数控铣床操作与常见故障排除第四章课件.pptx
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- 数控 铣床 操作 常见故障 排除 第四 课件
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1、 在数控铣床上,台阶面的铣削可以用高速钢立铣刀、硬质合金可转位方肩铣刀和整体硬质合金立铣刀。铣削台阶面与铣削平面不同,铣削平面主要用刀具的端面刃,而铣削台阶面则主要用刀具的圆周刃。一般铣削较大台阶面时先用硬质合金方肩台阶铣刀(图4-2)进行粗加工,然后用整体硬质合金铣刀进行精加工,这样既能保证有较高的生产效率,又可以保证产品的质量。数控铣床上刀具的安装一般安装在主轴上,因此,在立式数控铣床上,刀具的加工方向向下,便于工件的装夹和加工过程的观察;而在卧式数控铣床上,刀具的加工方向在水平方向,观察较为困难。图4-2二、倒角面的铣削方法二、倒角面的铣削方法 在零件上经常存在棱边倒角的结构,如图4-3
2、所示。这种结构在数控铣床上主要采用以下两种方法加工:一种是用倒角铣刀(图4-4)沿倒角边运动铣削出倒角;另一种方法是使用普通立铣刀用宏程序的方法加工。图4-3图4-4 加工图4-3所示零件的上表面,步骤如下:1)1)确定工件编程原点,确定工件编程原点,如图4-5所示。2)2)选择刀具选择刀具。根据机床主轴功率和加工面的大小选择?100mm的硬质合金可转位面铣刀,8个刀齿。根据工件材料选择刀具材料。确定切削用量:vc90m/min,fz=0.2mm/z,ap=2mm。3)3)安装刀具安装刀具。安装工件毛坯,并找正。4)4)编制数控加工程序,并输入机床编制数控加工程序,并输入机床。5)5)对刀,设
3、定工件坐标系。对刀,设定工件坐标系。6)6)程序检验和加工模拟。程序检验和加工模拟。7)7)加工。加工。铣削平面的程序如下:O4001;G54 G90 G0 X0 Y0;加工图4-3所示零件的台阶面,步骤如下:1)1)选择刀具选择刀具。根据机床主轴功率和加工面的大小选择?16mm的整体硬质合金立铣刀。根据工件材料选择刀具材料。确定切削用量:vc=90m/min,fz=0.2mm/z,ap=2mm。2)2)编制数控加工程序,并输入机床。编制数控加工程序,并输入机床。3)3)对刀,设定工件坐标系。对刀,设定工件坐标系。4)4)程序检验和加工模拟。程序检验和加工模拟。5)5)加工。加工。6)6)测量
4、加工面,根据加工结果修改刀补参数,进行精加工。测量加工面,根据加工结果修改刀补参数,进行精加工。铣削台阶面的程序如下:O4002;G54 G90 G0 X0 Y0;加工图4-3所示零件的倒角,步骤如下:1)选择刀具:45倒角铣刀。2)编制数控加工程序,并输入机床。3)对刀。4)程序检验和加工模拟。5)加工。铣削倒角程序:倒角铣刀沿倒角边直线运动即可,程序略。第二节加第二节加 工工 轮轮 廓廓一、轮廓加工常用的刀具及其特点一、轮廓加工常用的刀具及其特点1.1.整体硬质合金立铣刀整体硬质合金立铣刀整体硬质合金立铣刀大致可以分为3种。1)90面铣刀。90面铣刀如图4-6a所示,它是最常见的立铣刀。根
5、据螺旋角、刃口数、容屑槽深浅、刀尖角半径的大小不同,90面铣刀可分为粗铣刀、精铣刀、通用铣刀、键槽铣刀等。2)球头立铣刀。球头立铣刀如图4-6b所示,它是仿形加工的常用刀具,适合从粗铣到精铣加工。图4-6整体硬质合金立铣刀a)90面铣刀b)球头立铣刀c)球头细颈立铣刀 3)球头细颈立铣刀。球头细颈立铣刀如图4-6c所示,它是多轴联动加工型腔和叶片的常用立铣刀。使用整体硬质合金立铣刀可以取得很高的切削速度和较长的刀具使用寿命,刃口经过精磨的整体硬质合金立铣刀可以保证所加工零件的形位公差和较高的表面质量。该铣刀可高速铣削(HSM),目前,刀具直径可以做得比较小,甚至小于0.5mm,但是其成本比较高
6、。2.2.机夹硬质合金立铣刀机夹硬质合金立铣刀 硬质合金立铣刀如图4-7所示,它有多种形式,有90机夹硬质合金立铣刀,如图4-7a所示;还有机夹硬质合金球头铣刀,如图4-7b所示。它们的作用与上述的整体硬质合金立铣刀相同。图4-7机夹硬质合金立铣刀a)90机夹硬质合金立铣刀b)机夹硬质合金球头铣刀机夹 采用机夹硬质合金立铣刀可以取得很高的切削速度,而且可以选择大进给量和大背吃刀量,所以生产效率高,通常作为粗铣和半精铣刀具。机夹刀片可以更换,所以刀具的成本低,但是刀具的尺寸形状误差相对较高,直径一般大于10mm。3.3.高速钢立铣刀高速钢立铣刀高速钢立铣刀刀具的总成本比较低,易于制造较大尺寸和异
7、形的刀具。刀具的韧性较好,可以进行粗加工,但是在精加工型面时会因为刀具弹性变形而产生零件误差。切削速度相对较低,刀具使用寿命相对较短。在模具或航空航天领域的大零件铣削加工中,球头立铣刀的使用并不是很多,主要是因为刀具较小,切削效率偏低。所以在生产中更多的是使用面铣刀,如图4-8所示。机夹端铣刀可以装夹具有较大刀尖圆弧半径的刀片甚至是圆刀片。图4-8刀具生产厂为面铣刀提供了系列机夹刀片。例如,瑞典山特维克可乐满公司生产的CoroMill390机夹刀片序列,如图4-9所示图4-9二、加工内轮廓时的下刀方法二、加工内轮廓时的下刀方法1.1.钻下刀孔钻下刀孔首先在内轮廓型腔的4个角预钻工艺下刀孔,如图
8、4-10所示,或在型腔中心钻大孔,然后用立铣刀从孔处下刀,将余量去除。此方法编程简单,但立铣刀在切削过程中,多次切入、切出工件,振动较大。图4-10 2.2.啄铣啄铣啄铣时,球头铣刀的刃口要过中心。每次啄铣一定的深度,背吃刀量由刀具的中心刃可钻削的深度决定,以便把这一层深度的金属去除。然后重复这一过程,直至铣削到型腔底部,如图4-11所示。图4-11 3.3.两轴坡走铣两轴坡走铣两轴坡走铣(要求铣刀有坡走功能)如图4-12所示。使用具有坡走功能的立铣刀和面铣刀,在X轴、Y轴或Z轴方向进行线性坡走铣,可以达到刀具在轴向的最大背吃刀量,这种方法尤其适用于模具型腔的粗加工。在加工内轮廓时,刀具轨迹可
9、以由内向外,也可以从外向内。根据零件的加工要求,更为使排屑通畅,一般情况下内轮廓加工选择由内向外加工。如果加工轮廓中的岛,则选择从外向内加工。在连续切削的情况下应采用顺铣加工。分层加工切入到下一层。坡铣的角度主要与刀具的直径、刀片尺寸、刀体下面的间隙以及背吃刀量有关。图4-12 4.4.三轴坡走铣三轴坡走铣螺旋进给螺旋进给三轴坡走铣是沿主轴的轴向以螺旋线方式进给,如图4-13所示。这种进给方法常用于模具型腔的加工。相对于直线坡走进给方式,螺旋进给的优点在于其切削更稳定、更适用于小功率机床和深窄型腔。特别是在粗加工非模具的大直径孔时,相对于镗削其优点是没有断屑、排屑或振动的问题。当没有底孔时,圆
10、刀片铣刀、球头立铣刀进行螺旋插补铣孔的能力最强。螺旋进给的旋转半径、螺旋升角、下降深度与刀具的直径、刀片尺寸以及背吃刀量有关。图4-13 三、轮廓加工的方法与注意事项三、轮廓加工的方法与注意事项 1.1.加工轮廓时的刀具应用加工轮廓时的刀具应用 加工台阶或垂直面时,应该选用90整体硬质合金立铣刀或90主偏角尖角刀片机夹立铣刀,使加工后的表面光滑,表面粗糙度值低,接刀痕迹小。但是,加工图4-14所示的轮廓时,如果使用90主偏角尖角铣刀就会给下一道工序留下许多余量不均匀的台阶,从而引起后道工序铣削时的振动,甚至造成后道工序铣削时刀具的崩刃。图4-1490主偏角尖角刀片机夹立铣刀铣削后留下余量不均匀
11、的台阶 从图4-15中可以看出,如果使用圆刀片铣刀、球头刀或带有大刀尖圆弧的90主偏角铣刀进行轮廓型腔大余量粗加工,则加工后所留下的余量比较平滑且均匀,从而为半精加工或精加工创造了良好的加工条件。图4-15圆刀片机夹立铣刀铣削后留下比较均匀的余量 2.2.内轮廓过渡圆角的加工方法内轮廓过渡圆角的加工方法在内轮廓型腔的粗加工中,大直径铣刀可获得高的生产效率,但是会在轮廓的角落处残留很多材料,这将给后续的加工造成困难。在加工内轮廓圆角时,一般不能使用与圆角半径相等的铣刀直接切入,否则在圆角处会引起刀具的振动,甚至产生“啃刀”现象和过切,如图4-16所示。图4-16这是铣刀在圆角处的侧吃刀量突然增大
12、,导致切削力突然增大的原因所致。解决这一问题的方法有如下几种。1)1)减小刀具半径减小刀具半径。如图4-17所示,采用刀具半径小于圆角半径的铣刀加工内轮廓的过渡圆角,可以避免侧吃刀量突然加大。2)2)加大编程半径加大编程半径。如图4-18所示,加工时仍采用大直径的铣刀,但是在圆角处不按圆角轮廓编程,而是增加编程半径,图4-17加工时预留余量,给后道工序的插铣或摆线铣做好准备。在使用细长形铣刀加工比较深的轮廓型腔过渡圆角时可以采用这种方法。3)3)插铣加工内轮廓过渡圆角插铣加工内轮廓过渡圆角。用具有插铣功能的铣刀将圆角处的余量去除。在锐角过渡圆角处,可以采用同一小直径刀具进行多次插铣加工,如图4
13、-19所示。编程的步距越小,侧壁的轮廓越接近理论轮廓,残留余量也越小。也可采用几把直径由大至小的插铣刀完成余量的去除,如图4-20所示。但是这样需要多把刀具,将导致频繁换刀从而影响加工效率。插铣一般用于半粗加工。图4-183.3.轮廓铣削轮廓铣削轮廓铣是沿零件轮廓连续铣削的一种方式。轮廓铣削的常用刀具和进给方式如图4-21所示。轮廓铣削主要用于零件内外轮廓的半精加工或精加工。这种方式有如下优点:图4-19图4-20 1)刀具的进给速度能够保持稳定而持续。在使用球头铣刀时,轮廓铣削可以避免球头铣刀顶端的零切削速度点,能够发挥刀具大直径点上切削速度高的优势。这种铣削加工特别适合在四轴以上联动机床上
14、使用,如图4-22所示,以及高速铣削加工。图4-21图4-22 2)因为侧吃刀量ae较小,所以可以在一定的背吃刀量ap的前提下,实现快速走刀。目前高速铣削的特点是高切削速度vc、小背吃刀量ap、小侧吃刀量ae、高进给速度f,所以轮廓铣削适合高速铣削。3)切削平稳,每一层的铣削都是连续的顺铣或逆铣。顺铣可以保证较长的刀具使用寿命,逆铣可以保证一致的表面质量和型腔的形状公差。由于切削平稳,余量均匀,因此,保证了刀具的安全。粗加工硬度为54HRC的高温合金钢模具,如图4-23所示。图4-23 进给方式为轮廓铣削,全程采用顺铣。刀体为?50mm的圆刀片面铣刀,刀体上共有4个刀片,刀片为立方氮化硼刀片。
15、切削参数及加工时间如下:vc=150m/min。n=954r/min。fz=0.2mm/z(每齿进给量)。f=763mm/min。ap=1mm/层。ae的取值小于刀具直径的80。加工总时间为37.5min。4.4.摆线铣摆线铣 图4-24所示为传统的宽槽加工方法,这种加工方法中刀具所承受的切削力很大,刀具背吃刀量一般不超过刀具直径,否则刀具会产生弹性变形而产生加工误差,如图4-25所示,或因排屑不畅而造成刀具折断。图4-24图4-25摆线铣的方法如图4-26所示,其每次进给的侧吃刀量ae非常小,一般小于0.1mm,但是其切削速度vc比传统方法的大10倍,而且背吃刀量可达全部刃口的长度,所以刀具
16、使用寿命很长,切削效率也很高。摆线铣也常用于轮廓拐角余量的去除。图4-26 四、典型案例四、典型案例现以第一届全国数控技能大赛数控铣实际操作竞赛题(学生组)进行介绍。1.1.赛题图样赛题图样数控铣实际操作竞赛题的图样如图4-27图4-31所示。图4-272.实操技术平台实操技术平台(1)数控机床与数控系统数控机床与数控系统的型号、规格见表4-1。(2)刀具清单刀具清单见表4-2。表4-1表4-2刀具清单(学生组)(3)量具清单量具清单见表4-3。表4-3量具清单(4)附件清单附件清单见表4-4。表4-4附件清单3.配分表表4-5配分表 4.4.工艺分析工艺分析 (1)零件几何特点零件几何特点
17、零件外形轮廓为方形,其加工部位由不完全对称的腔槽、凸起及薄壁、孔组成,几何形状属于平面二维轮廓图形。对于几何形状特征点(节点)坐标,图4-28图4-31已将1、2号件的所有几何特征点都给出,无需进行计算。(2)工艺要点分析工艺要点分析 工艺要点也是本例的难点,在加工前需要认真考虑的问题有以下几点。1)对图样设计基准的理解对图样设计基准的理解。1号件中标注的对称度公差为0.02mm,因为它既表明了设计基准,也明确了装配要求。2号件虽然从图面上看不出其设计基准,但可以从装配示意图中找到其隐含(为保证与1号件装配协调)设计要求。2)加工孔的难点分析加工孔的难点分析。从图样中可以看出,孔?16+0.0
18、180mm为此加工中精度最高的尺寸,从1号件图样上看,似乎为单一尺寸,但从装配示意图上可以看出,该尺寸是保证装配准确的关键尺寸,其位置精度、形状精度、尺寸精度均对装配公差有较大的影响。具体而言,就是如何保证孔与顶面的垂直关系、如何保证孔径的最终尺寸精度、粗精加工如何留出合适的余量等。3)完成加工任务的保证措施完成加工任务的保证措施。从图样上分析,1号件比2号件的加工内容要多很多,必须采取高效、稳定的工艺方法,并配以编程技巧。压缩1号件的加工时间和编程时间是按时完成考试的关键。另外,2号件中宽度为14mm的圆槽没有直线段,不便测量。为保证其加工精度,需要利用刀偏技巧通过编程来保证圆槽的加工质量。
19、4)检查刀具干涉的技巧检查刀具干涉的技巧。由于图样并没有给出环形凸起端点到凸轮形状斜边的距离,为保证加工效率,刀具直径越大越好,但必须保证刀具不能与环形凸起端点及凸轮形状斜边发生干涉。5)保证薄壁加工精度的方法保证薄壁加工精度的方法。薄壁的加工精度与众多因素有关,如刀具轨迹、切削方法、切削参数等,这是加工的难点之一。6)特殊功能的掌握特殊功能的掌握。在加工1号件的R3mm倒角时,如果不采用宏程序编程模式,要完成这部分加工则是非常困难的事情,而这种指令属于变量编程。本次加工中可以利用条件循环语句实现连续下刀。7)对过定位的处理对过定位的处理。要保证1,2号件的装配,必须处理好图样中多处容易过定位
20、的部位。过定位是指装配时出现的多处配合面,在加工中必须通过公差带的计算解决过定位造成装配困难的问题。8)保证装配的方法保证装配的方法。为满足1号零件与2号零件的装配关系,应该保证零件尺寸的精度要求。在加工时应该重视加工顺序,加工顺序的合理性对于两工件的装配起着决定作用,这也是处理工艺操作和零件装配关系问题的方法和技巧。(3)(3)加工准备加工准备 这部分工作主要是根据现有的工具,结合通用工艺方法来确定各个部位的具体加工方法,并针对加工方法准备工具、配置程序。例如,加工?16+0.0180mm表面粗糙度值为Ra1.6mm的孔通常有3种方法,一是镗孔加工方式,这种工艺方法有比较大的适应度,对纠正预
21、钻孔的偏差、保证位置精度和尺寸精度非常有利,是一种比较好的孔加工工艺,但加工成本较高,加工效率相对较低,同时需要调整刀具半径的条件;二是铣孔方式,即利用数控圆弧插补方式将孔铣出来,这种工艺方法加工效率较高,但其受机床圆弧插补精度影响较大,当孔深和孔径比较大时,容易出现锥度;三是钻铰方式,即先采用钻头将孔钻出,再用铰刀精加工到尺寸,这种工艺方法加工效率较高,成本相对较低,缺点是不能纠正预钻孔的偏差。实际操作中,应结合实际条件,选择比较合适的加工方法。再如,加工周边R3mm圆倒角时,为保证加工质量需使用球头刀具等。总之,在加工准备阶段必须将所需的刀具准备好,同时根据加工需要确定刀具的伸出长度,完成
22、加工刀具的准备工作,并对刀具进行编号。(4)(4)加工顺序分析加工顺序分析 1)根据设计基准和设计要求进行工艺分析根据设计基准和设计要求进行工艺分析。确定工艺基准和加工顺序是工艺分析的重要内容。按照工艺原则,首先要保证工艺基准和设计基准重合,其次在排列加工顺序时,应考虑加工应力对零件加工精度的影响,还要根据设计精度选择加工方法。2)本次加工中保证本次加工中保证1 1号件和号件和2 2号件的配合是考核的关键点。号件的配合是考核的关键点。为保证1号件和2号件的装配,除保证其尺寸公差外,更重要的是保证公差配合。从零件的几何形状和测量的稳定性方面考虑,应先加工2号件,后加工1号件。因为这种加工顺序对修
23、配加工非常有利,原因是2号件质量较轻,操作方便,用2号件配1号件省力省时。3)从图样的技术要求来看,保证1号件和2号件的装配要求是本次加工的重点之一,而装配基准又是建立在4个?16+0.0180mm基准装配孔上的,所以这4个?16+0.0180mm装配孔的基准就应定为工艺基准。在完成单件加工内容后(1号件或2号件),再加工这4个基准孔。4)在安排加工内容时,操作人员可根据实际需要将同一把刀具的加工内容全部集中在一道工序之中,这样可以提高加工效率。(5)(5)加工技巧提示加工技巧提示 1)分析零件毛坯状态,选择加工部位分析零件毛坯状态,选择加工部位。加工部位如果选择得合理,其加工余量就会很小,甚
24、至不必加工就可满足零件要求。这样做的目的,是为了最大限度地压缩零件加工时间。2)必须考虑验证程序,即在零件端面余量上划出刀具轨迹的痕迹,以便检查加工程序是否正确。3)在编程时,最好根据加工部位把程序分成多个独立的短小程序,这样便于查找错误。4)孔加工时要考虑残留余量。(6)公差分配公差分配 这部分工作主要是根据图样上需要配合的公差尺寸进行分析,提出工艺要求。例如,宽度为14mm的槽,其深度尺寸为8.5mm,尺寸公差为0.1mm,与其相配合的凸起尺寸为8mm,其尺寸公差为0.1mm,考虑加工刀具根部自然形成的圆角(倒角)不定性,操作人员在控制8.5mm加工尺寸时,最好控制在8.5+0.10mm。
25、在控制凸起的8mm加工尺寸时,最好控制在8.50-0.1mm,保证其配合顺利性。类似尺寸还有2.5mm,14mm,120mm和185.094mm等。具体操作方法是在编程时或加刀偏时,在公差范围内,对于槽类几何结构尽量大,对于键类几何结构尽量小。(7)切削用量切削用量 切削用量必须根据零件装夹状态、刀具伸出长度、冷却情况、机床刚度客观地给出。这里程序给出的切削参数,在一些特定条件下有效,因为实际上不可能零件每次试切状态都一样。从这点来看,切削用量仅供参考。5.5.件件1 1的工艺卡与加的工艺卡与加工程序工程序件1的工艺卡见表4-6为了保证调试程序的安全性,此处将程序中的Z值设为零,实际使用程序加
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