三、数控铣削工艺性分析

三、数控铣削工艺性分析

加工的工艺性分析关系到加工的效果和成败，对于数控铣削加工也是如此，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。根据实践，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.选择并确定数控铣削加工部位及工序内容

由于国内大多数用户目前所拥有的数控铣床数量有限，因此在选择加工对象及加工内容时一般还是以解决生产与科研中的加工难题为主，充分发挥数控铣床的作用。为此，推荐下列加工内容作为采用数控加工的主要选择对象：

1）工件上的曲线轮廓，特别是由数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓；

2）已给出数学模型的空间曲面；

3）形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位；

4）用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内外凹槽；

5）以尺寸协调的高精度孔或面；

6）能在一次安装中铣出来的简单表面或形状；

7）采用数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。

不适于数控铣削加工的内容主要有以下几种：

1）简单的粗加工面；

2）需要进行长时间占机人工调整（如以毛坯粗基准定位按划线找正）的粗加工内容；

3）必须按专用工装协调的加工内容（如标准样件等）；

4）毛坯上的加工余量不太充分或不太稳定的部位；

5）如图3-6所示的工件，一面加工，另一面不加工，其非加工面又不能作为定位面的部位；

6）必须用细长铣刀加工的部位（一般指狭窄深槽或高肋板小转接圆弧部位）。

2.零件图样的工艺性分析

根据数控铣削加工的特点，下面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。

图3-6　不适于数控加工的情况

（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3-7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。一般来说，当R＜0.2 H（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。

铣削面的槽底面圆角或底板与肋板相交处的圆角半径r（如图3-8所示）越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也越低，当r大到一定程度时甚至必须用球头铣刀加工，这是应当避免的。因为铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D－2r（D为铣刀直径），当D越大而r越小时，铣刀端刃铣削平面的面积越大，加工平面的能力越强，铣削工艺性当然也越好。有时候，当铣削的底面面积较大，底部圆弧r也较大时，我们只能用两把r不同的铣刀（一把刀的r小些，另一把刀的r符合零件图样的要求）进行两次切削。

图3-7　肋板的高度与内转接圆

图3-8　底板与肋板的转接圆

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。

3.零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好;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　毛坯主要指锻、铸件，因模锻时的欠压量与允许的错模量会造成余量的多少不等，铸造时也会因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量的不等。此外，锻、铸后，毛坯的挠曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。因此，除板料外，不管是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控铣削加工，其加工面均应有较充分的余量。经验表明，数控铣削中最难保证的是加工面与非加工面之间的尺寸，这一点应该引起特别重视。在这种情况下，如果已确定或准备采用数控铣削，就应事先对毛坯的设计进行必要更改或在设计时就加以充分考虑，即在零件图样注明的非加工面处也增加适当的余量。

（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3-9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3-9　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。

4.零件的加工路线

在数控铣削加工中，刀具相对于零件运动的每一细节都应该在编程时确定。这时，除考虑零件轮廓、对刀点、换刀点及装夹方便外，还应注意到，在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削。由于主轴系统和刀具的刚度变化，当沿法向切入工件时，会在切入处产生刀痕，所以应避免，而应像图3-10那样，由零件轮廓曲线的切线上切入零件的轮廓，以避免在加工表面产生痕迹。在切出时，也是如此。而且在刀具切入切出时，均应考虑有一定的外延，以保证零件轮廓光滑过渡。

图3-10　切入切出的路线

在铣削内表面轮廓形状时，切入切出无法外延，这时铣刀只有沿法线方向切入和切出，这种情况下，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。为了消除由于系统刚度变化引起进退刀时的痕迹，可采用多次走刀的方法，减小最后精铣时的余量，以减小切削力。