一、装夹与定位

    数控铣床和加工中心上常用的工件装夹方法主要有以下几种：

 l  用平口钳装夹，适合一定形状和尺寸范围内的工件；

 l  用压板、螺栓直接把工件装夹在机床的工作台面上，适合尺寸较大或形

     状较复杂的工件；

 l   用数控分度头装夹。

    该零件为平面类零件，采用平口钳装夹。

（一）夹具安装

1.平口钳正确安装的重要性。

 数控铣床加工工件时，工件装夹在平口钳上。平口钳是用螺栓固定在工作台上的，为了使工件加工出来的X、Y、Z三个方向不产生误差，必须用百分表将平口钳钳口找正，保证钳口与机床的三个坐标轴平行，然后再将平口钳用T型螺栓固定在工作台上。

2.立式数控铣床上安装平口钳步骤（见表3-2-2平口钳安装步骤）。

表3-2-2平口钳安装步骤

(1)安装机用平口钳时，擦净钳座底面和铣床工作台面。一般情况下，机用平口钳应处在数控铣床铣床工作台中心偏左位置。数控铣床加工一般工件时，将机用平口钳底座上的定位键放入工作台中央T形槽内，然后固定钳座，再参考底座上的刻线，转动钳体，使固定钳口平面与铣床主轴轴线平行或垂直。

(2)机用平口钳安装后，用百分表对固定钳口进行找正。找正时，将百分表架安装在主轴上，表的测杆与钳口平面接触，测杆压缩0 3~0 4mm，调整表盘，使表针指在表盘的0线位置。X向移动工作台，在钳口全长范围内，观察表的读数，使用铜棒或橡皮锤调整平口钳，使表针在移动过程中在表盘中的位置不动，表明被测方向与X坐标轴平行。同理，可检查Z向铣床主轴轴线平行，Y向与主轴轴线垂直。

（3）找正符合要求后，轻轻用力对称紧固钳体，进行复检，复检合格后，用力紧固钳体。

（二）、工件装夹及找正。（见表3-2-3工件装夹及找正要求）

表3-2-3工件装夹及找正要求

1.工件的装夹。

在平口钳上放置等高高精度垫铁一对，保证工件的被加工面能得到充分的加工，不与刀具相撞，且工件装夹部分高度不低于5毫米。装夹工件时，借助铜棒或橡胶锤冲击工件，使工件底面与垫铁充分接触，不致于因切削力使工件发生偏移，造成加工废品。

2.工件的找正。

找正的目的是把工件的加工坐标系原点与数控程序坐标系原点重合，必须找到工件装夹后的加工坐标系原点，以此为编写加工程序的坐标系原点。

设定该工件加工坐标系原点为工件中心。找中心步骤如下：

（1）X轴中心找正

主轴安装分中棒，MDI状态下设机床主轴500r/min转速，拨动手轮，使分中棒与工件X轴的左边接触，将显示屏上的X相对坐标值“归零”。此时，在当前X轴上相对坐标为0，然后升起主轴，用手轮移动工作台，使分中棒从右接触工件，记录此时相对坐标A，升起主轴，向左移动A/2的距离，设此处为X轴的工件坐标系原点，一般用G54指令，分别输入X→X0,按下CRT下面软键“测量”，系统自动记录到坐标系偏置G54中，即得到设定的工件坐标系X轴的零点。

（2）Y轴的对称中心找正。方法同X轴。

（3）Z轴的工件坐标系找正

旋转主轴，用手轮将Z轴上的刀具由快而慢逐渐下移到工件表面，当刀具下方有一点点切削到工件时手轮停止下移，设当前位置为工件坐标系Z轴对应的坐标位置，例如设为Z=0mm,在G54指令下，输入Z→0,按下CRT下面软键“测量”，即完成Z向零点的设定。

注意：每换一把刀具，均需要重新设定Z向坐标原点。

二、加工工艺设计

（一）.凸台上平面铣削。

1.图纸分析

加工平面区域大小为50×50矩形，距离底面12mm高度位置，加工平面的表面粗糙度Ra3.2，加工时分粗铣和精铣以达到表面粗糙度要求。

平面铣削通常是把工件表面加工到某一高度并达到一定表面质量要求的加工。 平面铣削一般分为周铣和端铣两种方式，本例主要叙述端铣的工艺与编程。

2.平面铣削的刀具和选用

一般大面积的平面铣削使用面铣刀，小面积的平面铣削可以使用立铣刀进行端铣加工。工件表面宽度50mm，面宽不大，平面铣刀最理想的宽度应为工件宽度的1.3~1.6倍，可以采用标准直径（Ф80mm）比平面宽度大的硬质合金可转位面铣刀（8齿）进行单次铣削加工。

根据实际备料情况进行刀具选择，也可使用立铣刀进行铣削加工。在本例中，使用四齿Ф16超硬高速钢立铣刀。

3.平面铣削刀具路径的设计

编程原点在工件中心和上表面，粗铣采用双向来回Z形切削加工，如图图3-2-14（a）所示，精铣采用单向多次切削粗精加工，如图3-2-14（b）所示，路径间距B＝9mm（约60%直径量），安全间隙2mm。

          图3-2-14（a）粗铣刀具路径                   图3-2-14（b）精铣刀具路径

4．平面铣削的切削用量

铣削用量选择得是否合理，将直接影响到铣削加工的质量。平面铣削分粗铣、半精铣、精铣三种情况，粗铣时，铣削用量选择侧重考虑刀具性能、工艺系统刚性、机床功率、加工效率等因素。精铣时侧重考虑表面加工精度的要求。

切削用量主要有主轴转速n、进给速度、铣削宽度B和切削深度a等。

（1）切削深度

切削深度的选取主要根据机床、夹具、刀具和工件所组成的加工工艺系统的刚性、加工余量及对表面质量的要求来确定。

粗铣加工时，余量多，要求低， 首先决定较大的Z向切深和切削宽度。铣削无硬皮的钢料，Z向切深一般选择3~5 mm，铣削铸钢或铸铁时，Z向切深一般选择5~7 mm。切削宽度可根据工件加工面的宽度尽量一次铣出，当切削宽度较小时，Z向切深可相应增大。

当表面粗糙度要求在Ra1．6~3．2μm范围时，平面一般采用粗、精铣两次加工。经过粗铣加工，精铣加工的余量为0.5~2 mm。

表面质量要求较高(Ra0．4~0．8μm)，表面精铣时的深度的选择为0．5 mm左右。

本例上平面加工余量2 mm,采用粗精二次加工，粗铣切深1.8mm，留精铣余量0.2mm，以便保证表面粗糙度要求Ra3.2，

（2）主轴转速

主轴转速一般根据切削速度来计算，其计算公式为：n = 1000/πd（式中d为刀具直径（mm）），为切削速度(m/min)。实际生产中，在没有经验数据的情况下，可以通过查阅切削用量手册来确定切削参数。表3-2-4给出了不同情况下的切削用量的参考值，供实际应用时参考。

表3-2-4铣削速度参考值

主轴转速与进给速度按公式计算。取21～60m/min

粗铣：

n = 1000/πd=（1000×40）/（3.14×16）＝800r/min

精铣：

n = 1000 /πd=（1000×60）/（3.14×16）＝1000r/min

（3）进给速度。

铣削时的进给量有三种表示方法：每齿进给量、每转进给量f和进给速度。

每转进给量f 是指工件或刀具每转一周时，刀具与工件之间沿进给方向所移动的距离，单位是mm/r。

每齿进给量铣削时，由于铣刀是多齿刀具，所以规定了每齿进给量。它是指铣刀每转过一个齿间距时，工件相对于铣刀沿进给方向所移动的距离，单位是mm/t。

进给速度它是指每分钟工件相对于铣刀沿进给方向所移动的距离，单位是mm/min。

进给速度与每齿进给量及每转进给量之间的关系是：

=nf=nZ (式中：n为铣床主轴转速(r/min)；Z为铣刀齿数。)

表3-2-5铣刀每齿进给量参考值

粗铣：

    ＝nZfz＝800×4×X0.1＝320mm/min取300mm/min

精铣：

    ＝nfzZ＝1000×4×0.05＝200mm/min

（4）铣削宽度

铣削宽度B，又称步距，是指铣刀在一次进给中切掉工件表层的宽度。

粗精加工：加工上表面时B为9mm。

（二）凸台轮廓加工。

1.图纸分析

底面、顶面及侧面已加工，现加工边长为32 mm的正四边形凸台轮廓，单边余量8 mm，轮廓深10 mm，凸台轮廓面和台阶面有表面粗糙度Ra3.2的要求。加工时分粗铣和精铣以达到表面粗糙度要求。

2.凸台轮廓铣削的刀具和选用

立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀，主要用于加工凸轮、台阶面、凹槽和箱口面。外形铣削的刀具主要使用立铣刀。

数控加工中，必须考虑的立铣刀尺寸因素包括：立铣刀直径，立铣刀长度，螺旋槽长度(侧刃长度)。   

直径大的刀具比直径小的刀具的抗弯强度大，加工中不容易引起受力弯曲和振动。立铣刀铣外凸轮廓时，可按加工情况选用较大的直径，以提高刀的刚性；立铣刀铣削凹形轮廓时，铣刀的最大半径选择受凹形轮廓的最小曲率半径限制。铣刀的最大半径应小于零件内轮廓的最小曲率半径，一般取最小曲率半径的0．8～0．9倍。

刀具从主轴伸出的长度和立铣刀从刀柄夹持工具的工作部分中伸出的长度也值得认真考虑，立铣刀的长度越长，抗弯强度减小，受力弯曲程度大，会影响加工的质量，并容易产生振动，加速切削刃的磨损。

立铣刀根据其刀齿数目，可分为粗齿(z为3、4、6、8)、中齿(z为4、6、8、10)和细齿(z为5、6、8、10、12)。粗齿铣刀刀齿数目少、强度高、容屑空间大，适用于粗加工；细齿齿数多、工作平稳，适用于精加工；中齿介于粗齿和细齿之间。被加工工件材料类型和加工的性质往往影响刀齿数量选择。

在加工塑性大的工件材料如铝、镁等，为避免产生积屑瘤，常用刀齿少的立铣刀，立铣刀刀齿越少，螺旋槽之间的容屑空间越大，可避免在切削量较大时产生积屑瘤。

加工较硬的脆性材料，需要重点考虑的是避免刀具颤振，应选择多刀齿立铣刀，刀齿越多切削越平稳，从而减小刀具的颤振。

本例工件单边最大余量为8(mm)，轴向加工加工余量为3mm，选择直径Ф16的四齿立铣刀，材料为高速钢。使用一把刀具完成四边形的粗、精加工。

3．外形铣削的刀具路径设计

图3-2-18是矩形外形铣削的粗、精加工路线设计。如果粗加工余量较多时，XY平面需要分层切削，刀具编程中心偏置值＝刀具半径＋余量，粗加工后要留下适当的精加工余量进行侧壁的精修。刀具起点在工件上表面安全间隙（5mm左右）以及工件外部安全位置SP点，刀具快速定位经过SP→QP（QP点必须要在工件外部，一般取值为刀具半径＋安全间隙）。刀具沿矩形轮廓直线插补后移动到EP点（EP点必须要在工件外部，一般取值为刀具半径＋安全间隙），最后刀具快速定位经过EP→SP线段时。精加工的刀具路径和粗加工一样，只需修改主轴转速、进给率和刀具编程中心偏置值＝刀具半径

4．平面铣削的切削用量

 （l）背吃刀量的选用

立铣刀螺旋槽长度(侧刃长度)决定切削的最大深度，实际应用中，z方向的吃刀深度不宜超过刀具直径的1．5倍，侧向的吃刀深度不宜超过刀具半径值。直径较小的立铣刀，切削深度选择得更小些，以保证刃具有足够的刚性。

本例加工分粗铣、精铣，精加工余量为0.2mm。

Z向加工深度3mm，分二层切削，切深分别为：2.8mm、0.2mm。

XY平面分粗铣、精铣二层切削，粗加工后留精铣余量0.2mm。

粗加工刀具编程中心偏置值=10+0.2=10.2mm

精加工编程中心偏置值=10mm

（2）主轴转速及进给速度

 粗加工：选Vc=40 m／min，fZ=0．1mm／r。

 Ф16mm的立铣刀，有4个刀齿(Z＝4)，立铣刀粗铣削Z向切深2.8 mm；侧向最大切深7.8mm，

则主轴转速n = 1000/πd=（1000×40）/（3.14×16）＝796r/min

取n=750(r／min)；

 =fz×Z×n=0．1×4×750＝300(mm／min)，综合其他因素确定=250 mm／min。

精加工：侧向最大切深0．2 mm，选Vc=60 m／min，fZ=0．05mm／r。

则主轴转速n = 1000/πd=（1000×60）/（3.14×20）＝1194r/min

取n=1200(r／min)； 

=fz×Z×n=0.05×4×1200＝240(mm／min)，综合其他因素确定=200 mm／min。

三、选择机床

不同类型的零件应在不同的CNC机床上加工。旋转体类零件采用数控车床或数控磨床进行加工。孔系零件、平面或曲面轮廓零件，通常采用数控铣床或加工中心进行加工。该工件适于立式数控铣加工，选用沈阳立式加工中心VMC840E机床进行加工。

四、确定工艺方案

根据工件材料、图纸要求及实际情况等情况，确定工序卡如表3-2-6。

表3-2-6加工工艺方案

五、程序编制

该工件形状对称，以工件底面为定位基准，选择X、Y轴的编程原点为工件的对称中心O上，Z轴的编程原点选择在工件下底面面。

1. 上平面粗加工。

(1).基点坐标计算

走刀轨迹为：A-B-C-D-E-F-G-H-I-J-K-L,如图3-2-19所示。

各基点坐标：

A（-38，-23),B(38，-23),C( 38,-14),D(-38,-14),E(-38,-5), F（38，-5），

G（38,4),H（-38,4），I(-38，13),J(38，13),K(38，22),L(-38，22)。

                        图3-2-19上平面铣削粗、精加工刀具轨迹

(2).程序编制

表3-2-7上平面粗加工程序

2. 外轮廓粗加工。

(1).基点坐标计算

走刀轨迹为：SP-QP-P1-P2-P3-EP-SP,如图3-2-20所示。

安全间隙为3mm。

                                  图3-2-20轮廓铣削粗加工刀具轨迹

各基点坐标：

起刀点SP坐标（-50，-50），进刀点QP坐标:(-25.2,-36)

X=-17+(-0.2)+(-8)=-25.2，Y=--25+(-8)+(-3)=-36.

P1(-25.2,25.2)  ，P2(25.2,25.2)，P3(25.2,-25.2)，EP(-36,-25.2)

(2).程序编制

表3-2-8轮廓粗加工程序

3. 上平面精加工。

(1).基点坐标计算

 走刀路线及基点坐标同粗加工

(2).程序编制

表3-2-9上平面精加工程序

4. 外轮廓精加工。

(1).基点坐标计算

各基点坐标：

起刀点SP坐标（-50，-50）进刀点QP坐标:(-25.,-36)

P1(-25,25.) ，P2(25.,25.)，P3(25.,-25.)，EP(-36,-25.)

(2).程序编制

表3-2-10轮廓精加工程序

六、仿真模拟

1.启动软件：开始/程序/KELLERSystems Chinese/SYMpuls/ SYMpuls Milling或点击桌面SYMpulsMilling图标，启动软件进入以下界面，如图3-2-21所示。

图3-2-21凯勒数铣界面

2.选择单击数控基础或按F2进入，如图3-2-22所示。

图3-2-22运行方式选择界面

3.选择单击PAL控制器或按F3进入编程进入界面，如图3-2-23所示。

图3-2-23编程进入界面

4.选择新建程序、作为主程序，单击OK或按F10进入程序设置界面，在此界面设置工件名称、毛坯、刀库等信息。如图2-1-16所示。

图3-2-24编程设置界面

5.进入编程界面既可以输入程序，如图3-2-25所示。

图3-2-25编程界面

6.仿真程序，如图3-2-26、图3-2-27所示。

    图3-2-26平面仿真界面

                                  图3-2-27立体仿真界面