第7章數(shù)控銑削加工工藝7.1概述

7.2數(shù)控銑削加工工藝的制訂

7.3典型零件的數(shù)控銑削加工工藝習(xí)題

7.1概

述

7.1.1數(shù)控銑削加工的對象

1.平面類零件

加工面與水平面成一定夾角的零件稱為平面類零件。圖7-1所示的三個零件均屬平面類零件。平面類零件的特點(diǎn)是加工面是平面或可以展開成平面，例如圖7-1中的曲線輪廓面M和正圓臺面?zhèn)让鍺展開后均為平面，P為斜平面。目前在數(shù)控銑床上加工的絕大多數(shù)零件都屬于平面類零件。這類零件是數(shù)控銑削中最簡單的一類，一般只需用三坐標(biāo)數(shù)控銑床的兩坐標(biāo)聯(lián)動就可以把它們加工出來。

圖7-1典型的平面類零件(a）帶平面輪廓的平面零件；(b）帶斜平面的平面零件；

(c）

帶正圓臺和斜筋的平面零件

2.變斜角類零件

加工面與水平面的夾角呈連續(xù)變化的零件稱為變斜角類零件。這類零件的特點(diǎn)是加工面不能展開為平面，但在加工中，銑刀圓周與加工面接觸的瞬間為一條直線。圖7-2所示為飛機(jī)上的一種變斜角梁椽條，該零件第②肋至第⑤肋的斜角α從3°10′均勻變化至2°32′，第⑤肋至第⑨肋α又均勻變化至1°20′，第⑨肋到第12肋α又均勻變化至0°。加工變斜角類零件最好采用四坐標(biāo)或五坐標(biāo)數(shù)控銑床擺角加工，在沒有上述機(jī)床的情況下，也可采用三坐標(biāo)數(shù)控銑床，通過兩軸半聯(lián)動用鼓形銑刀分層近似加工，但精度稍差。圖7-2飛機(jī)上的變斜角梁椽條

3.空間曲面類零件

加工面為空間曲面（立體類）的零件稱為曲面類零件。曲面類零件的特點(diǎn)一是加工面不能展開成平面，二是加工過程中的加工面與銑刀始終為點(diǎn)接觸。這類零件在數(shù)控銑床的加工中也較為常見，如復(fù)雜模具、葉片、螺旋槳等。加工曲面類零件一般采用三坐標(biāo)數(shù)控銑床。精度要求不高的曲面通常采用兩軸半聯(lián)動加工；精度要求高的曲面需用三軸聯(lián)動數(shù)控銑床加工。當(dāng)曲面較復(fù)雜、通道較狹窄、會傷及毗鄰表面及需刀具擺動時，

要采用四坐標(biāo)或五坐標(biāo)銑床加工。

7.1.2銑削方式及其選擇銑削方式分為逆銑和順銑兩種。

1.逆銑與順銑的概念銑刀的旋轉(zhuǎn)方向和工作臺（工件）進(jìn)給方向相反時稱為逆銑，相同時稱為順銑，如圖7-3所示。

圖7-3逆銑與順銑(a)逆銑；

(b)順銑；

(c)右側(cè)面抵緊；

(d)右側(cè)面間隙

2.逆銑與順銑的特點(diǎn)

逆銑時（見圖7-3(a)），刀具從已加工表面切入，切削厚度從零逐漸增大；刀齒在已加工表面上滑行、擠壓，使這段表面產(chǎn)生嚴(yán)重的冷硬層，下一個刀齒切入時，又在冷硬層表面滑行、擠壓，不僅使刀齒容易磨損，而且使工件的表面粗糙度增大。同時，刀齒垂直方向的切削分力向上，不僅會使工作臺與導(dǎo)軌間形成間隙，引起振動，而且有把工件從工作臺上挑起的傾向，因此需較大的夾緊力。但逆銑時刀齒從已加工表面切入，不會造成從毛坯面切入而打刀；加之其水平切削分力與工件進(jìn)給方向相反，使銑床工作臺縱向進(jìn)給的絲杠與螺母傳動面始終是右側(cè)面抵緊（見圖7-3(c)），不會受絲杠螺母副間隙的影響，銑削較平穩(wěn)。

順銑時（見圖7-3(b)），刀具從待加工表面切入，切削厚度從最大逐漸減小為零，切入時沖擊力較大；刀齒無滑行、擠壓現(xiàn)象，對刀具耐用度有利；其垂直方向的切削分力向下壓向工作臺，減小了工件上下的振動，對提高銑刀加工表面質(zhì)量和工件的夾緊有利。但順銑的水平切削分力與工件進(jìn)給方向一致，當(dāng)水平切削分力大于工作臺摩擦力（例如遇到加工表面有硬皮或硬質(zhì)點(diǎn)）時，使工作臺帶動絲杠向左竄動，絲杠與螺母傳動副右側(cè)面出現(xiàn)間隙（見圖7-3(d)），硬點(diǎn)過后絲杠螺母副的間隙恢復(fù)正常（左側(cè)間隙），這種現(xiàn)象對加工極為不利，

會引起“啃刀”或“打刀”，

甚至損壞夾具或機(jī)床。

3.逆銑、順銑的選擇

根據(jù)上面的分析，當(dāng)工件表面有硬皮、機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)有間隙時，應(yīng)選用逆銑。因?yàn)槟驺姇r，刀齒是從已加工表面切入的，不會崩刃；機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的間隙不會引起振動和爬行，因此粗銑時應(yīng)盡量采用逆銑。當(dāng)工件表面無硬皮、機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)無間隙時，應(yīng)選用順銑。因?yàn)轫樸娂庸ず?，零件表面質(zhì)量好，刀齒磨損小，因此精銑時，尤其是零件材料為鋁鎂合金、

鈦合金或耐熱合金時，

應(yīng)盡量采用順銑。

7.2數(shù)控銑削加工工藝的制定

7.2.1零件圖的工藝分析

1.零件結(jié)構(gòu)工藝性分析

1）零件的加工精度

當(dāng)薄板的面積較大而厚度又小于3mm時，就應(yīng)充分重視這一問題，并采取相應(yīng)措施來保證其加工精度。如對鋼件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，對鑄鋁件進(jìn)行退火處理；對不能用熱處理方法解決的，也可考慮粗、精加工及對稱去余量等常規(guī)方法；還可以充分利用數(shù)控機(jī)床的循環(huán)功能，減小每次進(jìn)刀的切削深度或切削速度，從而減小切削力，用這種方法來控制零件在加工過程中的變形。

2）零件的內(nèi)轉(zhuǎn)接圓弧零件的內(nèi)槽及緣板之間的內(nèi)轉(zhuǎn)接圓弧半徑R往往限制了刀具直徑D的增大（見圖7-4），R較?。碦＜0.2H）時的加工工藝性較差。在這種情況下，仍應(yīng)選用不同直徑的銑刀分別進(jìn)行粗、精加工，以最終保證零件上內(nèi)轉(zhuǎn)接圓弧半徑的要求。圖7-4緣板高度的影響

3）零件底面的圓角半徑零件的槽底圓角半徑r或腹板與緣板相交處的圓角半徑r對平面的銑削影響較大。當(dāng)r越大時，銑刀端刃銑削平面的能力越差，效率也越低，如圖7－5所示。因?yàn)殂姷杜c銑削平面接觸的最大直徑d=D-2r（D為銑刀直徑），當(dāng)D越大而r越小時，銑刀端刃銑削平面的面積越大，加工平面的能力越強(qiáng)，銑削工藝性越好。反之，當(dāng)r過大時，可采取先用r較小的銑刀粗加工（注意防止r被“過切”），再用r符合零件要求的銑刀進(jìn)行精加工。圖7-5零件底面圓弧的影響

4）零件的定位基準(zhǔn)當(dāng)零件需要多次裝夾才能完成加工時，應(yīng)保證多次裝夾的定位基準(zhǔn)盡量一致。對圖7-6所示零件，在加工完上部分的孔或槽后，必須重新進(jìn)行第二次裝夾才能加工另一部分的孔或槽。若兩次裝夾的定位基準(zhǔn)完全不同，往往會因零件的重新安裝而接不好刀，即與上道工序加工的面接不齊或造成本來要求一致的兩對應(yīng)面上的輪廓錯位，從而影響到零件的質(zhì)量。

圖7-6多次裝夾的工件

5）零件加工中的換刀次數(shù)在數(shù)控銑床上加工的準(zhǔn)備時間（如停車及對刀等所需時間）過長，不僅會降低生產(chǎn)效率，而且還會給編程增加許多麻煩；同時，還因換刀增加了零件加工面上的接刀階差，從而降低了零件的加工質(zhì)量。因此，在工藝上應(yīng)盡量統(tǒng)一安排零件要求的某些尺寸，如凹圓弧（R與r）的大小，最終減少換刀次數(shù)?？傊?，在分析零件圖時，應(yīng)綜合考慮多方面因素的影響，權(quán)衡利弊，選擇最佳的加工工藝方案。例如，對選擇不同規(guī)格的銑刀進(jìn)行粗、精加工以及減少換刀次數(shù)的問題，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)批量的大小、加工精度要求的高低和編程是否方便等因素，進(jìn)行綜合分析，以獲得最佳的工藝方案。

2.選擇數(shù)控銑削的加工內(nèi)容

1）首選內(nèi)容

(1）零件上的曲線輪廓，指要求有內(nèi)、外復(fù)雜曲線的輪廓，特別是由數(shù)學(xué)表達(dá)式等給出的其輪廓為非圓曲線和列表曲線等的曲線輪廓。

(2）空間曲面，即由數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)出的并具有三維空間曲面的零件。

(3）

形狀復(fù)雜、

尺寸繁多、

劃線與檢測困難的部位。

2）重點(diǎn)選擇內(nèi)容

(1）用通用銑床加工難以觀察、測量和控制進(jìn)給的內(nèi)、外凹槽。

(2）高精度零件。尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等要求較高的零件，如發(fā)動機(jī)缸體上的多組高精度孔或型面。

3）可選內(nèi)容

(1）能在一次安裝中順帶銑出來的簡單表面。

(2）采用數(shù)控銑削后能成倍提高生產(chǎn)率，大大減輕體力勞動強(qiáng)度的一般加工內(nèi)容。雖然數(shù)控銑床加工范圍廣泛，但是因受數(shù)控銑床自身特點(diǎn)的制約，某些零件仍不適合在數(shù)控銑床上加工。如簡單的粗加工面，加工余量不太充分或不太穩(wěn)定的部位，以及生產(chǎn)批量特別大而精度要求又不高的零件等。

表7-1零件的數(shù)控銑削加工工藝性實(shí)例

3.零件毛坯的工藝性分析

數(shù)控銑削加工時，由于是自動化加工，除要求毛坯的余量要充分、均勻，毛坯裝夾要方便、可靠外，還應(yīng)注意到數(shù)控銑削中最難保證的是加工面與非加工面之間的尺寸。如果已確定或準(zhǔn)備采用數(shù)控銑削，就應(yīng)事先對毛坯的設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的更改或在設(shè)計(jì)時就充分加以考慮，即在零件圖注明的非加工表面處也增加適當(dāng)?shù)挠嗔?。否則，毛坯將不適合數(shù)控銑削，加工很難進(jìn)行下去。因此，只要準(zhǔn)備采用數(shù)控銑削加工，就應(yīng)在對零件圖進(jìn)行工藝分析后，結(jié)合數(shù)控銑削的特點(diǎn)，對零件毛坯進(jìn)行工藝分析。

4.加工方案分析

1）平面輪廓加工平面輪廓多由直線和圓弧或各種曲線構(gòu)成，通常采用三坐標(biāo)數(shù)控銑床進(jìn)行兩坐標(biāo)聯(lián)動加工。圖7-7所示為由直線和圓弧構(gòu)成的零件平面輪廓ABCDEA，采用半徑為R的立銑刀沿周向加工，雙點(diǎn)劃線A′B′C′D′E′A′為刀具中心的運(yùn)動軌跡。為保證加工面光滑，刀具沿外延線PA′切入，沿外延線A′K切出。

2）固定斜角平面加工固定斜角平面是與水平面成一固定夾角的斜面。根據(jù)零件的精度要求、傾斜的角度、主軸箱的位置、刀具形狀、機(jī)床的行程、零件的安裝方法以及編程的難易程度等，固定斜角平面可以有多種加工方法，如圖7-8所示。最佳的方法是采用五坐標(biāo)數(shù)控銑床，

銑頭擺動加工，不留殘留面積。

圖7-7平面輪廓銑削

圖7-8主軸擺角加工固定斜角面

3）變斜角面加工（1）曲率變化較小的變斜角面，可選用x、y、z和A四坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控銑床，采用立銑刀以插補(bǔ)方式擺角加工。加工時，為保證刀具與零件型面在全長上始終貼合，刀具繞x軸擺動角度α。當(dāng)零件斜角過大，超過銑床主軸擺角范圍時，也可用角度成型刀加以彌補(bǔ)，如圖7－9(a)所示。

(2）曲率變化較大的變斜角面，用四坐標(biāo)聯(lián)動加工難以滿足加工要求，最好用x、y、z、A和B（或C轉(zhuǎn)軸）的五坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控銑床，以圓弧插補(bǔ)方式擺角加工，如圖7-9（b）所示。實(shí)際上圖中的α角與A、B兩擺角是球面三角關(guān)系，這里僅為示意圖。圖7-9多坐標(biāo)數(shù)控銑床加工零件變斜角面(a）

四坐標(biāo)數(shù)控銑床加工變斜角面；

(b）

五坐標(biāo)數(shù)控銑床加工變斜角面

(3）用三坐標(biāo)數(shù)控銑床進(jìn)行兩軸半聯(lián)動近似加工，利用錐形銑刀和鼓形銑刀，以直線或圓弧插補(bǔ)方式進(jìn)行分層銑削，加工后的迭刀殘痕用鉗修法清除,如圖7-10所示。由于鼓形銑刀的鼓徑可以做得較大，因而加工后的殘留面積高度小，

加工效果較好。

圖7-10用錐形銑刀或鼓形銑刀分層銑削變斜角面

4）曲面輪廓加工（1）曲率變化不大和精度要求不高的曲面常用兩軸半聯(lián)動的行切法進(jìn)行粗加工，即x、y、z三軸中任意兩軸作聯(lián)動插補(bǔ)，另一軸單獨(dú)進(jìn)行周期進(jìn)給，這樣就將復(fù)雜的立體型面轉(zhuǎn)化為較簡單的平面輪廓加工。如圖7-11所示，將x向分成若干段，球頭銑刀沿yz面所截的曲線進(jìn)行銑削，每一段加工完后進(jìn)給Δx，再加工另一相鄰曲線，如此依次切削即可加工出整個曲面。加工時Δx要根據(jù)表面粗糙度的要求及刀頭不能干涉相鄰表面的原則選取。

(2）對曲率變化較大和精度要求較高的曲面常用x、y、z三坐標(biāo)聯(lián)動插補(bǔ)的行切法進(jìn)行精加工。

(3）對葉輪、螺旋槳等復(fù)雜型面，常采用立銑刀用五坐標(biāo)聯(lián)動進(jìn)行加工。圖7-11兩軸半坐標(biāo)行切法加工曲面7.2.2選擇定位裝夾方案

1.定位基準(zhǔn)的選擇為在一次裝夾中加工出所有需加工的表面，除遵循定位基準(zhǔn)的選擇原則外，最好選擇不需數(shù)控銑削的平面或孔作定位基準(zhǔn)，

并注意所選的定位基準(zhǔn)應(yīng)有利于提高工件的剛性。

2.夾具的選擇

(1)為了保持零件安裝位置與機(jī)床坐標(biāo)系及編程坐標(biāo)系方向的一致性，夾具應(yīng)能保證在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)定向安裝，同時還要求能協(xié)調(diào)零件定位面與機(jī)床之間保持一定的坐標(biāo)尺寸關(guān)系。

(2)在加工過程中，為了保證夾具與銑床主軸套筒或刀套、刀具不發(fā)生干涉，夾具在設(shè)計(jì)和制造時應(yīng)盡可能開敞，使待加工面充分暴露在外，同時夾緊機(jī)構(gòu)元件與加工面之間應(yīng)保持一定的安全距離。

(3)在夾具的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免加工時更換夾緊點(diǎn)，以免影響零件的定位精度。

7.2.3進(jìn)給路線的確定

1.確定銑削進(jìn)給路線應(yīng)考慮的主要問題確定銑削進(jìn)給路線時應(yīng)考慮以下一些問題：（1）銑削零件表面時，要正確選用銑削方式。（2）進(jìn)給路線盡量短，以減少加工時間，提高效率。（3）進(jìn)刀、退刀位置應(yīng)選在零件不太重要的部位，并且使刀具沿零件的切線方向進(jìn)刀、退刀，以避免產(chǎn)生刀痕。當(dāng)銑削內(nèi)表面輪廓時，切入、切出無法外延，銑刀只能沿法線方向切入和切出，此時，切入點(diǎn)、切出點(diǎn)應(yīng)選在零件輪廓的兩個幾何元素的交點(diǎn)上。（4）

先加工外輪廓，

后加工內(nèi)輪廓。

2.平面輪廓的進(jìn)給路線

1)銑削外輪廓的進(jìn)給路線

為避免因切削力變化在加工表面產(chǎn)生刻痕，當(dāng)用立銑刀銑削外輪廓平面時，應(yīng)避免刀具沿零件外輪廓的法向切入、切出，而應(yīng)沿切削起始點(diǎn)延伸線（見圖5-15）或切線方向（見圖7-12）逐漸切入、切離工件。

2)銑削內(nèi)輪廓的進(jìn)給路線銑削封閉的內(nèi)輪廓表面時，為避免沿輪廓曲線的法向切入、切出，刀具可以沿一過渡圓弧切入和切出工件輪廓。圖7-13所示為銑削內(nèi)輪廓的進(jìn)給路線。圖中R1為零件圓弧輪廓半徑，R2為過渡圓弧半徑。

圖7-12銑削外輪廓的進(jìn)給路線

圖7-13銑削內(nèi)輪廓的進(jìn)給路線

3)銑削內(nèi)槽的進(jìn)給路線所謂內(nèi)槽，是指以封閉曲線為邊界的平底凹槽。這種內(nèi)槽用平底立銑刀加工，刀具圓角半徑應(yīng)符合內(nèi)槽的圖紙要求。

3.曲面輪廓的進(jìn)給路線加工邊界敞開的三維曲面，可根據(jù)曲面形狀、精度要求、刀具形狀等情況，常采用兩軸半坐標(biāo)聯(lián)動或三坐標(biāo)聯(lián)動的方法進(jìn)行行切加工。用球頭銑刀對三維曲面進(jìn)行行切加工時，先是一行一行地加工曲面，每加工完一行，銑刀要沿一個坐標(biāo)方向移動一個行距，直至將整個曲面加工出為止，如圖7-14所示。用三坐標(biāo)聯(lián)動加工時，球頭銑刀沿著曲面一行一行自動連續(xù)切削，最后獲得整張曲面（見圖7－14(a)）；用兩軸半聯(lián)動加工時，相當(dāng)于將被加工曲面切成許多薄片，由兩坐標(biāo)聯(lián)動切削一行就相當(dāng)于加工出一個平面曲線輪廓的薄片，每加工完一行后，銑刀沿某一坐標(biāo)進(jìn)行周期進(jìn)給移動一個行距，直至加工好整個曲面（見圖7-14(b)）。

圖7-14曲面的行切法加工(a)三坐標(biāo)聯(lián)動；(b)兩軸半聯(lián)動圖7-15行切法的加工結(jié)果(a)兩軸半聯(lián)動；

(b)三坐標(biāo)聯(lián)動

7.2.4銑刀的種類及選擇

1.常用銑刀的種類

1)面銑刀如圖7-16所示，面銑刀一般多在40Cr的盤狀刀體上機(jī)夾、焊接硬質(zhì)合金刀片或其它刀頭，故面銑刀又稱盤銑刀。面銑刀常用于端銑較大的平面。

圖7-16面銑刀

2)立銑刀立銑刀是數(shù)控銑削加工中最常用的一種銑刀，圖7-17所示是兩種最常見的立銑刀。立銑刀的圓柱表面和端面上都有切削刃，圓柱表面的切削刃為主切削刃，端面上的切削刀為副切削刃。主切削刃一般為螺旋齒，這樣可以增加切削平穩(wěn)性，提高加工精度。由于普通立銑刀端面中心處無切削刃，因而立銑刀不能作軸向進(jìn)給。端面刃主要用來加工與側(cè)面相垂直的底平面。

立銑刀廣泛用于加工平面類零件。

圖7-17立銑刀(a)削平柄波刃立銑刀；

(b)直柄立銑刃

為了能加工較深的溝槽并保證有足夠的備磨量，立銑刀的軸向長度一般較長。直徑較小的立銑刀一般制成帶柄的形式。￠2～￠71mm的立銑刀為直柄；￠6～￠63mm的立銑刀為莫氏錐柄；￠25～￠80mm的立銑刀為帶有螺孔的7∶24錐柄，螺孔用來拉緊刀具。直徑大于￠40～￠160mm的立銑刀可做成套式結(jié)構(gòu)。

3)成型銑刀成型銑刀一般都是為特定的工件或加工內(nèi)容專門設(shè)計(jì)制造的，適用于加工平面類零件的特定形狀（如角度面、凹槽面等），也適用于加工特形孔或凸臺。圖7-18是常見的幾種成型銑刀。

圖7-18成型銑刀

4)球頭銑刀球頭銑刀如圖7-19所示，適用于加工空間曲面零件，有時也用于平面類零件上有較大轉(zhuǎn)接凹圓弧的過渡加工。球頭銑刀與銑削特定曲率半徑的成型曲面銑刀（如圖7-18(e)所示）相比較，雖然加工對象都是曲面類零件，但兩者仍有較大差別。它們的主要差別在于球頭銑刀的球半徑通常小于加工曲面的曲率半徑，而成型曲面銑刀的曲率半徑則與加工曲面的曲率半徑相等。

圖7-19球頭銑刀

5)鼓形銑刀如圖7-20所示的鼓形銑刀，它的切削刃分布在半徑為R的圓弧面上，端面無切削刃。加工時控制刀具上下位置，相應(yīng)改變刀刃的切削部位，可以在工件上切出從負(fù)到正的不同斜角。R越小，鼓形銑刀所能加工的斜角范圍越廣，但所獲得的表面質(zhì)量也越差。這種刀具的缺點(diǎn)是刃磨困難，切削條件差，而且不適于加工有底的輪廓表面。鼓形銑刀主要用于對變斜角類零件的變斜角面進(jìn)行近似加工。

圖7-20鼓形銑刀

6)鍵槽銑刀鍵槽銑刀如圖7-21所示，它有兩個刀齒，圓柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像立銑刀，又像鉆頭。利用鍵槽銑刀加工時，先軸向進(jìn)給達(dá)到槽深，然后沿鍵槽方向銑出鍵槽全長。

圖7-21鍵槽銑刀

按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，直柄鍵槽銑刀直徑d＝2～22mm，錐柄鍵精銑刀直徑d＝14～50mm。鍵槽銑刀直徑的偏差有e8和d8兩種。鍵槽銑刀的圓周切削刃僅在靠近端面的一小段長度內(nèi)發(fā)生磨損，重磨時，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后銑刀直徑不變。

2.銑刀的選擇

1)銑刀類型的選擇銑刀類型應(yīng)與工件表面形狀和尺寸相適應(yīng)。加工大平面應(yīng)采用面銑刀；加工凸臺、凹槽及平面輪廓常采用立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔，可選用鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀；加工曲面常采用球頭銑刀；加工空間曲面、模具型腔或凸模成型表面多采用模具銑刀；加工封閉的鍵槽選擇鍵槽銑刀；加工變斜角零件的變斜角面應(yīng)選用鼓形或錐形銑刀；加工各種直的或圓弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等應(yīng)選用成型銑刀。

2)銑刀參數(shù)的選擇銑刀參數(shù)的選擇主要應(yīng)考慮零件加工部位的幾何尺寸和刀具的剛性等因素。數(shù)控銑床上使用最多的是可轉(zhuǎn)位面銑刀和立銑刀，因此，下面重點(diǎn)介紹面銑刀和立銑刀參數(shù)的選擇。

·

面銑刀主要參數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)工件的材料、刀具材料及加工性質(zhì)的不同來確定面銑刀的幾何參數(shù)。粗銑時，銑刀直徑要小些，因?yàn)榇帚娗邢髁Υ?，小直徑銑刀可減小切削扭矩。精銑時，銑刀直徑要大些，盡量包容工件整個加工寬度，以提高加工精度和效率，減小相鄰兩次進(jìn)給之間的接刀痕跡。由于銑削時有沖擊，故面銑刀的前角一般比車刀略小，尤其是硬質(zhì)合金面銑刀，前角小得更多。銑削強(qiáng)度和硬度都高的材料還可用負(fù)前角。前角的數(shù)值主要根據(jù)工件材料和刀具材料來選擇，其具體數(shù)值可參考表7-2。銑刀的磨損主要發(fā)生在后刀面上，因此適當(dāng)加大后角可減少銑刀磨損，故常取α＝5°～12°，工件材料軟的取大值，工件材料硬的取小值；粗齒銑刀取小值，細(xì)齒銑刀取大值。因銑削時沖擊力較大，為了保護(hù)刀尖，硬質(zhì)合金面銑刀的刃傾角常取λs＝-15°～-5°。只有在銑削低強(qiáng)度材料時，才取λs＝5°。主偏角κr在45°～90°范圍內(nèi)選取，銑削鑄鐵時取κr=45°，銑削一般鋼材時取κr=75°，銑削帶凸肩的平面或薄壁零件時取κr=90°。表7-2面銑刀的前角

·立銑刀主要參數(shù)的選擇（1）銑刀直徑D的選擇。一般情況下，為減少走刀次數(shù)，提高銑削速度和銑削量，保證銑刀有足夠的剛性以及良好的散熱條件，應(yīng)盡量選擇直徑較大的銑刀。但選擇銑刀直徑往往受到零件材料，剛性，加工部位的幾何形狀、尺寸及工藝要求等因素的限制。圖7-22所示零件的內(nèi)輪廓轉(zhuǎn)接凹圓弧半徑R較小時，銑刀直徑D也隨之較小，一般選擇D=2R。若槽深或壁板高度H較大，則應(yīng)采用細(xì)長刀具，從而使刀具的剛性變差。銑刀的剛性以銑刀直徑D與刃長l的比值來表示，一般取D／l＞0.4～0.5。當(dāng)銑刀的剛性不能滿足D／l＞0.4～0.5的條件（即剛性較差）時，可采用直徑大小不同的兩把銑刀進(jìn)行粗、精加工。先選用直徑較大的銑刀進(jìn)行粗加工，然后再選用D、l均符合圖樣要求的銑刀進(jìn)行精加工。圖7-22立銑刀尺寸選擇

(2）銑刀刃長的選擇。為了提高銑刀的剛性，對銑刀的刃長應(yīng)在保證銑削過程不發(fā)生干涉的情況下，盡量選較短的尺寸。一般可根據(jù)以下兩種情況進(jìn)行選擇。①

加工深槽或盲孔時：

l＝H＋2式中:l為銑刀刀刃長度（mm）；

H為槽深尺寸（mm）。

②

加工外表面或通孔、通槽時：

l＝H＋r＋2式中：r為銑刀端刃圓角半徑（mm）。

(3）銑刀端刃圓角半徑r的選擇。銑刀端刃圓角半徑r的大小一般應(yīng)與零件上的要求一致。但粗加工銑刀因尚未切削到工件的最終輪廓尺寸，故可適當(dāng)選得小些，有時甚至可選為“清角”（即r＝0～0.5mm），但不要造成根部“過切”的現(xiàn)象。（4）立銑刀幾何角度的選擇。對于立銑刀，主要根據(jù)工件材料和銑刀直徑選取前、后角，具體數(shù)值可參考表7-3選取。為了使端面切削刃有足夠的強(qiáng)度，在端面切削刃前刀面上一般磨有棱邊，其寬度br1為0.4～1.2mm，前角為6°。表7-3立銑刀前角和后角的選擇

7.2.5切削用量的選擇銑削的切削用量包括切削速度、進(jìn)給速度、背吃刀量和側(cè)吃刀量，如圖7-23所示。背吃刀量ap為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為mm。端銑時，ap為切削層深度；而圓周銑時，ap為被加工表面的寬度。側(cè)吃刀量ae為垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為mm。端銑時，ae為被加工表面寬度；而圓周銑削時，ae為切削層深度。圖7-23銑削切削用量(a）

圓周銑

；

(b）

端銑

1.選擇背吃刀量（端銑）或側(cè)吃刀量（圓周銑）

（1）當(dāng)工件表面粗糙度要求為Ra12.5～25μm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，則粗銑一次進(jìn)給就可以達(dá)到要求。但在余量較大、工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床動力不足時，

可分兩次走刀完成。

（2）當(dāng)工件表面粗糙度要求為Ra3.2～12.5μm時，銑削可分粗銑和半精銑兩個階段進(jìn)行。粗銑時背吃刀量或側(cè)吃刀量選取同前。粗銑時留0.5～1.0mm余量，在半精銑時切除。（3）當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra0.8～3.2μm時，銑削可分粗銑、半精銑、精銑三個階段進(jìn)行。半精銑時背吃刀量或側(cè)吃刀量取1.5～2.0mm；精銑時圓周銑的側(cè)吃刀量取0.3～0.5mm，

面銑刀的背吃刀量取0.5～1.0mm。

2.選擇進(jìn)給速度

進(jìn)給速度分快進(jìn)（空行程進(jìn)給速度）、工進(jìn)（包括切入、切出和切削時的工作進(jìn)給速度）的進(jìn)給速度。為提高工效，減少空行程時間，快進(jìn)的進(jìn)給速度盡可能高一些，一般為機(jī)床允許的最大進(jìn)給速度。工進(jìn)的進(jìn)給速度vf與銑刀轉(zhuǎn)速n、銑刀齒數(shù)z及每齒進(jìn)給量fz（單位為mm/齒）的關(guān)系為vf=fzzn(7-1)

表7-4銑刀每齒進(jìn)給量fz

單位：

mm/齒

在確定工作進(jìn)給速度時，要注意下面這些特殊情況。（1）在高速進(jìn)給的輪廓加工中，由于工藝系統(tǒng)的慣性，在輪廓的拐角處易產(chǎn)生“超程”（即切外凸表面時在拐角處少切了一些余量）和“過切”（即切內(nèi)凹表面時在拐角處多切了一些金屬而損傷了零件的表面）現(xiàn)象，如圖7-24所示。避免“超程”和“過切”的辦法是在接近拐角時減速，過了拐角后再加速，

即在拐角處前后采用變化的進(jìn)給速度。

圖7-24拐角處的超程和過切(a）

超程

；

(b）

過切

圖7-25切削圓弧的進(jìn)給速度

（2）加工圓弧段時，由于圓弧半徑的影響，切削點(diǎn)的實(shí)際進(jìn)給速度vT并不等于選定的刀具中心進(jìn)給速度vf。由圖7-25可知，加工外圓弧時，切削點(diǎn)的實(shí)際進(jìn)給速度為即vT＜vf。

而加工內(nèi)圓弧時，

由于

即vT＞vf，如果R≈r，則切削點(diǎn)的實(shí)際進(jìn)給速度將變得非常大，有可能損傷刀具或工件。因此，這時要考慮到圓弧半徑對工作進(jìn)給速度的影響。

3.選擇切削速度vc單從理論上講，確定背吃刀量、進(jìn)給量后，為提高生產(chǎn)率，切削速度應(yīng)該是越大越好，因?yàn)檫@樣可以避開積屑瘤生成的速度，獲得較低的表面粗糙度。但實(shí)際上，由于機(jī)床、刀具等的限制，切削速度一般只能控制在100～200m/min的范圍內(nèi)。銑削的切削速度計(jì)算公式為（7-2）

從式（7-2）可以看出，銑削的切削速度與刀具耐用度T、每齒進(jìn)給量fz、背吃刀量ap、側(cè)吃刀量ae以及銑刀齒數(shù)z成反比，而與銑刀直徑d成正比。這是因?yàn)椋海?）當(dāng)fz、ap、ae和z增大時，刀刃負(fù)荷增加，同時工作齒數(shù)也增多，使切削熱增加，刀具磨損就會加快，從而限制了切削速度的提高。（2）刀具耐用度的提高使允許使用的切削速度降低,但是加大銑刀直徑d則可改善散熱條件，

因而可提高切削速度。

4.選擇主軸轉(zhuǎn)速n主軸轉(zhuǎn)速n可根據(jù)選取的切削速度vc通過式（1-1）求得，得到的主軸轉(zhuǎn)速n應(yīng)圓整到機(jī)床說明書中的標(biāo)準(zhǔn)值。7.3典型零件的數(shù)控銑削加工工藝

7.3.1樣板零件的數(shù)控銑削加工工藝

圖7-26所示的樣板零件，其材料為45鋼。該樣板零件在數(shù)控銑削加工中有一定的代表性，加工時，在保證質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量提高生產(chǎn)率并降低成本，因此不一定全部都由數(shù)控機(jī)床加工，簡單的表面應(yīng)該由普通機(jī)床來完成。下面說明其加工工藝。

圖7-26樣板零件圖

1.零件圖工藝分析

對于該零件的工藝分析，主要從結(jié)構(gòu)形狀、尺寸和技術(shù)要求、定位基準(zhǔn)及毛坯等方面進(jìn)行。該零件形狀較簡單，為軸對稱圖形；零件尺寸標(biāo)注齊全、無誤；尺寸精度要求不高，均在IT11～I(xiàn)T10級內(nèi)，全部表面粗糙度均為Ra6.3μm，無熱處理要求。但該零件輪廓有多處要換向進(jìn)給，每當(dāng)坐標(biāo)移動換向時（由正→負(fù)或由負(fù)→正），都可能帶入因機(jī)床磨損而產(chǎn)生的機(jī)械間隙，加工中要注意反向間隙補(bǔ)償。

2.確定加工方案

該零件結(jié)構(gòu)形狀簡單，尺寸精度要求不高，除外形輪廓由數(shù)控銑床完成外，其余前、后平面及￠15+0.070mm孔均用普通機(jī)床加工。無論是普通機(jī)床加工還是數(shù)控銑床加工,由于表面粗糙度均為Ra6.3μm，因而都需要通過粗、精加工來完成。

3.確定裝夾方案

在普通銑床上加工時，可采用劃線找正的方法定位，用機(jī)用平口鉗裝夾。在數(shù)控銑床上加工時，單件生產(chǎn)可以￠15+0.070mm孔作為定位基準(zhǔn)，配以帶螺紋的定位銷進(jìn)行定位和壓緊。在加工過程中，應(yīng)注意及時更換壓緊部位及裝卡的位置，以保證加工過程穩(wěn)定進(jìn)行。若為批量生產(chǎn)，可以采用專用夾具，即以￠15+0.070mm孔定位兼壓緊，且在零件下部分的負(fù)y軸上選擇適當(dāng)?shù)奈恢勉@一個工藝孔（圖7-27中的虛線孔），并將該工藝孔作為第二個定位孔，以滿足準(zhǔn)確而可靠的定位。

4.確定加工順序

按先面后孔、先粗后精的原則，確定其加工順序?yàn)樵谄胀ㄣ姶采贤瓿汕昂笃矫妗⒍ㄎ豢住?5+0.070mm的加工；然后在數(shù)控銑床上粗、精加工外形輪廓。詳細(xì)加工順序見表7－5和表7-6。表7-5樣板機(jī)械加工工藝過程

表7-6樣板輪廓數(shù)控加工工序卡

5.確定走刀路線

如圖7-27所示，精銑輪廓時，以O(shè)點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)和對刀點(diǎn)，起刀點(diǎn)和終刀點(diǎn)為P0（－65，－95）。刀具從P1點(diǎn)切入零件，然后沿著點(diǎn)劃線上箭頭的方向進(jìn)行加工，最后回到P0點(diǎn)。圖7-27精銑樣板輪廓的走刀路線

6.選擇刀具

雖然該零件的尖角處允許留有刀具半徑圓角，但仍應(yīng)盡量減小刀具半徑對尖角的影響。因此，在精銑時，銑刀直徑應(yīng)選擇較小值，本例采用直徑為8mm、切削刃長度為20mm、齒數(shù)為5的高速鋼細(xì)齒立銑刀。

7.選擇切削用量

因銑刀直徑較小，為了保證精加工時刀具的強(qiáng)度和剛度，確保零件的要求，故選擇主軸轉(zhuǎn)速為350r／min，進(jìn)給速度為105mm／min。7.3.2箱蓋零件的數(shù)控銑削加工工藝圖7-28所示壓板零件，其材料為45鋼。同樣，加工該零件時，根據(jù)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下盡量提高生產(chǎn)率和降低成本的原則，不一定全部都由數(shù)控機(jī)床加工，簡單的表面應(yīng)該由普通機(jī)床來完成。

下面說明其加工工藝。

圖7-28壓板零件簡圖

1.零件圖工藝分析

從結(jié)構(gòu)形狀、尺寸和技術(shù)要求、定位基準(zhǔn)及毛坯等方面對零件圖進(jìn)行工藝分析。該零件的加工表面由平面、圓弧成型槽及4個￠20的沉孔組成；尺寸標(biāo)注完整，幾何條件充分；各尺寸均未標(biāo)注有公差，所有表面的表面粗糙度均為Ra6.3μm，尺寸精度和表面質(zhì)量要求均不高；材料為45鋼，無熱處理要求。

2.加工方案

該零件結(jié)構(gòu)形狀簡單，精度要求也不高，除內(nèi)凹成型面需數(shù)控銑床加工外，其余均用普通銑床加工。但為了減少工藝裝備、提高工效，4個20的沉孔可在數(shù)控銑床上順帶加工完成，因此，普通機(jī)床只需加工六個面。無論是普通機(jī)床加工，還是數(shù)控銑床加工，由于表面粗糙度均為Ra6.3μm，因而都需要通過粗、精加工來完成。

3.確定裝夾方案

在普通銑床上加工六個面時，可采用劃線找正的方法定位，用機(jī)用平口鉗裝夾。在數(shù)控銑床上用底面及相鄰兩側(cè)面定位，壓板壓緊即可。

4.確定加工順序

按先面后孔、先粗后精的原則，確定該壓板零件的加工順序?yàn)樵谄胀ㄣ姶采贤瓿闪婕庸?，然后在?shù)控銑床上加工圓弧成型槽，最后在數(shù)控銑床上順帶加工完成4個￠20mm的沉孔，

詳見表7-7和表

7-8。

表7-7壓板機(jī)械加工工藝過程

表7-8壓板數(shù)控加工工序卡

5.確定走刀路線

在數(shù)控銑床上用綜合法加工內(nèi)凹成型面，即先用行切法切去中間部分余量，再用環(huán)切法切出內(nèi)凹成型面。精銑采用沿內(nèi)凹成型面輪廓走刀的方法，切完全部余量。

6.刀具的選擇

銑平面時，在粗銑中為降低切削力，銑刀直徑應(yīng)小些，但又不能太小，以免影響加工效率；在精銑中為減小接刀痕跡，銑刀直徑應(yīng)大些。由于該零件的兩個大平面為100mm×100mm的正方形，尺寸不大，因而選擇粗、精的銑刀直徑大于平面的一半即可，取直徑為￠80mm的面銑刀；加工側(cè)面選用￠20mm的立銑刀；銑內(nèi)凹成型面時用￠20mm平底立銑刀；沉孔用￠20mm的鍵槽銑刀。所選刀具及其加工表面見表7-9壓板零件數(shù)控加工刀具卡。

表7-9壓板零件數(shù)控加工刀具卡

7.切削用量的選擇

查表確定切削速度和進(jìn)給量，然后計(jì)算出機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和機(jī)床進(jìn)給速度。

7.3.3平面凸輪的數(shù)控銑削加工工藝

圖7-29平面槽形凸輪零件圖

1.零件圖工藝分析

主要從凸輪輪廓形狀、尺寸和技術(shù)要求、定位基準(zhǔn)及毛坯等方面對該零件圖進(jìn)行分析。該凸輪工作輪廓槽的內(nèi)、外輪廓是由直線和圓弧組成的，幾何元素之間關(guān)系描述清楚、完整，凸輪槽側(cè)面與￠20+0.0210、￠12+0.0180兩個內(nèi)孔表面粗糙度要求較高，為Ra1.6。凸輪槽內(nèi)、外輪廓面和￠20+0.0210孔與底面有垂直度要求。零件材料為HT200，切削加工性能較好。

2.加工方案根據(jù)上述分析，凸輪槽內(nèi)、外輪廓側(cè)面與￠20+0.0210、￠12+0.0180兩個內(nèi)孔表面粗糙度要求較高，凸輪槽內(nèi)、外輪廓面和￠20+0.0210孔與底面有垂直度要求。因此，應(yīng)分別用粗、精加工兩個階段完成。凸輪槽內(nèi)、外輪廓由粗銑、精銑完成；￠20+0.0210、￠12+0.0180兩個孔采取鉆、擴(kuò)、鉸的方法加工。

3.選擇數(shù)控加工的內(nèi)容

普通機(jī)床無法加工或加工難度大、質(zhì)量難以保證的內(nèi)容作為數(shù)控加工的優(yōu)先內(nèi)容，對于普通機(jī)床能加工但加工效率低，而且又可以在數(shù)控加工其它表面時順帶加工出的內(nèi)容也可用數(shù)控加工。因此，凸輪槽內(nèi)、外輪廓應(yīng)選作數(shù)控銑削加工的內(nèi)容，

其余則由普通機(jī)床來完成。

4.確定裝夾方案

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工￠20+0.0210、￠12+0.0180兩個孔時，以底面A定位，采用螺旋壓板機(jī)構(gòu)夾緊。加工凸輪槽內(nèi)、外輪廓時，采用“一面兩孔”方式定位，即以底面A和￠20+0.0210

、￠12+0.0180兩個孔為定位基準(zhǔn)，并用雙螺母夾緊，提高裝夾剛性，防止銑削時振動。凸輪槽加工的裝夾示意圖如圖7-30所示。圖7-30凸輪槽加工裝夾示意圖

5.確定加工順序加工順序按照基面先行、先粗后精的原則確定，因此應(yīng)先加工用作定位基準(zhǔn)的外部輪廓尺寸，用作定位基準(zhǔn)的底面A和￠20+0.0210、￠12+0.0180兩個孔以及外部輪廓,為數(shù)控加工凸輪槽輪廓提供穩(wěn)定可靠的定位基準(zhǔn)。具體的加工順序見表7-10及表7-11。

表7-10平面凸輪槽機(jī)械加工工藝過程（單件小批生產(chǎn)）

表7-11平面凸輪槽數(shù)控加工工序卡

6.確定走刀路線

走刀路線包括平面進(jìn)給和深度進(jìn)給兩部分。平面進(jìn)給時，外凸輪廓從切線方向切入，內(nèi)凹輪廓從過渡圓弧切入。為使凸輪槽表面具有較好的表面質(zhì)量，采用順銑方式銑削，即對外凸輪廓按順時針方向銑削，對內(nèi)凹輪廓按逆時針方向銑削。圖7－31所示即為銑刀在水平面內(nèi)的切入進(jìn)給路線。深度進(jìn)給有兩種方法：一種是在xz平面（或yz面）來回銑削逐漸進(jìn)刀到既定深度；另一種是先鉆一個落刀工藝孔，然后從工藝孔進(jìn)刀到既定深度。圖7-31平面凸輪槽的切入進(jìn)給路線(a）

直線切入外凸輪廓;(b）

過渡圓弧切入內(nèi)凸輪廓

7.刀具的選擇本平面凸輪材料（鑄鐵）屬于一般材料，切削加工性較好。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，銑削凸輪槽內(nèi)、外輪廓時，銑刀直徑受槽寬限制，取為￠6mm。粗加工選用￠6mm高速鋼立銑刀，

精加工選用￠6mm硬質(zhì)合金立銑刀。

所選刀具及其加工表面見表7-12。

表7-12平面凸輪槽數(shù)控加工刀具卡

8.切削用量的選擇

凸輪槽內(nèi)、外輪廓精加工時留0.1mm的銑削余量，擴(kuò)￠20+0.0210、￠12+0.0180兩個孔時留0.1mm的鉸削余量。選擇主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度時，先查切削用量手冊，確定切削速度與每齒進(jìn)給量，然后根據(jù)式（1-1）、式（1-2）和式（1-3）計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度（計(jì)算過程從略）。7.3.4支架的數(shù)控銑削加工工藝

圖7-32薄板支架零件簡圖

1.零件圖工藝分析

由圖7-29可知，該零件的加工輪廓由列表曲線、圓弧及直線構(gòu)成，形狀復(fù)雜，加工、檢驗(yàn)都較困難；除底平面宜在普通銑床上銑削外，其余各加工部位均需采用數(shù)控機(jī)床銑削加工。該零件的列表曲線公差為0.2mm，其余尺寸公差均為IT14；表面粗糙度均為Ra6.3μm，加工難度不大。但其腹板厚度只有2mm且面積較大，銑削加工時極易產(chǎn)生振動，致使其壁厚公差及表面粗糙度難以達(dá)到要求。支架的材料為鍛鋁2A50（舊牌號LD5），毛坯為鑄件，接近零件的形狀，各處單邊加工余量均為5mm（毛坯圖略）。零件在加工后各處厚薄尺寸相差很大，除扇形框外，其它各處剛性較差，尤其是腹板兩面切削余量相對值較大，故該零件在銑削過程中及銑削后都將產(chǎn)生較大變形。該零件被加工輪廓表面的最大高度H＝41－2＝39mm，轉(zhuǎn)接圓弧為R10mm，R大于0.2H，能滿足銑削工藝性要求。全部圓角為R10mm、R5mm、R2mm及R1.5mm，不統(tǒng)一，需用多把不同底端圓角半徑的銑刀。工件腹板與扇形框周邊相連接的圓角半徑為R10mm，需采用底端圓角半徑為R10、帶7°斜角的球頭成型銑刀加工。

2.工藝措施根據(jù)以上分析，針對提出的加工后各處尺寸相差懸殊，特別是腹板兩側(cè)加工余量大、極易產(chǎn)生變形以及腹板加工難度大等問題，可采取如下工藝措施。（1）在毛坯右側(cè)對稱軸線處增加一工藝凸耳，并在該凸耳上加工一工藝孔，以便與底面及￠70±0.1孔一起作為一面兩孔定位的定位基準(zhǔn)。（2）

設(shè)計(jì)真空夾具，以便能較均勻地吸緊工件，

輔以壓板壓緊，提高薄板裝夾剛性。

（3）用小直徑細(xì)齒高速鋼銑刀，增大前角和后角，使主偏角等于90°，充分利用數(shù)控系統(tǒng)的循環(huán)功能，減少每次背吃刀量或切削速度，從而減小切削力。（4）先銑加強(qiáng)筋，后銑腹板，有利于提高剛性，防止振動。（5）安排粗、精加工及鉗工矯形。（6）對于腹板與扇形框周邊相接處的底圓角半徑R10mm，采用底圓為R10mm、帶7°斜角的球頭成型銑刀補(bǔ)充加工完成。3.制定工藝過程

表7-13

機(jī)械加工工藝過程（單件小批生