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目　　录

摘要4

一、前言5

二、数控铣床的认知6

（一）数控铣床基本结构组成二）数控铣床的分类6

（二）数控铣床的分类6

（三）数控铣床的主要功能7

（四）数控铣床的加工范围和方法8

三、数控铣床加工知识准备9

（一）夹具9

（二）常用铣刀种类9

（三）铣削用量11

四、零件加工实例应用15

（一）零件图样分析15

（二）机床与毛坯选择15

（三）定位基准选择与零件装夹16

（四）刀具选择与零件加工工艺安排16

（五）零件加工工艺卡18

（六）机床操作步骤18

（七）FANUC0i-MB数控铣床常用代码20

（八）零件加工部分程序21

五、实习总结27

参考文献28

摘要

本文通过对数控铣床的简单介绍，论述了数控铣床的作用、加工特点与加工范围等。

并以典型零件为例，结合数控加工的特点、分别进行工艺方案分析、机床的选择、刀具加工路线的确定、数控程序的编制，最终形成加工零件的工艺文件。

较清晰地展示了数控铣床操作必要掌握的知识和技能。

对涉及与数控专业相关的基础知识、专业计算都进行了有针对性的论述。

关键词：

数控技术数控铣床实例加工

一、前言

数控机床集现代精密、计算机、通信液压气动、光电等多科学技术为一体，具有高效率、高精度、高自动和高柔性的特点，是当代机械制造业的主流设备。

它可加工普通机床无法加工的复杂零件，同时具有很高的加工精度和效率。

数控铣床主要用于加工平面和曲面轮廓的零件，还可以加工复杂型面的零件，如凸轮、样板、模具、螺旋槽等。

同时也可以对零件进行钻、扩、铰、锪和镗孔加工。

它有适应性强、灵活性好，加工精度高、加工质量稳定可靠，生产自动化程序高，生产效率高等特点。

在利用数控机床进行生产制造前，我们必须先了解数控系统的功能及规格，因为不同的数控系统在编成数控加工程序时，在格式及指令上是不完全相同的，而且不同的机床也有不同的操作面板。

我们必须对使用的铣床操作熟练，对CAM编程软件的熟练使用。

接着我们首先要认真分析零件图，熟悉零件的加工工艺。

选择合要求、高效率的加工工艺；对其每个不同的加工选择合理的刀具、夹具及切削用量、切削液。

并在CAM编程软件设置好各参数，编好工件程序后，拟定数控铣削加工工序卡，根据加工工序步骤，将对应步骤的加工程序输入到数控仿真铣床对零件进行仿真加工，并确定无错误便可到铣床间将零件加工出来。

二、数控铣床的认知

（一）数控铣床基本结构组成

铣床基础件称为铣床大件，通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等。

它是整台铣床的基础和框架。

铣床的其他零部件，或者固定在基础件上，或者工作时在它的导轨上运动。

数控铣床的机械结构除了铣床基础部件外，由下列各部分组成；主传动系统；进给系统；实现工件回转、定位装置和附件；实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却等系统和排屑、防护等装置。

（二）数控铣床的分类

1、按主轴的位置分类

1）数控立式铣床

数控立式铣床在数量上一直占据数控铣床的大多数，应用范围也是最广。

从机床数控系统控制的坐标数量来看，目前3坐标数控立式铣床仍占大多数；一般可进行三坐标联动加工，但也有部分机床只能进行三个坐标中的任意两个坐标联动加工）常称为2.5坐标加工）。

此外，还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中一个或两个轴作数控摆角运动的4坐标和5坐标数控立铣。

2）卧式数控铣床

与通用卧式数控铣床相同，其主轴轴线平行于水平面。

为了扩大加工范围和扩大功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工。

这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。

3）立卧两用数控铣床

目前，这类数控铣床已不多见，由于这类铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，有可以进行卧式加工，而同时具备上述两类机床的功能，其使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，且给用户带来不少方便。

特别是生产批量小，品种较多有需要立、卧两种方式加工时，用户只需要买一台这样的机床就行了。

2、数控铣床按结构上分类

4）工作台升降式数控铣床

这类数控铣床采用工作台移动、升降，而主轴不动的方式。

小型数控铣床一般采用此种方式。

5）主轴头升降式数控铣床

这类数控铣床采用工作台纵向和横向移动，且主轴沿垂直溜板上下运动，主轴头升降式数控铣床在精度保持、承载重量、系统构成等方面具有很多优点，与成为数控铣床的主流。

6）龙门式数控铣床

这类数控铣床主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。

大型数控铣床，因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术上的问题，往往采用龙门架移动式。

（三）数控铣床的主要功能

数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别.这里介绍一下数控铣床的主要功能:

   1、点位控制功能

   此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工.

   2、连续轮廓控制功能

   此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工.

   3、刀具半径补偿功能

   此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程,而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸,从而减少编程时的复杂数值计算.

   4、刀具长度补偿功能

   此功能可以自动补偿刀具的长短,以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求.

   5、比例及镜像加工功能

   比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行.镜像加工又称轴对称加工,如果一个零件的形状关于坐标轴对称,那么只要编出一个或两个象限的程序,而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现.

   6、旋转功能

   该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行.

   7、子程序调用功能

   有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状,将这一轮廓形状的加工程序作为子程序,在需要的位置上重复调用,就可以完成对该零件的加工.

   8、宏程序功能

   该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令,并能对变量进行运算,使程序更具灵活性和方便性.

（四）数控铣床的加工范围和方法

1、平面铣削

1）平行于各坐标平面的内外平面。

用端铣或周铣方式加工；

2）倾斜一定角度的面。

斜垫板定位或用行切法加工；

3）变角度类，二轴半近似加工，多坐标联动机床加工。

2、轮廓铣削

1）轮廓加工。

用立铣刀周铣，对于内轮廓采用可轴向进给的立铣刀加工；

2）铣削。

一般不复杂曲面用两轴半行切加工；

3）曲面。

三坐标以上联动机床加工；

3、其他加工方法

1）钻、扩、锪孔、镗孔、攻丝。

三、铣床加工知识准备

（一）夹具

1、夹具的定义

在机床上加工工件时，为了使某工序所加工的工件表面达到图样所规定的尺寸和形状位置精度要求，必须使工件相对与刀具和机床占有一个正确的位置，这就需要定位，为了使工件在加工工程中，始终保持这个位置不变，这就需要夹紧。

将工件在机床上或夹具中定位和夹紧的过程称为装夹。

用于装夹工件的装置叫夹具。

2、常用夹具的种类

1）通用夹具。

通用夹具是指已经标准化，可装夹多种工件的夹具。

一般作为机床附件供应，有通用可调夹具、虎钳、分度头和三爪卡盘等。

2）专用夹具。

这是特别为某一项或类似的几项工件设计制造的夹具，一般在年产量较大或研制时非要不可时采用。

其结构固定，仅使用于一个具体零件的具体工序，这类夹具设计应力求简化，使制造时间尽量缩短。

3）多工位夹具。

可以同时装夹多个工件，可减少换刀次数，已便于一面加工，一面装卸工件，有利于缩短辅助时间，提高生产率，较适合中批量生产。

气动或液压夹具。

适合生产批量较大的场合，采用其它夹具又特别费工，费力的工件，能减轻工人劳动强度和提高生产率，但此类夹具结构较复杂，造价往往很高，而且制造周期较长。

4）万能组合夹具。

适合小批量生产或研制时的中小、小型工件在数控铣床上进行铣削加工。

3、数控铣床夹具的选用原则

1）在选用夹具时，通常需要考虑产品的生产批量、生产效率、质量保证及经济性；

2）在生产量小或研制时，应广泛采用万能组合夹具，只用在组合夹具无法解决十才考虑采用其他夹具。

3）小批量或成批生产十可考虑采用专用夹具，但应尽量简单。

4）在生产批量较大的可考虑采用多工位夹具和气动、液压夹具。

（二）常用铣刀种类

1、盘铣刀

一般采用在盘状刀体夹刀片或刀头组成，常用于端铣较大的平面。

2、端铣刀

端铣刀是数控铣加工中最常用的一种铣刀，广泛用于加工平面类零件。

端铣刀除用其端刃铣削外，也采用其侧刃铣削，有时端刃、侧刃同时进行铣削，端铣刀也可称为圆柱铣刀。

下图是几种常用的端铣刀。

图1端铣刀

3、成型铣刀

成型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），也适用于特形孔或台。

下图是几种常用的成型铣刀。

图2成型铣刀

4、球头铣刀

适用于加工空间曲面零件，有时也用于平面类零件较大的转接凹圆弧的补加工。

下图为常见球头铣刀。

图3球头铣刀

5、鼓形铣刀

下图是一种典型的鼓形铣刀，主要用于对变斜角类零件的加工。

图4鼓形铣刀

（三）铣削用量

在数控机床上加工零件时，切削用量都预先编入程序中，在正常加工情况下，人工不予改变。

只有在试加工或出现异常情况时．才通过速率调节旋钮或电手轮调整切削用量。

因此程序中选用的切削用量应是最佳的、合理的切削用量。

只有这样才能提高数控机床的加工精度、刀具寿命和生产率，降低加工成本。

1、影响切削用量的因素

1）机床 切削用量的选择必须在机床主传动功率、进给传动功率以及主轴转速范围、进给速度范围之内。

机床—刀具—工件系统的刚性是限制切削用量的重要因素。

切削用量的选择应使机床—刀具—工件系统不发生较大的“振颤”。

如果机床的热稳定性好，热变形小，可适当加大切削用量。

2）刀具 刀具材料是影响切削用量的重要因素。

表3-1是常用刀具材料的性能比较。

数控机床所用的刀具多采用可转位刀片（机夹刀片）并具有一定的寿命。

机夹刀片的材料和形状尺寸必须与程序中的切削速度和进给量相适应并存入刀具参数中去。

标准刀片的参数请参阅有关手册及产品样本。

表3-1 常用刀具材料的性能比较

刀具材料

切削速度

耐磨性

硬度

硬度随温度变化

高速钢

最低

最差

最低

最大

硬质合金

低

差

低

大

陶瓷刀片

中

中

中

中

金刚石

高

好

高

小

3）工件 不同的工件材料要采用与之适应的刀具材料、刀片类型，要注意到可切削性。

可切削性良好的标志是，在高速切削下有效地形成切屑，同时具有较小的刀具磨损和较好的表面加工质量。

较高的切削速度、较小的背吃刀量和进给量，可以获得较好的表面粗糙度。

合理的恒切削速度、较小的背吃刀量和进给量可以得到较高的加工精度。

4）冷却液 冷却液同时具有冷却和润滑作用。

带走切削过程产生的切削热，降低工件、刀具、夹具和机床的温升，减少刀具与工件的摩擦和磨损，提高刀具寿命和工件表面加工质量。

使用冷却液后，通常可以提高切削用量。

冷却液必须定期更换，以防因其老化而腐蚀机床导轨或其他零件，特别是水溶性冷却液。

2、切削用量选择原则

铣削加工的切削用量包括：

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是：

先选择背吃刀量或侧吃刀量，其次选择进给速度，最后确定切削速度。

1）背吃刀量ap或侧吃刀量ae

背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为㎜。

端铣时，ap为切削层深度；而圆周铣削时，为被加工表面的宽度。

侧吃刀量ae为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为㎜。

端铣时，ae为被加工表面宽度；而圆周铣削时，ae为切削层深度，见图3-2。

图3-2 铣削加工的切削用量

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决定：

①   当工件表面粗糙度值要求为Ra=12.5～25μm时，如果圆周铣削加工余量小于5㎜，端面铣削加工余量小于6㎜，粗铣一次进给就可以达到要求。

但是在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分为两次进给完成。

②   当工件表面粗糙度值要求为Ra=3.2～12.5μm时，应分为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前。

粗铣后留0.5～1.0㎜余量，在半精铣时切除。

③   当工件表面粗糙度值要求为Ra=0.8～3.2μm时，应分为粗铣、半精铣、精铣三步进行。

半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.5～2㎜；精铣时，圆周铣侧吃刀量取0.3～0.5㎜，面铣刀背吃刀量取0.5～1㎜。

2）进给量f与进给速度Vf的选择

铣削加工的进给量f（㎜/r）是指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量；进给速度Vf（㎜/min）是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。

进给速度与进给量的关系为Vf =nf（n为铣刀转速，单位r/min）。

进给量与进给速度是数控铣床加工切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取或通过选取每齿进给量fz，再根据公式f=Zfz（Z为铣刀齿数）计算。

每齿进给量fz的选取主要依据工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。

工件材料强度和硬度越高，fz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。

工件表面粗糙度要求越高，fz就越小。

每齿进给量的确定可参考表3-3选取。

工件刚性差或刀具强度低时，应取较小值。

表3-3铣刀每齿进给量参考值

工件材料

fz/㎜

粗铣

精铣

高速钢铣刀

硬质合金铣刀

高速钢铣刀

硬质合金铣刀

钢

0.10～0.15

0.10～0.25

0.02～0.05

0.10～0.15

铸铁

0.12～0.20

0.15～0.30

3）切削速度Vc

铣削的切削速度Vc与刀具的耐用度、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，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，而且同时工作的齿数也增多，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高。

为提高刀具耐用度允许使用较低的切削速度。

但是加大铣刀直径则可改善散热条件，可以提高切削速度。

铣削加工的切削速度Vc可参考表3-4选取，也可参考有关切削用量手册中的经验公式通过计算选取。

表3-4铣削加工的切削速度参考值

工件材料

硬度（HBS）

Vc/（m.min

）

高速钢铣刀

硬质合金铣刀

钢

＜225

18～42

66～150

225～325

12～36

54～120

325～425

6～21

36～75

铸铁

＜190

21～36

66～150

190～260

9～18

45～90

260～320

4.5～10

21～30

四、零件加工实例应用

（一）零件图样分析

该零件由平面、凹槽、孔、曲面组成，是一个典型的数铣零件。

孔的加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔及光加工方法选择原则，此零件孔处粗糙度要求不高，可采用钻孔，铰孔方案。

平面轮廓常采用的加工方法有数控轮廓铣加工。

在本设计中，平面与外轮廓表面粗糙度要求Ra6.3mm,可采用粗铣—精铣、粗挖槽—精挖槽方案。

选择以上方法完全可以保证尺寸、形状精度和表面粗糙度要求。

（二）机床与毛坯选择

基于学校教学用的机床是济南机床厂的数控铣床FANUC0i-MB,所以此零件加工业采用此机床。

毛坯是根据图纸而确定大小，根据本设计图纸选择毛坯大小为105×65×25mm的毛坯。

选材不当是材料方面导致失效的主要原因。

问题出在材料上，但责任在设计者身上。

最常见的情况是，设计者仅根据材料的常规性能指标作出决定，而这些指标根本不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力。

另一种情况是，尽管预先对零件的失效形式有较准确的估计，并提出了相应的性能指标作为选材的依据，但由于考虑到其它因素（如经济性、加工性能等），使得所选材料的性能数据不合要求，因而导致了失效。

材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因，常见的缺陷是夹杂物过多，过大，杂质元素太多，或者有夹层、折叠等宏观缺陷。

此零件在此只做案例分析，并非实际产品，所以材料选为铝材。

（三）定位基准选择与零件装夹

1、定位基准选择原则

1）基准重合原则

2）基准统一原则

3）便于装夹原则

4）便于对刀原则

粗基准选择应当满足以下要求：

（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。

目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。

如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。

以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。

（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。

例如：

机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。

因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。

这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。

（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。

可以保证该面有足够的加工余量。

（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。

有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。

（5）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。

多次使用难以保证表面间的位置精度。

精基准的选择主要考虑基准重合的问题，根据定位基准选择原则，避免不重合误差，便于编程，以工序的设计基准（工件的最上表面）作为定位基准。

采用虎钳夹一次装夹工件。

（四）刀具选择与零件加工工艺安排

1、刀具的选择

刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。

编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。

与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。

这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。

生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀，铣削平面时应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀，对一些主体型面和斜角轮廓形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀。

曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较低平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而采用环形铣刀。

4-1零件加工工艺安排表

序号

刀具编号

刀具规格名称

数量

加工表面

备注

1

T01

¢12mm硬质合金端面铣刀

1

面铣

1

T01

¢12mm硬质合金端面铣刀

1

外形铣削四周边

1

T01

¢12mm硬质合金端面铣刀

1

加工凸台

1

T01

¢12mm硬质合金端面铣刀

1

粗铣右边曲面

1

T01

¢12mm硬质合金端面铣刀

1

挖槽（四角）

1

T01

¢12mm硬质合金端面铣刀

1

粗加工中间三个圆弧槽

2

T02

¢8mm硬质合金端面铣刀

1

挖中间圆槽

2

T02

¢8mm硬质合金端面铣刀

1

粗加工中间曲面

3

T03

¢4mm硬质合金端面铣刀

1

精加工三个圆弧槽

3

T03

¢4mm硬质合金端面铣刀

1

挖四个孔

4

T04

φ8mm球刀

1

精加工右边曲面

4

T04

φ8mm球刀

1

精加工中间曲面

编制

审核

批准

日期

（五）零件加工工艺卡

图纸编号

工件名称

编程人员

编程日期

文件存档位置

及档名：

顺序号

刀具

预留量

理论加工时间（分）

备注（加工部位）

刀具类型

直径（mm）

装刀长度（mm）

主轴转速r/min

进给量

mm/min

背吃刀量

mm

1

立铣刀

φ12

30

2200

800

1．2

0

1．5

面铣

2

立铣刀

φ12

30

2200

800

1．2

0

6

外形铣削四周边

3

立铣刀

φ12

30

2200

800

1．2

0

5

凸台

4

立铣刀

φ12

30

2200

800

1．2

0

3．5

粗铣右边曲面

5

立铣刀

φ12

30

2200

800

1．2

0

2．5

挖槽（四角）

6

立铣刀

φ12

30

2200

800

1

0.2

10

粗加工中间圆弧槽

7

立铣刀

φ8

20

2500

700

0.8

0

1.5

挖中间圆槽

8

立铣刀

φ8

20

2500

700

0.8

0.2

0.5

粗加工中间曲面

9

立铣刀

φ4

15

2800

500

0.4

0

8

精加工三个圆弧槽

10

立铣刀

φ4

15

2800

500

0.4

0

1

挖四个孔

11

球刀

φ8

20

2800

600

0.2

0

6

精加工右边曲面

12

球刀

φ8

20

2800

600

0.2

0

1.5

精加工中间曲面

（六）机床操作步骤

1、先开机床

接同通CNC和机床电源，系统启动后进入“加工”操作区JOG运行方式检查机床。

开启后发现机床会出现报警信号，这时，需按下复位键，使机床加上驱动力。

这时才能正常操作机床。

2、回参考点

用机床控制面板上“回参考点键”启动回参考点。

在“回参考点”窗口中显示该坐标轴是否必须回参考点：

如出现灯亮，则说明未回参考点，如出现灯不亮，则说明已回参考点。

3、参数设定

在CNC进行工作前，必须对一些参数进行设定，对机床和刀具进行调整：

1）输入刀具参数及刀具补偿参数

2）输入/修改零点偏置

3）输入设定数值

刀具参数包括刀具几何参数，磨损量参数、刀具量参数和刀具型号参数等。

有些参数如R参数则一般不需修改

4、装夹工件

按照指定的装夹方式装夹工件（此零件采用虎钳夹装夹）。

5、对刀

把每一把刀具都调到自己设定的编程零点，把编程零点所在机床坐标值输入机床中

6、输入程序

把自己编的程序输入机床定一个名字，对程序进行检查，确保程序本身没有错误以及也没有输入错误。

7、模拟仿真

按编程仿真进入仿真系统，对程序进行仿真，检查仿真出的工件图形与要加工的工件有多大出入，并不断对程序进行修改，直到仿真的工件完全正确为止。

8、实际加工

退出仿真系统，先按复位键，刚开始时可进行单步加工，按下步加工键。

这时要一手按启动键，一手按停止键，如发现异常情况应立即停止。

直到确定程序无误后方可按自动加工键，加工完成后，将刀具退到安全位置,最后取下工件。

（七）FANUC0i-MB数控铣床常用代码

表7-1G代码

G代码

组别

功能

附注

G00

01

快速定位

模态

G01

01

直线插补

模态

G02

01

顺时针方向圆弧插补

模态

G03

01

逆时针