11.2　数控铣削加工工艺

数控铣削加工工艺分析是编程前的重要工艺准备工作之一。根据加工实践，数控铣削加工工艺分析所要解决的主要问题大致可归纳为以下几个方面。

1.数控铣削加工零件图样的工艺分析

（1）构成零件轮廓的几何要素的条件应该完整、准确；

（2）零件图样尺寸的标注方法应适合数控加工编程的特点。

2.数控铣削加工零件各部位的结构工艺分析

（1）零件的外形和内腔最好采用统一的几何类型和尺寸，可减少使用刀具的规格和换刀次数，方便编程，提高生产效率。

（2）内壁圆角的大小决定了刀具直径的大小，因此，内壁圆角半径 R 不易太小。如图11-4（a）所示，当内壁转接圆弧半径 R 较大时，可采用直径较大的铣刀加工。这样，加工底面时的走刀次数较少，表面质量较好，工艺性较好。反之，如图11-4（b）所示，铣削工艺性则较差。通常，当 R＜0.2H 时，则零件该部位的工艺性较差。

图11-4　内壁圆角半径对工艺的影响

（3）底面转接圆弧半径 r 不应过大。如图11-5所示，铣刀直径 D 一定时，工件的内壁与底面转接圆弧半径 r 越小，铣刀与铣削平面接触的最大直径 d=D-2r 也越大，铣刀端刃铣削平面的面积越大，则加工平面的能力越强，因而，铣削工艺性越好。

当底面铣削面积大，转接圆弧半径 r 也较大时，只能先用一把 r 较小的铣刀加工，再用符合要求 r 的刀具加工，分两次完成切削。

图11-5　底面圆弧对工艺的影响

（4）工件在加工过程中，应采用统一的定位基准，防止因为零件的重新安装而导致部分零件尺寸的整体错位，造成零件报废。

3.数控铣床夹具的选择

数控机床主要用于加工形状复杂的零件，但所使用夹具的结构往往并不复杂。数控铣削加工的特点对夹具提出了两点基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定不变；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外还要考虑以下几点：

（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具或通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。数控铣床的通用夹具有机用虎钳、三爪卡盘、圆盘工作台等。

（2）零件成批生产时可以考虑使用专用夹具，力求结构紧凑、简单。

（3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短数控铣床停顿的时间。

（4）夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工。

4.数控铣床刀具的选择

刀具的选择是数控铣削加工工艺的重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。数控铣床上所采用的刀具要根据机床的加工能力、工序内容以及被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能和加工余量等，选择刚性好、耐用度高的刀具。

一般刀具的材料应尽可能选用硬质合金，精密加工时还可以选择性能更好更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金刚石。选择铣刀类型时应根据被加工零件的尺寸和表面形状来确定。在进行自由曲面加工时，由于球头铣刀端部的切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很小，故球头常用于曲面的精加工。而平头铣刀在表面加工质量和切削效率方面都优于球头铣刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都可以优先选择平头铣刀。

另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。

5.零件加工路线的确定

（1）铣削轮廓表面　在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削。对于二维轮廓加工，通常采用的加工路线为：起刀点——沿切向切入工件——轮廓切削——刀具向上抬刀——退离工件——返回起刀点。

（2）顺铣和逆铣的选择　在铣削加工中，采用顺铣还是逆铣的方式是影响加工表面粗糙度的重要因素之一。铣削方式的选择应根据零件图样的加工要求、工件材料的性质、特点以及机床、刀具等条件综合考虑。

如图11-6（a）所示为采用顺铣切削方式精铣外轮廓, 此时切削力 F 的水平分力 F_x的方向与进给运动 v_f的方向相同；图11-6（b）所示为采用逆铣切削方式精铣型腔轮廓, 此时切削力 F 的水平分力F_x的方向与进给运动 v_f方向相反；图11-6（c）所示为顺、逆铣时的切削区域。

图11-6　顺铣和逆铣

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，顺铣的工艺性要优于逆铣。因此，为了降低表面粗糙度值，提高刀具耐用度，对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料，尽量采用顺铣加工。但如果零件毛坯为黑色金属锻件或铸件，表皮硬而且余量较大时，可以粗加工采用逆铣，而精加工采用顺铣。