平面轮廓数控铣削编程与加工技巧优化

如图8－1所示，分析该零件的加工工艺，编制加工程序并在数控铣床上加工。

图8－1　内轮廓零件图

二维码　立体图视频

1.技术要求分析

该零件图有哪些技术要求？

2.加工方案

1）装夹方案

加工该零件应采用何种装夹方案？以什么位置为定位基准？

2）位置点选择

（1）工件坐标系设置在什么位置最好？

（2）下刀点应定在什么位置？该如何下刀？在哪些点之间建立或取消刀具半径补偿？

3.确定工艺路线

如何规划走刀路线，使路线达到最优化？

1.型腔类零件的下刀方法

加工型腔类零件在垂直进给时切削条件差，轴向抗力大，切削较为困难。一般根据具体情况采用以下几种方法进行加工：

视频8－1－1：型腔加工工艺

（1）用钻头在铣刀下刀位置预钻一个孔，铣刀在预钻孔位置下刀进行型腔的铣削。此方法对铣刀种类没有要求，下刀速度不用降低，但需增加一把钻头，也增加了换刀和钻孔时间。

（2）Z向垂直下刀，如图8－2（a）所示，用键槽铣刀（或有端面刃的立铣刀）直接垂直下刀进给，再进行型腔铣削，此方法下刀速度不能过快，否则会产生振动，损坏切削刃。

（3）斜插式下刀，如图8－2（b）所示，使用X、Y和Z方向的线性斜坡切削下刀，达到轴向深度后再进行型腔铣削，此方法适宜加工宽度较窄的型腔。

（4）螺旋下刀，如图8－2（c）所示，铣刀在下刀过程中沿螺旋线路径下刀。它产生的轴向力小，工件加工质量高，对铣刀种类也没有什么要求，是最佳的下刀方式。

图8－2　内轮廓下刀示意图

2.内轮廓编程的三要素

内轮廓编程加工的三要素为：刀具直径、精加工余量、半精加工余量。具体如图8－3所示。

图8－3　内轮廓编程要素图

X1—刀具起点的X坐标；Y1—刀具起点的Y坐标；L—型腔长度；D—实际切削长度；W—型腔宽度；S—精加工余量；TLR—刀具半径；Q—切削间距；C—半精加工余量

3.内轮廓加工工艺方案

1）切入、切出方式选择

刀具的进退刀路线要尽量避免在轮廓处停刀或垂直切入、切出工件，以免留下刀痕。最终轮廓应一次走刀完成，以使轮廓表面光整。

铣削封闭内轮廓表面时，刀具无法沿轮廓线的延长线方向切入、切出，只有沿法向切入、切出，或沿圆弧切入、切出。

2）铣削方向的确定

一般尽可能采用顺铣，即在铣内轮廓时采用沿内轮廓逆时针铣削方向为好。

3）进给路线

内轮廓的进给路线有行切、环切和综合切削三种切削方法，如图8－4所示，在这三种方案中，图8－4（a）的方案最差，图8－4（c）的方案最佳。

图8－4　内轮廓切削路线

在轮廓加工过程中，工件、刀具、夹具、机床系统等处在弹性变形平衡的状态下，在进给停顿时，切削力减小，会改变系统的平衡状态，刀具会在进给停顿处的零件表面留下刀痕，因此在轮廓加工中应避免进给停顿。

练一练

【例8－1】　如图8－5所示零件，毛坯材料为铝合金，六面已经加工过，尺寸为100 mm×100 mm×20 mm，编写该矩形腔的加工程序。1）零件图工艺分析

该工件由一个腔槽组成，轮廓线由直线和R8的圆弧构成，腔槽深3 mm，该工件的表面粗糙度为Ra3.2μm，加工中需要安排粗铣加工和精铣加工。

2）确定装夹方式和加工方案

（1）装夹方式：采用机用平口钳装夹，底部用等高垫块垫起，使工件高于钳口5 mm，以便于对刀操作。

（2）加工方案：由于内腔槽不与外界连接，本着先粗后精的原则，首先使用φ14 mm键槽铣刀T01采用行切法粗铣内腔槽，再使用φ14 mm立铣刀T02精铣圆角矩形内轮廓。

3）确定加工顺序和走刀路线

（1）建立工件坐标系的原点：设在工件上表面几何对称中心上。

（2）确定起刀点：设在工件坐标系原点的上方100 mm处。

图8－5　内腔加工示例零件

（3）确定下刀点：行切内腔槽时设在点a（X－31，Y－21，Z100）上方100 mm处，环铣内腔槽时设在点g（X0，Y0，Z100）上方100 mm处。

（4）确定走刀路线：首先使用φ14 mm的键槽铣刀T01在a点下刀到铣削深度，采用行切法粗铣内腔槽，走刀路线如图8－6（a）所示；然后换φ14 mm的立铣刀T02采用环切法精铣矩形腔槽，走刀路线图如图8－6（b）所示，即g→h→i→j→k→l→m→n→o→p→q→i→r→g。在精铣中走刀路线采用圆弧切入、圆弧切出的进退刀方式，gh段引入刀具半径补偿，rg段取消刀具半径补偿。

本例中零件的走刀路线示意图如图8－6所示，根据此走刀路线所编制的矩形腔槽零件的铣削参考主程序如表8－1所示，子程序如表8－2所示。

图8－6　走刀路线示意图

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视频8－1－2：主程序与子程序

表8－1　例8－1铣削参考主程序

续表

表8－2　例8－1零件加工参考子程序

续表

视频8－1－3：平面内轮廓加工案例

1.图样分析

如图8－1所示，该工件由一个腔槽组成，内轮廓线由直线和R10 mm、R6 mm的凹弧和一个R20的凸弧构成，腔槽深3 mm，该工件的表面粗糙度为Ra3.2μm，加工中需要安排粗铣加工和精铣加工。

2.加工方案

1）装夹方案

先把平口钳装夹在铣床工作台上，用百分表校正平口钳，使钳口与铣床X方向平行。工件装夹在平口钳上，下用垫铁支撑，使工件放平并伸出钳口5～10 mm，夹紧工件。

2）工件坐标系建立

根据工件坐标系的建立原则，该零件的工件坐标系建立在工件几何中心上较为合适，Z轴零点设在工件上表面。

3）基点坐标计算

本任务中的零件不仅要计算基点7、8、9、10、11、12、13、14等坐标，还要计算环切余量时1、2、3、4、5、6点的坐标。其中，点1、2、3、4、5、6、9、10、11、12坐标不易计算，可以采用CAD软件查找点的坐标的方法，具体做法：在二维CAD软件中画出内轮廓图形（注意工件坐标系与CAD软件坐标系一致，坐标原点重合），然后用软件查询工具查询各点坐标。从而得到各点坐标值，如表8－3所示。

表8－3　基点坐标

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3.工艺路线确定

由于该零件内轮廓加工余量不多，选择环切法并由里向外加工，加工中行距取刀具直径的50%～90%，加工路线图如图8－7所示。

由图8－7可知：刀具由1→2→3→4→5→6→3→7→8→9→10→11→12→13→14→7→1的顺序按环切方式进行加工，刀具从点3运行至点7时建立刀具半径补偿，加工结束时刀具从点7运行至点1过程中取消刀具半径补偿。

4.制定工艺卡片

刀具的选择见表8－4刀具卡。

图8－7　内轮廓零件加工路线图

表8－4　刀具卡

切削用量的选择见表8－5工序卡。

表8－5　工序卡

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5.编制程序

内轮廓零件加工参考主程序如表8－6所示，参考子程序如表8－7所示。

表8－6　内轮廓零件加工参考主程序

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表8－7　内轮廓零件加工参考子程序

6.零件加工

按表8－6、表8－7程序加工零件。

7.加工操作注意事项

（1）铣刀半径必须小于或等于工件内轮廓凹圆弧最小半径大小，否则无法加工出内轮廓圆弧。机床中半径参数设置也不能大于内轮廓半径，否则会发生报警。

（2）加工内轮廓尽可能采用顺铣以提高表面质量。

（3）平面内轮廓加工尽可能采用行切、环切相结合的路线，并从里往外加工，这样既可缩短切削时间，又可保证加工表面质量。

（4）内轮廓无法加工预制孔，精加工时用立铣刀螺旋方式下刀或采用键槽铣刀代替。

（5）机床中半径参数值设置越大，内轮廓尺寸越小，与外轮廓刚好相反。

（6）工件装夹在平口钳上应校平上表面，否则深度尺寸不易控制；也可在对刀前用面铣刀铣平上表面。

教师与学生评价表参见附表，包括程序与工艺评分表、安全文明生产评分表、工件质量评分表和教师与学生评价表。表8－8所示为本工件的质量评分表。

表8－8　工件质量评分表