数控铣削加工工艺范围及铣削方式
数控铣削加工工艺围及铣削方式
铣削是铣刀旋转作主运动，工件或铣刀作进给运动的切削加工方法。铣削的主要工作及刀具与工件的运动形式如图所示。
在铣削过程中，根据铣床，铣刀及运动
形式的不同可将铣削分为如下几种：
（1）根据铣床分类
根据铣床的结构将铣削方式分为立铣
和卧铣。由于数控铣削一个工序中一般要加
工多个表面，所以常见的数控铣床多为立式
铣床。
（2）根据铣刀分类
根据铣刀切削刃的形式和方位将铣削
方式分为周铣和端铣。用分布于铣刀圆柱面上的刀齿铣削工作表面，称为周铣，如图6-2（a）所示；用分布于铣刀端平面上的刀齿进行铣削称为端铣，如图6-2（b）所示。
图中平行于铣刀轴线测量的切
削层参数ap为背吃刀量。垂直于铣
刀轴线测量的切削层参数ac为切削
宽度，fz是每齿进给量。单独的周铣
和端铣主要用于加工平面类零件，数
控铣削中常用周、端铣组合加工曲面
和型腔。
（3）根据铣刀和工件的运动形
式公类
根据铣刀和工作的相对运动将铣
削方式分为顺铣和逆铣。铣削时，铣
刀切出工件时的切削速度方向与工件的进给方向相同，称为顺铣如图（6-3）a 所示；
铣削时，铣刀切入工件时的切削速度方向与工件进
给方向相反，称为逆铣，如图（6-3）b所示。
顺铣与逆铣比较：顺铣加工可以提高铣刀耐用
度2~3倍，工件表面粗糙度值较小，尤其在铣削难
加工材料时，效果更加明显。铣床工作台的纵向进
给运动一般由丝杠和螺母来实现，采用顺铣法加工
时，对普通铣床首先要求铣床有消除进给丝杠螺母
副间隙的装置，避免工作台窜动；其次要求毛坯表
面没有破皮，工艺系统有足够的刚度。如果具备这
样的条件，应当优先考虑采用顺铣，否则应采用逆铣。目前生产中采用逆铣加工方式的比较多。数控铣床采用无间隙的滚球丝杠传动，因此数控铣床均可采用顺铣加工。
数控铣削主要特点
（1）生产率高
（2）可选用不同的铣削方式
（3）断续切削
（4）半封闭切削
数控铣削主要加工对象
（1）平面类零件
加工面平行或垂直水平面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平面类零件。目前，在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件。
（2）变斜角类零件
加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为斜角类零件。这类零件多为飞机零件，如飞机上的整体梁、框、橡条与肋等。
（3）曲面类零件
加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。如模具、叶片、螺旋桨等。
加工曲面类零件一般采用三坐标数控铣床。当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及毗邻表面及需刀具摆动时，要采用四坐标或五坐标铣床。
数控铣削的刀具与选用
对数控铣削刀具的基本要求
（1）铣刀刚性要好
（2）铣刀的耐用度要高
此外，铣刀切削刃的几何参数的选择及排屑性能也非常重要。
铣刀的种类
（1）面（端）铣刀
面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。由于面铣刀的直径一般较大，为直径50~500mm，故常制成套式镶齿结构，即将刀齿和刀体分开，刀齿为高速或硬质合金，刀体采用40cr制作，可长期使用。高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=直径80~250mm，螺旋角β＝10度，刀齿数Z＝10~26.
硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高，加工效率高，加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。硬质合金面铣刀按刀片和刀齿的安装方式不同，可分为整体焊接式、机夹一焊接式和可转位式三种（见图6-4）。
面铣刀主要以端齿为主加工各种平面，主偏角为90度的面铣刀还能用时加工出与平面垂直的直角
面，但这个面的高度受到刀片长度的限制。
面铣刀齿数对铣削生产率和加工质量有直接影响，齿数越多，同时工作齿数也多，生产率高。铣削过程平稳，加工质量好。可转拉面铣刀的齿数根据直径不同可分为粗齿，细齿，密齿三种（参见下表）。粗齿铣刀主要用于粗加工；细齿铣刀用于平稳条件下的铣削加工；密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于薄壁铸铁件加工。
（2）立铣刀
立铣刀是数控铣床上用
得最多的一种刀具，主要有高
速钢立铣刀和硬质合金立铣
刀两种类型，其结构如图6-5
所示。
立铣刀的圆柱表面和端
面上都有切削刃，它们可同时
进行切削，也可单独进行切
削，主要用于加工凸轮、台阶
面、凹槽和箱口面。为了能加工较深的沟槽，并保证有足够的备磨量，立铣刀的轴向长度一般较长。
为了改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径则较大。
一般粗齿立铣刀具数Z＝3~4，细齿立铣刀齿数Z＝5~8，套式结构Z＝10~20。容屑槽圆弧半径r=2-5cm。直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。
（3）模具铣刀
模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。
（4）键槽铣刀
键槽铣刀有两个刀齿，圆柱面和端面都
有切削刃，端面刃延至中心，可以短距离的
轴向进给，既像立铣刀，又类似钻头。加工
时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣
出键槽全长，如图所示：
按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径
d=2~22mm，锥柄键槽铣刀直径
d=14~50mm。键槽铣刀直径偏差有e8t和
d8两种。
（5）鼓形铣刀
如图所示是一种典型的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为R的圆弧上，端
面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件
上切出从负到正的不同斜角。R越小，鼓形铣刀所能加工的斜角围越广，但所获
得的表面质量也越差。这种刀具的缺点是刃磨困难，切削条件差，而且不适于加
工有底的轮廓表面。
（6）成形铣刀
图6-10是常
见的几种成形铣
刀，一般都是为特
定的工件结构或
加工容专门设计
制造的，如角度
面、凹槽、特形孔
或特形台等。
除了上述几种典型的铣刀类型外，数控铣刀的结构还在不断发展和更新中，例如图6-11所示铣刀（俗称牛鼻铣刀）的刚度、刀具而用度和切削性能都较好。
铣刀的选择
（1）铣刀类型的选择
铣刀类型应与工件表面形状与尺寸相适应，加工较大的平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多选用模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀；加工各种直的或圆弧的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。
（2）铣刀参数的选择
1.面铣刀主要参数的选择
标准可转位面铣刀直径为16~630mm。铣刀的直径应根据铣削宽度、深度选择，一般铣前深度、宽度越大、越深，铣刀直径也应越大。精铣时，铣刀直径要大些，尽量包容工件整个加工面宽度，以提高加工精度和生产效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕。
铣刀齿数应根据工件材料和加工要求选择，一般铣削塑性材
料或粗加工时，选用粗齿铣刀；铣削脆性材料或半精加工、
精加工时，选用中、细齿铣刀。
面铣刀几何角度的标注见图。前角的选择原则与车刀基
本相同，只是由于铣削时有冲击，故前角数值一般比车刀略
小，尤其是硬质合金面铣刀，前角数值一般减小得更多些。
铣削强度和硬度都高的材料时可选用负前角。前角的数值主
要根据工件材料和刀具材料来选择。
铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此适当加大后角可减少铣刀磨损。常取a=50~120，工件材料较软时取大值，工件材料硬取小值，细齿铣刀取大值。铣削时冲击力大，为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的刃倾角常取λS= -50~ -150。只有在铣削低强度材料时，取λS= 50。
主偏角κγ在450~900围选取，铣削铸铁常用450，铣削一般钢材常用750，铣削带凸肩的平面或薄壁零件时要用900。
2.立铣刀主要参数的选择
立铣刀主切削刃的前角在法剖面测量，后角在端剖面测量，前、后角
的标注如图（6-5b）所示。前、后角都为正值，根据工件材料和铣刀直径
选取，其具体数值可分别参考表6.3和表6.4。
立铣刀的有关尺寸参数如图6.13所示，推荐按下述经验数据选取。
●刀具半径R小于零件轮廓面的最小曲率半径Rmin，一般取R＝
(0.8~0.9)Rmin.
●零件的加工高度H小于等于1/4~1/6 R，以保证刀具有足够的刚
度。
●对不通孔（深槽），选取1＝H+（5~10）mm（1为刀
具切削部分长度，H为零件高度）。
●加工外型及通槽时，选择1＝H+r+(5~10)mm（r为端
刃圆角半径）。
●加工助时，刀具直径为D＝（5~10）b（b为肋的厚）。
●粗加工轮廓面时，立铣刀最大直径D可按下式计算（见
图6-14）。
式中：D 轮廓的最小凹圆角半径；
δ圆角邻边夹角等分线上的精加工余量；
δ1 精加工余量；
φ圆角两邻边的最小夹角。
切削用量的选择
切削用量的基本选择原则，
在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，使生产率达到最大，从而获得最大的切削效益。
切削用量的确定顺序，
粗加工时，先选取尽可能大的背吃刀量或侧吃刀量，其次选定尽可能大的进给速度，最后根据刀具耐用度确定最佳切削速度。精加工时，先根据粗加工后的余量
确定背吃刀量，其次根据零件表面粗糙度要求，选取较小的进
给速度，最后在保证刀具而用度的前提下尽可能选取大的切削
速度。
背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）
如图所示，背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层
尺寸。端铣时，ap为切削层深度；而圆周铣削时，ap为被
加工表面的宽度。侧吃刀量ap为垂直于铣刀轴线测量的切削
层尺寸。端铣时，ap为被加固工表面宽度；圆周铣削时，ap
为切削层深度。背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量的
多少和对表面质量的要求决定。
当侧吃刀量ac小于d/2（d为铣刀直径）时，取ap-(1/3~1/2)d
当侧吃刀量d/2小于等于d时，取ap=（1/4~1/3）d;
当侧吃刀量ac=d（即满刀切削）时，取ap－（1/5~1/4）d。
当机床的刚性较好，且刀具的直径较大时，ap可取得更大。
粗加工的铣削宽度一般取0.6~0.8倍刀具的直径，精加工的铣削宽度由精加工余量确定。
进给速度
进给速度vf是单位时间工件与铣刀沿进给方向的相对位移。对铣削一般采用每齿进给量fz表示。
每齿进给量fz的选取主要取决于工件材料和刀具材料的力学性能、工件表面粗糙度值等因素。工件材料的强度、硬度较高，fz越小；反之则取大值。刀具材料的硬度越高，fz可取大值；反之则fz越小，硬质合金铣刀的
每齿进给量一般
高于同结构高速
钢铣刀的每齿进
给量。工件表面粗糙度值要求越小，fz就应越小。工件刚性差或刀具强底低时，应取小值。每齿进给量的确定可参考下表选取。
进给速度vf与铣刀每齿进给量fz、铣刀齿数Z及主轴转速n（r/min）的关系为：fv=f.z（min/ r）或vf=n.f.z（mm/min）
切削速度
铣削的切削速度计算公式为：
由上式可知铣削的切削速度与刀具耐用度T，每齿进给量fz，背吃刀量ap，侧吃力量ac以及铣刀齿数Z成反比，而与铣刀直径成正比。
此外，铣削的切削速度也可参考下表选取。
主轴转速n（r/min）与铣削速度vc(m/min)及铣刀直径d(mm)的关系为：
零件图的工艺性分析
（1）数控铣削加工容的选择
（2）零件结构工艺性分析
●零件图样尺寸的正确标注
●保证获得要求的加工精度
●尽量统一零件轮廓圆弧的有关尺寸
●保证基准统一原则
●分析零件的变形情况
（3）零件毛坯的工艺性分析
●毛坯应有充分，稳定的加工余量
●分析毛坯的装夹适应性
●分析毛坯的余量大小及均匀性
装夹方案的确定
（1）定位基准的选择
选择定位基准时，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次安装中能把零件上所有要加工的表面都加工出来。尽量选用工件上不需数控铣削的平面和孔作定位基准。对薄板件，选择的定位基准应有利于提高工件的刚性，以减小切削变形。定位基准应尽量与设计基准重合，以减少定位误差对尺寸精度的影响。
（2）夹具的选择
数控铣床上工件装夹方法与普通铣床一样，所使用的夹具往往并不很复杂，只要求有简单的定位、夹紧机构就可以了。但要将加工部位敞开，不能因装夹工件而影响进给和切削加工。
加工工序的划分
（1）加工阶段
●粗加工阶段
●半精加工阶段
●精加工阶段
●光整加工阶段
（2）数控铣加工工序的划分原则
●按所用刀具划分以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适用于工件的
待加工表面较多，机床连续工件时间较长，加工程序的编制和检查难度较大等情况。加工中心常用这种方法划分。
●按安装次数划分以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适用于加工容不
多的工件，加工完成后就能达到待检状态。
●按粗、精加工划分即粗加工中完成的那部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分
工艺过程为一道工序。这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零件，如毛坯为铸件，焊接件或锻件。
●按加工部位划分即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工表面多而复杂
的零件，可按其结构特点（如形、外形、曲面和平面等）划分成多道工序。
（3）数控铣削加工顺序的安排
●基面先行原则
●先粗后精原则
●先主后次原则
●先面后孔原则
●数控加工工序与普通工序的衔接