参考坐标系x, y, z轴的旋转角度;xst, yst, zst分别为工艺基准坐标系相对于主轴坐标系x, y, z轴的平移分量;αst, βst, γst分别为工艺基准坐标系分别绕主轴坐标系x, y, z轴的旋转角度。经推导得:
将公式 (6) 和公式 (7) 求得逆矩阵后与公式 (3) 一起代入到公式 (2) , 得精度预测模型综合变换矩阵Tct为:
采用精度预测综合模型计算的关键就是求得式 (8) 所示的综合变换矩阵, 矩阵中各分量是通过将机床几何 (运动) 误差、夹具误差、工艺系统受力变形、受热变形、刀具磨损等分解到相应坐标系获得的。由此可见该预测模型是开放的, 可随时引入其它因素的作用。
4 加工精度预测
本文采用R35X250mm的试验工件作为研究对象, 材料为45钢。图2为工艺基准坐标系下的试验工件, M (xt, yt, zt) 为在加工状态下的瞬时坐标。
在充分考虑机床几何 (运动) 误差、工艺系统受力变形、工艺系统热变形对加工精度的影响的情况下[3], 通过坐标变换将所有误差集中纳入工艺基准坐标系, 并结合实验测量及计算结果, 得到综合变换矩阵:
设刀尖点在刀架坐标系中的坐标值为M' (r, o, z) , 通过式 (2) 求得刀尖点在工艺基准坐标系中的瞬时坐标M (xt, yt, zt) , 即:
而在加工过程中形成的任意时刻的工件瞬时半径为:
最终求得离坐标原点Ot处为z值的工件径向尺寸的加工误差为:
4 实验验证
为验证加工精度模型的预测结果, 本文对相同工况下的实际加工所得工件尺寸和预测工件加工尺寸进行了对比分析。图3为工件实测尺寸和预测尺寸的对比图。分析比较图3所列数据知, 预测值与实测值的变化趋势一致, 最大误差0.36mm, 这证明本文所建立的精度预测综合模型是正确和可行的。
具体实例:球头合金钢立铣刀的齿数Z=2, 半径R=5mm, 主轴转速n=1000r/min, 进给速度v=400mm/min。
工件材料:45钢切削深度:a=0.3mm
切削行间距:L=1mm工件1尺寸:R35X250mm
5 结束语
本文在充分考虑机床几何 (运动) 误差、工艺系统受力变形、工艺系统热变形对加工精度的影响的情况下, 通过坐标变换将所有误差集中纳入工艺基准坐标系, 求出综合误差, 并据此建立了加工精度预测的综合模型。所建模型具有开放性, 可随时把其它影响因素引入加工精度预测模型。经过生产实例考证, 本文的加工精度数学预测模型真实可靠。
摘要：依据铣削加工的特点, 将影响加工精度的误差从坐标分解的角度分为三大类:刀架坐标系、主轴坐标系和工艺基准坐标系。在充分考虑机床几何 (运动) 误差、工艺系统受力变形、工艺系统热变形等对加工精度的影响的情况下, 通过坐标变换将所有误差集中纳入工艺基准坐标系, 采用齐次坐标变换法建立了加工精度的预测模型。所建的加工精度模型具有开发性和实用性, 已在实际数控铣削加工中得到验证。
关键词：数控铣削,加工精度,误差模型
参考文献
[1]徐元昌工业机器人[M].北京:中国轻工业出版社, 1999:15-50.
[2]王占礼、杜爽、王尧虚拟制造中的数控车削仿真加工[D].吉林.吉林大学, 2006.
数控铣削中圆弧面加工方法探讨 篇10
一、宏变量手工编程
宏变量编程是数控技术从业人员手工编程的高级形式、最大亮点及最后堡垒。利用宏变量编写的数控加工程序, 不仅可以对变量进行运算、赋值、算术运算, 还可以进行逻辑运算和函数混合运算。在加工中使用变量宏程序, 可以编制各种复杂的零件加工程序。下面介绍宏变量在凹球面数控铣削加工中编程方法的具体应用实例。
如图1, 已知凹半球的半径R, 刀具半径r, 建立几何模型, 设定变量表达式:
根据所设置的变量, 就可以编写出相应的宏程序, 如果球半径发生改变, 直接在变量中修改数值, 程序的整体格式不发生变化。因此, 宏程序是圆弧面加工中经常使用的方法, 宏变量编写的程序不仅能有效地控制刀具的移动路径, 同时能高效率高精度地完成数控加工任务, 而且在程序编制中根据具体的加工要求, 仅修改变量带入的参数值即可达到灵活应用的目的。
二、借助CAM类软件进行自动编程
圆弧面加工可以使用CAXA制造工程师2013来完成加工, 在CAXA制造工程师2013中生成加工刀具轨迹的方法有十几种, 通过先选择符合数控加工工艺的加工方法, 并完善工艺参数设置, 便可生成相应的刀具运行轨迹, 另外经过模拟仿真加工对轨迹编辑优化, 从而使刀具轨迹与工艺要求相符, 再通过软件后置处理生成G代码, 再通过数据线或存储装置传输到数控铣床, 从而完成圆弧面加工。
(一) 等高线粗加工。
在CAXA制造工程师2013中, 等高线粗加工可以用加工范围和高度的限定, 进行局部区域的等高加工, 生成的刀具加工轨迹适用于高速切削加工, 该加工方式是曲面轮廓加工中较通用的粗加工方式, 它可以高效快速地去除毛坯的大部分余量, 并可以根据随后工序中进行的精加工的要求留出加工余量, 为精加工打下良好的准备基础, 等高线粗加工也可在指定的加工区域中, 优化空切轨迹。对于球面来说等高线粗加工的操作方法, 设置粗加工所需的合适切削用量以及刀具参数, 选择点取要加工的实体表面, 选取加工除料的方向, 在球面中就会生成刀路轨迹如图2。经后置处理就会生成G代码, 完成实体粗加工并生成球面。
(二) 参数线精加工。
在CAXA制造工程师2013中, 参数线精加工可以生成单个或多个曲面, 按照曲面参数线确定刀具轨迹, 对于一些自由曲面造型, 一般都是采用参数曲面方式来表达, 对于球面来说是一种特殊曲面, 因此参数线精加工这种方法能够完成对球面的加工。参数线精加工所走的路径为曲面的表面, 因此它的加工是在等高线粗加工的基础上进行的。
在轨迹管理中切削用量和进退刀方式按照精加工的参数要求来设定, 拾取要加工的球面, 根据状态栏的提示“拾取进刀点”, 拾取球面Z轴的最高点即可, 生成如图3的刀路轨迹。进行后置处理生成G代码, 完成所需要球面加工。
(三) 轮廓导动精加工。
在CAXA制造工程师2013中, 轮廓导动精加工方法是平面轮廓在法平面内的截面线沿平面轮廓线导动而生成的加工轨迹。可以理解为平面轮廓通过等截面线实现导动加工, 使轮廓曲线沿导动线平行运动来生成轨迹的加工方法。它的本质是把三维空间曲面的加工用平面二维方法进行解决, 可以说轮廓导动加工是三维曲面加工的一种非常特殊的情况, 如图4。
对于轮廓导动加工来说, 不需要做出零件的造型, 只需要根据加工需要提取出平面轮廓线和截面线, 更大程度地缩短造型时间。在加工过程中由于使用了圆弧插补, 而且刀具的运动轨迹会沿截面线按等弧长均匀分布, 因此可以达到更好的加工效果。
以上三种加工方法再经过CAXA制造工程师2013软件中“后置处理”、“生成G代码”和“生成工艺清单”后, 对工艺清单上的加工路径、切削时间等各参数进行比较如表1。
比较以上三种加工轨迹路径及表1中的从路径切削时间和实际切削路径加工总长度来看, 轮廓导动精加工和等高线精加工的时间比较短, 参数线精加工的路径和时间较长, 轮廓导动精加工和等高线精加工比参数线精加工时间相对缩短将近30%。从加工轨迹中可看出, 参数线精加工沿径向方向加工时, 球面顶部的加工轨迹行距比较小, 因此圆弧面顶部的表面粗糙度要比圆弧面底部的表面粗糙度小。从轮廓导动精加工的加工轨迹可以看出, 轮廓导动精加工对坡度较小、相对平坦的表面轨迹行距变大, 因此其加工效果就比较差。等高线粗加工通常实现执行平坦部分的加工, 因此在圆弧面加工中其效果会差一些。
三、结语
通过上述的加工实例, 我们可以看出宏变量编写的数控加工程序能简洁有效地控制刀具运动路径, 高效率、高精度地完成加工任务, 可以使编程人员根据轮廓形状套用格式和变量, 从而大大减轻编程人员的工作量。对于借助CAM类软件进行自动编程的分析比较, 对一般的球面加工, 在精度要求不高时, 采用等高线加工方法。精度要求高的曲面轮廓, 采用导动线加工。轮廓复杂精度要求比较高时, 采用参数线的加工方法, 实际加工中要通过加工轨迹及其仿真效果作出最佳选择。
摘要：随着科学技术的不断发展, 数控技术从业人员把数控编程作为数控操作加工中的关键技术之一来重视和研究。数控铣削加工中对于球面的加工方法有好多种, 本文通过凹球面为实例和CAXA制造工程师2013软件为依托来探讨球面的加工方法, 更好地提高数控铣削过程中球面产品的加工精度和生产效率。
关键词：数控铣削,圆弧面加工,CAXA制造工程师,宏程序
参考文献
[1]冯志刚主编.数控宏程序编程方法、技巧与实例[M].北京:机械工业出版社, 2011
[2]姬彦巧主编.CAXA制造工程师2011实例教程[M].北京:北京大学出版社, 2012
数控铣削加工 篇11
【关键词】数控铣床；刀具；切削用量
【中图分类号】TG547
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0170-01
1 前言
随着我国机械加工的飞速发展，数控机床的使用日益增多，为了保证数控机床能正常运行，只有配置了与数控机床性能相适应的刀具和切削用量，才能使其性能得到充分的发挥。尤其是CAD／CAM的发展，使得加工刀具和切削用量发展成为了编程人员在人机交互状态下进行选择的模式，最后通过编程软件自动生成加工代码，这就要求编程人员必须懂得刀具选择和切削用量确定的方法和原则。
2 数控铣削刀具的选择
数控铣削加工的刀具按铣刀形状可分为：平刀、球刀、牛鼻刀、异形刀等；按铣刀用途可分为：立铣刀、端铣刀、键槽铣刀等；按铣刀材料可分为：高速钢铣刀、硬质合金铣刀、金刚石铣刀、立方氮化硼铣刀、陶瓷铣刀等。编程人员应该根据数控铣床的加工能力、工件的材料性能、几何形状、表面品质要求、热处理状态、加工工序、切削用量、加工余量等，选择刚性好，耐用度高的刀具。选择刀具的一般原则是：尽量采用硬质合金或高性能材料制成的刀具；尽量采用机夹或可转位式刀具；尽量采用高效刀具。其中被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据。
1 加工曲面类零件时，为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切，避免刀刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头刀，粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀，如图1所示。
2 铣较大平面时，为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀，如图2所示。
3 铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀。
4 铣键槽时，为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀。
3 数控铣削加工切削用量的确定
切削用量由切削速度、进给量和背吃刀量三要素组成。在切削加工中，切削用量将直接影响加工工件的品质、刀具的磨损限度、机床的功率、生产率、加工成本等。因此切削用量的选择显得特别重要。
合理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；半精加工和精加工时，应在保证加工品质的前提下，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。
a 背吃月量ap印的选择：应该根据机床和刀具的刚度、加工余量多少而定。除留给下道工序的余量外，其余的粗铣余量尽可能一次切除，以使走刀次数最。提高生产效率；当粗铣余量太大或工艺系统刚性较差时，则其加工余量应分两次或数次走刀后切除。当切削表层有硬皮的铸锻件或切削不锈钢等加工硬化严重的材料时，应尽最使背吃刀量超过硬出或砖硬层厚度，以防刀尖过早磨损。一般立铣刀粗铣时，背吃刀量以不超过铣刀半径为原则，但一般不超过7mm；半精铣时，背吃月量取为O.5-1mm；精铣时，背吃月量取为0.05～0.3mm。端铣刀粗铣时，背吃刀量一般为2-5mm；精铣时，背吃刀量取为0.1～0.5mm。
b 进给量F的选择：进给量是数控铣床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙要求、以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给量受机床刚度和进给系统的性能限制。当工件的品质要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给量。一般在100-200mm／min范围内选取。当加工精度和表面粗糙度要求高时，进给量应选小些，一般在20-50mm／min范围内选取。生产实际中多采用查表法、经验法确定合理的进给量。半精加工和精加工时，则按加工表面粗糙度要求，根据工件材料，切削速度来选择进给量。
c 切削建度Vel的选择：铣削中主轴转速的确定就是通过确定切削速度来得到的。生产中经常根据实践经验和有关手册资料选取切削速度，然后算出主轴转速。选择切削速度的一般原则是：粗铣时，ap和f较大，故选择较低的V；精铣时，ap和f较小，故选择较高的Ve。工件材料强度、硬度高时，应选较低的Ve。刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。主轴转速的计算公式为：n=1000Ve／πD。根据加工材料不同U厦所用月具直径不同，现以高速钢立铣刀为例将铣削的进给速度和主轴转速总结如表1所示。
4 总结
数控铣削加工 篇12
1) 密度小, 强度高, 它的强度大于高强度钢。
2) 热稳定性好, 高温强度高。在300℃~500℃以下, 它的强度约比铝合金高十倍。
3) 抗蚀性好。钛合金在潮湿大气和海水介质中工作, 其抗蚀性能远优于不锈钢, 对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力很强。对碱、氯化物、硝酸、硫酸等有着优越的抗腐蚀能力。
4) 化学活性大, 能与大气中的O、N、H、CO、CO2、水蒸气等产生剧烈的化学反应。在600℃以上时, 钛吸收氧, 形成硬度很高的硬化层。H含量上升, 也会形成脆化层。
5) 导热性差。钛的导热系数低, 约Ni的1/4, Fe的1/5, Al的1/14.钛合金的导热系数更低, 一般为钛的50%。
6) 弹性模量小。钛的弹性模量为107800MPa, 约为钢的1/2。
综上所述, 由于钛合金具有比重小、强度高、无磁性、耐腐蚀和高温的特点, 广泛用于船舶、航空航天、精密仪器仪表等领域的核心零件。
2 应用举例
以光学镜筒的机械加工为例, 通过工艺难点分析, 刀具、冷却液的选择, 不同加工策略的比较等几方面对钛合金铣削加工进行阐述。
2.1 光学镜筒零件介绍及加工内容
该零件材料采用TC4, 它是a+β钛合金, 为双相合金。零件是受力件, 内腔装光学透镜, 所以零件要求有很高的精度, 足够的强度和一定的密封性。
数控铣削需加工外形的圆弧R42.5、119下端面减重腔、140右端面减重腔及密封槽、外形斜筋及减重腔。为了使加工基准与工艺基准、设计基准统一。把加工基准设定在140右端面与￠77圆柱的中心点上。
2.2 钛合金的切削加工难点
1) 弹性模量低, 弹性变形大。接近后刀面处工件表面回弹量大, 所以已加工表面与后刀面的接触面积大, 刀具磨损加大。
2) 导热系数低, 切削温度高。刀具与切削的接触长度短, 使切削热积于切削刃附近的小面积内而不易散发。
3) 塑性低, 硬度高。使剪切角增大, 切屑与前刀面接触长度很小, 前刀面单位面积上的切削力大, 容易造成崩刃。
4) 易产生表面加工硬化。由于钛的化学活性大, 易与各种气体杂质产生强烈的化学反应, 导致表层的硬度及脆性上升。在高温时形成氧化硬层, 造成表层组织不均, 产生局部应力集中, 降低了零件的疲劳强度。切削过程中严重损伤刀具, 产生缺口、崩刃、剥落等现象。
5) 黏刀现象严重。切削时, 切屑及被切表面层易与刀具材料咬合, 产生了严重的黏刀现象。黏刀导致在切削的相对运动过程中, 引起剧烈的黏结磨损。
6) 斜面清角加工过切。由图2中M-M视图可以看到共有10处底面呈斜面的异形腔。在使用等高精加工策略后, 形腔的角落不光滑。
如果有一条沿形腔轮廓移动的刀路, 形腔的角落将很光滑。由图3会发现刀路在具有斜率的地方发生了过切。
7) 深圆弧面的加工。由主视图可知, 在三轴机床上加工R42.5圆弧面 (如图4所示) 需要一把底部直径大于24mm, 顶部直径小于10mm, 长度大于129mm的立铣刀。根据前面对钛合金的切削加工特性的分析, 是完全加工不出的。
8) 密封槽的加工。密封槽的尺寸:宽3.8mm、深1.97mm, 由于槽宽限制, 铣刀直径只能小于3.8mm。根据铣刀标准选用￠3立铣刀。
传统加工采用0.5mm层铣法, 它是Z轴作间隙运动, 刀具沿XY轴作进给运动。由于在铣削过程中, 每个刀齿的切削厚度都比较小, 刀齿在极薄的切削厚度下进入切削, 刀齿要经过一段滑擦才能切削。造成刀具后刀面的磨损, 使切削力增大。切削力沿径向作用于刀具, 会造成刀具弯曲, 缩短刀具寿命, 这种情况对直径较小的刀具将更加明显。再因￠3立铣刀自身刚度差, 容易粘刀, 散热性差, 易断刀。刀具折断时因离心力的作用, 刀具在折断点会发生啃刀, 密封槽将失去密封效果, 造成零件报废。
3 解决问题的措施
3.1 刀具的选择
3.1.1 刀具材料的选择
由于钛合金强度高、韧性大、粘附性强和导热性差。粗加工时, 切削用量大, 切削力大, 切削过程中会产生较大的冲击力和振动, 这就要求刀具具有一定的韧性和抗弯强度。选用W2Mo9Cr4V4Co8材料粗齿高速钢铣刀, 因为它含钴量多, 所以它具有一定的抗弯强度和抗冲击韧性。再者高速钢铣刀齿数少, 有较大的容屑空间, 便于排屑。但是由于高速钢铣刀的耐磨、性耐热性和抗弯强度不如硬质合金铣刀, 在加工过程中要让刀。精加工选用GC1030 (HC) -S15材料细齿硬质合金铣刀, 它是一种主要含碳化钛, 氮化钛的PVC涂层硬质合金立铣刀。具有良好的抗积屑性和抗塑性变形性。在加工过程中同时参与切削的齿数多, 切削力小, 切削过程平稳, 可以获得很高的加工表面质量。高速钢材料与硬质合金材料性能比较如表1所示。
3.1.2 刀具几何参数的改进
由于钛合金硬度高、弹性模量低, 弹性变形大, 切屑集中在刀尖附近, 使剪切角增大。标准立铣刀的前角为10°~15°, 对加工钛合金材料前角太大, 排屑不顺畅, 不易带走切削热, 易产生积屑瘤。所以加工钛合金材料时前角应修磨至2°~6°, 以增大容屑空间, 减少刀尖附近的切削热。标准立铣刀的后角为16°, 由于后角太大, 会降低刀具和刀刃强度。所以加工钛合金材料时后角应修磨至6°~12°, 以减小后刀面与已加工表面的摩擦, 使切削轻快, 刀刃磨损减小, 增强刀具和刀刃强度。另外过渡刃应修磨成0.5~1mm圆弧, 以保护刀尖。加工钛合金铣刀的几何参数如表2所示。
3.2 切削参数的优化
切削速度对切削刃的温度影响很大, 切削速度越高则切削温度剧增, 切削温度的高低直接影响刀具寿命。由于钛合金导热性差、易粘刀产生积屑瘤, 所以切削速度较低, 以避开积屑瘤和鳞刺的产生;较小的进给量可以提高表面粗糙度, 减小弹性变形。但是由于钛合金易形成氧化硬层, 进给量太小会使刀具在硬化层内切削, 增加刀具磨损;背吃刀量大可以避免刀尖在硬化层内切削, 减小刀具磨损。还可增加刀刃工作长度, 有利于散热, 背吃刀量可选择D/2但不超过5mm。铣削用量参数如表3所示。
3.3 走刀方式的选择
铣削钛合金时, 宜采用顺铣。顺铣时, 由于刀齿切出时的切屑很薄, 不易产生积屑瘤, 能减小黏结磨损。逆铣正好相反, 容易黏屑, 当刀齿再次切入时, 切屑被碰段, 容易使刀具材料剥落、崩刃。但是, 顺铣时由于钛合金弹性模量小, 容易造成让刀现象, 因此需要光刀一次。顺铣时作用在工作台上的水平分力与走刀方向相同, 由于丝杠与螺母之间有间隙, 会使工作台突然窜动, 发生啃刀。但是数控加工中心进给丝杠与螺母无间隙, 这为采用顺铣走刀方式提供了方便。
3.4 切削液的配制
切削液选用不含氯的水溶乳化液, 它不腐蚀已加工表面。粗加工需要利用切削液带走大量的切削热, 保证切削刃强度, 减少刀具磨损, 以冷却为主, 按比例配制成5%的浓度。精加工为提高已加工表面质量, 减小切屑与前刀面之间摩擦角, 增大剪切角以减小铣削力, 以润滑为主, 按比例配制成10%的浓度。
3.5 斜面清角加工过切问题的解决──刀心轨迹偏移法
如图6 (a) 所示, 在△aob中ob=Sin (θ-90°) R所以过切量G的公式为:
为此必须把刀具中心轨迹沿斜面法向偏移0.402mm, 过切问题得以解决, 如图6 (b) 所示。
3.6 深圆弧面的加工
在三轴数控铣床上安装一台绕X轴旋转的数控转台, 在A轴上加工, 如图7所示。
由于R42.5圆弧面两端要清根, 所以选择￠10立铣刀在A轴上加工。但是由于立铣刀有1°~2°的副偏角k′r, 所以加工后表面粗糙度达不到图纸要求 (如图8所示) 。
为消除副偏角对表面粗糙度的影响, 需要点接触刀具, 选用￠6球头铣刀进行精加工。
提高表面粗糙度, 除了选择合理的刀具参数、优化的铣削用量及润滑方式外, 数控编程时行距 (横向行距) 的选取决定了残留高度的大小, 残留高度是表面粗糙度一个重要指标。残留高度主要控制轮廓最大高度Ry。
所以行距的计算公式为:
其中, R为球头铣刀半径, H为残留高度。
因刀具为￠6球刀所以R=3mm, 图纸要求表面Ra3.2。考虑到机床精度, 表面Ra1.6, 对应的Ry即H=6.3μm, 代入式 (2) 得:
3.7 密封槽的加工
钻削式去除材料法是刀具沿Z轴作进给运动, XY轴作间隙运动, 快速大量地去除材料。切削力沿轴向传人主轴, 能有效刀具保护。侧向力小, 减小工件变形。切削宽度小, 产生较薄的切屑, 这些切屑能从切削刃上带走大量切削热。后刀面与已加工表面摩擦小, 切削轻快, 刀刃磨损小。有利于发挥机床加工效率, 提高刀具寿命, 节约生产成本。
4 结论
1) 钛合金的加工宜采用低转速、低进给量、大吃刀量。粗加工用含钴的高速钢铣刀, 精加工用含碳化钛的涂层硬质合金铣刀, 可以做到质量、效率与成本的平衡。
2) 通过计算分析可以得出, 斜面的斜率变化会导致球头刀与斜面切削点的位置改变。
3) 加工切削性能差、切削加工困难的窄槽时, 钻削式去除材料法是最佳的加工方案。
参考文献
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