数控铣床零件加工工艺分析与程序设计Word格式.docx
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材料的力学性能：
退火钢抗拉强度：
≥600（MPa）；
屈服强度：
≥355（MPa）；
延长率：
≥16%断面收缩率:
≥40%；
布氏硬度：
≤197（HB）；
②：
批量大小：
小批量生产
③：
零件形状尺寸：
由零件凸模1-1、凹模1-4图样尺寸为116mm×
116mm×
34mm
④：
学校现有的设备：
立式加工中心
2）毛坯的选择
选择毛坯尺寸为116mm×
34mm的铝材，类型为型材。
4、工艺过程的设计
1）选择定位基准：
通常毛料未经任何处理时，外表有一层硬皮，硬度很高，很容易磨损刀具，在选择走刀方式时加以考虑选择逆铣，还有毛刺，装夹前应进行钳工去毛刺处理，再以面作为粗基准加工精基准定位面。
凸件：
任选116mm×
34mm的面用面铣刀加工，即为定位基准。
凹件：
2）选择毛坯各表面加工方法：
表面的加工顺序是先里后外，先粗后精，先面后孔的方法划分加工步骤，由于轮廓薄壁太薄，对其划分工序考虑要全面，先对受力大的部位先加工，对剩余部粗铣后就开始精加工。
由于粗精加工同一个部位都用的不是同一把刀，所以选择加工方案要综合考虑。
3）确定加工顺序：
铣削底面和侧面
凸件：
粗铣夹持面→粗铣上平面→精铣上平面→粗铣内轮廓（挖槽）→编程去除槽内多余残料→铣槽内圆孔→粗铣槽内凹球槽→粗铣外轮廓→粗铣凸台→编程去除多余残料→精铣椭圆槽→精铣槽内球槽→精铣凸台→精铣夹持面。
①选择与之前加工完成的116mm×
34mm面相邻的116mm×
34mm面加工，用夹具将工件夹持稍微可以松动，目测之前加工的面与夹具底面垂直，然后用千分尺测是否垂直，读表后，用扳手轻微修改工件垂直度，直到工件垂直为止，夹紧，然后用面铣刀加工此面。
切削量不要太多（1—1.5mm）。
②将工件旋转90度至未加工的一面，然后用千分表测垂直度，用G92指令和面铣刀加工，再以此面为零点，将零件切削到116mm×
113mm×
34mm。
③将工件旋转90度至未加工的一面，然后用千分表测垂直度，用G92指令和面铣刀加工，再以此面为零点，将零件切削到113mm×
④然后加工113mm×
113mm的面，用G92指令和面铣刀将此面稍微洗掉一点（1—1.5mm）。
⑤将工件翻过来切削另一面，用G92指令和面铣刀稍微切掉一点，以此面为零点，将工件切削到113mm×
32mm。
⑥精铣上平面，工件尺寸铣过之后为113mm×
30mm。
⑦粗铣长半轴为X为39短半轴Y为29的椭圆槽，以及去除残料。
⑧铣直径为8的内圆孔，粗铣球半径为15的球槽。
⑨粗铣凸台，去除多余残料。
⑩精铣椭圆槽（X40，Y30），粗铣SR15的球槽，精铣凸台。
⑩+1将工件旋转精铣夹持面110mm×
110mm×
凹件：
粗铣夹持面→粗铣上平面→精铣上平面→粗铣凹槽→编程去除凹槽中多余残料→粗铣定位槽→精铣槽底面→精铣定位槽→翻面铣掉夹持面。
④然后加工113mm×
⑦粗铣长半轴为X为31短半轴Y为21的椭圆槽，以及去除残料。
以及两个定位槽。
⑧精铣椭圆槽（X32，Y22），精铣定位槽。
⑨将工件旋转精铣夹持面110mm×
30mm。
4）确定走刀路线
定义：
数控加工过程中刀具相对于被加工工件的运动轨迹。
根据零件图样，确定走刀路线（即加工工时最短，又能保证质量），下面确定该走刀路线：
配合件走刀路线：
先粗、精加工椭圆的外轮廓→粗、精加工内腔及球槽→粗精加工定位台
5、选择机床、工艺装备
1）数控机床及系统
选用加工中心（FAUNC——VMC850）
加工中心加工柔性比普通数控铣床优越，有一个自动换刀的伺服系统，对于工序复杂的零件需要多把刀加工，在换刀的时候可以减少很多辅助时间，很方便，而且能够加工更加复杂的曲面等工件。
因此，提高加工中心的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。
图5-1
表5-1
工作台面尺寸
（长×
宽）
405×
1307（mm）
主轴锥孔/刀柄形式
24ISO40/BT40（MAS403）
工作台最大纵向行程
650mm
主配控制系统
FANUC0iMate-MC
工作台最大横向行程
450mm
换刀时间（s）
6.5s
主轴箱垂向行程
500mm
主轴转速范围
60—6000（r/min）
工作台T型槽
（槽数-宽度×
间距）
5-16×
60mm
快速移动速度
10000（mm/min）
主电动机功率
5.5/7.5（kw）
进给速度
5—800（mm/min）
脉冲当量（mm/脉冲）
0.001
工作台最大承载（kg）
700kg
机床外形尺寸
宽×
高）（mm）
2540mm×
2520mm×
2710mm
机床重量（
kg）
4000kg
2）选择工艺装备
（1）夹具的选择
机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置称为夹具，又称卡具。
从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。
例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。
在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。
夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件（确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向）、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。
按进给方式铣床夹具可分为直线进给式、靠模进给式和圆周进给式三种。
1、直线进给式铣床夹具：
这类铣床夹具用得最多，夹具安装在铣床工作台上，加工中随工作台按直线进给方式运动。
2、靠模铣床夹具：
靠模的作用是使工件获得辅助运动，形成仿形运动，它用在专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。
3、圆周进给式铣床夹具：
可在不停车的情况下装卸工件，一般是多工位，在有回转工作台的铣床上使用。
这种夹具结构紧凑，操作方便，是高效铣床夹具，使用于大批量生产。
现代的数控铣床夹具除用到常用的虎钳、分度头和三爪夹盘等通用夹具外还有万能组合夹具、多工位夹具、气动或液压夹具、专用铣切夹具和真空夹具等
（2）装夹方案的选择
在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。
在选用夹具时，在能用普通夹具装夹加工的尽可能的选用普通夹具，在经济效应上可以减少成本的开支。
数控机床上用的夹具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求，所以我根据零件的形状考虑选择平口虎钳。
此时，主要考虑以下几点：
1 夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开；
2 必须保证最小的夹紧变形；
3 装卸方便，辅助时间应尽量短；
4 对小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率；
5 夹具结构应力求简单；
6 夹具应便于与机床工作台及工件定位表面间的定位元件连接。
该零件形状规则，四个侧面较光整，加工面与加工面之间的位置精度要求不高。
所以以底面和两个侧面作为定位，用虎钳从工件侧面夹紧。
使用注意事项：
1 夹紧工件时要松紧适当，用手板紧手柄，不得借助其他工具加力。
2 强力作业时，应尽量使力朝向固定钳身。
3 不许在活动钳身和光滑平面上敲击作业。
4 对丝杠、螺母等活动表面应经常清洗、润滑，以防生锈
图5-2平口虎钳
平口虎钳夹具参数：
产品名称
型号
钳口宽度（mm）
钳口高度（mm）
钳口最大张开度（mm）
定位键宽度（mm）
外形尺寸长×
高（mm）
平口虎钳
Q12160
160
50
18
500×
300×
200
（3）刀具的选择方案
结合零件图分析，该零件有平面和型腔内的圆弧及槽特点，加工工序复杂。
为减少换刀和对刀时间，减少换刀带来的误差，提高加工效率，粗、精加工尽可能选用同一把刀具，保证良好精度要求。
结合我院机床的实际情况，采用加工中心进行加工。
加工中心VMC850。
刀具材料应具备的性能：
希望具备的性能
作为刀具使用时的性能
高硬度（常温及高温状态）
耐磨损性
化学稳定性良好
耐氧化性耐扩散性
高韧性（抗弯强度）
耐崩刃性耐破损性
低亲和性
耐溶着、凝着（粘刀）性
高耐热性
耐塑性变形性
磨削成形性良好
刀具制造的高生产率
热传导能力良好
耐热冲击性耐热裂纹性
锋刃性良好
刃口锋利表面质量好微小切削可能
对刀具的基本要求：
（1）刀刚性要好。
铣刀刚性要好的目的有二：
一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；
二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点；
（2）铣刀的耐用度要高。
尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，不仅会影响零件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，从而降低了零件的表面质量。
除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要。
切削粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的，总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意加工质量的前提。
具体选择的刀具将在工艺文件里表现出来。
（4）量具的选择方案
在机械制造中用以直接或间接测出被测对象量值的工具、加工中心仪器、仪表等称为计量器具。
计量器具主要分为量具和量仪（仪器、仪表）两大类。
其中量具是指那些能直接表示出长度单位和界限的简单计量工具。
量仪是利用机械、光学、气动、电动等原理将长度放大或细分，且结构较为复杂的计量器具，一般在计量室中使用。
零件的几何参数的测量包括：
长度、角度、表面粗糙度及形位公差。
用来测量零件的量具有：
（1）钢直尺：
用来测量长度的一种最常用的简单量具；
（2）游标卡尺：
可以用来测量内、外尺寸、孔距、高度和深度；
（3）千分尺：
这类量具较为精密。
可用来测量外圆直径、长度、厚度；
测量表面粗糙度采用比较法，将零件表面与表面粗糙度样块比较，用目测或手摸判断被加工表面粗糙度；
用比较法评定表面粗糙度虽然不精确，但由于器具简单，使用方便，迅速。
（4）百分表：
在铣削工件时，用来测量工件是否垂直。
6、确定切削用量
（1）主轴转速的确定
主要根据允许的切削速度Vc（m/min）选取：
n=
其中Vc-切削速度
D-工件或刀具的直径（mm）
由于每把刀计算方式相同，现选取16mm的立铣刀为例说明其计算过程。
根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。
铣削时切削速度：
工件材料
硬度/HBS
切削速度
/（m/min）
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
铝
70~120
100~200
200~400
从理论上讲，
的值越大越好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙度值。
但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑：
取粗铣时：
=150m/min
精铣时：
=200m/min
代入公式中：
=
=2985.6r/min
=
=3980.9r/min
计算的主轴转速n要根据机床有的或接近的转速选取
取
=2985r/min
=3981r/min
同理计算
8立铣刀：
=5970r/min
=7962r/min
63盘铣刀：
取
=379r/min
=505r/min
（2）进给速度的确定
粗加工的时候一般尽量可能的最大每齿进给速度，每齿进给速度的取值主要考虑刀具的强度，对于立铣刀而言，直径越大，刀刃越多，其刀具强度就越大，允许取的每齿进给速度也越大;
在一定的每齿进给速度，切削深度，切削宽度的取值过大，将会导致切削力过大，一方面可能会超出机床的额定负荷或损坏刀具;
另一方面，如果切削速度也较大，可能会超出机床额定功率。
通常如果切削深度必须取大值的时候，切削宽度就必须取很小的值。
曲面轮廓的精加工的每齿进给速度、切削深度、切削宽度一般比较小，切削力很小，因此取很高的切削速度也不会超出机床的额定功率。
粗加工的时候，过高切削度主要引起温度和切削功率过大，精加工的时候过高的切削速度主要爱温度的限制。
通常，铣刀材料、工件材料、刀具耐用度一定，允许的浓度就一定，因此极限切削线速度也一定。
切削进给速度F时切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位mm/min。
它与铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量
（mm/z）的关系为：
F=
ZN
每齿进给量
的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。
工件材料的强度和硬度越高，
越小，反之则越大；
工件表面粗糙度值越小，
就越小；
硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。
刀每齿进给量
/（mm/z）
粗铣
精铣
0.06~0.20
0.10~0.25
0.05~0.10
0.02~0.05
综合选取：
=0.06mm/z
精铣
=0.03mm/z
铣刀齿数z=2
上面计算出：
将它们代入式子计算。
粗铣时：
F=0.06×
2×
2985
=358mm/min
精铣时：
F=0.03×
3981
=239mm/min
同理即可得出：
盘铣刀进给速度：
=379r/min
=505r/min
铣刀齿数Z=3
F粗=69mm/minF精=46mm/min
φ8铣刀进给速度：
铣刀齿数Z=2
F粗=716mm/minF精=477mm/min
切削进给速度也可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整，以获得最佳切削状态。
（3）背吃刀量的确定
背吃刀量是根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使被吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。
为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般留0.2～0.5mm。
总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。
同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。
7、工艺卡片
（1）凸件的工艺卡
芜湖职业技术学院
数控加工工艺卡
材料
生产类型
零件名称
加工设备
单件
板料凸件
VMC850
工序号
刀具
加工内容
加工参数
刀具号
刀具名称
刀具直径
（mm）
进给速度（mm/min）
主轴转速
（r/min）
背吃刀量
N1
备料116mm×
34mm
N2
T01
盘形铣刀
¢
63
装夹，粗铣基准面A
80
400
N3
盘铣刀
粗铣定位测面
N4
装夹，粗精铣基准面B
N5
T02
立铣刀
8
粗铣薄壁内轮廓、内圆槽，
120
600
N6
16
去除凸台上多余材料
N7
T03
精加工椭圆外轮廓、精加工定位台
N8
T04
球头铣刀
粗、精铣内圆槽
1200
N9
精加工夹持面
（2）凸件的工序卡
（工厂）
数控加工工序卡片
产品名称及代号
零件图号
A4
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
平口钳
加工中心
1
工步号
工步内容
刀具规格
加工参数
备注
主轴转速r/min
进给速度mm/min
背吃刀量/mm
装夹，粗铣基准面A，留1mm面余量
O0001
2
自动
粗铣定位测面，留0.5mm余量
O0001
3
装夹，粗精铣基准面B到尺寸和表面质量
4
粗铣凸件椭圆的内轮廓，并留有1mm的余量、去除残料及铣圆槽
O0003
5
精铣椭圆内轮廓，留1mm测面余量，
O0002
6
粗精铣内球槽
O0009
7
粗精铣上表面
O0006
粗铣椭圆外轮廓
O0005
450
9
精铣椭圆外轮廓
O0004
10
粗铣定位槽
O0008
100
11
精铣定位槽
O0007
800
150
4/10
12
720
（1）凹件的工艺卡
长春职业技术学院
板料凹件
粗精铣椭圆外轮廓
去除表面多余材料
精加工定位台
升级会员 