1、教 案教師姓名授課日期年 月 日 第2周授課班級課程名稱數控銑/加工中心加工工藝與編程教學項目（或章節）數控銑/加工中心的加工工藝對刀原理與操作教學場所要求仿真實驗室、數控實訓中心教學所需時數4課程類型PA（純理論課） B（<理論+實踐>課） C（純實踐課）教學目標知識目標： 1、了解數控銑削加工工藝基本內容；2、掌握數控銑削加工方法的選擇； 3、掌握切削用量的選擇。 能力目標：掌握數控銑加工工藝的基本內容與方法能運用仿真軟件進行對刀操作教學重點銑削加工工藝的基本內容教學難點切削用量的合理選擇學情分析教學設計利用多媒體與仿真軟件教學，采用任務驅動和小組學習法，教學做合一調動學生主體

2、積極性，并學會交流協作、檢查和評價，掌握職業活動中的實際工作過程和工作方法。課外作業教材項目一自測題部分教學反思教學過程組織教學內容一、數控銑削加工工藝數控銑削加工工藝分析是數控銑削加工的一項重要工作，工藝分析的合理與否，直接影響到零件的加工質量，生產效率和加工成本。在編制數控程序時，根據零件圖紙要求首先應該考慮的幾個問題：1 零件圖樣的工藝分析1）零件圖樣尺寸標注應符合編程的方便在數控加工圖上，宜采用以同一基準引注尺寸或直接給出坐標尺寸。這種標注方法，既便于編程，也便于協調設計基準、工藝基準、檢測基準與編程零點的設置和計算。2）零件輪廓結構的幾何元素條件應充分在編程時要對構成零件輪廓的所有幾

3、何元素進行定義。在分析零件圖時，要分析各種幾何元素的條件是否充分，如果不充分，則無法對被加工的零件進行編程或造型。3）零件所要求的加工精度、尺寸公差應能否得到保證雖然數控機床加工精度很高，但對一些特殊情況，例如薄壁零件的加工，由于薄壁件的剛性較差，加工時產生的切削力及薄壁的彈性退讓極易產生切削面的振動，使得薄壁厚度尺寸公差難以保證，其表面粗糙度也隨之增大，根據實踐經驗，對于面積較大的薄壁，當其厚度小于3mm時，應在工藝上充分重視這一問題。4）零件內輪廓和外形輪廓的幾何類型和尺寸是否統一在數控編程，如果零件的內輪廓與外輪廓幾何類型相同或相似，考慮是否可以編在同一個程序，盡可能減少刀具規格和換刀次

4、數，以減少輔助時間，提高加工效率。需要注意的是，刀具的直徑常常受內輪廓圓弧半徑R限制。5）零件的工藝結構設計能否采用較大直徑的刀具進行加工采用較大直徑銑刀來加工，可以減少刀具的走刀次數，提高刀具的剛性系統，不但加工效率得到提高，而且工件表面和底面的加工質量也相應的得到提高。6）零件銑削面的槽底圓角半徑或底板與緣板相交處的圓角半徑r不宜太大圖 （3-1）由于銑刀與銑削平面接觸的最大直徑d=D-2r，其中D為銑刀直徑。當D一定時，圓角半徑r（如圖（3-1）所示）越大，銑刀端刃銑削平面的能力越差，效率也就越低，工藝性也越差。當r大到一定程度時甚至必須用球頭銑刀加工，這是應當避免的。當D越大而r越小，

5、銑刀端刃銑削平面的面積就越大，加工平面的能力越強， 銑削工藝性當然也越好。有時，銑削的底面面積較大，底部圓弧r也較大時，可以用兩把r不同的銑刀分兩次進行切削。 5）保證基準統一原則若零件在銑削完一面后再重新安裝銑削面的另一面，由于基準不統一，往往會因為零件重新安裝而接不好刀，加工結束后正反兩面上的輪廓位置及尺寸的不協調。因此，盡量利用零件本身具有的合適的孔或以零件輪廓的基準邊或專門設置工藝孔（如在毛坯上增加工藝凸臺或在后續工序要去除余量上設置基準孔）等作為定位基準，保證兩次裝夾加工后相對位置的準確性。6）考慮零件的變形情況當零件在數控銑削過程中有變形情況時，不但影響零件的加工質量，有時，還會出

6、現蹦刀的現象。這時就應該考慮銑削的加工工藝問題，盡可能把粗、精加工分開或采用對稱去余量的方法。當然也可以采用熱處理的方法來解決。2 加工方法選擇及加工方案的確定1）加工方法選擇根據零件的種類和加工內容選擇合適的數控機床和加工方法。(1)機床的選擇平面輪廓零件的輪廓多由直線、圓弧和曲線組成，一般在兩坐標聯動的數控銑床上加工；具有三維曲面輪廓的零件，多采用三坐標或三坐標以上聯動的數控銑床。(2)粗、精加工的選擇經粗銑的平面，尺寸精度可達IT11IT13級（指兩平面之間的尺寸），表面粗糙度（或值）可達6.3m25m。經粗、精銑的平面，尺寸精度可達IT8IT10級，表面粗糙度值可達1.6m6.3m。（

7、3）孔的加工方法選擇在數控機床上孔加工的方法一般有鉆削、擴削、鉸削和鏜削等。孔加工方案的確定，應根據加工孔的加工要求，尺寸、具體的生產條件，批量的大小以及毛坯上有無預加孔合理選用。1） 加工精度為IT9級，當孔徑小于10時，可采用鉆鉸加工方案；當孔徑小于30mm時，可采用鉆擴加工方案；當孔徑大于30mm時，可采用鉆鏜加工方案。工件材料為淬火鋼以外的金屬。2） 加工精度為IT8級，當孔徑小于20mm時，可采用鉆鉸加工方案；當孔徑小于20mm時，可采用鉆擴鉸加工方案，同時也可以采用最終工序為精鏜的方案。此方案適用于加工除工件材料為淬火鋼以外的金屬，3） 加工精度為IT7級，當孔徑小于12mm時，可

8、采用鉆粗鉸精鉸加工方案；當孔徑在12mm至60mm之間時，可采用鉆擴粗鉸精鉸加工方案。對于加工毛坯己鑄出或鍛出毛坯孔的孔加工，一般采用粗鏜半精鏜孔口倒角一精鏜加工方案。 4）孔精度要求較低且孔徑較大時，可采用立銑刀粗銑精銑加工方案。有空刀槽時可用鋸片銑刀在半精鏜之后、精鏜之前銑削完成，也可用鏜刀進行單刃螳削，但單刃鏜削效率低。5）有同軸度要求的小孔，須采用饒平端面打中心孔鉆半精鏜孔口倒角精鏜（或 鉸）加工方案。為提高孔的位置精度，在鉆孔工步前須安排锪平端面和打中心孔工步。孔口倒角安排在半精加工之后、精加工之前，以防孔內產生毛刺。（4）螺紋的加工螺紋的加工根據孔徑大小而定，一般情況下，直徑在之間

9、的螺紋，通常采用攻螺紋的方法加工。直徑在mm以下的螺紋，在數控機床上完成底孔加工后， 通過其他手段來完成攻螺紋。因為在數控機床上攻螺紋不能隨機控制加工狀態，小直徑絲錐容易拆斷。直徑在mm以上的螺紋，可采用鏜刀片鏜削加工或采用圓弧插補（G02或G03）指令來完成。加上方法的選擇原則：在保證加工表面精度和表面粗糙度要求的前提下，盡可能提高加工效率。由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實際選擇時，要結合零件的形狀、尺寸和熱處理要求全面考慮。此外，還應考慮生產率和經濟性的要求，以及工廠的生產設備等實際情況。2）加工方案確定 確定加工方案時，首先應根據主要表面的尺寸精度和表面粗糙度

10、的要求，初步確定為達到這些要求所需要的加工方法，即精加工的方法，再確定從毛坯到最終成形的加工方案。在加工過程中，工件按表面輪廓可分為平面類和曲面類零件，其中平面類零件中的斜面輪廓又分為有固定斜角和變斜角的外形輪廓面。外形輪廓面的加工，若單純從技術上考慮，最好的加工方案是采用多坐標聯動的數控機床，這樣不但生產效率高，而且加工質量好。但由于一般中小企業無力購買這種價格昂貴、生產費用高的機床，因此應考慮采用2.5軸控制和軸控制機床加工。2.5軸控制和3軸控制機床上加工外形輪廓面，通常采用球頭銑刀，輪廓面的加工精度主要通過控制走刀步長和加工帶寬度來保證。加工精度越高，走刀步長和加工帶寬度越小，編程效率

11、和加工效率越低。如圖（3-2）所示，球頭刀半徑為R，零件曲面上曲率半徑為，行距為，加工后曲面表面殘留高度為。則有：式中，當被加工零件的曲面在b段內是凸的時候取“”號，是凹的時候取“-”號。圖（3-2 ）行距的計算圖3 工藝設計1)工序的劃分在數控機床上加工零件，工序應盡量集中，一次裝夾應盡可能完成大部分工序。數控加工工序的劃分有下列方法：（1）按先面后孔的原則劃分工序 在加工有面和孔的零件時，為提高孔的加工精度，應先加工面，后加工孔這一原則。一方面可以用加工過的平面作為基準；另一方面可以提高孔的加工精度。（2）按所用刀具劃分工序在數控機床上，為了減少換刀次數，縮短輔助時間，經常按集中工序的原則

12、加工零件，即用同一把刀加工完相應的零件的全部加工余量后，再用另一把刀加工其他部位的余量。（3）按粗、精加工劃分工序對于精度要求較高且易發生加工變形的零件，應將粗、精加工分開，這樣可以使粗加工引起的各種變形得到恢復，同時充分發揮粗加工的效率。2)加工余量的選擇加工余量指毛坯實體尺寸與零件（圖紙）尺寸之差。加工余量的大小對零件的加工質量和制造的經濟性有較大的影響。余量過大會浪費原材料及機械加工工時，增加機床、刀具及能源的消耗；余量過小則不能消除上道工序留下的各種誤差、表面缺陷和本工序的裝夾誤差，容易造成廢品。因此，應根據影響余量的因素合理地確定加工余量。零件加工通常要經過粗加工、半精加工、精加工才

13、能達到最終要求。因此，零件總的加工余量等于中間工序加工余量之和。（1） 工序間加工余量的選擇原則采用最小加工余量原則，以求縮短加工時間，降低零件的加工費用。應有充分的加工余量，特別是最后的工序。（2）在選擇加工余量時，還應考慮的情況 由于零件的大小不同，切削力、內應力引起的變形也會有差異，工件大，變形增加，加工余量相應地應大一些。 零件熱處理時引起變形，應適當增大加工余量。 加工方法、裝夾方式和工藝裝備的剛性可能引起的零件變形，過大的加工余量會由于切削力增大引起零件的變形。（3）確定加工余量的方法 查表法： 這種方法是根據各工廠的生產實踐和實驗研究積累的數據，先制成各種表格，再匯集成手冊。確定

14、加工余量時查閱這些手冊，再結合工廠的實際情況進行適當修改后確定。目前我國各工廠普遍采用查表法。經驗估算法： 這種方法是根據工藝編制人員的實際經驗確定加工余量。一般情況下，為了防止因余量過小而產生廢品，經驗估算法的數值總是偏大。經驗估算法常用于單件小批量生產。分析計算法： 這種方法是根據一定的試驗資料數據和加工余量計算公式，分析影響加工余量的各項因素，并計算確定加工余量。這種方法比較合理，但必須有比較全面和可靠的試驗資料數據。目前，只在材料十分貴重，以及少數大量生產的工廠采用。3)進給路線的確定在數控加工中，刀具刀位點相對于工件運動的軌跡稱為加工路線，它是編程的依據，直接影響加工質量和效率。在確

15、定加工路線時要考慮下面幾點：（1）證零件的加工精度和表面質量，且效率要高。（2）盡可能加工路線最短，減少空行程時間和換刀次數，提高生產率。 (3) 減少零件的變形；（4）盡量使數值點計算方便，縮短編程工作時間。（5）合理選擇銑削方式，以提高零件的加工質量。（6）合理選取刀具的起刀點、切入和切出點及刀具的切入和切出方式，保證刀具切入和切出的平穩性。 (7)位置精度要求高的孔系零件的加工應避免機床反向間隙的帶入而影響孔的位置精度； (8)復雜曲面零件的加工應根據零件的實際形狀、精度要求、加工效率等多種因素來確定是行切還是環切，是等距切削還是等高切削的加工路線等。（9）保證加工過程的安全性，避免刀具

16、與非加工面的干涉。4 零件安裝與夾具選擇1） 盡量選擇通用夾具、組合夾具，能使零件一次裝夾中完成全部加工面的加工，并盡可能使零件的定位基準與設計基準重合，以減少定位誤差。一般在模具加工中采用平口虎鉗或壓板為多。2） 裝夾迅速方便及定位準確，以減少輔助時間。3） 零件安裝時，應注意夾緊力的作用點和方向，盡量使切削力的方向與夾緊力方向一致。4） 夾具應具備足夠的強度和剛度，使零件在切削過程中切削平穩，保證零件的加工精度5 對刀點的確定對刀點，即程序的起點，是數控加工時刀具相對工件運動的起，如圖（3-3）所示。在數控編程時對刀點選擇應考慮以下幾點：圖（3-3）（1） 使不程序編程簡單。（2） 對刀點

17、在數控機床上容易找正。（3） 引起的加工誤差最小。（4） 加工過程中便于檢查。（5） 盡量于零件的設計基準或定位基準重合。例如，以孔定位的零件，以孔的中心孔作為對刀點較好，可以減少定位誤差。對刀點可以可以設在被加工零件上，也可以設在夾具等輔助基準上，但必須與零件的定位基準有一定的尺寸關系，這樣才能保證機床坐標系與工件坐標系的相互關系。（6） 應便于對刀點的坐標值的計算。（7） 盡量使加工過程中進刀或退刀的路線最短，并便于換刀。 為了加工方便，一般選取工件編程原點為對刀點。對刀點不僅是程序的起點，往往也是程序的終點。通常，采用絕對坐標系來檢驗對刀點距機床原點坐標值來檢驗對刀的精度。對刀點找正的正

18、確度直接影響加工精度，找正方法的選擇根據零件幾何形狀和零件加工精度要求來確定。一般有些企業為了提高找正精度或減少找正時間，常采用光學或電子式尋邊器來進行找正。6 刀具的選擇 與普通機床相比，數控加工對刀具提出了更高的要求。數控機床要求刀具具有高的強度和硬度，且耐用度好，排屑性能強等特點。同時還應考慮工件材料、機床的加工性能、加工工序、切削用量等有關因素。在內輪廓加工中，刀具選擇應注意刀具半徑要小于內輪廓曲線的最小曲率半徑。數控加工刀具從結構上可分為： 整體式； 鑲嵌式，它可以分為焊接式和機夾式。機夾式根據刀體結構不同，又分為可轉位和不轉位兩種； 減振式，當刀具的工作臂長與直徑之比較大時，為了減

19、少刀具的振動，提高加工精度，多采用此類刀具； 內冷式，切削液通過刀體內部由噴孔噴射到刀具的切削刃部； 特殊型式，如復合刀具、可逆攻螺紋刀具等。數控加工刀具從制造所采用的材料上可分為： 高速鋼刀具； 硬質合金刀具： 陶瓷刀具； 立方氮化硼刀具； 金剛石刀具： 涂層刀具。數控銑床常用刀具有： 鉆削刀具，分小孔、短孔、深孔、攻螺紋、鉸孔等； 鏜削刀具，分粗鏜、精鏜等刀具： 銑削刀具，分面銑、立銑、模具銑刀、鍵槽銑刀、鼓形銑刀、成形銑刀等刀具。7 切削用量的選擇 切削用量包括：主軸轉速、背吃刀量和側吃刀量。背吃刀量和側吃刀量在數控加工中通常稱為切削深度和切削寬度。如圖（3-4）所示。圖（3-4） 銑削

20、切削用量切削用量三者之間有著內在的聯系。在刀具耐用度一定的情況下，實驗證明，切削速度影響最大，其次是進給速度，影響最小的是切削深度或切削寬度。如果片面的追求加工效率，盲目地提高切削速度或切削速度，刀具磨損就會加劇，刀具耐用度大幅度下降。通常，從刀具的耐用度出發，切削用量的選擇方法是：先確定切削深度或切削寬度，其次確定進給出量，最后確定切削速度。選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產率為主，但也應考慮經濟性和加工成本；半精加和精加時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊，刀具切削參數，并結合實際經驗而定。 1)切削深度aP切削深

21、度的選取主要由加工余量和表面質量的要求決定的。原則上盡可能切削深度選大些，可以減少走刀次數，但也不能太大，否則會造成由于切削力過大而造成“悶車”或蹦刃現象，一般來說： 在工件表面粗糙度值要求為Ra12.5m25m時，如果圓周銑削的加工余量小于5mm，端銑的加工余量小于6mm，粗銑一次進給就可以達到要求。但在余量較大，工藝系統剛性較差或機床動力不足時，可分多次進給完成。在工件表面粗糙度值要求為Ra3.2m12.5m時，可分粗銑和半精銑兩步進行。粗銑時切削深度或切削寬度選取同前。粗銑后留0.5mm1.0mm余量，在半精銑時切除。在工件表面粗糙度值要求為Ra0.8m3.2m時，可分粗銑、半精銑、精銑

22、3步進行。半精銑時切削深度或切削寬度取1.5mm2mm：精銑時圓周銑側吃刀量取0.3mm0.5mm，面銑刀背吃刀量取0.5mmlmm。2)進給量進給量有進給速度Vf、每轉進給量f和每齒進給量fZ3種表示方法。進給速度Vf是單位時間內工件與銑刀沿進給方向的相對位移，單位為mmmin，在數控程序中的代碼為F。每轉進給量f是銑刀每轉一轉，工件與銑刀的相對位移，單位為mmr。每齒進給量fZ是銑刀每轉過一齒時，工件與銑刀的相對位移，單位為mmz。 其3種進給量的關系為：Vff·n=fZ·z·n 銑刀轉速為n，銑刀齒數為z。 每齒進給量fZ的選取主要取決于工件材料的力學性能、

23、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料的強度和硬度越高，fZ越小；反之則越大。硬質合金銑刀的每齒進給量高于同類高速鋼銑刀。工件表面粗糙度要求越高，fZ就越小。具體數值可查有關表格選取。攻絲時，送給速度的選擇取決于螺紋的導程P（單位：mm），由于使用了有浮動功能的攻絲夾頭，一般攻絲時，進給速度可略小于理論計算數值，即VfP·n3）主軸轉速主軸轉速主要根據允許的切削速度確定，計算公式如下： 其中：D刀具直徑（mm）；v削速度（m/min）；為主軸轉速（r/min）。附表：表3-1 高速鋼鉆頭加工鋼件的切削用量材料強度（35、45鋼）（）（合金鋼）切削用量鉆頭直徑168250.050.1

24、12300.050.18150.030.086128250.10.212300.10.28150.080. 1512228250.20.312300.20.38150.150.2522508250.30.4512300.30.458150.250.35表3-2 高速鋼鉸刀鉸孔切削用量材料強度鑄鐵鋼及合金鋁銅及合金切削用量鉸刀直徑610260.30.51.250.30.48120.30.51015260.511.250.40.58120.511525260.81.51.250.50. 68120.81.52540260.81.51.250.40.68120.81.54060261.21.81.2

25、50.50.68121.52表3-3 鏜孔切削用量材料強度鑄鐵鋼及合金鋁及其合金工序刀具材料粗鏜高速鋼20250.41.515300.350.71001500.51.5硬質合金35505070100250半精鏜高速鋼20350.150.4515500.150.451002000.20.5硬質合金507095135精鏜高速鋼7090DI級<0.08D級0.120.151001350.120.151504000.060.1硬質合金表3-4 攻螺紋切削用量加工材料鑄鐵鋼及其合金鋁及其合金2.551.555152、 數控銑床的對刀原理與仿真操作（一）XY平面找正1.使用百分表尋找程序原點使用百分表尋找程序原點只適合幾何形狀為回轉體的零件，通過百分表找正使得主軸軸心線與工件軸心線同軸，如圖2-1所示。找正方法：（1）在找正之前，先用手動方式把主軸降到工件上表面附近，大致的使主軸軸心線與工件軸心線同軸，再抬起主軸到一定的高度，把磁力表座吸附在主軸端面，安裝好百分表頭，使表頭與工件圓柱表面垂直，如圖2-1所示。（2）找正時，可先對X軸或Y軸進行單獨找正。若先對X軸找正，則規定Y軸不動，調整工件在X方向的坐標。通過旋轉主軸使得百分表繞著工件在X1與X2點之間作旋轉運動，通過反復調整工作臺