薄壁零件数控加工工艺设计参考123092046章明.doc

摘 要
数控加工具有自动化程度高、加工质量稳定、加工精度高、加工效率高、柔性好等一系列优点。能有效解决复杂、精密、小批量、多品种零件的加工问题。近几十年来数控加工技术得到了迅速的发展和广泛应用，同时也使得传统的制造技术发生了根本性的变革。在数控加工过程中，数控加工工艺设计是否合理，将直接影响到数控机床效能的发挥、刀具的使用寿命以及工件的加工精度和加工效率。因此，在数控加工中数控加工工艺的制定至关重要。
本论文为薄壁零件数控加工工艺设计，论文首先根据薄壁零件的图纸及技术要求，对该零件进行了详细的数控加工工艺分析，依据分析的结果，对该零件进行了数控加工工艺设计，拟定了加工方案，选择了加工设备、加工刀具、夹具，确定了装夹方案、切削用量，制定了加工顺序、走刀路线，编制了零件的数控加工工序卡片和刀具卡片等。最后，综合运用手工编程与自动编程编制了该零件的数控程序。

关键词：薄壁零件 数控加工 工艺分析 工艺设计 手工编程

目 录
目 录
摘 要 I
目 录 II
第一章 绪论 1
1.1课题来源 1
1.2设计的目的与意义 1
1.3论文所要完成的工作与要求 1
第二章 数控加工工艺基础概述 3
2.1数控加工工艺性分析 3
2.2数控加工工艺的特点 3
2.3数控加工工艺分析的主要内容 4
2.4数控加工工艺内容的选择 4
2.5数控加工工艺路线的设计 5
2.6数控加工工序的设计方法 6
2.6.1确定走刀路线和安排工步顺序 6
2.6.2定位基准与夹紧方案的确定 7
2.6.3夹具的选择 7
2.6.4刀具的选择 7
2.6.5切削用量的确定 8
第三章 薄壁零件的数控加工工艺设计 9
3.1 薄壁零件零件图 9
3.2 薄壁零件数控加工工艺分析与设计 9
3.2.1薄壁零件零件图分析 9
3.2.2毛坯选择 9
3.2.3定位基准选择 9
3.2.4加工顺序设计 10
3.2.5刀具选择 10
3.2.6薄壁零件刀具卡片制定 11
3.2.7切削参数选择 12
3.2.8加工设备的选用 14
3.2.9夹具的选择与装夹方案的确定 15
3.2.10工序与工步的划分 16
3.2.11壁零件工序卡片的设计 19
第四章 薄壁零件的数控加工程序编制 26
4.1 数控编程简介及薄壁零件的编程方法选择 26
4.2 薄壁零件数控加工程序编写 26
第五章 总结与展望 34
5.1总结 34
5.2展望 34
致 谢 36
参考文献 37
附录1 薄壁零件图 38
附录2 薄壁零件UG三维视图 39

41
绪 论
第一章 绪论
1.1课题来源
本设计课题为薄壁零件数控加工工艺设计，选取的零件为自拟题目，课题的选取主要参照企业真实零件，并进行适当修改后确定。在课题内容的选取上，力求将数控专业要求具备的机械制图能力、数控加工工艺分析能力、数控加工工艺设计能力、工艺文件编写能力、数控加工程序编制能力和数控零件加工等能力融入其中。
1.2设计的目的与意义
毕业设计（论文）是高等职业学院培养面向生产、建设、管理和服务第一线的高等技术应用型人才的最后一个教学环节。是培养学生综合运用所学基础理论、基本知识、基本技能和专业知识的重要手段。通过完成某一课题，可以进一步检验学生处理实际问题的能力，使学生掌握基本的设计（科研）方法，受到初步的工程技术训练，并可综合衡量教学质量，以利于提高教学管理水平。
通过毕业设计旨在提高学生的资料与手册查阅能力、设计方案制定能力、分析与计算能力、撰写设计说明书或论文报告的能力、计算机应用能力、熟悉国家标准和规范的能力，以及语言表达、准确阐述观点和清楚回答问题的能力等。锻炼学生综合运用所学知识解决生产实际问题的能力，提高学生独立思考和分析解决问题的能力，为以后从事专业技术工作打下基础。
1.3论文所要完成的工作与要求
结合数控技术专业毕业后所从事的专业技术工作和在校期间的学习基础，在课题内容的选取上，力求将数控专业要求具备的机械制图能力、识图能力、数控加工工艺分析能力、数控加工工艺设计能力、工艺文件编写能力、数控加工程序编制能力和数控零件加工能力等融入设计中。
本设计要求学生针对薄壁零件进行较为详细的工艺分析，根据分析的结果制定合理的、可行的零件数控加工工艺，并编写零件的工艺文件和数控加工程序，具体要求如下：
1．读懂零件图，运用绘图软件绘制完整的零件图，要求零件图纸表述正确、标注清晰，绘图规范；
2．对零件进行详细的工艺分析，审查零件图纸的完整性和结构合理性，分析零件的技术要求、尺寸精度要求、相互位置精度要求、形状精度要求和表面质量要求等；
3．制定零件的加工方案与工艺路线，合理划分并制定零件的加工工序、加工工步；
4．合理的选择加工设备、夹具（必要时需设计简单工装）、量具和加工刀具，并制定装夹方案；
5．制定零件的工序卡片及刀具卡片；
6．运用手工编程或自动编程编写零件的数控加工程序；
7．在条件允许的情况下，完成零件的试切或运用仿真软件对数控程序进行仿真。

数控加工工艺基础概述
第二章 数控加工工艺基础概述
2.1数控加工工艺性分析
被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。
1.尺寸标注应符合数控加工的特点
在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。
2.几何要素的条件应完整、准确
在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常出现参数不全或不清楚，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时，一定要仔细核算，发现问题及时与设计人员联系。
3.定位基准可靠
在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。
4.统一几何类型及尺寸
　零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。
2.2数控加工工艺的特点
在普通机床上加工零件时，是用工艺规程或工艺卡片来规定每道工序的操作规程，操作者按工艺卡上规定的“程序”加工零件。而在数控机床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数和位移数据编制成程序，并以数字信息的形式记录在控制介质（如穿孔纸带，磁盘等）上，用它控制机床加工。由此可见，数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，因而又有其特点，具体表现如下：
1．工序的内容复杂。这是由于数控机床心比普通机床价格贵，若只加工简单工序，在经济上不合算，所以在数控机床上通常安排较复杂的工序。
2．工步的安排更为详尽。这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及加工路线的确定等问题，在编制数控加工工艺时是不能忽略的。
2.3数控加工工艺分析的主要内容
大量的实践证明：数控加工工艺分析主要包括如下几方面内容：
1．选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。
2．分析要加工零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定加工方案，制定数控加工工艺路线。例如：工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。
3．设计数控加工工序。例如：工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。
4．数控编程中有关工艺问题处理。例如：对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定、刀具的补偿。
5．分配数控加工中的容差。
6．处理数控机床上的部分工艺指令。
2.4数控加工工艺内容的选择
对于某个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分适合于数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在选择并做出决定时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难题、攻克关键和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。适合数控加工的内容，在选择时，一般可按下列顺序考虑：
1．通用机床无法加工的内容应该作为优先选择的内容；
2．通用机床加工有困难的内容，质量不容易保证的内容应作为重点选择内容；
3．通用机床效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在加工能力的基础上进行选择。
一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容就不适合采用数控加工：
1．占机调整时间长。如：以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，要用专用工装协调的加工内容；
2．加工部位分散，要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工；
3．按某些特定的制造依据（如：样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易与检验依据发生矛盾，增加编程难度。
除此之外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之，要尽量做到合理化，达到多、快、好、省的目的。一定要防止把数控机床降格为通用机床使用。
2.5数控加工工艺路线的设计
数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其它加工工艺衔接好。常见工艺流程如图2-1示。

图2-1 工艺流程
数控加工工艺路线设计一定要特别注意以下几个问题：
1．工序的划分
如果在数控机床上加工零件，通常按工序集中原则划分工序的。
（1）按安装次数 以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。
（2）按所用的刀具 以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制，机床连续工作时间的限制，各机床负荷率平衡等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难，因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。
（3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。
（4）以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗精加工的过程，都要将工序分开。
2．加工顺序的安排
加工顺序的安排的是否合理直接关系到零件的加工质量、生产效率核加工的成本。所以应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。加工顺序的安排一般应该按以下原几个原则进行：
（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑；
（2）先进行内部加工，然后在进行外部加工；
（3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；
（4）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。
3．数控加工工序与普通工序的衔接
数控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点。
数控工艺路线设计是下一步工序设计的基础，其设计质量会直接影响零件的加工质量与生产效率，设计工艺路线时应对零件图、零件图认真理解，结合数控加工的特点，灵活运用普通加工工艺的一般原则，一定要制定一个合理的数控加工工艺路线的设计。
2.6数控加工工序的设计方法
在选择了数控加工工艺内容和确定了零件加工路线后，即可进行数控加工工序的设计。数控加工工序设计的主要任务是为每一道工序选择机床、夹具、刀具以及量具，然后确定定位加紧方案、走刀路线、工步顺序、加工余量、工序尺寸 及其公差、切削用量等，为编制加工程序做好一切充分的准备。
2.6.1确定走刀路线和安排工步顺序
在数控加工工艺过程中，刀具时刻处于数控系统的控制下，因而每一时刻都应有明确的运动轨迹及位置。走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一，因此，在确定走刀路线时，最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去（包括进、退刀路线），这样可为编程带来不少方便。工步的划分与安排一般可随走刀路线来进行，在确定走刀路线时，主要考虑以下几点：
1．寻求最短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率；
2．为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来；
3．刀具的进、退刀（切入与切出）路线要认真考虑，以尽量减少在轮廓切削中停刀（切削力突然变化造成弹性变形）而留下刀痕，也要避免在工件轮廓面上垂直上下刀而划伤工件；
4．要选择工件在加工后变形小的路线，对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去余量法安排定刀路线。
2.6.2定位基准与夹紧方案的确定
在确定定位基准与夹紧方案时应注意下列三点：
1．尽可能作到设计、工艺与编程计算的基准统一；
2．尽量将工序集中，减少装夹次数，尽量可能做到在一次装夹后就能加工出全部待加工表面；
3．避免采用占机人工调整装夹方案。
2.6.3夹具的选择
由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置，即加工原点的位置，因而首先要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，主要考虑下列几点：
1．当零件加工批量小时，尽量采用组合夹具，可调式夹具及其它通用夹具；
2．当小批量或成批生产时才考虑采用专用夹具，但应力求结构简单；
3．夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）；
4．装卸零件要方便可靠，以缩短准备时间，有条件时，批量较大的零件应采用气动或液压夹具、多工位夹具。
2.6.4刀具的选择
刀具的选择是数控加工工序设计的主要内容之一，它不但影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。另外，数控机床主轴转速比普通机床高1-2倍，且主轴输出功率大，因此与传统加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不仅要求精度高、强度大、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。随着刀具材料性能的提高与结构特性的改善，数控加工用刀具在耐用度、刚度、抗脆性、断屑和调整更换等方面的性能已有很大的改善。例如，目前涂层刀具，立方氮化硼刀具以至陶瓷刀具与金刚石刀具等可使刀具的切削速度大幅度提高。然而，从如何加工的角度看，加工刀具类型与工艺方案的合理选择则极为重要。
数控机床对所使用的刀具有许多性能上的要求，只有达到这些要求才能使数控机床真正发挥效率。在选择数控机床所用刀具时应注意以下几个方面：
1．良好的切削性能。现代数控机床正向着高速、高刚性和大功率方向发展，因而所使用刀具必须具有能够承受高速切削和强力切削的性能。同时，同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，这是由于在数控机床上为了保证加工质量，往往实行按刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。
2．较高的精度。随着数控机床、柔性制造系统的发展，要求刀具能实现快速和自动换刀；又由于加工的零件日益复杂和精密，这就要求刀具必须具备较高的形状精度。对数控机床上所用的整体式刀具也提出了较高的精度要求，有些立铣刀的径向尺寸精度高达5μm以满足精密零件的加工需要。
3．先进的刀具材料。刀具材料是影响刀具性能的重要环节。除了不断发展常用的高速钢和硬质合金钢材料外，涂层硬质合金刀具已在国外普遍使用。硬质合金刀片的涂层工艺是在韧性较大的硬质合金基体表面沉积一薄层（一般5～7μm）高硬度的耐磨材料，把硬度和韧性高度地结合在一起，从而改善硬质合金刀片的切削性能。
在如何使用数控机床刀具方面，也应掌握一条原则：尊重科学，按切削规律办事。对于不同的零件材质，在客观规律上就有一个切削速度（v）、背吃刀量（aP）、进给量（f）三者互相适应的最佳切削参数。这对大零件、稀有金属零件、贵重零件更为重要，应在实践中不断摸索这个最佳切削参数[3]。
2.6.5切削用量的确定
当编制数控加工程序时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。确定时一定要根据机床说明书中规定的要求，以及刀具的耐用度去选择，当然也可结合实践经验采用类比的方法来确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件或保证刀具的耐用度不低于一个工作班，最少也不低于半个班的工作时间。
背吃刀量为平行于轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，背吃刀量为切削层深度；而圆周铣时，背吃刀量为被加工表面的宽度。背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于零件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可以比普通机床加工的余量小一些。
铣削加工的进给量f(mm/r)是指刀具旋转一周，工件与刀具沿进给方向的相对位移量；进给速度事单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给速度与进给量的关系为vf=nf(n为铣刀转速r/min)。进给量与进给速度是数控铣床加工切削用量中的重要参数，根据零件表面粗糙度、加工精度要求、刀具及材料等因素，参考切削用量手册选取或通过选取每齿进给量fz，在根据公式f=Zfz（Z为铣刀齿数）计算。

薄壁零件的数控加工工艺设计
第三章 薄壁零件数控加工工艺设计
3.1 薄壁零件零件图
图纸见附录1。
3.2 薄壁零件数控加工工艺分析与设计
3.2.1薄壁零件零件图分析
该零件的正面主要由薄壁，矩形凸台，椭圆凹槽以及五个通孔组成，该零件的反面主要由四个沉孔组成。其零件图尺寸标注完整、正确、符合数控加工要求，加工部位清楚明确。分析图纸，可知矩形轮廓长和宽都有精度要求，因此加工零件的六个表面时需要进行粗精加工。椭圆凹槽的长轴和短轴精度要求为5丝，通孔的孔径精度要求为5丝，椭圆凹槽底面与零件底面厚度尺寸精度要求为8丝。
薄壁内侧和外侧的表面粗糙度，椭圆内槽侧壁以及内四边形凸台侧壁的表面粗糙度都为1.6μm，精度要求较高，所以应分粗精加工两个阶段，以保证其尺寸精度和表面粗糙度要求。薄壁内侧面、矩形凸台侧面都与底面A有垂直度要求，垂直度为4丝。因此加工这些时应以底面A定位以保证其垂直度要求。因为零件尺寸都有精度要求，因此加工时分为粗、精加工两个阶段进行，以保证其尺寸精度和表面粗糙度。

3.2.2毛坯选择
根据薄壁零件的零件图，零件的尺寸为100mm*100mm*14mm（长*宽*高），该零件材料为45钢，选择毛坯时，其加工面都要具有充分的加工余量，所以毛坯的尺寸取103mm*103mm*17mm（长*宽*高）45钢方。
3.2.3定位基准选择

图3-1 毛坯示意图

1.粗基准的选择原则
粗基准：用未加工过的表面所作的定位基准。
选择粗基准时，主要考虑的问题是如何使各道工序均有足够的加工余量以及工件安装的稳定性，其选择原则为：
(1) 为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准；
(2) 合理分配各加工表面的余量；
(3) 尽量选用面积大而平整的表面为粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠；
(4) 粗基准一般不重复使用，同一尺寸方向的粗基准一般只能使用一次。
2.精基准的选择原则
精基准：用已加工过的表面所作的定位基准。
选择精基准时，主要考虑的问题是如何保证零件的加工精度以及安装可靠，其选择原则为：
(1) 基准重合原则；
(2) 基准统一原则；
(3) 自为基准原则；
(4) 互为基准原则；
(5) 保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则。
3.根据上文粗精基准的选择原则，选择该零件的粗精基准：
（1）粗基准 以毛坯的底面F为粗基准，装夹B面和E面加工上表面A。
（2）精基准 以已铣表面A为精基准，装夹A面和F面加工零件4个侧面。再以已铣表面A为精基准，装夹B面和E面加工零件F面薄壁、凹槽及矩形凸台。

3.2.4加工顺序设计
按照先粗后精、先面后孔的原则，以及安装次数的不同确定该零件的加工顺序为：铣零件表面A→中心钻定位4*φ16的沉孔→钻φ8的孔→绞孔→铣沉孔→铣零件侧面B→铣零件侧面C→铣零件侧面D→铣零件侧面E→铣零件表面F→中心钻定位通孔→钻φ12的通孔→绞孔→铣零件外轮廓→铣薄壁内轮廓→铣矩形凸台→铣矩形凸台上表面→铣椭圆凹槽

3.2.5刀具选择
1号刀φ80面铣刀：对于该零件上下表面，加工面积较大，同时有较高的表面粗糙度要求，故选用φ80面铣刀进行加工，可以提高加工精度和效率，减小相邻两次进给之间的接刀痕迹和保证铣刀的使用寿命。
2号刀φ2中心钻：由于该零件上对孔间距有一定的位置精度要求，故选用φ2中心钻定位后再用普通的钻头钻孔才能达到所要求的精度。
3号刀φ7.8麻花钻：根据零件图的尺寸要求，该零件需钻4-φ8通孔，加工中选用φ7.8麻花钻。
4号刀φ8铰刀：由于该零件上的4个通孔孔面精度要求较高，故选用φ8铰刀绞孔才能达到所要求的精度。
5号刀φ8键槽铣刀：由于该零件需加工两个沉孔，据图纸可知选用φ8键槽铣刀可以提高加工精度和效率。
6号刀φ16立铣刀：对于零件侧壁的加工，由于其切削余量不大，故选用φ16立铣刀即可满足加工要求。
7号刀φ10键槽铣刀：由于薄壁的最小圆弧半径为R6，故选用φ10键槽铣刀以提高加工精度和效率。
8号刀φ11.8麻花钻：根据零件图的尺寸要求，该零件需钻φ12通孔，加工中选用φ11.8麻花钻。
9号刀φ12绞刀：由于该零件上的中央通孔孔面精度要求较高，故选用φ12铰刀绞孔才能达到所要求的精度。

3.2.6薄壁零件刀具卡片制定
根据上文的刀具选择制定该零件的刀具卡片:
表3.1 薄壁零件刀具卡片
产品名称

零件名称
薄壁零件

序号
刀具号
刀具名称
数量
刀具规格
备注
直径/mm
长度/mm
1
T01
面铣刀
1
Φ80
实测

2
T02
中心钻
1
Φ2
实测

3
T03
麻花钻
1
Φ7.8
实测

4
T04
铰刀
1
Φ8
实测

5
T05
键槽铣刀
1
φ8
实测

6
T06
立铣刀
1
φ16
实测

7
T07
键槽铣刀
1
Φ10
实测

8
T08
麻花钻
1
Φ11.8
实测

9
T09
绞刀
1
Φ12
实测

编制
章明
审核

批准

共1页
第1页

3.2.7切削参数选择
切削用量包括主轴转速、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。切削用量是否合理，对于能否充分发挥机床潜力和刀具切削性能，实现优质、高效、低成本和安全操作具有十分重要的作用。粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本。半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据铣床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
1．主轴转速的确定
查阅《刀具手册》，可知，加工中主轴转速计算公式如下：
n=1000Vc/πd（公式3-1）
公式中：
n—主轴转速，单位r/min
Vc—切削速度，单位m/min
d—铣刀直径，单位mm
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。如表3.2所示：

表3.2 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
66~150
190~260
9~18
45~90
160~320
4.5~10
21~30
铝
70~120
100~200
200~400

从理论上讲，切削速度Vc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，应综合考虑，加工中零件各部位切削速度Vc数值选取如下：
粗铣表面A时Vc 选取67m/min；
精铣表面A时Vc 选取120m/min；
扩四个沉孔时Vc选取80mm/min；
粗铣表面B、C、D及E面时Vc 选取67m/min；
粗铣表面B、C、D及E面时Vc 选取120m/min；
粗铣表面F时Vc 选取67m/min；
精铣表面F时Vc 选取120m/min；
粗铣外轮廓时Vc选取67 m/min；
精铣外轮廓时Vc选取120m/min
粗铣内轮廓、矩形凸台、椭圆凹槽时Vc选取67m/min；
精铣内轮廓、矩形凸台、椭圆凹槽时Vc选取67m/min；
根据各部位切削速度Vc的选取数值以及加工中选用的具体刀具，将Vc与刀具直径代入公式3-1(n=1000Vc/πD)得到零件各部位加工时的刀具转速如下：
粗铣表面A时n粗=280r/min；
精铣表面A时n精=500r/min；
扩四个沉孔时n=3200r/min；
粗铣表面B、C、D及E面时n粗=280r/min；
精铣表面B、C、D及E面时n精=500r/min；
粗铣表面F时n粗=280r/min；
精铣表面F时n精=500r/min；
粗铣外轮廓时n粗=1500r/min；
精铣外轮廓时n精=2500r/min；
粗铣内轮廓、矩形凸台、椭圆凹槽时n粗=2200r/min；
精铣内轮廓、矩形凸台、椭圆凹槽时n精=3900r/min；
中心钻、麻花钻以及铰刀的刀具转速均根据实际生产过程的经验而得到的。φ2中心钻=500 r/min；φ7.8麻花钻=600 r/min；φ11.8麻花钻=600 r/min；φ8铰刀=640 r/min；φ12铰刀=1400 r/min；

2.数控加工进给量的选择
对于铣刀等多齿刀具，通常规定每齿进给量fz(mm)，其含义是刀具每转过一个齿，刀具相对于工件在进给运动方向上的位移量。进给量与每齿进给量的关系为：F=fz·Z·N (3-2)，每齿进给量fz的选取，主要依据工件材料的力学性能、刀具材料的力学性能、工件表面粗糙度等因素。工件材料强度和硬度越高，fz越小；反之则越大。硬质合金铣刀的每齿进给量，高于同类高速钢铣刀。工件刚性差或刀具强度低时，应取较小值。铣刀每齿进给量如表3.3所示，本设计中每个工部的具体进给速度依据上述公式计算，具体参见加工过程总表。

3.3 铣刀每齿进给量
工件材料
每齿进给量/（mm/z）
粗铣
精铣
续表3.3

高速钢铣刀
硬质合金铣刀
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
0.10~0.15
0.10~0.25
0.02~0.05
0.10~0.15
铸铁
0.12~0.20
0.15~0.30
铝
0.06~0.20
0.10~0.25
0.05~0.10
0.02~0.05

切削进给量F是切削时单位时间内工件与铣刀沿进方向的相对位移，单位为mm/min。它与铣刀转速n、铣刀齿数z及每齿进给量fz（mm/z）的关系为:
F=fz·Z·N（公式3-2）
公式中：
z—铣刀齿数，单位mm/min
fz—铣刀每齿工作台移动距离，即每齿进给量mm/z
在保证机床、刀具不超出工件精度充许的数值，表面粗糙度值不太大的前提下，尽量选择大的进给量，粗加工时限制进给量的主要是切削力，半精加工和精加工时，限制进给量的主要是表面粗糙度。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
在机床刀具和工件的刚度允许的情况下。粗加工（Ra10～80μm）时，一次进给尽可能切削全部余量。在中等功率机床上，背吃刀量可达8～10mm。半精加工（Ra1.25～10μm）时，背吃刀量取为0.5～2mm。精加工（Ra0.32～1.25μm）时，背吃刀量取为0.1～0.4mm。最好一次切净余量，以提高生产效率。
根据零件材料和我院刀具性能考虑，粗加工时：ap=2～4mm；精加工时：ap=0.2～0.5mm；上述参数的选取，即提高了生产效率，又可延长刀具使用寿命。

3.2.8加工设备的选用
根据零件图可知，该零件的主要加工内容由平面、型腔、孔、凸台等构成，该零件为批量生产，为了达到图样上的精度要求，同时兼顾到加工效率与加工经济性，我们选择数控机床，根据实际情况选择装备FANUC 0i Mate-MB系统的XK713A数控铣床。本机床可以进行铣，钻等多种典型加工。它的常规配置是三轴三联动数控系统，也可配置四轴四联动数控系统(加装数控分度头)。故它的适用范围十分广泛，可以加工平面凸轮，空间曲面，加工各种异形零件及中小型模具，适用于各种批量的生产。XK713A数控铣床的具体参数如下：
1．主要规格尺寸
（1）工作台面积（长*宽） 800×350mm
（2）工作台三向行程（X、Y、Z） 600×410×510mm
（3）工作台最大承重 500kg
（4）主轴转速 80-8000rpm（变频）
（5）主轴锥度 7:24
（6）最大快进速度 15m/min
（7）分辨率（最小设定单位） 0.001mm
（8）定位精度 X、Z轴：0.05mm Y轴：0.04mm
（9）重复定位精度 0.002mm
（10）机床外形尺寸 2500×2295×2550mm
（11）机床净重 4500kg
（12）数控系统 FANUC 0i Mate-MB
2．主轴系统
XK713A数控铣床主轴采用直流或交流伺服电动机驱动，可实现无级调速，具有很宽的调速范围（80-8000r/Min）和很高的回转精度，主轴本身刚度与抗振性比较好,对提高加工质量和各种小孔加工极为有利，另外主轴转速可以通过操作面板上的转速倍率开关进行调整。
3．进给系统
进给系统的主要技术参数包括：进给速度范围、快速(空行程)速度范围、运动分辨率(最小移动增量)、定位精度等，具体参数如下：
（1）进给速度范围 1-5000mm/min
（2）最大快进速度 15m/min
（3）分辨率（最小移动增量） 0.001mm
（4）定位精度 X、Z轴：0.05mm Y轴：0.04mm
（5）重复定位精度 0.002mm

3.2.9夹具的选择与装夹方案的确定
1．夹具的选择
考虑到该零件外轮廓为正方形,形状很规则，在外型上没有什么特殊要求，故夹具选用平口虎钳即可。考虑到本设计零件的外形尺寸和加工精度等因素，本设计选择的平口虎钳规格参数如下：

表3.4 平口虎钳夹具参数
产品名称
型号
钳口宽度（mm）
钳口高度(mm)
螺栓直径（mm）
钳口最大张开度
定位键宽度
外形尺寸（长*宽*高）

续表3.4
平口虎钳
Q12200
200
-
-
160
0.06
360*290*186

2.装夹方案的确定
(1)以F面为粗基准加工A面以及A面沉孔；
(2)以A面为精基准，先铣B面，然后再对B面打表加工C面， 然后依次加工D、E面，这样就保证了垂直度。
(3)以A面为精基准加工F面薄壁、矩形凸台、及椭圆凹槽。

3.2.10工序与工步的划分
工序的划分有很多种，主要有按装夹次数划分工序、按使用刀具划分工序、按加工部位划分工序等划分方法，本设计主要采用按装夹次数划分工序，根据上文制定的零件加工顺序和选用刀具设计出薄壁零件的加工工序与工步如下:
工序1：铣零件表面A及四个沉孔
(1)选用φ80的面铣刀粗铣A表面；
(2)选用φ80的面铣刀精铣A表面；
(3)选用φ2中心钻定位4*φ16个沉孔；
(4)选用φ7.8麻花钻钻φ8的通孔；
(5)选用φ8的铰刀铰孔
(6)选用φ8槽刀铣4*φ16沉孔
工序2：铣零件侧面B
(1)选用φ80的面铣刀粗铣B表面;
(2)选用φ80的面铣刀精铣B表面；
工序3：铣零件侧面C
(1)选用φ80的面铣刀粗铣C表面；
(2)选用φ80的面铣刀精铣C表面；
工序4：铣零件侧面D
(1)选用φ80的面铣刀粗铣D表面；
(2)选用φ80的面铣刀精铣D表面；
工序5：铣零件侧面E
(1)选用φ80的面铣刀粗铣E表面；
(2)选用φ80的面铣刀精铣E表面；
工序6：铣零件F面的通孔、薄壁、矩形凸台、及椭圆凹槽
(1)选用φ80面铣刀粗铣F面
(2)选用φ80面铣刀精铣F面
(3)选用φ2中心钻定位通孔；
(4)选用φ11.8麻花钻钻φ12的通孔；
(5)选用φ12的绞刀绞孔；
(6)选用φ16的铣刀粗铣外轮廓；
(7)选用φ16的铣刀精铣外轮廓；
(8)选用φ10槽刀粗铣薄壁内轮廓；
(9)选用φ10槽刀精铣薄壁内轮廓；
(10)选用φ10槽刀粗铣矩形凸台；
(11)选用φ10槽刀精铣矩形凸台；
(12)选用φ10槽刀铣内矩形凸台上表面；
(13)选用φ10槽刀粗铣内椭圆；
(14)选用φ10槽刀精铣内椭圆；

根据上文的工序与工步划分，设计出本零件的加工过程总表如下：
表3.5 薄壁零件加工过程总表
单位
名称
淮安信息职业技术学院
产品名称或代号
零件名称
零件图号

凸轮槽零件

序号
加工内容
刀具号
主轴转速(r.min-1)
进给速度（mm.min-1）
背吃刀量
备注
1
粗铣上表面A
T01
280

1
手动
2
精铣上表面A
T01
500

0.2
手动
3
中心钻定位四小孔
T02
500
40
0.5
自动
4
钻四个通孔
T03
600
40
2
自动
5
铰四个通孔
T04
640
80
0.2
自动
6
铣沉孔
T05
3200
750
0.2
自动
7
粗铣B表面
T01
280

1
手动

续表3.5
序号
加工内容
刀具号
主轴转速(r.min-1)
进给速度（mm.min-1）
背吃刀量
备注
8
精铣B表面
T