數(shù)控編程加工概述,數(shù)控,編程,加工,概述 ·23· 第1章 數(shù)控編程加工概述 第1章 數(shù)控編程加工概述 知識要點(diǎn) & 數(shù)控加工特點(diǎn)與工藝 & 加工類型與參數(shù)的確定 & 數(shù)控加工銑削刀具 & 數(shù)控編程的一般操作流程 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，生產(chǎn)與自動化的觀念逐漸深入人心。數(shù)控設(shè)備已遍布全世界，不僅工業(yè)發(fā)達(dá)國家已廣泛采用，而且連發(fā)展中國家也大量采用。為什么會這樣呢？主要是二次大戰(zhàn)之后，生產(chǎn)發(fā)生了一個重要變化，那就是多品種，而不是大批量生產(chǎn)，中小批量生產(chǎn)占了上風(fēng)。另一個重要變化就是產(chǎn)品的銷售時間變短，多則五年，少則一年；另一個因素是由于計算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，給數(shù)控設(shè)備提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。這樣，大量的無人工廠出現(xiàn)。當(dāng)然，無人也不是一個人也沒有，不過是在一個很大的車間里，有數(shù)百臺設(shè)備，僅有六七個人的工廠是足夠的。為了適應(yīng)多品種、換型快、中小批量生產(chǎn)的需要，未來的加工設(shè)備一定是數(shù)控技術(shù)的天下。 1.1 數(shù)控加工特點(diǎn)與工藝 在現(xiàn)今科技發(fā)達(dá)的社會中，數(shù)控加工技術(shù)是重要組成部分，在現(xiàn)代模具制造業(yè)中具有重要作用，目前掌握先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)是模具專業(yè)人才適應(yīng)社會飛速發(fā)展的關(guān)鍵，所以掌握數(shù)控加工特點(diǎn)與工藝顯得尤為重要。 隨著工業(yè)的發(fā)展數(shù)控加工的地位越來越重要，愈來愈多的零件要求加工精度高，加工形狀復(fù)雜。如所謂“納米級加工”，用手工加工幾乎是不可能。在過去模具加工中，遇到復(fù)雜自由曲面或難以加工部分就采用仿形銑床與電火花機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)制造，但由于仿形銑床加工精度較低，增加了拋光的工作時間，以及制作仿形時增加了生產(chǎn)費(fèi)用和時間。所以現(xiàn)今的模具廠幾乎都采用CNC機(jī)床、加工中心或者CNC電火花加工設(shè)備進(jìn)行模具制造。由于采用CNC機(jī)床和加工中心等先進(jìn)設(shè)備大大縮短了模具的交貨期限，降低了生產(chǎn)成本。 模具制造過程中，工藝方面起到了降低生產(chǎn)成本的作用。一般來說，工藝就是模具生產(chǎn)的步驟，如果步驟多了，也會延長模具的交貨期限，所以一個模具的工藝是模具生產(chǎn)的重要部分之一。 1.2 加工類型與參數(shù)的確定 加工類型的選擇就是根據(jù)模具結(jié)構(gòu)形狀劃分粗加工、半精加工、局部精加工和精加工，接著根據(jù)劃分的加工類型確定銑削刀具和加工策略，然后設(shè)置合理的加工參數(shù)對模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)控程序編程。 1.2.1 加工類型選擇 模具數(shù)控加工一般分為粗加工、半精加工、局部精加工和精加工4種加工類型。 1．粗加工 粗加工策略需要根據(jù)毛坯的類型和模具型面的情況而定。如果毛坯為鍛件或鋼件，那么粗加工最好先選用區(qū)域清除模型加工，將毛坯的大部分余量去除掉，得到均勻的毛坯余量，為后序加工提供方便。如果毛坯為鑄件，最佳等高策略則是粗加工的最佳選擇。最佳等高策略需將模型面分為平坦和陡峭兩種情況，平坦區(qū)域采用平行或三維偏置方式加工，而陡峭區(qū)域采用等高線方式加工。 2．半精加工 半精加工的主要目的是保證精加工時余量均勻，最常用的方法是先算出殘留材料的邊界輪廓（參考刀具未加工區(qū)域的三維輪廓），然后選用較小的刀具來加工這些三維輪廓區(qū)域，而不用重新加工整個模型。一般用等高精加工方法來加工殘留材料區(qū)域內(nèi)部。為得到合理的刀具路徑，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）計算殘留邊界時所用的余量，應(yīng)跟開粗加工所留的余量一致。 （2）用殘留邊界等高精加工凹面時，應(yīng)把“型腔加工”取消掉。否則，刀具路徑在進(jìn)行單側(cè)銑削時，隨著深度的增加，接觸刀具的材料增多，銑削力增大，使刀具易折斷。 （3）銑削過程中盡量減少提刀次數(shù)，提高工作效率。 （4）當(dāng)孔的上表面為斜面時，必須把精加工孔壁斜面提高，否則刀具會刮傷精加工過的斜面。 3．局部精加工 局部精加工一般是指清角加工。清角加工應(yīng)采用多次加工或系列刀具從大到小的加工方法。PowerMILL有多種清角加工方式，例如自動清角、沿著、筆式、多筆、縫合等。在這些加工方式中，自動清角方式最佳。 筆式和多筆方式一般在粗加工進(jìn)行預(yù)清除時使用，它對提高粗加工效率有明顯效果?？p合是陡峭或平坦區(qū)域應(yīng)選用的加工方式，一般在局部加工時選用。自動清角方式則是比較全面的一種加工方式，它在不同的區(qū)域采用不同的加工策略，如在平坦處采用多筆或沿著，而在陡峭處采用縫合。這里的平坦與陡峭區(qū)域是根據(jù)淺灘角的大小而確定，如果淺灘角設(shè)定過小則產(chǎn)生的刀具路徑將以縫合為主；如果淺灘角設(shè)定過大則刀具路徑將以沿著為主，所以淺灘角設(shè)定得過大或過小都無法體現(xiàn)出自動清角的優(yōu)越性。在長時間的工廠實(shí)踐中，認(rèn)為設(shè)定在60°左右的淺灘角最為合適。淺灘角產(chǎn)生的自動清角刀具路徑，不但減少了加工時間，而且還可以提高刀具的使用壽命，它獨(dú)特的計算方法還能將分型面中所有角落的刀具路徑全部計算出來，避免了其他方式的計算遺漏問題。 4．精加工 在精加工中，除非模具型面高度變化比較大，否則最好選擇平行精加工。因為平行精加工不但計算速度快，而且刀具路徑光順，加工完成的模具型面質(zhì)量好。但平行方式會在局部型面產(chǎn)生步距不均的現(xiàn)象，為了避免這一現(xiàn)象，可以在步距不均處補(bǔ)加程序，或者在加工方法中選中垂直路徑的對話框。選中它后，PowerMILL會自動在產(chǎn)生步距不均的地方，補(bǔ)加垂直的刀具路徑。若模具型面高度變化比較大，則選用最佳加工方法是最佳等高精加工或等高精加工等方法。對于平面的精加工，常采用偏置區(qū)域清除加工。 在模具型面編程中，邊界的設(shè)定是非常重要的。無論是最佳等高精加工、偏置區(qū)域清除，還是平行精加工，它們產(chǎn)生的刀具路徑都是與邊界有關(guān)的，所以邊界設(shè)定的好壞，將直接影響程序的質(zhì)量。如果邊界設(shè)定得好，則產(chǎn)生的刀具路徑十分規(guī)范，而且不需要編輯裁剪，可節(jié)省時間。如果邊界設(shè)定不好，則產(chǎn)生的刀具路徑需要編輯裁剪，并且編輯裁減后的刀具路徑產(chǎn)生大量的提刀。這樣不但大大的增加了編程時間，而且還增加了數(shù)控機(jī)床加工時間。所以，為了保證加工質(zhì)量，提高加工效率，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)要素。 （1）精加工余量必須均勻，一般徑向留余量為0.15~0.3mm，軸向留余量為0.05~0.15mm。 （2）當(dāng)采用偏置區(qū)域清除精加工平面時，毛坯的Z向最小值應(yīng)該等于該平面的Z值，否則平面加工后高度方向尺寸誤差較大。 （3）若采用等高精加工，當(dāng)?shù)毒咂鸬饵c(diǎn)位置比較亂時，可以使用在編輯中移動開始點(diǎn)的方法來改正。 （4）為保證在淺灘邊界處平行和等高兩種走刀路徑接刀良好，在允許的情況下，一般在平行走刀時把淺灘邊界向外三維偏移2mm左右。 等高精加工側(cè)面時常選用圓鼻刀加工，這必然導(dǎo)致工件底部不清角。當(dāng)選用軟件中的幾種清角加工所產(chǎn)生的刀路不是很合理的情況下，一般采用等高加工通過裁剪功能去掉多余的路徑的方法來代替。此時，應(yīng)該檢查等高精加工后Z向深度是否到位，若不到位則應(yīng)該再加工一刀，把這一刀的路徑拉到先前的等高加工路徑里，這里應(yīng)設(shè)置切入切出和連接參數(shù)。 1.2.2 加工參數(shù)選擇 模型讀取結(jié)束后，首先要進(jìn)行加工參數(shù)的設(shè)定。加工參數(shù)主要包括毛坯、進(jìn)給率、快進(jìn)高度、開始點(diǎn)、切入切出和連接方式及加工刀具等。 1．毛坯大小設(shè)定 在PowerMILL中，毛坯擴(kuò)展值的設(shè)定很重要，如果毛坯擴(kuò)展值設(shè)得過大將增大程序的計算量和增加編程時間；如果設(shè)得過小，程序?qū)⒁悦鞯拇笮闃O限進(jìn)行計算，這樣很可能導(dǎo)致型面加工不到位。所以，毛坯擴(kuò)展的設(shè)定一般要稍大于加工刀具的半徑，同時還要考慮它的加工余量。 擴(kuò)展值應(yīng)等于加工刀具的半徑加上加工余量，再加上2~5mm。例如Ф30的刀具，型面余量為0.5 mm，那么毛坯擴(kuò)展可設(shè)定為20。 2．進(jìn)給率設(shè)定 進(jìn)給率的設(shè)定較為方便，可根據(jù)加工車間所使用的刀具、加工材料的硬度和機(jī)床設(shè)備而確定。若進(jìn)給率設(shè)置得偏大或偏小，則可以通過機(jī)床的進(jìn)給倍率進(jìn)行調(diào)整。 3．快進(jìn)高度設(shè)定 快進(jìn)高度包括兩項，一項是安全高度，另一項是開始高度。安全高度一般要在PowerMILL計算出來的值的基礎(chǔ)上，再加上20~40mm左右。開始高度的值最好不要與安全高度一樣，一般將它設(shè)為比安全高度小10mm左右。這樣設(shè)定是為了在NC程序輸出中增加一個Z值，有利于數(shù)控加工的安全性。 4．開始點(diǎn)設(shè)定 開始點(diǎn)的值一般與安全高度的值相同。 5．切入切出和連接方式設(shè)定 切入切出和連接方式要根據(jù)不同情況，進(jìn)行不同的設(shè)定。例如，區(qū)域清除加工要采用斜向下刀或外部進(jìn)刀，高速加工時切入切出采用圓弧連接，而輪廓加工則要采用水平圓弧進(jìn)退刀等。 6．刀具設(shè)定 刀具可根據(jù)加工車間習(xí)慣進(jìn)行設(shè)定，在設(shè)定刀具時，最好將刀具名稱設(shè)為與刀具大小相同，并加上刀具的代號。如直徑為16mm的球頭刀，可將它命名為“Q16”，這樣命名有利于編程時對刀具的選用和檢查。 加工參數(shù)也可以通過PowerMILL中的宏來記錄剛才的參數(shù)設(shè)定。宏的運(yùn)用不但省去了許多重復(fù)操作，節(jié)約了編程時間，而且還降低了編程的錯誤率。宏還可以放在用戶菜單里，用戶可以根據(jù)自己的喜好進(jìn)行設(shè)定。通過用戶菜單可以執(zhí)行宏，也可以執(zhí)行一些其他操作。 7．碰撞檢查設(shè)定 在防止碰撞方面，PowerMILL和其他的CAM軟件都提供了碰撞檢查功能。兩者不同的是，其他的CAM軟件的碰撞檢查功能只能在清除余料中使用，而且在發(fā)生碰撞的時候，其他的CAM軟件的刀軌運(yùn)算時間會大幅度增加，而PowerMILL的防碰撞功能在運(yùn)算時間上要比其他的CAM軟件少很多。另外，PowerMILL既可以在生成程序時檢查，也可以在程序生成后檢查，并且PowerMILL的防碰撞功能還可以檢查型面、輪廓等其他操作是否會碰撞。在這一點(diǎn)上，PowerMILL提供了全方位的安全措施，提高了程序的安全性，降低了加工過切及碰撞的問題，而其他的CAM軟件顯得比較薄弱。 1.3 數(shù)控加工銑削刀具 與普通機(jī)床加工相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要刀具的剛性好、精度高，而且要求刀具尺寸穩(wěn)定、耐用度高，斷屑及排屑性能好。 1.3.1 銑削刀具的類型與選用 銑削刀具選擇合理與否，直接決定了加工質(zhì)量和加工效率。刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行的，應(yīng)根據(jù)加工材料性能、銑削量、工件結(jié)構(gòu)形狀、加工方式、機(jī)床加工能力和承受負(fù)荷，以及其他相關(guān)因素來選擇刀具。刀具選擇總的原則是安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，應(yīng)該盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。 1．銑削刀具的類型 為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、高效和自動化程度高等特點(diǎn)，銑削刀具可分為整體式和鑲嵌式兩種，如圖1-1所示。整體式刀具的刀刃與刀柄連接一體，整體式刀具在早期是應(yīng)用最廣泛、最有效的銑削刀具。鑲嵌式刀具是通過通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄連接而成，目前鑲嵌式刀具已成為銑削刀具中的主流，在數(shù)量上達(dá)到了整個數(shù)控刀具的30%~40%，金屬切除量占總數(shù)的80%~90%，如圖1-2和圖1-3所示為常用的鑲嵌式銑削刀具和刀把種類及其安裝方法。 整體式 鑲嵌式 圖?1-1 刀具分類 圖?1-2 鑲嵌式銑削刀具和刀把種類 圖?1-3 鑲嵌式銑削刀具的安裝方法 由于立銑刀與刀夾之間存在微小間隙，所以在加工過程中刀具有可能出現(xiàn)振動現(xiàn)象。振動會使銑削力不均勻，影響加工精度和刀具使用壽命。當(dāng)加工出的溝槽寬度偏小時，也可以有目的地使刀具振動，通過增大銑削量來獲得所需槽寬，但這種情況下，應(yīng)將立銑刀的最大振幅限制在0.02mm以下，否則無法進(jìn)行穩(wěn)定的銑削。在正常加工中，立銑刀的振動越小越好。 當(dāng)出現(xiàn)刀具振動時，應(yīng)考慮降低銑削速度和進(jìn)給速度，若兩者都已降低40%后仍存在較大振動，則應(yīng)考慮減小吃刀量。 如果加工系統(tǒng)出現(xiàn)共振，其原因可能是銑削速度過大、刀具系統(tǒng)剛性不足、工件裝夾力不夠以及工件形狀或工件裝夾方法等因素所致。此時應(yīng)采取調(diào)整銑削用量、增加刀具系統(tǒng)剛度、提高進(jìn)給速度等措施。 2．銑削刀具的選擇 在實(shí)際模具生產(chǎn)加工當(dāng)中，數(shù)控銑削刀具與普通機(jī)床所用的銑削刀具相比，有許多要求，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)： （1）剛性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及熱變形小。 （2）互換性好，便于快速換刀。 （3）壽命高，銑削性能穩(wěn)定、可靠。 （4）刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時間。 （5）刀具應(yīng)能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除。 （6）系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，以利于編程和刀具管理。 為了合理加工工件及選擇銑削刀具，必須先分析被加工工件形狀、尺寸大小、材料硬度等條件。一般加工平坦零件時，采用端銑刀；在加工凸臺、凹槽時，可選擇鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀或高速鋼立銑刀；而對一些立體自由曲面型面和變化斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。但在進(jìn)行自由曲面加工時，由于球頭刀具的端部銑削速度為零，因此，為保證加工精度，銑削間距一般取得很小，故球頭刀常用于曲面的精加工。而圓鼻刀具在表面加工質(zhì)量和銑削效率方面都優(yōu)于球頭刀，因此，只要在保證不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應(yīng)優(yōu)先選擇圓鼻刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關(guān)系極大。在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來了加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低，圖1-4是根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形狀所選用的銑削刀具。 在模具零件數(shù)控加工當(dāng)中，一般需要劃分粗加工、半精加工和精加工工序，如圖1-5所示。粗加工時選擇大刀具、大銑削量，其銑削量一般在1~5mm；半精加工時選擇比粗加工要小的刀具，其銑削量一般為0.3~1mm；而精加工時根據(jù)零件最小位置尺寸選擇小于其最小位置尺寸的刀具，其銑削量一般在0.5mm以下。 圖?1-4 根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形狀所選用的銑削刀具 圖?1-5 加工工序 在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控加工中，由于刀具的刃磨、測量和更換等多為人工手動進(jìn)行，占用的輔助時間較長，因此必須合理安排刀具的排列順序。一般應(yīng)遵循以下原則： （1）盡量減少刀具數(shù)量。 （2）一把刀具裝夾后，應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工部位。 （3）粗精加工的刀具應(yīng)分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具。 （4）先銑后鉆。 （5）先進(jìn)行曲面精加工，后進(jìn)行二維輪廓精加工。 （6）在可能的情況下，應(yīng)盡可能利用數(shù)控機(jī)床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。 刀具直徑的選取應(yīng)遵循以下原則：粗加工時根據(jù)工件特點(diǎn)盡量選取較大直徑刀具，能加大銑削用量，提高粗加工效率。精加工時，應(yīng)根據(jù)輪廓最小圓角，選用小于圓角的刀具，從而提高加工表面的質(zhì)量，刀具直徑如圖1-6所示。 刀角半徑的選?。呵虻痘驁A角刀的刀尖圓角，應(yīng)根據(jù)輪廓周邊的過渡圓角設(shè)定，以避免過切現(xiàn)象發(fā)生，刀具半徑如圖1-7所示。 圖?1-6 刀具直徑 圖?1-7 刀角半徑 1.3.2 銑削刀具的使用注意事項 使用銑削刀具必須明確其用途和安裝方法，避免發(fā)生事故。表1-1所示為銑削刀具的使用注意事項。 表1-1 銑削刀具的使用注意事項 刀 具 種 類 事 故 原 因 避 免 方 法 所有銑削刀具 由于刀刃很鋒利，因此直接用手觸及有碰傷的可能 特別是從套殼中取出時或?qū)⑵浒惭b在機(jī)床上時，請使用手套等保護(hù)用品 使用錯誤的方法或使用條件不恰當(dāng)，可導(dǎo)致刀具破損飛出，造成碰傷的危險 請使用安全罩，保護(hù)眼睛 由于沖擊負(fù)荷，刀具過度磨損，使銑削力劇增，導(dǎo)致刀具破損飛濺，而有傷害操作人員的危險 請使用安全罩，保護(hù)眼睛 請及時更換磨損的刀具 高溫的切屑飛濺及過長切屑排出，可造成傷害及燙傷操作人員 請用保護(hù)手套等保護(hù)用具 銑削過程產(chǎn)生高溫，切莫直接觸摸加工完的刀具或工件，以避免燙傷的危險 請使用安全罩，保護(hù)眼睛 在除去切屑時應(yīng)關(guān)停機(jī)床，并戴上手套采用鉗子或夾子等工具 銑削中產(chǎn)生的火花和劇烈磨擦的刀具產(chǎn)生高溫及高溫的切屑，都有可能引發(fā)火災(zāi) 易燃易爆物應(yīng)遠(yuǎn)離銑削區(qū) 在使用非水溶性銑削液時應(yīng)采用防火措施 在高速旋轉(zhuǎn)時，如機(jī)床夾具等平衡性能差，會產(chǎn)生振動及顫振，使刀具破碎而發(fā)生危險情況 請使用安全罩，保護(hù)眼睛 必須對機(jī)床進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，并確認(rèn)沒有振動或顫振等導(dǎo)常聲音再正式操作 工件上產(chǎn)生毛刺等缺陷，直接用手觸摸有受傷的危險 請不要裸手觸摸工件 銑削刀具 （帶可轉(zhuǎn)位刀片） 若未把刀片與有關(guān)零件夾緊，在銑削中有脫落或飛出的可能，造成傷害事故 安裝刀片的定位面和緊固零件，不允許有雜物粘附，應(yīng)仔細(xì)檢查后認(rèn)為可靠再安裝刀片 請使用附帶的專用扳手夾固刀片與零件，專用扳手決不允許作其他用途 用通用套筒扳手等輔助工具時，若夾緊力太大，會造成刀片產(chǎn)生微裂紋等缺陷，產(chǎn)生事故隱患 只允許用附帶的專用扳手夾緊刀片等零件 刀具高速旋轉(zhuǎn)時，由于離心力，刀片有可能飛出的危險 請參照產(chǎn)品使用說明書和樣本，在推薦的范圍內(nèi)使用 各種銑刀及其他旋轉(zhuǎn)刀具 銑刀類刀具，由于刃口鋒利直接用手觸摸可能碰傷手 請用保護(hù)手套等保護(hù)用具 刀具因偏心旋轉(zhuǎn)、不平衡等因素引起顫振、振動等，并由于刀具破碎而飛濺，會造成傷害事故 旋轉(zhuǎn)速度按推薦的條件選擇 為防止因軸承磨損引起的偏心回轉(zhuǎn)振動等，應(yīng)定期檢查回轉(zhuǎn)部分精度和調(diào)整平衡 續(xù)表 刀 具 種 類 事 故 原 因 避 免 方 法 鉆頭 工件旋轉(zhuǎn)加工通孔時，當(dāng)鉆通時切剩部分常會高速飛出，這種飛出物呈圓盤狀且鋒利，十分危險易造成事故 請使用安全罩，保護(hù)眼睛等防保用具，并在夾持部分裝上外罩 極小直徑的鉆頭其頂部是尖形，十分銳利，用手接觸不小心易刺傷。鉆頭折斷在工件內(nèi)將難以取出，還有可能折斷飛出，易造成傷害事故 操作時必須充分注意安全，請使用保護(hù)手套，保護(hù)眼睛 焊接刀具 有刀片脫落，破碎造成受傷的危險性 使用前要確認(rèn)已牢靠焊上 其他 在規(guī)定用途以外使用時，會招致機(jī)床或刀具的損壞，非常危險 請遵守規(guī)定的使用方法 1.3.3 平面銑削加工刀具各部分作用 1．平面銑刀銑削刃各角度的功能 平面銑刀銑削刃各角度的功能，如表1-2所示。 表1-2 平面銑刀銑削刃各角度的功能 平面銑削刀具功能表達(dá) 名 稱 代 號 功 能 效 果 軸向前角 A.R 決定切屑排出方向 正角時，銑削性能好 徑向前角 R.R 決定銑削刃鋒利程度 負(fù)角時，切屑排出性能良好 余偏角 CH 決定銑削 厚度 角度大時，銑削厚變薄，銑削時沖擊力小，但背向力大 前角 T 決定實(shí)際 銑削刃鋒的程度 正角時，銑削性能好，切屑難熔附 負(fù)角時，銑削性能差，但銑削刃強(qiáng)度高 刃傾角 l 決定切屑排出方向 正角大時，排屑性能良好，但銑削刃強(qiáng)度低 2．基本刃形 平面銑刀的基本刃形，如表1-3所示。 表1-3 平面銑刀的基本刃形 前角的正負(fù) 基 本 刃 形 基本刃形的組合 ● 刀尖先接觸銑削刃稱正前角 ● 刀尖后接觸銑削刃稱負(fù)前角 軸向前角(A.R) 正（+） 負(fù)（-） 正（+） 徑向前角(R.R) 正（+） 負(fù)（-） 負(fù)（-） 刀片規(guī)格 正角型刀片 （單面使用） 負(fù)角型刀片 （雙面使用） 正角型刀片 （單面使用） 工件材料 鋼 ● ● 鑄鐵 ● ● 輕合金 ● 難加工 材料 ● ● 3．余偏角（CH）與銑削特性 余偏角（CH）與銑削特性，如表1-4所示。 表1-4 余偏角（CH）與銑削特性 工件材料：SCM440（HB281） 刀具：F125 mm單刃 銑削條件：vc=125.6 mm/min ap=4 mm ae=110 mm 余偏角 0o 背向力是相反方向的作用力。工件夾緊剛性差時，背向力會使工件抬起 余偏角 15o 加工薄壁工件等剛性差的工件時，推薦余偏角為15的面銑刀 不同刃形銑削力的比較 主銑削力：與面銑刀回轉(zhuǎn)方向相反的力 背向力：在軸向反推面銑刀的力 進(jìn)給力：抵抗工作臺進(jìn)給的力 余偏角 45o 背向力最大。加工薄壁零件時，工件會發(fā)生去撓曲，導(dǎo)致加工精度下降。而銑削鑄鐵時，有利于防止工件邊緣產(chǎn)生崩落 1.3.4 立銑刀各部分的名稱和刃數(shù) 通過了解立銑刀各部分的名稱和刃數(shù)，可以更好地利用刀具進(jìn)行編程，避免刀具選擇不當(dāng)而造成過切或撞刀等現(xiàn)象的發(fā)生。 1．立銑刀各部分的名稱 立銑刀各部分的名稱，如圖1-8所示。 圖?1-8 立銑刀各部分的名稱 2．立銑刀的齒數(shù)與容屑槽截面積比 立銑刀的齒數(shù)與容屑槽截面積比，如圖1-9所示。 圖?1-9 立銑刀的齒數(shù)與容屑槽截面積比 表1-5所示為齒數(shù)與容屑槽的特點(diǎn)。 表1-5 齒數(shù)與容屑槽特點(diǎn) 2刃 3刃 4刃 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 切屑排出順暢，縱向進(jìn)給加工容易 切屑排出順暢，縱向進(jìn)給加工容易 剛性高 缺點(diǎn) 剛性低 外徑測定困難 切屑排出不順暢 續(xù)表 2刃 3刃 4刃 用途 用于切槽、側(cè)面加工及孔加工等用途廣泛 用于槽、側(cè)面加工、重銑削、精加工 用于淺槽、側(cè)面加工及精加工 3．立銑刀的種類與形狀 立銑刀的種類與形狀可以按外圓刃、底刃、手柄和頸部進(jìn)行分類，不同的類型其形狀特點(diǎn)不同，而且其所加工的位置也不相同。 （1）外周刃的種類、形狀和特點(diǎn) 外周刃的種類、形狀和特點(diǎn)，如表1-6所示。 表1-6 外周刃的種類、形狀和特點(diǎn) 種 類 形 狀 特 點(diǎn) 普通刃 使用廣泛，應(yīng)用在槽加工、側(cè)面加工及臺階面加工等。另外在粗加工、半精加工及精加工所有場合均可使用 錐形刃 用于普通刃加工后的錐面加工、模具起模斜度加工和凹窩部分加工 粗加工刃 刀刃成波形，切屑細(xì)小，銑削力小。適用于粗加工，不宜精加工。需要磨削前面 成形刃 作為特別訂貨產(chǎn)品。左圖為加工圓角R的刀具，該類刀具可根據(jù)加工零件的形狀而改變?nèi)行巍６酁樘厥庥嗀洰a(chǎn)品 （2）底刃的種類、形狀和特點(diǎn) 底刃的種類、形狀和特點(diǎn)，如表1-7所示。 表1-7 底刃的種類、形狀和特點(diǎn) 種 類 形 狀 特 點(diǎn) 帶有中心孔的直角頭型刃 使用廣泛，可用于槽加工、側(cè)面加工及臺階面加工等。不能縱向切入加工，但由于磨削時有2個中心孔支撐，故重磨精度高 可中心銑削的直角頭型刃 使用廣泛，可用于槽加工、側(cè)面加工及臺階面加工等。雖能進(jìn)行縱向切入加工，但刃數(shù)越少，縱向切深性能越好。可夾持一頭重磨 球頭刀 它是曲面加工不可缺的刀具，尖端部由于容屑槽小，故切屑排出性能差 圓弧頭刃 用于轉(zhuǎn)角部R的加工與周期進(jìn)給加工。在周期進(jìn)給加工時，R即使再小，也能用于直徑大的立銑刀，進(jìn)行高效加工 （3）手柄及頸部的種類、形狀和特點(diǎn) 手柄及頸部的種類、形狀和特點(diǎn)，如表1-8所示。 表1-8 手柄及頸部的種類、形狀和特點(diǎn) 種 類 形 狀 特 點(diǎn) 直柄 使用廣泛 長柄 深部雕刻加工用，由于刀柄長，按使用目的懸伸一定長度即可使用 復(fù)合柄 帶平面的刀柄，用于立銑刀在加工中心中也能卸脫。立銑刀直徑超過30mm的用它 長頸 可作小直徑立銑刀深部雕刻加工用，也可用于鏜削 錐頸 能對模具斜角的壁面深雕刻發(fā)揮較大的作用，能在具有傾斜壁面模具的深部進(jìn)行雕刻加工 1.4 數(shù)控編程的一般操作流程 數(shù)控編程加工的操作過程為首先加載毛坯，定義工序加工的對象，設(shè)計刀具，定義加工的方式并生成該相應(yīng)的加工程式，然后依據(jù)加工程式的內(nèi)容，如加工對象的具體參數(shù)、刀具的導(dǎo)動方式、銑削步距、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、銑削角度、進(jìn)退刀點(diǎn)、干涉面及安全平面等詳細(xì)內(nèi)容來確立刀具軌跡的生成方式；仿真加工后對刀具軌跡進(jìn)行相應(yīng)的編輯修改、復(fù)制等；待所有的刀具軌跡設(shè)計合格后，進(jìn)行后處理生成相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的加工代碼進(jìn)行DNC傳輸與數(shù)控加工，其具體流程如圖1-10所示。 圖?1-10 數(shù)控加工一般操作流程圖 1.4.1 導(dǎo)入CAD模型 導(dǎo)入CAD模型作為數(shù)控加工的第一步?jīng)Q定著之后操作的成敗與否，其導(dǎo)入模型的收縮率、單位或形狀結(jié)構(gòu)等參數(shù)必須符合實(shí)際要求。導(dǎo)入CAD模型步驟分為兩個步驟：首先必須進(jìn)行CAD文件轉(zhuǎn)換，CAD文件通過PS-Exchange轉(zhuǎn)換，然后通過PowerMILL導(dǎo)入。如果沒有PS-Exchange轉(zhuǎn)換，PowerMILL則是無法導(dǎo)入CAD模型的。 PowerMILL導(dǎo)入CAD模型，可以通過選擇菜單欄中的【文件】/【范例】選項裝載模型，如圖1-11所示。 圖?1-11 【加工模型裝載】操作步驟 PowerMILL 7.0可接受多種類型格式的數(shù)據(jù)文件，打開【打開范例】對話框中的【文件類型】下拉列表框，如圖1-12所示，可根據(jù)需要選擇不同的類型格式打開模型數(shù)據(jù)文件。 圖?1-12 PowerMILL7.0數(shù)據(jù)文件的類型格式 1.4.2 分析模型加工工藝 加工工藝分析就是指對零件的加工順序進(jìn)行規(guī)劃，其具體安排應(yīng)該根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)、材料特性、夾緊定位、機(jī)床功能、加工部位的數(shù)量以及安裝次數(shù)等進(jìn)行靈活劃分，一般可根據(jù)下列方法進(jìn)行劃分。 1．刀具集中分序法 以應(yīng)用的刀具進(jìn)行劃分，用同一把刀具加工完成所有可以加工的零件部位，再用第2把或第3把刀具完成它們可以完成的其他部位。這樣可減少換刀次數(shù)，壓縮空白程序的時間，減少不必要的定位誤差。 2．加工部位分序法 在數(shù)控機(jī)床上加工零件，工序可以集中。對于加工部位很多的零件可一次裝夾并盡可能完成全部工序，可按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將加工部位分成幾個部分，如內(nèi)形、外形、曲面或平面等。但一般應(yīng)遵循下列原則： （1）一般先加工平面、定位面，后加工孔。 （2）先加工簡單的幾何形狀，再加工復(fù)雜的幾何形狀。 （3）先加工精度較低的部位，再加工精度要求較高的部位。 3．以粗、精加工分序法 對于易發(fā)生加工變形的零件，由于粗加工后可能發(fā)生變形而需要進(jìn)行校形，故一般要進(jìn)行粗、精加工的都要將工序分開。 4．保證精度的原則 數(shù)控加工要求工序集中，通常粗、精加工在一次裝夾下完成，為減少熱變形和銑削力變形對工件的形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，應(yīng)將粗、精加工分開進(jìn)行。對軸類或盤類零件，將各處先粗加工，留少量余量精加工，以保證表面質(zhì)量要求。同時，對一些箱體工件，為保證孔的加工精度，應(yīng)先加工表面而后加工孔。? 綜上所述，在劃分工序時，一般將以上幾點(diǎn)都應(yīng)考慮進(jìn)去，然后再根據(jù)實(shí)際加工零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定，但一定要力求合理。 1.4.3 設(shè)置數(shù)控加工原點(diǎn)坐標(biāo)系 建立坐標(biāo)系是為了確定刀具或工件在機(jī)床中的位置，確定機(jī)床運(yùn)動部件的位置及其運(yùn)動范圍。統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系各軸的名稱及其正負(fù)方向，可以簡化程序編制，并使所編的程序具有互換性。 數(shù)控機(jī)床上的坐標(biāo)系是采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系，大拇指的方向為X軸的正方向，食指為Y軸的正方向，中指為Z軸的正方向，如圖1-13所示。 工件原點(diǎn)位置是由操作者自己設(shè)定的，它在工件裝夾完畢后，通過分中與對刀確定。它反映的是工件與機(jī)床原點(diǎn)之間的距離位置關(guān)系。工件坐標(biāo)系一旦固定，一般不再改變，如圖1-14所示。 機(jī)械原點(diǎn) 工件原點(diǎn) 圖?1-13 右手直角笛卡兒坐標(biāo)系 圖?1-14 數(shù)控加工原點(diǎn)坐標(biāo)位置 1.4.4 工件的裝夾、校正 工件在進(jìn)行銑削加工之前，必須準(zhǔn)確可靠地裝夾在機(jī)床上，用來確定工件在機(jī)床上的位置點(diǎn)、線或面，稱為定位基準(zhǔn)。因為點(diǎn)或線一般由具體的表面體現(xiàn)，所以工件上的定位基準(zhǔn)又稱定位基準(zhǔn)面。 裝夾是指將工件在機(jī)床上或夾具中定位、夾緊的過程，可采用虎鉗或加底板抽螺絲等方式裝夾。裝夾時首先將標(biāo)準(zhǔn)墊塊放在虎鉗口，并放入工件，接著輕輕鎖緊工件，然后通過百分表或千分表校正工件的水平和垂直位置，然后再鎖緊工件，最后再復(fù)核一次工件有沒有移位。 在確定定位基準(zhǔn)與夾緊方案時應(yīng)注意如下3點(diǎn)： （1）力求設(shè)計、工藝與編程計算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。 （2）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能做到在一次裝夾定位后就能加工出全部待加工的部位。 （3）夾具要開暢，其定位、夾緊機(jī)構(gòu)不能影響加工中的走刀，避免刀具與夾緊機(jī)構(gòu)碰撞。遇到此類情況時，可采用用虎鉗或加底板抽螺絲的方式裝夾。 1.4.5 設(shè)置加工銑削參數(shù) 1．銑削用量 銑削參數(shù)作為數(shù)控加工中的主導(dǎo)關(guān)鍵之一，其設(shè)置的可靠與否直接影響到加工效率、刀具壽命或零件精度等問題。在數(shù)控加工過程中，可在人機(jī)交互狀態(tài)下即時選擇刀具和確定銑削用量。因此，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和銑削用量的確定原則，從而保證零件的加工質(zhì)量和加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)水平。合理選擇銑削用量的原則如下： （1）粗加工時，為提高效率，在保證刀具、夾具和機(jī)床強(qiáng)度鋼性足夠的條件下，銑削用量的選擇順序是：先把銑削深度選大一些，其次選取較大的進(jìn)給量，然后選適當(dāng)?shù)你娤魉俣取．?dāng)加工余量小，銑削深度不可能大時，可適當(dāng)增加進(jìn)給量。當(dāng)銑削材料表面有硬皮層（如鑄鐵），一次銑削深度應(yīng)超越硬皮層厚度，使刀具在首次銑削時刀刃不易磨損，避免刀具與材料硬皮層直接接觸時產(chǎn)生崩刀現(xiàn)象。銑削有色金屬時，材料塑性韌性較好，硬度較低，銑削用量可適當(dāng)選大，如主軸轉(zhuǎn)速可選較大值，但進(jìn)給速度不可太大，否則紫銅材料易產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象。 （2）精加工時，加工余量小，為了保證工件的表面光潔度，盡可能增加銑削速度，這時進(jìn)給量可適當(dāng)減少。銑削用量可根據(jù)加工余量和零件的技術(shù)要求而定。 （3）高速銑削是采用硬質(zhì)合金刀，在很高的轉(zhuǎn)速下，利用銑削中產(chǎn)生的高溫（600~1000℃），使工件加工表面軟化，而又能充分發(fā)揮刀具銑削性能的一種高效加工方法。高速銑削時，應(yīng)根據(jù)具體牌號來確定銑削用量。 2．主軸轉(zhuǎn)速 表示主軸轉(zhuǎn)動速度，單位為r/min?？筛鶕?jù)刀具直徑大小、刀具材料、零件材料等情況設(shè)定。計算公式為： 設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速一般應(yīng)遵從下列幾點(diǎn)原則： （1）刀具直徑越大，為使每刀齒的銑削完全，設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)越低。 （2）刀具直徑越小，為保證刀具的鋼性，設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)越高。 （3）刀具材料越硬，為避免刀具刀齒受過慢速度影響，沖擊刀具，設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)越高。 （4）銑削材料塑性越大，例如紫銅電極加工，主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)越高。 （5）銑削材料硬度大，塑性韌性越小，主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)越低。 根據(jù)經(jīng)驗，高速鋼Φ3~16的直徑刀具，一般設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速為500~1800r/min；硬質(zhì)合金刀具為1500~3000r/min（高速加工除外）。 數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)（倍率）開關(guān)，可在加工過程中對主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。 如果選擇的是著名廠家生產(chǎn)的刀具，例如東芝、日立、三菱、SECO、山特維克等刀具或一些特殊功能的刀具，主軸轉(zhuǎn)速可以參考廠商提供的銑削用量計算公式，進(jìn)行其刀具主軸轉(zhuǎn)速參數(shù)值的計算。 （6）銑削速度 銑削速度指刀具銑削材料時的速度，單位為m/min。 銑削速度應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具和工件材料來選擇。銑削速度的增加也可以提高生產(chǎn)效率。加工表面粗糙度要求低時，銑削速度可選擇大些；加工材料硬度較高時，可選擇較慢的速度。 在模具加工過程中，銑削速度的編程設(shè)定值一般比實(shí)際加工的速度要大，使實(shí)際加工速度調(diào)整范圍值較大。因為實(shí)際加工速度可通過機(jī)床控制面板上的修調(diào)（倍率）開關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整，在實(shí)際加工時如果遇到空刀加工，速度可以調(diào)整快一些，提高空刀行進(jìn)速率，但是最大進(jìn)給速度要受到設(shè)備剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性能等的限制。 銑削速度參數(shù)直接影響加工表面質(zhì)量，通?？醇庸で闆r來判斷是否設(shè)置合理，一是看材料，看切落的鐵屑是否為片狀，顏色與毛坯是否相仿，如若相仿則設(shè)置合理。二是聽聲音，聲音正常，沒有工件振動聲響則為合理。若出現(xiàn)顆粒、粉末、成紫色、紫紅色，表示銑削用量不合理或過大，但硬質(zhì)合金材料除外。 1.4.6 生成刀軌并檢驗刀軌 在PowerMILL加工系統(tǒng)中生成刀具路徑而產(chǎn)生的刀軌，可以明顯地反映刀具的方向和銑削部位，通過碰撞功能，還可以檢驗夾具碰撞、刀具的有效長度和增加到不發(fā)生碰撞所需的最小刀具長度。 1．生成刀軌 生成刀軌是指通過路徑軌跡反映模型零件的銑削位置（刀具的移動軌跡）。PowerMILL系統(tǒng)為刀軌的生成提供了顏色的區(qū)分，使用戶可以清晰地了解到模型零件上各個位置的銑削情況，并能有效地防止過切或撞刀的發(fā)生，用戶可以通過如圖1-15所示的刀軌查看其銑削位置。 圖?1-15 查看刀軌 2．檢驗刀軌 使用PowerMILL 7.0中的碰撞檢查功能可探測出刀具夾持或刀桿距工件距離是否小于間隙值范圍，可對激活的刀具路徑進(jìn)行碰撞檢查。 對激活的刀具路徑進(jìn)行碰撞檢查時，PowerMILL 7.0將在屏幕上顯示出最大的碰撞深度并將刀具路徑分割成兩個部分，如圖1-16所示。其中一部分是沒有碰撞的刀具路徑部分，而另一部分則是在不改變刀具長度的情況下會發(fā)生碰撞的刀具路徑部分。會發(fā)生碰撞部分刀具路徑的刀具長度將會自動增加到不發(fā)生碰撞所需的最小刀具長度，因此對任何刀具路徑而言都不會發(fā)生碰撞。 原刀具路徑 分割后刀具路徑 圖?1-16 顯示碰撞深度和分割刀具路徑 1.4.7 NC后處理與創(chuàng)建車間工藝文件 對于NC后處理格式，一般的用戶有3個層次的需求： （1）PowerMILL自帶的后處理中有適合自己機(jī)床要求的，不需要修改、增刪代碼。 （2）沒有適合的，需要改寫后處理。 （3）機(jī)床的代碼格式完全與普通代碼格式不同，需建立全新的后處理。 車間工藝文件也就是數(shù)控加工程序單，是編程人員與機(jī)床操作員之間的交流平臺。當(dāng)編程人員編完一個模型零件的程序后，應(yīng)在數(shù)控加工程序單上填寫文件編號、日期、程序名、刀具類型、裝夾長度、加工方式、余量和分中方式等參數(shù)，但一些特殊的工藝要求還需要編程人員與機(jī)床操作員相互交流，以求達(dá)到共識。數(shù)控加工程序單的具體要求如表1-9所示。 表1-9 數(shù)控加工程序單 文件編號： 日 期： 年 月 日 編程員： 裝夾方式： ￡ 虎鉗 ￡ 碼板 ￡ 專用夾具 ￡ 其他 序號 程序名 刀 具 加工方式 加工余量 備注 直徑 圓角半徑 裝夾長度 類型 壁余量 底部余量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 安裝示意圖： 取數(shù)基準(zhǔn)： ￡ 四邊分中 ￡ 基準(zhǔn)邊 材料尺寸： 材料類型 操作員 機(jī)床編號 加工開始時間 加工完成時間 圖形存檔 程序存檔 1.5 學(xué)習(xí)回顧 本章主要介紹了數(shù)控編程加工的入門知識，包括數(shù)控加工特點(diǎn)與工藝、加工類型與參數(shù)的確定、數(shù)控加工銑削刀具和數(shù)控編程的一般操作流程。通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)該能夠運(yùn)用PowerMILL軟件進(jìn)行數(shù)控加工編程和定制加工工藝。 學(xué)習(xí)本章應(yīng)該重點(diǎn)掌握PowerMILL數(shù)控加工的一般過程和基本參數(shù)的設(shè)置。同時，學(xué)習(xí)本章內(nèi)容是為了學(xué)習(xí)后面的內(nèi)容做鋪墊，讀者應(yīng)該將本章所學(xué)內(nèi)容融會貫通到其他章節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容上，達(dá)到學(xué)以致用的目的。 1.6 練習(xí)題 （1）數(shù)控加工銑削刀具類型有幾類？ （2）數(shù)控加工的一般操作流程包括哪些內(nèi)容？ （3）分析模型加工工藝步驟。 （4）合理安排刀具的一般原則有哪些？