1、此部分内容同于数控车削加工工艺。参阅单元5数控车床加工工艺相关内容。（2）零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点1）零件的内腔和外型最好采用统一的几何类型和尺寸。如此进行可以减少使用刀具的规格和换刀的次数，使得编程方便，生产效益提高。2）内槽圆角的大小，决定着刀具直径的大小，因此内槽圆角半径不应太小。3）零件铣削底平面时,槽底圆角半径r不应过大。4）应采用统一的定位基准。（4）零件变形的分析零件在数控铣削加工时的变形，不仅影响加工质量，而且当变形较大时将使加工无法继续进行。这时就应当考虑采取一些必要的工艺措施来进行预防，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理，对不能热处理方法解决的
2、，可考虑采用粗加工、精加工及对称去处余量等常规方法。此外，还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否得到保证、有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。（4）零件毛坯的工艺性分析零件在进行数控铣削加工时，由于加工过程的自动化，使得余量的大小、如何装夹等问题在设计毛坯时就要仔细考虑好。根据实际中的使用经验，下列几方面应该作为零件毛坯工艺性分析的要点。1）毛坯应该有充分、稳定的加工余量2）分析零件毛坯的装夹适应性3）分析毛坯的变形、余量大小以及均匀性3.零件图形的数学处理（1）零件手工编程尺寸的确定数控铣削加工中，手工编程尺寸不能简单地直接选取工件图纸上的基本尺寸。零件图形可按下述方式进
3、行调整：1）精度高的尺寸处理：可将基本尺寸换算为平均尺寸。2）几何关系的处理：保持原来重要的几何关系，例如角度、相切、相切关系不变。3）精度低的尺寸处理：通过调整修改一般尺寸，保持零件原有的几何关系，使之相互协调。4）节点坐标尺寸的计算：按照调整后的尺寸计算有关未知节点的坐标尺寸。5）编程尺寸的修正：按照调整后的尺寸编程进行加工，测量关键尺寸的实际分散中心与误差，再按照误差对编程尺寸进行调整，并相应修改程序。4.加工方法的选择与加工方案的确定（1）加工方法的选择铣削加工方法的选择原则是：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多种，因而在实际选择
4、时，要结合零件的形状、尺寸的大小和热处理要求等综合因素。（2）确定加工方案的原则零件上精确度要求较高的表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对于这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应该正确确定从毛坯到最终成形的加工方案。确定加工方案时，首先应该根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。此时要考虑数控机床使用的合理性和经济性，并充分发挥数控机床的功能。原则上数控机床仅进行较复杂零件重要基准的加工和零件的精加工。（3）平面类零件斜面轮廓加工方法的选择在加工过程中，零件按表面轮廓可分为平面类零件和曲面类零件。其中平面类零件斜
5、面轮廓又分为两种：1）固定斜角的外轮廓加工2）有变斜角的外轮廓加工（4） 曲面轮廓加工方法的选择立体曲面的加工应根据曲面形状、刀具形状以及精度要求采用不同的铣削加工方法，如两轴半、三轴、四轴及五轴等联动加工。1）对曲率半径变化不大和精度要求不高的粗加工，常使用两轴半坐标的数控铣床采用行切法加工。2）对曲率变化较大和精度要求较高的曲面精加工，常使用X、Y、Z三坐标联动插补的行切法进行加工。此外，加工中还应考虑机床选择的合理性。5.工艺与工步的划分（1）工序的划分在数控铣床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先应该根据零件图，考虑被加工零件是否可以在一台数控铣床
6、上完成整个零件的加工，如若不能，则应决定其中哪些部分的加工在数控机床上进行，哪些部分的加工在其它机床上进行。一般工序的划分有以下几种方式：1）零件的装夹定位方式划分工序由于每个零件结构形状不同，各个表面的技术要求也不同，所以在加工中，其定位方式则各有差异。一般铣削加工外形时，以内形定位；在铣削加工内形时以外形定位。可根据定位方式的不同来划分工序。2）按粗、精工序划分加工根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先进行粗加工，再进行精加工。此时可使用不同的机床或不同的刀具来进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件的某一部分表面加工完毕后，再加工零件的
7、其他表面。3）按所用刀具划分工序为了减少换刀次数，压缩空程运行时间，减少不必要的定位误差，可按使用刀具来集中工序的方法进行零件的加工。既尽可能使用同一把刀具加工出尽可能加工到的所有部位，然后再更换另一把刀具加工零件的其它部位。在专用数控机床和加工中心中常常采用这种方法。（2）工步的划分工步的划分主要从加工精度和生产效率两方面来考虑。在一个工序内往往需要采用不同的切削刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的零件，在工序内又细分为工步。下面以加工中心为例来说明工步划分的原则：1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗加工后精加工分开进行。2）对于既
8、有铣削平面又有镗孔加工的表面，可按先铣削平面后镗孔进行加工。因为按此方法划分工步，可以提提高孔的加工精度。由于铣削平面时切削力较大，零件易发生变形。先铣平面后镗孔，可以使其有一段时间恢复，并减少由此变形引起对孔的精度的影响。3）按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。总之，工序与工步的划分要根据零件的结构特点，技术要求等情况综合考虑。6.零件的安装与夹具的选择（1）定位基准分析定位基准有粗基准和精基准两种，用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准，用已加工过的表面作为定位基准称为精基准。除第一道工序采用粗基准外，其余工序都应使用
9、精基准。 选择定位基准要遵循基准重合原则，即力求设计基准、工艺基准和编程基准统一，这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量，并且能有效地减少装夹次数。零件的定位基准一方面要能保证零件经多次装夹后其加工表面之间相互位置的正确性，如多棱体、复杂箱体等在卧式加工中心上完成四周加工后，要重新装夹加工剩余的加工表面，用同一种基准定位可以避免由基准转换引起的误差;另一方面要满足加工中工序集中的特点，即一次安装尽可能完成零件上较多表面的加工。定位基准最好选择在零件上己有的面或孔，若没有合适的面或孔，也可以专门设置工艺孔或工艺凸台等作为定位基准。（2）定位安装的基本原则在数控铣床上加工零件时，安
10、装定位的基本原则与普通铣床相同，也要合理选择定位基准和夹紧方案。在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准确定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。此时，主要考虑以下几点：1） 夹紧机构或其他元件不得影响进给，加工部位要敞开。要求夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动轨迹发生干涉。2） 必须保证最小的夹紧变形。工件在加工时，切削力大，需要的夹紧力也大，但又不能把工件夹压变形。因此，必需慎重选择夹具的支撑点、定位点和夹紧点。3） 装卸方便，辅助时间尽量短。4） 对小型零件戓工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率。5） 夹具结构应力求简单。6） 夹具应
11、便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。数控铣床工作台面上一般都有基准T型槽、转台中心上有定位孔、台面侧面有基准挡板等定位元件。固定方式一般用T型螺钉或工作台面上的紧固螺孔，用螺栓或压板压紧。夹具上用于紧固的孔和槽的位置必须与工作台的T型槽和孔的位置相对应。7）避免采用占机人工调整加工方案，以充分发挥出数控机床的效能。（3）选择夹具的基本原则数控加工的特点对夹具提出了两点要求：一是要保证夹具的坐标方向要与机床的坐标方向相对固定不变；二是要协调零件的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，可调式夹具或其它通用夹具，以缩短生产准备时
12、间，节省生产费用。2）在成批生产时考虑使用专用夹具，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，既夹具要敞开，其定位夹紧机构的元件不能影响加工中的走刀运行。此外，为了提高数控加工的效率，在成批生产中还可以采用多位、多件夹具。例如在数控铣床或立式加工中心的工作台上，可安装一块与工作台大小一样的平板。7.刀具的选择与切削用量的确定（1）刀具的选择刀具的选择是数控铣削加工工艺内容中的重要内容之一，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。所以在编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、被加工零
13、件的材料等因素。数控加工的刀具材料，要求采用新型优质材料，一般原则是尽可能选用硬质合金，精密加工时，还可选择性能更好更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具，并优选刀具参数。（2）切削用量的确定切削用量主要包括：切削深度t、切削速度V、进给速度f。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量，并应编入零件的加工程序清单。合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应该考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，一般应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体选用数值应该根据机床说明书、切削用量手册，并结合实际经验而定。8.关于起刀、进刀、退刀相关的工艺处理程序起始点
14、是指程序开始时，刀尖（刀位点）的初始停留点。 采用G92对刀时一般为对刀点。程序返回点是指一把刀具在程序执行完毕后，刀尖返回后的停留点。一般为换刀点。切入点是指在曲面的初始切削位置上，刀具与曲面的接触点。切出点是指在曲面切削完毕后，刀具与曲面的接触点。（1）程序起始点、返回点、切入点、切出点的确定1）程序起始点、返回点的确定在同一个程序中起始点和返回点最好相同。如果一个零件的加工需要几个程序才能完成，那么，这几个程序的起始点和返回点也最好完全相同，以免引起加工操作上的麻烦。程序起始点和返回点的坐标值最好设置X坐标值和Y坐标值均为零，这样能够使得加工操作更为方便。2）切入点选择的原则在进刀或切削
15、曲面的加工过程中，要使刀具不受损坏，对于粗加工而言，选择曲面内的最高点作为曲面的切入点（也叫初始切削点）；对于精加工而言，选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为曲面的切入点。3）切出点选择的原则主要应该考虑曲面能够连续完整地进行加工，或者是使曲面加工间的非切削时间尽可能地减短，并使得换刀方便。对于被加工曲面为开放型曲面，用曲面的某角点作为切出点；对于被加工曲面为封闭型曲面，只能用曲面的一个角点作为切出点。（2）程序进刀、退刀方式与进刀、退刀路线的确定程序进刀方式是指零件加工前，刀具接近工件表面的运动方式。程序退刀方式是指零件加工完毕，刀具离开工件表面的运动方式。进刀、退刀路线是为了防止加工中刀具
16、与工件发生过切或碰撞，在切削前和切削后设置的引入到切入点和从切出点引出的线段。1）沿坐标轴Z轴方向直接进行进刀和退刀此方式是数控加工中最常用的进刀、退刀方式。其优点是定义简单；其缺点是在工件表面的进刀、退刀处会留下微观的停刀痕迹，影响工件表面的加工质量和精度。因此，在数控铣削平面轮廓零件时，应该尽量避免在零件垂直表面的方向上进刀和退刀。2）沿给定的矢量方向进行进刀和退刀此方式是先定义一个矢量方向，来确定刀具进刀和退刀运动的方向。3）沿曲面的切线方向以直线方式进刀和退刀该方式是从被加工零件曲面的切先方向，切入或切出工件表面。其优点是在工件表面的进刀、退刀处不会留下停刀痕迹，工件表面的加工精度好。
17、4）沿曲面的法线方向进行进刀和退刀该方式是从被加工零件曲面切入点或切出点的法线方向，切入或切出工件表面。其特点同于沿坐标轴Z轴方向直接进行进刀和退刀。5）沿圆弧段方向进行进刀和退刀该方式是以圆弧段的运动方式，切入或切出工件表面。引入线、引出线为圆弧。圆弧的作用是使得加工刀具与加工曲面相切。使用此方式时必须首先定义切入段或切出段的圆弧。 6）沿螺旋线或斜线方式进行进刀和退刀该进给方式是在两进给层之间，刀具从上一层的高度沿着螺旋线或者斜线，以渐进的方式切入工件，直到工件下一层的高度，然后开始进行切削加工。对于加工精度要求很高的零件轮廓轨迹加工，应该选择沿曲面的切线方向进行进刀和退刀，这样可以避免在
18、工件表面的进刀、退刀处留下刀痕，影响工件表面的加工质量和精度。为了防止在加工中刀具或铣头与被加工表面发生干涉和相撞，在加工起始点和进刀路线、返回点和退刀路线之间，应该增加刀具移动和定位的控制指令。在开始进行加工时，应该使刀具先运行到引入线上方的某个位置；在曲面加工完毕后，应该使刀具先向上运行一个位移，运行到引出线上方的某个位置；向上运行后的刀具位置应该在安全高度或者与加工起始点的Z值相同。（3）起始平面、返回平面、进刀平面、退刀平面和安全平面的确定1）起始平面起始平面是程序开始时刀具的初始位置所在的Z平面。一般定义在被加工表面的最高点之上50100 mm左右的某个位置上。此平面应该高于安全平面
19、。其对应的高度称为起始高度。在安全平面上刀具以G00的速度运行。2）返回平面返回平面是指在程序结束时，刀具刀尖处所在的Z平面。此平面也定义在被加工表面的最高点之上510mm左右的某个位置上。一般与起始平面重合。由此可知：刀具处于返回平面时是安全的。返回平面对应的高度称为返回高度。在返回平面上刀具以G00的速度运行。3）进刀平面在数控铣削加工中，刀具先以高速（G00）运行到被加工零件的开始切削位置，然后转换为切削进给速度进入加工，此速度转折点的位置称为进刀平面。其对应的高度称为进刀高度。其转折速度称为进刀速度。此高度一般在零件加工平面和安全平面之间，距零件加工面510 mm左右的某个位置上。零件
20、加工面为毛坯时取大值，零件加工面为已加工面时取小值。4）退刀平面在数控铣削加工结束后，刀具以切削进给速度离开工件表面一段距离（510 mm）后，转换为以高速（G00）返回到安全平面和被加工零件的开始切削位置，此转折位置称为退刀平面。其对应的高度称为退刀高度。5）安全平面安全平面是指当一个曲面切削完毕以后，刀具沿着刀轴方向返回运行一段距离后，刀尖所在的Z平面。安全平面一般被定义在高出被加工零件最高点1050mm左右的某个位置上，刀具处于安全平面时是安全的。设定安全平面即能防止刀具碰伤工件，又能使得非切削时间控制在一定的范围内。其对应的高度称为安全高度。刀具在一个位置处加工完毕后，返回到安全平面，
21、然后沿安全高度移动到下一个位置处，再下刀进行另一个表面的加工。（4）对刀点和换刀点的确定对于数控机床来说，在编程时正确地选择对刀点是很重要的。“对刀点”是数控加工中刀具相对于工件运动的起点。由于程序是从该点开始执行的，所以对刀点又称为“程序起点”或“起刀点”或“程序原点”。选择对刀点的原则是：1）对刀点便与数学处理和简化程序编制；2）对刀点在机床上容易校准；3）对刀点在加工过程中便于检查；4）对刀点在加工中引起的加工误差小。对刀点可以设置在零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为提高零件的加工精度，应尽可能设置在零件的设计基准或工艺基准上，或与零件的设计基准有一定的尺寸关系。对于以孔定位的零件，
22、可以选择孔的中心作为对刀点，刀具的位置以孔来找正，使“对刀点”与“刀位点”重合。所谓“对刀”实质上就是指“刀位点”与“对刀点”重合的操作。所谓“刀位点”，是指刀具的定位基准点。立铣刀的刀位点是刀具轴线与刀具底面的交点；端铣刀的刀位点是刀具轴线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；镗刀的刀位点是刀尖；钻头的刀位点是钻尖。为了保证加工中的对刀精度，常常采用千分表、对刀测头或对刀样板进行找正对刀。对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。因此在成批生产中要考虑对刀点的重复定位精度。重复定位精度可以用对刀点相距机床原点的坐标值X0和Y0来校核。所谓机床原点。是指
23、机床上一个固定不变的极限点。对铣床而言，机床原点一般设置在靠近铣床工作台外侧（或内侧）的左边或右边。在铣削加工过程中需要换刀时，应该在换刀点处进行。所谓换刀点，是指刀架转位换刀时的位置。换刀点在数控车床上是一任意点，一般根据工序内容安排；换刀点在数控铣床上是一相对固定点；换刀点在加工中心机床上也是一固定点。为了防止换刀时刀具碰伤被加工零件，换刀点应该设置在被加工零件或夹具的外部。9. 顺铣、逆铣与切削方向、切削方式的选择铣刀的旋转方向与工件的进给方向相同时称为顺铣，相反时称为逆铣。（1）顺铣、逆铣的特点逆铣时，刀具从加工表面切入，切削厚度逐渐增大，刀具的刀齿容易磨损，而且刀具切离工件时的垂直分
24、力FV 方向会使工件脱离工作台，因此需要较大的加紧力。顺铣时，刀具从待加工表面切入，切削厚度最大逐渐减小，刀具切离工件时的垂直分力FV 方向会使工件始终压向工作台，减小了工件在加工中的震动，因而能够提高零件的加工精度、表面加工质量和刀具的耐用度。（2）顺铣、逆铣的确定铣削加工时，采用顺铣还是采用逆铣，对加工后的表面粗糙度有影响。应该根据零件的加工要求、被加工零件的材料特点以及机床刀具的具体条件综合考虑，确定原则与普通加工类同。当零件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应该选用逆铣，按照逆铣方式安排加工进给路线，因为逆铣符合粗铣的要求，所以，对于余量大、硬度高的零件加工粗铣时尽量选用逆铣；当零件
25、表面无硬皮，机床的进给机构无间隙时，应该选用顺铣，按照顺铣方式安排加工进给路线，顺铣符合精铣的要求，所以，对于耐热材料、余量小和精加工铣削时尽量选用顺铣；由于数控机床采用滚珠丝杠，其运动间隙极小，而且顺铣的优点多于逆铣，所以加工中应尽量采用顺铣。在主轴正向旋转，刀具为右旋铣刀时，顺铣符合数控系统指令代码中的左刀补（G41），逆铣符合数控系统指令代码中的右刀补（G42）。所以，在一般情况下，精铣使用G41指令代码来建立刀具半径补偿，粗铣使用G42指令代码来建立刀具半径补偿。10. 工艺加工路线的确定在数控铣削加工中，工艺加工路线是指数控加工过程中刀位点相对于被加工零件的运动轨迹。即刀具从对刀点开
26、始运动起，直至结束加工所经过的路径，包括切削加工的路径以及刀具引入、刀具返回等非切削空行程。加工路线的确定原则是：首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。在确定工艺加工路线时，还应考虑零件的加工余量和机床、刀具的刚度，确定是一次走刀，还是多次走刀来完成切削加工，并确定在数控铣削加工中是采用逆铣加工还是顺铣加工等。对于孔系位置精度有要求较高的的零件加工，应该特别注意孔的加工顺序的安排，注意各孔的定位位置一致。采用单向趋近定位点的方法，可以避免将坐标轴的间隙带入，影响孔的定位精度。铣削平面零件时，一般情况下采用立铣刀的侧刃进行切削平面零件的外轮
27、廓。为了减少接刀痕迹，保证零件表面的质量，铣刀的切入、切出部分应该考虑适当外延，以保证零件轮廓的平滑过渡。铣削内表面轮廓时，铣刀的切入点和切出点无法外延。此时铣刀可沿零件轮廓的法线方向切入切出，并应该尽量将切入切出点选择在零件轮廓的几何元素交接处。在轮廓铣削加工中，应该避免进给停顿。因为进给停顿时，切削力减小，并由此改变切削系统的平衡状态，使得刀具在进给停顿处的零件轮廓上留下痕迹，破坏零件轨迹曲线的平滑。铣削加工曲面时，常使用球头铣刀采用“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，而行间距离是按照零件的加工精度要求确定的。总之，确定数控铣削工艺走刀路线的总体原则是
28、：在保证零件加工精度和表面粗糙度的前提下，尽量缩短加工路线，以提高生产效率。11.平面和曲面轮廓的加工在机械加工中，常常会遇到各种平面以及曲面轮廓的零件。例如凸轮、摸具、叶片、螺旋桨等。由于这些零件的型面复杂，需要多轴联动加工，因此多采用数控铣床和加工中心来进行加工。（1）平面轮廓的数控加工这类零件的表面多由直线和圆弧或各种曲线构成。在编程时应该尽量避免法向切入和加工进给中停顿，以防止刀具在加工表面上留下划痕。对于平面轮廓为任意曲线的数控加工，需要采用直线段或圆弧段逼近的方法进行“节点”计算并按照节点来划分程序段。（2）曲面轮廓的数控加工立体曲面轮廓的数控加工，应该根据曲面形状、刀具（球状、柱
29、状、端齿）形状以及精度要求采用不同的铣削方法来进行加工，例如采用具有二轴半、三轴、四轴和五轴等插补联动功能的数控铣床进行加工。1）两轴联动的三轴行切法加工X、Y、Z三轴中任意两轴做联动插补运行，第三轴做单独的周期进刀运动，称为两轴半联动加工。由于二轴半加工的刀心轨迹为平面曲线，因此在编程中计算较为简单，数控逻辑装置也不复杂。常常用于变化不大以及精度要求不高的粗加工中。2）三轴联动加工X、Y、Z三轴同时做联动插补运行。用三轴联动来进行加工零件曲面，通常也采用行切法进行。三轴联动加工常常复杂空间曲面的精确加工。但编程计算较为复杂，所用数控机床还必须具有三轴联动功能。3）四轴联动加工零件的侧面为直纹扭曲面。如果在三轴联动的数控机床上用球头铣刀按行切法进行加工，不但生产效率低，而且表面粗糙度差。因此，采用圆柱
