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2019年9月，学院承接了某公司一批槽形凸轮零件样板件的外协加工订单，生产类型为单件。其外轮廓已经由前道工序加工，本工序的任务就是加工凸轮槽与Φ12mm和Φ20mm的两个孔。

    材料：HT200

    要求：分析其数控铣削加工工艺，编制数控加工工艺过程卡、工序卡、刀具卡等工艺规程。

[学习目标]

1、知识目标：零件图工艺分析结果对工序划分，进行加工路线拟定。

2、情感目标：培养细致严谨、认真钻研的工匠精神

3、能力目标：培养独立分析问题和解决问题的能力、团结协作的团队精神

[理论知识]

一、加工方法的确定

   （1）平面轮廓的加工

   平面轮廓零件通常采用3坐标数控铣床进行两轴半坐标加工。如图1所示。  

图1  平面轮廓铣削

（2）固定斜角平面的加工固定斜角平面是与水平面成一固定夹角的斜面。常用的加工方法如下：

  1）当零件尺寸不大时，可用斜垫板垫平后加工。

    2）如果机床主轴可以摆动．则可以摆成适当的定角，用不同的刀具来加工，如图2所示。

图2    主轴摆角加工固定斜角平面

       a）主轴垂直端刃加工     b）主轴摆角后侧刃加工  

       c）主轴摆角后端刃加工   d）主轴水平侧刃加工

  3）当零件尺寸很大，斜面斜度又较小时，常用行切法加工。但加工后，会在加工面上留下残留面积。

   （3）变斜角面的加工方法

     1）对曲率变化较小的变斜角面，用4坐标联动的数控铣床，采用立铣刀(但当零件斜角过大，超过机床主轴摆角范围时，可用角度成形铣刀加以弥补)以插补方式摆角加工，如图3a所示。     

图3  数控铣床加工变斜角面

a）四坐标联动  b）五坐标联动

 2）对曲率变化较大的变斜角面，最好用5坐标联动数控铣床，以圆孤插补方式摆角加工，如图3b所示。

    3）采用3坐标数控铣床2坐标联动，利用球头铣刀或鼓形铣刀（图4所示），以直线或圆弧插补方式进行分层铣削加工。加工后的残留面积用钳修方法清除。

图4  用鼓形铣刀分层铣削变斜角面

（4）曲面轮廓的加工方法

    1）对曲率变化不大和精度要求不高的曲面的粗加工，常用两轴半坐标的行切法加工，如图5所示。

图5   两轴半坐标行切法加工曲面

   两轴半坐标联动加工曲面的刀心轨迹O102和切削点轨迹ab，如图6所示。

图6  两轴半坐标行切法加工曲面的切削点轨迹

     2）对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工，常用三坐标联动插补的行切法加工，如图7所示。

图7  三轴联动行切法加工曲面的切削点轨迹

    对像叶轮、螺旋桨这样的零件，如图8所示，因其叶片形状复杂，刀具容易与相邻表面发生干涉，常用五坐标联动加工。

图8   曲面的五坐标联动加工

二、工序的划分与加工顺序的安排

 在数控铣床上加工零件，划分工序的原则及其常用划分方法与数控车床加工近似，可参见本书项目一。以下是切削加工顺序安排原则。

1、基面先行原则

用作精基准的表面要先加工，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。

2、先粗后精原则

零件各表面的加工顺序按照先粗加工，再半精加工，最后精加工和光整加工的顺序依次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。

3、先主后次原则

零件的装配基面和主要工作表面应先加工，次要表面可穿插加工，一般在主要表面半精加工之后精加工之前进行。

4、先面后孔原则

对于箱体、支架、底座等零件，应先加工用作定位的平面和孔的端面，再加工孔和其他尺寸。

三、确定走刀路线和工步顺序

走刀路线是刀具相对于工件的运动轨迹。

 1、铣削外轮廓的加工路线

铣削平面零件外轮廓，一般采用立铣刀侧刃进行切削。刀具切入零件时，应沿切削起始点延伸线或切线方向逐渐切入零件，以免在零件的轮廓上切入处产生刻痕，以保证零件表面平滑过渡。刀具离开零件时，也应沿切削终点延伸线或切线方向逐渐切离零件。如图9所示。

图9  铣削外轮廓的加工路线

2、铣削内轮廓的加工路线

    铣削封闭的内轮廓表面时，因内轮廓曲线不允许外延，此时刀具可以沿一过渡圆弧切入和切出零件轮廓，可提高内轮廓表面的加工精度和质量。如图10所示。

图10  铣削内轮廓的加工路线

 3、铣削型腔的加工路线

 型腔是指以封闭曲线为边界的平底凹槽。加工采用平底立铣刀，且刀具圆角半径应符合型腔的图纸要求。

 加工型腔三种加工路线方案：行切法、环切法、行切法。如图11所示。

 行切法和环切法的共同点：不留死角，不伤轮廓，减少重复走刀的搭接量。不同点：行切法加工路线比环切法短，行切法表面粗糙度较差，环切法需要逐次向外扩展轮廓线，刀位点计算稍复杂。

图11  铣内槽的三种加工路线

4、铣削曲面的加工路线

加工工艺复杂，合理选择的加工路线。如图12所示。

图12  铣削曲面的两种加工路线

5、减少刀具空行程的加工路线

尽量缩短加工路线，减少刀具空行程的时间，以节省加工时间，提高生产效率。如图13所示，两种刀具加工路线的对比。

图13  最短加工路线设计

 6、位置精度要求高的孔加工路线

    对点位控制机床，只要求定位精度高，定位过程尽可能快，而刀具相对于工件的运动路线无关紧要。因此，这类机床应按空行程最短来安排加工路线，如图14a所示。但对位置精度要求较高的孔系加工，在安排孔加工顺序时，还应注意各孔定位方向的一致，即采用单向趋近定位的方法，以避免将机床进给机构的反向间隙带入而影响孔的位置精度，如图14b所示。

图14  位置精度控制孔加工路线

四、顺铣和逆铣对加工影响

    顺铣、逆铣动作方式如图15所示。

    顺铣：铣刀切出工件时切削速度方向与工件的进给方向相同。

    逆铣：铣刀切入工件时切削速度方向与工件的进给方向相反。

    通常，由于数控机床传动采用滚珠丝杠结构，其进给传动间隙很小，顺铣的工艺性就优于逆铣。

图15 顺铣、逆铣运动方式

    为了降低表面粗糙度值，提高刀具耐用度，对于铝镁合金、钛合金、耐热合金等材料，尽量采用顺铣加工。

    当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，选用顺铣。精铣时，尤其是铝镁合金、钛合金或耐热合金时，应采用顺铣。当工件表面有硬皮，机床进给机构有间隙时，选用逆铣。

    如果零件毛坯为黑色金属锻件或铸件，表皮硬而且余量一般较大，宜采用逆铣加工。

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