板类配合件的数控加工工艺设计文档格式.doc
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根据零件的设计和运用领域等方面，零件材料、性能以及学校现有的设备要求，选择零件的材料，板料钢件为未经淬硬处理的45钢锻件。
材料名称:
优质碳素钢，GB699-88。
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）；
特性及应用:
未热处理时：
HB≤229，热处理：
正火。
强度较高，塑性和韧性尚好，最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火零件。
根据情况尽量使各个表面上的余量均匀。
由于零件凹模1-2、凹模1-3图样尺寸为150mm×
120mm×
25mm，所以选择毛坯尺寸为160mm×
130mm×
30mm的毛料。
（2）加工余量的分析
根据精度要求，该图的尺寸精度要求较高，即需要有余量的计算，正确规定加工余量的数值，是完成加工要求的重要任务之一。
一般加工余量的大小决定于下列因素:
① 表面粗糙度（Ra）；
② 材料表面缺陷层深度（Ta）；
③ 空间偏差；
④ 表面几何形状误差；
⑤ 装夹误差（△Zj）；
⑥ 实际的加工要求和材料性能。
在具体确定工序的加工余量时，应根据下列条件选择大小：
① 对最后的加工工序，加工余量应达到图纸上所规定的表面粗糙度和精度要求；
② 考虑加工方法、设备的刚性以及零件可能发生的变形；
③ 考虑零件热处理时引起的变形；
④ 考虑被加工零件的大小，零件愈大，由于切削力、内应力引起的变形也会增加，因此要求加工余量也相应地大一些。
1.3精度分析
该零件的尺寸公差都比较高，在0.02—0.03mm之间，且凸件薄壁厚度为0.96mm，区域面积较大，表面粗糙度也比较高，达到了Ra1.6um,比较难加工，加工时极易产生变形，处理不好可能会导致其壁厚公差及表面粗糙度难以达到要求，所以必须合理的确定加工余量。
1.4定位基准分析
定位基准是工件在装夹定位时所依据的基准。
该零件首先以一个毛坯件的一个平面为粗基准定位，将毛料的精加工定位面铣削出来，并达到规定的要求和质量，作为夹持面，再以夹持面为精基准装夹来加工零件，最后再将粗基准面加工到尺寸要求。
2.板料配合件的加工工艺过程设计
2.1机床选择
选用加工中心
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。
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
2.2夹具和装夹方案的选择
（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。
夹具种类按使用特点可分为：
①万能通用夹具。
如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。
②专用性夹具。
为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。
常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模（引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具）、镗模（引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具）和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。
③可调夹具。
可以更换或调整元件的专用夹具。
④组合夹具。
由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。
（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
3-2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
2.3工序方案的确定
根据零件图样和技术要求，制定一套加工用时少，经济成本花费少，又能保证加工质量的工艺方案。
下面分析这套工艺方案。
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，还用毛刺，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：
铣削底面面和侧面
铣夹持面→粗铣上平面→精铣上平面→粗铣内轮廓（挖槽）→粗铣槽内凸台→手动去除槽内多余残料→粗铣槽内圆弧槽→粗铣外轮廓→粗铣凸台→手动去除多余残料→精铣槽内凸台→精铣槽内圆弧槽→半精铣内轮廓→半精铣外轮廓→精铣凸台→精铣槽面→精铣内轮廓→精铣外轮廓→钻孔→胶孔→翻面铣掉夹持面。
凹件：
铣夹持面→粗铣上平面→精铣上平面→粗铣内轮廓（挖槽）→手动去除槽内多余残料→粗铣定位槽→精铣槽底面→精铣内轮廓和倒圆角→精铣定位槽→钻孔→胶孔→翻面铣掉夹持面。
方案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。
2.4板料凸件加工工步顺序的安排
（1）上表面加工
因下表面的精度要求不高，所以以底面作为基准，粗、精加工上平面,以底面作为基准先粗铣外轮廓尺寸精度可达IT7级—IT8级，表面粗糙度可达12.5μm—50μm。
再精铣外轮廓，精度可达IT7级—IT8级，表面粗糙度可达0.8—3.2μm。
因此采用粗、精铣顺序。
（2）槽轮廓、槽内岛屿和圆弧槽的加工
① 根据槽轮廓尺寸要求、圆弧曲率及其加工精度要求可知：
轮廓精度要求很高，公差要求为0.03mm,表面粗糙度1.6um,壁厚0.96，依其深度分层粗加工，留有合适的加工余量，所以要采用粗加工—半精加工—精加工方案来加工完成，以满足加工要求。
② 槽内岛屿加工只对表面质量有较高要求，在粗加工时留0.3mm的余量，采用同一把刀粗加工，依其深度分层粗加工，采用同一把刀精加工，减少换刀时间和增加刀具误差。
采用粗加工—精加工方案来加工完成，以满足加工要求。
在倒圆角上，还要用到球形刀具，考虑行距的大小。
③ 圆弧槽的加工没做什么要求，只对其深度尺寸限有公差，要求不高，但还是要进行粗、精铣削加工，刀具尺寸最大有所限制，所以选择ф10的立铣刀，同前面加工可以选同一把ф10粗加工刀具、另一把ф10精加工刀具。
（3）外轮廓、凸台的加工
① 外轮廓的加工要求比内轮廓要求高，采用同样的方法加工，同一规格ф10的立铣刀，粗加工—半精加工—精加工方案，只是在加工时要小心一点。
② 凸台的尺寸要求和表面质量也要求比较高，依其深度分层粗加工，留有0.3mm的精加工余量。
还有C2的倒角，要用到球形刀具，考虑行距的大小。
（4）中间底面的加工
底面的表明质量要求高，考虑到铣面程序不好编辑，计算注意会产生过切的地方。
（5）孔加工
通孔Ф10mm，H7的公差，Ra1.6um粗糙度。
通孔Ф26mm，0.022的公差，Ra1.6粗糙度，所以先钻孔，再胶孔才能完成加工达到要求。
2.5板料凹件加工工步顺序的安排
（1）上表面和外轮廓加工
凹模上表面和外轮廓加工方案与凸模的加工方案大致一样。
（2）凹槽加工
两个凹槽的要求都比较高，凹槽的深度要求为8-10mm，需要分层加工，公差为有要求高的和低的，表面粗糙度都是Ra1.6um，因此采用粗加工—半精加工—精加工方案完成，以满足加工要求。
凹槽的圆弧最小曲率半径为8mm，所以在选择加工刀具时应选用半径小于8mm的铣刀。
（3）孔的加工方案
通孔Ф10mm，H7的公差，Ra1.6um粗糙度，加工方法跟凸件一样，先钻孔，后胶孔。
2.6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、倒角、倒圆角、孔及槽特点，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KVC650。
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。
2.7铣削用量的确定
（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10mm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
钢
<
225
18~42
66~150
225~325
12~36
54~120
325~425
6~21
36～~75
铸铁
190
21~36
190~260
9~18
45~90
160~320
4.5~10
21~30
铝
70~120
100~200
200~400
黄铜
53~56
20~50
100~180
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：
==4777r/min==6369.4r/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=4777r/min=6369r/min
同理计算20立铣刀：
取=2389r/min=3185r/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
每齿进给量/（mm/z）
粗铣
精铣
0.10~0.15
0.10~0.25
0.02~0.05
0.12~0.20
0.15~0.30
0.06~0.20
0.05~0.10
综合选取：
粗铣=0.06mm/z
精铣=0.03mm/z
铣刀齿数z=3
上面计算出：
=4777r/min=6369r/min
将它们代入式子计算。
粗铣时：
F=0.06×
3×
4777
=860mm/min
精铣时：
F=0.03×
6369
=573mm/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。
2.8冷却液的选择
由于在切削加工过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热——切削热。
大量的切削热被工件吸收9%～30%、切屑吸收50%～80%、刀具吸收4%～10%，其余由周围介质传出，而在钻削时切削热有52%传入麻花钻。
由于热胀冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量，工件和刀具产生变形最终影响加工精度。
如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏——造成“烧刀”的现象。
为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。
而且对不同的加工材料要使用的冷却液不尽相同。
通过查询资料知道常用的冷却液主要有以下三种：
表4-1常用冷却液
冷却液名称
主要成份
主要作用
水溶液
水、防锈添加剂
冷却、清洗
乳化液
水、油、乳化剂
冷却、润滑、清洗、防锈
切削油
矿物油、动植物油、
极压添加剂或油性
润滑、防锈
从工件材料考虑，考虑到冷却液作用和价格，选择乳化液可以满足要求。
从刀具材料考虑，硬质合金刀具一般采用乳化液作为冷却液，其冷却效果很好。
综合以上的种种分析，采用乳化液作为冷却液效果很好。
它的主要作用：
冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。
2.9凸件凹件的铣削下刀方式
本文对数控铁削加工中的轮廓加工、挖槽和型腔加工等不同加工类型进刀方式的选择作了有针对性的说明和总结，通过分析各种进刀方式的特点和适用性，给出了提高加工效率和零件表面质量的措施.对于实际生产具有较强的指导作用。
数控加工对加工工艺有着特殊的要求。
数控加工中对工艺问题处理得好坏，将直接影晌数控加工的质量和效率。
而在各种型面的数控铣削中，合理地选择切削加工方向、进刀切入方式是很重要的，因为两者将直接影响零件的加工精度和加工效率。
（1）轮廓加工中的进刀方式
1、法线进刀和切线进刀
轮廓加工进刀方式一般有两种:
法线进刀和切线进刀，如图1（a）所示。
由于法线进刀容易产生刀痕，因此一般只用于粗加工或者表面质量要求不高的工件。
法线进刀的路线较切线进刀短，因而切削时间也就相应较短。
图1法线进刀与切线进刀方式
在一些表面质量要求较高的轮廓加工中，通常采用加一条进刀引线再圆弧切入的方式，使圆弧与加工的第一条轮廓线相切，能有效地避免因法线进刀而产生刀痕，如图1（b）所示。
而且在切削毛坯余量较大时离开工件轮廓一段距离下刀再切入，很好地起到了保护立铣刀的作用。
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