項目2基礎技能訓練任務一平面銑削加工訓練【任務書】【知識鏈接】一、平面銑削的概念

平面銑削通常指對工件上的各類平面進行銑削并達到一定表面質量要求的加工。分析平面銑削加工的工藝內容應考慮：加工平面區域大小，加工面相對基準面的位置；分析平面銑削精度要求應考慮：加工平面的表面粗糙度要求，加工面相對基準面的定位尺寸精度，平行度，垂直度等要求。

對平面的銑削加工，可用立銑刀周銑和面銑刀端銑兩種方式。一般情況下，銑平面時，端銑的生產效率和銑削質量都比周銑高，所以平面銑削應盡量端銑方法。一般大面積的平面銑削使用面銑刀，在小面積平面銑削也可使用立銑刀端銑。二、面銑刀及選用

面銑刀的圓周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃為副切削刃。由于面銑刀的直徑一般較大，為φ50mm～φ500mm，故常制成套式鑲齒結構，即將刀齒和刀體分開，刀體采用40Cr制作，可長期使用。硬質合金面銑刀與高速鋼面銑刀相比，銑削速度較高、加工效率高、加工表面質量也較好，并可加工帶有硬皮和淬硬層的工件，在數控面銑削時得到廣泛應用。1.硬質合金可轉位式面銑刀如圖2-1.2所示為硬質合金可轉為式面銑刀。這種銑刀結構成本低，制作方便，刀刃用鈍后，可直接在機床上轉換刀刃和更換刀片。可轉位式面銑刀要求刀片定位精度高、夾緊可靠、排屑容易、更換刀片迅速等，同時各定位、夾緊元件通用性要好，制造要方便，降低成本，操作使用方便。硬質合金面銑刀與高速鋼面銑刀相比，銑削速度較高、加工效率高、加工表面質量也較好，并可加工帶有硬皮和淬硬層的工件，在提高產品質量和加工效率等方面都具有明顯的優越性。（a）可轉位面銑刀(b)硬質合金可轉位面銑刀圖2-1.2可轉位面銑刀(c)可轉位面銑刀結構圖2．直徑的選擇

平面銑削時，面銑刀直徑尺寸的選擇是重點考慮問題之一。對于面積不太大的平面，宜用直徑比平面寬度大的面銑刀實現單次平面銑削，平面銑刀最理想的寬度應為材料寬度的1.3～1.6倍。1.3～1.6倍的比例可以保證切屑較好的形成和排出。對于面積太大的平面，由于受到多種因素的限制，如，考慮到機床功率、刀具和可轉位刀片幾何尺寸、安裝剛度、每次切削的深度和寬度以及其他加工因素，面銑刀刀具直徑不可能比加工平面寬度更大時，宜選用直徑大小適當的面銑刀分多次走刀銑削平面。

特別是平面粗加工時，切深大、余量不均勻，考慮到機床功率和工藝系統的受力，銑刀直徑D不宜過大。工件分散的、較小面積平面，可選用直徑較小的立銑刀銑削。面銑時，應盡量避免面銑刀刀具的全部刀齒參與銑削，即應該避免對寬度等于或稍微大于刀具直徑的工件進行平面銑削。面銑刀整個寬度全部參與銑削（全齒銑削）會迅速磨損鑲刀片的切削刃，并容易使切屑粘結在刀齒上。此外工件表面質量也會受到影響，嚴重時會造成鑲刀片過早報廢，從而增加加工的成本。3．面銑刀刀齒的選擇

面銑刀齒數對銑削生產率和加工質量有直接影響，齒數越多，同時參與切削的齒數也多，生產率高，銑削過程平穩，加工質量好，但要考慮到其負面的影響：刀齒越密，容屑空間小，排屑不暢，因此只有在精加工余量小和切屑少的場合用齒數相對多的銑刀。可轉位面銑刀的齒數根據直徑不同可分為粗齒、細齒、密齒三種。粗齒銑刀主要用于粗加工；細齒銑刀用于平穩條件下的銑削加工；密齒銑刀的每齒進給量較小，主要用于薄壁鑄鐵的加工。

面銑刀主要以端齒為主加工各種平面。刀齒主偏角一般為45°、60°、75°、90°，主偏角為90°的面銑刀還能同時加工出與平面垂直的直角面，這個面的高度受到刀片長度的限制。三、平面銑削時走刀路線的設計平面銑削中，刀具相對于工件的位置選擇是否適當將影響到切削加工的狀態和加工質量，以如圖2-1.3所示為例，分析面銑刀進入工件材料時的位置對加工的影響。

圖2-1.3銑削中刀具相對于工件的位置（1）刀心軌跡與工件中心線重合如圖2-1.3（a）所示，刀具中心軌跡與工件中心線重合。單次平面銑削時，當刀具中心處于工件中間位置，將容易引起顫振，從而影響到表面加工質量，因此，應該避免刀具中心處于工件中間位置。（2）刀心軌跡與工件邊緣重合如圖2-1.3（b）所示，當刀心軌跡與工件邊緣線重合時，切削鑲刀片進人工件材料時的沖擊力最大，是最不利刀具壽命和加工質量的情況。因此應該避免刀具中心線與工件邊緣線重合。（3）刀心軌跡在工件邊緣外如圖2-1.3（c）所示，刀心軌跡在工件邊緣外時，刀具剛剛切入工件時，刀片相對工件材料沖擊速度大，引起碰撞力也較大。容易使刀具破損或產生缺口，基于此，擬定刀心軌跡時，應避免刀心在工件之外。（4）刀心軌跡在工件邊緣與中心線間

如圖2-1.3（d）所示，當刀心處于工件內時，已切入工件材料鑲刀片承受最大切削力，而剛切入（撞入）工件的刀片將受力較小，引起碰撞力也較小，從而可延長鑲刀片壽命，且引起的震動也小一些。因此盡量讓面銑刀中心在工件區域內。但要注

意：當工件表面只需一次切削時，應避免刀心軌跡線與工件表面的中心線重合。由上分析可見：擬定面銑刀路線時，應盡量避免刀心軌跡與工件中心線重合、刀心軌跡與工件邊緣重合、刀心軌跡在工件邊緣外的三種情況，設計刀心軌跡在工件邊緣與中心線間是理想的選擇。四、平面銑削用量銑削用量選擇的是否合理，將直接影響到銑削加工的質量。平面銑削分粗銑、半精銑、精銑三種情況，粗銑時，銑削用量選擇側重考慮刀具性能、工藝系統剛性、機床功率、加工效率等因素。精銑時側重考慮表面加工精度的要求。1．平面粗銑切削用量的確定原則

粗銑加工時，余量多，要求低，銑削用量的選擇時主要考慮工藝系統剛性、刀具使用壽命、機床功率、工件余量大小等因素。首先決定較大的Z向切深和切削寬度。銑削無硬皮的鋼料，Z向切深一般選擇3～5mm，銑削鑄鋼或鑄鐵時，Z向切深一般選擇5～7mm。切削寬度可根據工件加工面的寬度盡量一次銑出，當切削寬度較小時，Z向切深可相應增大。選擇較大的每齒進給量有利于提高粗銑效率，但應考慮到：當選擇了較大的Z向切深和切削寬度后，工藝系統剛性是否足夠？

當Z向切深、切削寬度、每齒進給量較大時，受機床功率和刀具耐用度的限制，一般選擇較低銑削速度。2．平面精銑切削用量的確定原則

當表面粗糙度要求在Ra1.6～3.2μm范圍時，平面一般采用粗、精銑兩次加工。經過粗銑加工，精銑加工的余量為0.5～2mm，考慮到表面質量要求，選擇較小的每齒進給量。此時加工余量比較少，因此可盡量選較大銑削速度。

表面質量要求較高（Ra0.4～0.8μm），表面精銑時的深度的選擇為0.5mm左右。每齒進給量一般選較小值，高速鋼銑刀為0.02～0.05mm，硬質合金銑刀為0.10～0.15mm。銑削速度在推薦范圍內選最大值。如，當采用高速鋼銑刀銑削一般中碳鋼或灰口鑄鐵時，銑削速度在20～60m/min之間選大值，當采用硬質合金銑刀銑削上述材料時，銑削速度在90～200m/min之間選大值。【任務實施】

加工如圖2-1.1所示工件，設基準A面及四個側面已經完成加工，現要在數控銑床上加工上表面，保證最終厚度為50mm且滿足如圖標注的形位公差和表面質量要求。上表面有余量3mm。Step1工藝方案1．零件圖工藝分析該零件為平面類零件，外形為矩形，加工上表面，零件結構合理；由零件圖紙上可以看出，該零件有尺寸精度要求，有平行度和平面度要求；所用材料均為45#鋼，材料硬度適中，便于加工；選擇普通數控銑床加工。2．確定零件的裝夾方式

由于該零件結構及其所對應的毛坯結構均為方形，因此夾具用平口鉗較合理。

3．確定加工順序粗銑上平面→精銑上平面。4．確定走刀路線（1）粗銑上平面的走刀路線如圖2-1.5所示，刀具由右向左切削，分兩次走刀完成。第一次走刀：始點為（X160,Y-40）,終點為（X-180,Y-40）；第二次走刀：始點為（X160,Y40）,終點為（X-180,Y40）。圖2-1.5粗銑平面走刀路線

（2）精銑上平面的走刀路線如圖2-1.6所示，刀具由右向左一次走刀完成，始點為（X210,Y0）,終點為（X-210,Y0）。圖2-1.6精銑平面走刀路線5.刀具的選擇零件材料為45#鋼，選用以合金鋼為材料的面銑刀。（1）粗銑時，選用Φ100mm的面銑刀。（2）精銑時，選用Φ200mm的面銑刀。工件上表面寬150mm，面寬不太大，擬用直徑比平面寬度大的面銑刀單次銑削平面，平面銑刀最理想的寬度應為材料寬度的1.3～1.6倍。如，選用φ200mm的面銑刀比較合適（200：150≈1.3），當刀具中心在工件的中心時，刀具與工件的兩邊都有一定的重疊，如圖2-1.7所示。（a）面銑刀

（b）面銑刀圖2-1.7面銑刀的選擇6．切削用量的選擇（1）粗銑時，進給速度f=60mm/min，切削深度ap=2.5mm，n=400r/min。（2）精銑時，進給速度f=80mm/min，切削深度ap=0.5mm，n=450r/min。7．填寫數控加工工序卡片表2-1.1數控加工工序卡片Step2編制程序選擇毛坯上表面為程序原點(Z0)，工件中心為（X0，Y0）單次平面銑削的程序如下。

程序

注釋O2101(平面粗銑)

程序名N10G54G21G90；

采用G54坐標系N20M03S400；

主軸正轉轉速為400r/minN30G00X160Y-40；

刀具快速接近工件N40G01Z-2.5F1000M08；Z方向進給-2.5mm，留0.5mm的精加工余量，切削液打開N50X-180F60；

第一刀粗加工上表面N60G00Z20；

抬刀至Z20mm位置N70X160Y40;N80G01Z-2.5F1000;N90X-180F60;

第二刀粗加工上表面N100G00Z100M09;

抬刀，關切削液N110M30;

程序結束O0002

(平面精銑)程序名N10G55G21G90；

采用G55坐標系N20M03S450；

主軸正轉，轉速為450r/minN30G00X210Y0；

刀具接近工件N40G01Z-3F1000M08；刀具移到Z-3位置N50G01X-210F80；

精加工上表面N60G00Z100；

抬刀至Z100mm位置N70M05M09；

主軸停轉，切削液關閉N80M30；

程序結束Step3加工操作1．加工準備（1）開機回機床參考點。（2）裝夾工件，露出加工的部位，避免刀頭可能碰到夾具；拉表校檢工件基準面的水平誤差和垂直度誤差，并確保夾緊好后的定位精度。（3）用光電式或機械式尋邊器對工件進行找正，填寫G54、G55零點偏置表，認真檢查零點偏置數據的正確性。（4）根據工序卡準備刀具，裝刀，如圖2-1.8所示。（a）刀具T01（b）刀具T02圖2-1.8裝刀（5）輸入程序并校驗程序。2．工件加工（1）執行每一個程序前檢查其所用的刀具，檢查切削參數是否合適，開始加工時宜把進給速度調到最小，密切觀察加工狀態