数控铣床的加工工艺

数控铣床加工工艺以普通铣床的加工工艺为基础，结合数控铣床的特点，综合运用多方面的知识解决数控铣床加工过程中面临的工艺问题，其内容包括金属切削原理与刀具、加工工艺、典型零件加工及工艺性分析等方面的基础知识和基本理论。

3.2.1 数控铣床的加工范围

铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，铣削时，铣刀作旋转的主运动，工件作缓慢直线的进给运动。铣削加工主要包括平面铣削和轮廓铣削，可以加工平面(水平面、垂直面)、沟槽(键槽、T形槽、燕尾槽等)、分齿零件(齿轮、花键轴、链轮)及各种曲面，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断加工等。铣削加工的加工范围如图3-7所示。

3.2.2 数控铣床的刀具

1. 数控铣床对刀具的要求

(1) 铣刀刚性要好，一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要;二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。例如，当工件各处的加工余量相差悬殊时，通用铣床遇到这种情况很容易采取分层铣削方法加以解决，而数控铣削就必须按程序规定的走刀路线前进，遇到余量大时无法如通用铣床那样“随机应变”，除非在编程时能够预先考虑到这一点，否则铣刀必须返回原点，用改变切削面高度或加大刀具半径补偿值的方法从头开始加工，多走几刀。但这样势必造成余量少的地方经常走空刀，降低了生产效率，如刀具刚性较好就不必如此操作。再者，在通用铣床上加工时，若遇到刚性不强的刀具，也比较容易从振动、手感等方面及时发现并及时调整切削用量加以弥补，而数控铣削时则很难办到。在数控铣削中，因铣刀刚性较差而断刀并造成工件损伤的事例是经常发生的，所以解决数控铣刀的刚性问题是至关重要的。

(2) 铣刀的耐用度要高，尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，就会影响工件的表面质量与加工精度，而且会增加因换刀而引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低了工件的表面质量。

除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，切屑黏刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好、耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。

图3-7 铣削加工的加工范围

2. 数控铣刀的选择

数控铣床上所采用的刀具要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等，选择刚性好、耐用度高的刀具。应用于数控铣削加工的刀具主要有圆柱铣刀、立铣刀、面铣刀、球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀等。

1) 圆柱铣刀

圆柱铣刀主要用于卧式铣床加工平面，一般为整体式，如图3-8所示。该铣刀材料为高速钢，主切削刃分布在圆柱上，无副切削刃。该铣刀有粗齿和细齿之分。粗齿铣刀的齿数少，刀齿强度大，容屑空间大，重磨次数多，适用于粗加工;细齿铣刀的齿数多，工作较平稳，适用于精加工。圆柱铣刀直径范围d=50～100mm，齿数Z=6～14个，螺旋角β=30°～45°。当螺旋角β=0°时，螺旋刀齿变为直刀齿，目前生产上应用少。

图3-8 圆柱铣刀

图3-9 面铣刀

2) 面铣刀

面铣刀主要用于立式铣床上加工面积较大平面、台阶面等，如图3-9所示。面铣刀的主切削刃分布在铣刀的圆柱面或圆锥面上，副切削刃分布在铣刀的端面上。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀齿为高速钢或硬质合金，刀体材质为40Cr。高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=80～250mm，螺旋角β=10°，刀齿数Z=10～26个。

硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高、加工效率高、加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。合金面铣刀按刀片和刀齿的安装方式不同，可分为整体焊接式、机夹-焊接式和可转位式。

3) 立铣刀

立铣刀也称为圆柱铣刀，如图3-10所示，广泛用于加工平面类零件，主要用于立式铣床上加工凹槽、台阶面、成形面(利用靠模)等。立铣刀圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。还有一种先进的结构，其切削刃是波形的，特点是排屑更流畅，切削厚度更大，有利于刀具散热且提高了刀具寿命，刀具不易产生振动。

立铣刀按端部切削刃的不同可分为过中心刃立铣刀和不过中心刃立铣刀两种。过中心刃立铣刀可直接轴向进刀。由于不过中心刃立铣刀端面中心处无切削刃，所以它不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。

立铣刀按齿数可分为粗齿、中齿、细齿三种。为了改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径则较大。一般粗齿立铣刀齿数Z=3～4个，细齿立铣刀齿数Z=5～8个，套式结构立铣刀齿数Z=10～20个，容屑槽圆弧半径r=2～5 mm。当立铣刀直径较大时，还可制成不等齿距结构，以增强抗振作用，使切削过程平稳。

图3-10 立铣刀

立铣刀按螺旋角大小可分为30°、40°、60°等几种形式。标准立铣刀的螺旋角β=40°～45°(粗齿)和β=60°～65°(细齿)，套式结构立铣刀的螺旋角β为15°～25°。

直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。φ2～φ71mm的立铣刀制成直柄;φ6～φ66 mm的立铣刀制成莫氏锥柄;φ25～φ80mm的立铣刀做成7∶ 24锥柄，内有螺孔用来拉紧刀具。直径大于φ40～φ160mm的立铣刀可做成套式结构。

4) 键槽铣刀

键槽铣刀主要用于立式铣床上加工圆头封闭键槽等，如图3-11所示。该铣刀外形似立铣刀，端面无顶尖孔，端面刀齿从外圆延伸至轴心，且螺旋角较小，增强了端面刀齿强度。端面刀齿上的切削刃为主切削刃，圆柱面上的切削刃为副切削刃。加工键槽时，每次先沿铣刀轴向进给较小的量，然后再沿径向进给，这样反复多次，就可完成键槽的加工。由于该铣刀的磨损是在端面和靠近端面的外圆部分，所以修磨时只要修磨端面切削刃，这样，铣刀直径可保持不变，使加工键槽的精度较高，铣刀寿命较长。键槽铣刀的直径范围为φ2～φ63 mm。

图3-11 键槽铣刀

5) 三面刃铣刀

三面刃铣刀主要用于卧式铣床上加工槽、台阶面等。三面刃铣刀的主切削刃分布在铣刀的圆柱面上，副切削刃分布在两端面上。该铣刀按刀齿结构可分为直齿、错齿和镶齿三种形式。图3-12所示是直齿三面刃铣刀。该铣刀结构简单，制造方便，但副切削刃前角为0°，切削条件较差。该铣刀直径范围是50～200mm，宽度为4～40mm。

6) 角度铣刀

角度铣刀主要用于卧式铣床上加工各种角度槽、斜面等。角度铣刀的材料一般是高速钢。角度铣刀根据本身外形不同，可分为单刃铣刀、不对称双角铣刀和对称双角铣刀三种。图3-13所示为单角铣刀。圆锥面上的切削刃是主切削刃，端面上的切削刃是副切削刃。该铣刀直径范围是40～100mm。

图3-12 直齿三面刃铣刀

图3-13 单角铣刀

7) 模具铣刀

模具铣刀主要用于立式铣床上加工模具型腔、三维成形表面等。模具铣刀按工作部分形状不同，可分为圆柱形球头铣刀、圆锥形球头铣刀和圆锥形立铣刀三种形式。图3-14所示为圆柱形球头铣刀，图3-15所示为圆锥形球头铣刀。在该两种铣刀的圆柱面、圆锥面和球面上的切削刃均为主切削刃，铣削时不仅能沿铣刀轴向做进给运动，也能沿铣刀径向做进给运动，而且球头与工件接触往往为一点，这样，该铣刀在数控铣床的控制下，就能加工出各种复杂的成形表面，所以该铣刀用途独特，很有发展前途。如图3-16所示为圆锥形立铣刀，其作用与立铣刀基本相同，只是该铣刀可以利用本身的圆锥体，方便地加工出模具型腔的出模角。

加工中心上用的立铣刀主要有三种形式:球头刀(R=D/2)，端铣刀(R=0)和R刀(R＜D/2)(俗称“牛鼻刀”或“圆鼻刀”)，其中D为刀具的直径、R为刀角半径。某些刀具还可能带有一定的锥度A。

图3-14 圆柱形球头铣刀

图3-15 圆锥形球头铣刀

图3-16 圆锥形立铣刀

8) 成形铣刀

成形铣刀一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，适用于加工平面类零件的特定形状(如角度面、凹槽面等)，也适用于异形孔或台，图3-17所示的是几种常用的成形铣刀。

图3-17 几种常用的成形铣刀

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。刀具直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸，还需要考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内。

生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀;铣削平面时，应选端铣刀或面铣刀;加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的铣刀;对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

平面铣削应选用不重磨硬质合金端铣刀、立铣刀或可转位面铣刀。一般采用二次走刀，第一次走刀最好用端铣刀粗铣，沿工件表面连续走刀。选好每次走刀的宽度和铣刀的直径，使接痕不影响精铣精度。因此，加工余量大又不均匀时，铣刀直径要选小些。精加工时，铣刀直径要选大些，最好能够覆盖加工面的整个宽度。表面要求高时，还可以选择使用具有修光效果的刀片。在实际工作中，平面的精加工，一般用可转位密齿面铣刀，可以达到理想的表面加工质量，甚至可以实现以铣代磨。密布的刀齿使进给速度大大提高，从而提高切削效率。精切平面时，可以设置6～8个刀齿，直径大的刀具甚至可以有超过10个的刀齿。

加工空间曲面和变斜角轮廓外形时，由于球头刀具的球面端部切削速度为零，而且在走刀时，每两行刀位之间，加工表面不可能重叠，总存在没有被加工去除的部分。每两行刀位之间的距离越大，没有被加工去除的部分就越多，其高度(通常称为“残留高度”)就越高，加工出来的表面与理论表面的误差就越大，表面质量也就越差。加工精度要求越高，走刀步长和切削行距越小，编程效率越低。因此，应在满足加工精度要求的前提下，尽量加大走刀步长和行距，以提高编程和加工效率。而在2轴及2.5轴加工中，为提高效率，应尽量采用端铣刀，由于相同的加工参数，利用球头刀加工会留下较大的残留高度。因此，在保证不发生干涉和工件不被过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀或R刀(带圆角的立铣刀)。不过，由于平头立铣刀和球头刀的加工效果是明显不同的，当曲面形状复杂时，为了避免干涉，建议使用球头刀，调整好加工参数也可以达到较好的加工效果。

镶硬质合金刀片的端铣刀和立铣刀主要用于加工凸台、凹槽和箱口面。为了提高槽宽的加工精度，减少铣刀的种类，加工时应采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后再利用刀具半径补偿(或称直径补偿)功能对槽的两边进行铣加工。

对于要求较高的细小部位的加工，可使用整体式硬质合金刀，它可以取得较高的加工精度，但是要注意刀具悬升不能太大，否则刀具不但让刀量大、易磨损，而且会有折断的危险。

铣削盘类零件的周边轮廓一般采用立铣刀。所用的立铣刀的刀具半径一定要小于零件内轮廓的最小曲率半径。一般取最小曲率半径的0.8～0.9倍即可。零件的加工高度(Z方向的吃刀深度)最好不要超过刀具的半径。若是铣毛坯面时，最好选用硬质合金波纹立铣刀，它在机床、刀具、工件系统允许的情况下，可以进行强力切削。

3.2.3 数控铣床的夹具及附件

数控铣床夹具的选用可首先根据生产零件的批量来确定。对单件、小批量、工作量较大的零件加工来说，一般可直接在机床工作台面上通过调整实现定位与夹紧，然后通过加工坐标系的设定来确定零件的位置。对有一定批量的零件来说，可选用结构较简单的夹具。数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求:一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定;二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。

1. 数控铣床对夹具的要求

(1) 为保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要做得尽可能开敞，因此夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件能低则低，以防止夹具与铣床主轴套筒或刀套、刃具在加工过程中发生碰撞。

(2) 为保持零件安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标联系。

(3) 夹具的刚性与稳定性要好。尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计，当非要在加工过程中更换夹紧点不可时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件的定位精度。

夹具选用时应符合以下几个原则。

(1) 单件小批量生产时，优先选用组合夹具或其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用。

(2) 在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。

(3) 零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。

(4) 夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的进给(如产生碰撞等)。

(5) 为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可以采用多工位、气动或液压夹具。

2. 数控铣床常用夹具及附件

1) 平口钳

在铣削加工时，常使用平口钳夹紧工件，如图3-18所示为回转式平口钳。它具有结构简单、夹紧牢靠等特点，所以使用广泛。平口钳尺寸规格是以其钳口宽度来区分的。平口钳分为固定式和回转式两种。回转式平口钳可以绕底座旋转360°，固定在水平面的任意位置上，因而扩大了其工作范围，是目前平口钳应用的主要类型。平口钳用两个T形螺栓固定在铣床上，底座上还有一个定位键，它与工作台上中间的T形槽相配合，以提高平口钳安装时的定位精度。

图3-18 回转式平口钳

2) 铣床用卡盘

数控铣床有时根据需要，也可用三爪自定心卡盘装夹回转体零件或用四爪单动卡盘装夹非回转体零件，通过T形槽螺栓将卡盘固定在工作台上。

3) 压板装夹

对于部分平面类零件或用平口钳和卡盘无法装夹时，往往采用压板装夹的方式。直接用T形螺栓连接工作台的T形槽和压板，同时借助于垫块将工件固定在工作台上。如利用斜楔夹紧机构或螺旋夹紧机构，如图3-19所示。

图3-19 斜楔夹紧机构

4) 分度头

在铣削加工中，常会遇到铣六方、齿轮、花键和刻线等工作。这时，就需要利用分度头分度，分度头是万能铣床上的重要附件，如图3-20所示。

图3-20 分度头

分度头的作用有以下几个方面。

(1) 能使工件实现绕自身的轴线周期地转动一定的角度(即进行分度)。

(2) 利用分度头主轴上的卡盘夹持工件，使被加工工件的轴线相对于铣床工作台在向上90°和向下10°的范围内倾斜成需要的角度，以加工各种位置的沟槽、平面等(如铣圆锥齿轮)。

(3) 与工作台纵向进给运动配合，通过配换挂轮，能使工件连续转动，以加工螺旋沟槽、斜齿轮等。

万能分度头具有广泛的用途，在单件小批量生产中应用较多。

3.2.4 数控铣床的加工工艺分析

1. 数控铣削加工零件的工艺性分析

零件的工艺性分析关系到零件加工的成败，包括零件图样的工艺性分析和零件毛坯的工艺性分析，因此数控铣削加工的工艺性分析是编程前的重要准备工作，其要解决的主要问题大致可归纳为以下两大方面。

1) 零件图样的工艺性分析

根据数控铣削加工的特点，列举出一些经常遇到的工艺性问题，作为对零件图样进行工艺性分析的要点来加以分析与考虑。

(1) 零件图样尺寸的正确标注。

由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，各图形几何要素间的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)应明确，各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。

(2) 保证获得要求的加工精度。

虽然数控机床精度很高，但对一些特殊情况，例如过薄的底板与肋板，因为加工时产生的切削拉力及薄板的弹性退让极易产生切削面的振动，使薄板厚度尺寸公差难以保证，其表面粗糙度值也将提高。根据实践经验，当面积较大的薄板厚度小于3mm时就应充分重视这一问题。

(3) 尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸。

轮廓内圆弧半径R常常限制刀具的直径。如图3-21所示，如工件的被加工轮廓高度低，转接圆弧半径也大，可以采用较大直径的铣刀来加工，加工其底板面时，走刀次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因此工艺性较好;反之，数控铣削工艺性较差。

图3-21 肋板的高度与内转接圆

一般来说，当R＜0.2H(被加工轮廓面的最大高度)时，可以判定为零件该部位的工艺性不好。

在一个零件上的这种凹圆弧半径在数值上的一致性问题对数控铣削的工艺性显得相当重要。一般来说，即使不能寻求完全统一，也要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，以尽量减少铣刀规格与换刀次数，并避免因频繁换刀增加了工件加工面上的接刀阶差而降低了表面质量。

(4) 保证基准统一的原则。

有些工件需要在铣完一面后再重新安装铣削另一面，由于数控铣削时不能使用通用铣床加工时常用的试切方法来接刀，往往会因为工件的重新安装而接不好刀。这时，最好采用统一基准定位，因此零件上应有合适的孔作为定位基准孔。如果零件上没有基准孔，也可以专门设置工艺孔作为定位基准(如在毛坯上增加工艺凸台或在后继工序要铣去的余量上设置基准孔)。

(5) 分析零件的变形情况。

数控铣削工件在加工时的变形，不仅影响加工质量，而且当变形较大时，将使加工不能继续进行下去。这时就应当考虑采取一些必要的工艺措施来进行预防，例如，对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理，对不能用热处理方法解决的，也可考虑粗、精加工及对称去余量等常规方法。此外，还要分析加工后的变形问题，采取什么工艺措施来解决。总之，加工工艺取决于产品零件的结构形状、尺寸和技术要求。

2) 零件毛坯的工艺性分析

进行零件铣削加工时，由于加工过程的自动化，使余量的大小、如何定位装夹等问题在设计毛坯时就要仔细考虑清楚;否则，如果毛坯不适合数控铣削，加工将很难进行下去。根据经验，下列几方面应作为毛坯工艺性分析的要点。

(1) 毛坯应有充分、稳定的加工余量。

(2) 分析毛坯在装夹定位方面的适应性。

应考虑毛坯在加工时的装夹定位方面的可靠性与方便性，以便使数控铣床在一次安装中加工出更多的待加工面。主要是考虑要不要另外增加装夹余量或工艺凸台来定位与夹紧，什么地方可以制出工艺孔或要不要另外准备工艺凸耳来特制工艺孔。如图3-22所示，该工件缺少定位用的基准孔，用其他方法很难保证工件的定位精度，如果在图示位置增加4个工艺凸台，在凸台上制出定位基准孔，这一问题就能得到圆满解决。对于增加的工艺凸耳或凸台，可以在它们完成作用后通过补加工去掉。

图3-22 提高定位精度

(3) 分析毛坯的余量大小及均匀性。

主要考虑在加工时是否要分层切削，分几层切削，也要分析加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施与补救措施。如对于热轧的中、厚铝板，经淬火时效后很容易在加工中与加工后变形，最好采用经预拉伸处理后的淬火板坯。

2. 数控铣削加工零件的工艺设计

1) 选择加工方案

原则上，加工方法的选择是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。确定加工方案时，应先根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，确定为达到这些要求所需要的最终加工方法，再确定半精加工和粗加工的加工方法。

2) 确定加工顺序

按照先粗后精、先面后孔的原则及为了减少换刀次数不划分加工阶段来确定加工顺序。

3) 确定装夹方案和选择夹具

按照前面所介绍的，对零件的定位、夹紧方式及夹具的选择要注意以下几点。

(1) 当工件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用。当工件批量较大、工件精度要求较高时，可以设计专用夹具，并力求结构简单。

(2) 零件定位、夹紧的部位应考虑到不妨碍各部位的加工、更换刀具及测量。尤其要注意不要发生刀具与工件、刀具与夹具相撞的现象。

(3) 夹紧力应力求通过靠近主要支承点上或在支承点所组成的三角形内，应力求靠近切削部位，并选择在刚性较好的地方。尽量不要选择在被加工孔径的上方，以减少零件变形。

(4) 零件的装夹和定位要考虑到重复安装的一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。一般同一批零件采用同一定位基准、同一装夹方式。

4) 选择刀具

根据加工内容选择所需要的刀具，其规格根据加工尺寸选择，一般来说，粗铣铣刀直径应选小一些，以减小切削力矩，但也不能选得太小，以免影响加工效率;精铣铣刀直径应选大一些，以减少接刀痕迹。还应考虑到两次走刀间的重叠量及减少刀具种类。

5) 确定走刀路线

走刀路线的安排是工艺分析中一项重要的工作，它是编程的基础。确定走刀路线时，应考虑加工表面的质量、精度、效率及机床等情况。与数控车床相比，数控铣床加工刀具轨迹为空间三维坐标，一般刀具首先在工件轮廓外下降到某一位置，再开始切削加工，针对不同加工的特点，应着重考虑以下几个方面。

(1) 顺铣和逆铣的选择。

铣削有顺铣和逆铣两种方式，如图3-23所示。当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排走刀路线。因为采用顺铣加工后，零件已加工表面质量好、刀齿磨损小。精铣时，应尽量采用顺铣。

图3-23 顺铣与逆铣

当工件表面有硬皮、机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排走刀路线。因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入，不会崩刀，机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行。

(2) 铣削外轮廓的进给路线。

铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。刀具切入工件时应沿切削起始点的延伸线逐渐切入工件，保证零件曲线的平滑过渡。在切离工件时，也要沿着切削终点延伸线逐渐切离工件，如图3-24所示。

图3-24 外轮廓加工刀具的切入和切出

当用圆弧插补方式铣削外整圆时，如图3-25所示，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而应让刀具沿切线方向多运动一段距离，以免取消刀补时，刀具与工件表面相碰，造成工件报废。

(3) 铣削内轮廓的进给路线。

铣削封闭的内轮廓表面，若内轮廓曲线不允许外延(如图3-26所示)，刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入、切出，此时刀具的切入、切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。当内部几何元素相切无交点时(如图3-27(b)所示)，为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口，刀具切入、切出点应远离拐角。

图3-25 外圆铣削

图3-26 内轮廓加工刀具的切入切出

当用圆弧插补铣削内圆弧时也要遵循从切向切入、切出的原则，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线(如图3-28所示)，以提高内孔表面的加工精度和质量。

图3-27 无交点内轮廓加工刀具的切入和切出

图3-28 内圆铣削

(4) 铣削内槽的进给路线。

内槽是指以封闭曲线为边界的平底凹槽。内槽一律用平底立铣刀加工，刀具圆角半径应符合内槽的图纸要求。图3-29所示为加工内槽的三种进给路线。图3-29(a)和图3-29(b)分别为用行切法和环切法加工内槽。两种进给路线的共同点是都能切净内腔中的全部面积，不留死角，不伤轮廓，同时尽量减少重复进给的搭接量。不同点是行切法的进给路线比环切法短，但行切法将在每两次进给的起点与终点间留下残留面积，而达不到所要求的表面粗糙度;用环切法获得的表面粗糙度要好于行切法，但环切法需要逐次向外扩展轮廓线，刀位点计算稍微复杂一些。采用图3-29(c)所示的进给路线，即先用行切法切去中间部分余量，最后用环切法环切一刀光整轮廓表面，既能使总的进给路线较短，又能获得较好的表面粗糙度。

(5) 铣削曲面轮廓的进给路线。

铣削曲面时，常用球头刀并采用“行切法”进行加工。所谓行切法是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定的。

图3-29 凹槽加工进给路线

对于边界敞开的曲面加工，可采用两种加工路线，如图3-30所示为发动机大叶片的进给路线，当采用图3-30(a)所示的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。当采用图3-30(b)所示的加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度较高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其他表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。

图3-30 发动机大叶片的进给路线

6) 选择切削用量

如图3-31所示，数控铣床的切削用量包括切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法如下:先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。

图3-31 铣削切削用量

(1) 端铣背吃刀量(或周铣侧吃刀量)选择。

吃刀量(ap)为平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸。端铣时，背吃刀量为切削层的深度;而圆周铣削时，背吃刀量为被加工表面的宽度。

侧吃刀量(ae)为垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸。端铣时，侧吃刀量为被加工表面的宽度;而圆周铣削时，侧吃刀量为切削层的深度。

背吃刀量或侧吃刀量的选取，主要由加工余量和对表面质量的要求来决定。

①工件表面粗糙度Ra值为12.5～25μm时，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm，粗铣时一次进给就可以达到要求。但在余量较大、工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次进给完成。

②在工件表面粗糙度Ra值为3.2～12.5μm时，可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同①。粗铣后留0.5～1mm余量，在半精铣时切除。

③在工件表面粗糙度Ra值为0.8～3.2μm时，可分粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.5～2mm;精铣时，圆周铣侧吃刀量取0.3～0.5mm，端铣背吃刀量取0.5～1mm。

(2) 进给速度。

进给速度(vf)是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，它与铣刀转速(n)、铣刀齿数(z)及每齿进给量(fz)的关系为vf=fzzn

每齿进给量fz的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料的强度和硬度越高，每齿进给量越小;反之，则越大。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。工件表面粗糙度Ra值越小，每齿进给量就越小。工件刚性差或刀具强度低时，每齿进给量应取小值。

(3) 切削速度。

铣削的切削速度与刀具耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ae、铣刀齿数Z成反比，而与铣刀直径成正比。其原因是当fz、ap、ae、和Z增大时，刀刃负荷增加，工作齿数也增多，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高。同时，刀具耐用度的提高使允许使用的切削速度降低。但加大铣刀直径d则可改善散热条件，因而提高切削速度。铣削的切削速度可参考相关的切削手册。

在确定进给速度时，要注意一些特殊情况。例如，在高速进给的轮廓加工中，由于工艺系统的惯性在拐角处易产生“超程”和“过切”现象，如图3-32所示。因此，在拐角处应选择变化的进给速度，接近拐角时减速，过了拐角后加速。

图3-32 拐角处的超程和过切现象