数控铣床和加工中心的加工工艺范围分析

铣削是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以进行钻、扩、铰、镗孔和攻螺丝等加工。数控铣削主要适合于下列零件的加工：

1.平面类零件

平面类零件是指加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面间的夹角为一定值的零件，这类加工面可展开为平面。

如图5-1所示的三个零件均为平面类零件。曲面轮廓面A垂直于水平面，可采用圆柱立铣刀加工；凸台侧面B与水平面成一定角度，这类加工面可采用专用的角度成型铣刀来加工；斜面C，当工件尺寸不大时，可用人斜板垫平后加工，当工件尺寸较大时，斜面坡度又较大时，常用行切加工方法加工，此时会在加工面上留下进刀时的刀锋残留痕迹，要用钳工修理方法进行清除。

图5-1　平面类零件

2.直纹曲面类零件

直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。图5-2所示零件的加工面就是一直纹曲面。当直纹曲面从截面1变化至截面2时，其与水平面间的夹角从3°10′均匀变化为2°32′；从截面2到截面3时，又均匀变化为1°20′；最后到截面4，斜角均匀变化为0°。

图5-2　直纹曲面

当采用四坐标或五坐标数控铣床加工直纹曲面类零件时，加工面与铣刀圆周的接触瞬间为一条直线。此类零件也可在三坐标数控铣床上采用行切法近似加工。

3.立体曲面类零件

加工面为空间曲面的零件为立体曲面类零件。此类零件的加工面不能展成平面，一般使用球头铣刀切削，加工面与铣刀始终为点接触。若采用其他刀具加工，易于产生干涉而损伤邻近表面。加工立体曲面类零件一般使用三坐标数控铣床，采用以下两种加工方法：(www.xing528.com)

1）行切加工法

采用三坐标数控铣床进行二轴半坐标控制加工，即行切加工法。如图5-3所示，球头铣刀沿xy平面的曲线进行直线插补加工，当一段曲线加工完成后，沿y方向进给Δy再加工相邻的另一曲线，如此依次用平面曲线来逼近整个曲面。相邻两曲线间的距离Δy应根据表面粗糙度的要求和球头铣刀半径合理选取。球头铣刀的半径应尽可能选得大一些，以增加刀具刚度，提高散热性，降低表面粗糙度值。加工凹的空间曲面时，铣刀球头半径必须小于补加工曲面的最小曲率半径。

2）三坐标、四坐标、五坐标联动加工

三坐标数控镗铣床与加工中心：除了具有普通镗铣床的工艺性能外，还具有加工形状复杂的二维以至三维复杂轮廓的能力。例如半球形，采用三坐标联动的方法加工，如图5-4所示。

图5-3　行切加工法

图5-4　三坐标联动加工

四坐标数控镗铣床与加工中心：四坐标是指在x、y和z三个平动坐标轴基础上增加一个转动坐标轴（A、B或C），且四个轴一般可以联动，如图5-5所示。图5-5（a）是在立式数控机床工作台上安装一个能绕x轴旋转的数控转台，这种结构主要应用于回转体类等工件的加工。图5-5（b）是在卧式数控机床工作台上安装一个能绕y轴旋转的数控转台，这种结构主要适合于大型工件的侧面加工。图5-5（c）是在立式数控机床工作台上安装一个能绕z轴旋转的数控转台，这种结构一个典型的应用是在回转体工件上需要较大x、y轴行程才能进行的钻孔加工。对于四坐标机床，不管是哪种类型，其共同特点是：相对于静止的工件来说，刀具的运动位置不仅是任意可控的，而且刀具轴线的方向在刀具摆动平面内也是可以控制的，从而可根据加工对象的几何特征按保持有效切削状态或避免刀具干涉等需要来调整刀具相对零件表面的姿态。因此，四坐标加工可以获得比三坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果。

图5-5　四轴数控机床的类型

五坐标数控镗铣床与加工中心：它们都具有两个回转坐标，如图5-6所示。图5-6（a）是工作台旋转型，在工作台上增加一个绕x轴摆动的转台和一个绕z轴旋转的转台。这种类型主要用于小型五轴机床，又称为“小五轴”。图5-6（b）是主轴头旋转型，这种类型包含主轴头绕z轴旋转的C轴，以及绕x轴摆动的A轴。这种结构主要用于大型五轴机床，又称为“大五轴”。图5-6（c）是主轴头旋转和工作台旋转的复合型。工作台安装有绕z轴旋转的转台（C轴），同时主轴头可绕y轴摆动（B轴）。这种结构主要适用于中型、卧式或车铣复合机床。五坐标数控机床相对于静止的工件来说，其运动合成可使刀具轴线的方向在一定的空间内（受机构结构限制）任意控制，从而具有保持最佳切削状态及有效避免刀具干涉的能力。因此，五轴加工又可以获得比四轴加工更广的工艺范围和更好的加工效果，特别适宜于三维曲面零件的高效、高质量加工以及异型复杂零件的加工。

图5-6　五轴数控机床的类型