锻45号钢的锻件加工工艺设计.docx
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锻45号钢的锻件加工工艺设计
一零件图……………………………………………………………
二工艺分析…………………………………………………………
<1>.毛坯的确定…………………………………………………
<2>总体的加工原………………………………………………
<3>装夹方式的确定……………………………………………
<4>.工件加工部位的具体分析………………………………
三工序设计…………………………………………………………
<1>划分加工阶段………………………………………………
<2>划分工序……………………………………………………
<3>安排加工顺序………………………………………………
四刀具与切削参数…………………………………………………
<1>刀具选择原则………………………………………………
<2>刀具的选择及规格…………………………………………
<3>确定刀具参数………………………………………………
五图形的数学处理…………………………………………………
六走刀路线…………………………………………………………
七程序编写…………………………………………………………
八参考文献…………………………………………………………
一零件图
二工艺分析
<1>.毛坯的确定
该零件的材料为锻45号钢的锻件,由于锻造的毛坯,可选用模锻的方法得到的毛坯的表面粗糙度可以达到3.2μm,由【Ⅰ】P121页,钢质摸锻件公差及机械加工余量可分为两类:
aRa≥1.6μmbRa≤1.6μm因此在毛坯的选择上可以把毛坯定为120mm×160mm×42mm.其它各个表面都以加工,都已经达到了图纸上的表面粗糙度和尺寸的要求.所选的毛坯的高度高于工件的高度主要是为了,先把工件的上表面先进行粗精加工来保证工件的总高度为38.5mm的尺寸.
<2>总体的加工原则
1）为了保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求，适当的使用顺铣和逆铣的加工方法。
在侧面表面粗糙度要求较高的情况要采用顺铣的方法:
（2）尽量使走刀路线最短，减少空刀时间。
所采取的方法是，对于孔的加工时，使各点的运动路线总和最短。
在开始接近工件加工时，为了缩短加工时间，可使刀具在Z轴方向快速运动到零件表面2~5mm处，然后以工作进给速度开始加工。
（3）在数控加工时，要考虑切入点和切出点的程序处理。
用立铣刀的端刃和侧刃铣削平面轮廓零件时，为避免在轮廓的切入点和切出点处留下刀痕，应沿轮廓外形的延长线切入和切出。
对于切入点和切出点的选择一般是在零件轮廓两几何元素的交点处，在铣削平面轮廓时，为了防止留下划痕，影响零件的表面粗糙，要尽量避免在零件垂直表面的方向上下刀。
铣削平面时，应采用不对称铣削方式，这样能获得较高的表面粗糙度。
对于铣削零件内处轮廓的最终加工应尽量保证一次连续完成。
具体方法先把槽腔部分铣削掉并在轮廓方向留有一定余量，然后进行轮廓连续精加工，以保证零件表面精糙度。
<3>装夹方式的确定
有零件图所示可得知该零件外形规则,被加工部分的各尺寸,形位,表面粗糙度值都达到了较高的要求,零件图的结构简单,但是它包含了平面,圆弧,内外轮廓,挖槽,钻孔,镗孔,铰孔的加工.大部分的尺寸均达到了IT7-IT8的等级.在加工时确定工件的装夹方式,由于该工件只有一个加工表面,只用一次装夹就可以完成所有的加工,一次装夹还可以减少因装夹而带来的误差.因此选用机用平口钳为该工件的夹具.在装夹时还因考虑以下的一些因素;
a．采用机用平口钳,在装夹时首先要校正平口钳固定钳口使之与工作台X轴移动的方向平行,来保证在加工过程中坐标的准确性.把几用平口钳固定后,就开始装夹工件,因零件有一个形位公差就是要保证凸台的上下表面的平行度要是0.02mm要保证着个公差就要在装夹前,在工件的下表面与钳口之间放入精度较高的平行垫块（垫块的厚度与宽度要适当）,因为工件上有通孔和凸台在放上垫块后要保证,加工是刀具不与垫块平口钳发生干涉,因凸台的高度为10mm因此毛坯在装夹好了后要保证毛坯要凸出平口钳15mm—25mm防止加工时刀具撞上平口钳.垫块放的位置要通孔加工不到的位置,放垫块的目的还是为了防止在加工过程中发生变形.工件定位后,加紧力的大小也要适当,要使加紧后工件的变形和表面粗糙度的压伤程度必须在加工的精度允许的范围内.这样才能保工件准确定位位置和在加工过程中,在切削力在作用下不产生位移和震动.确保整个加工过程用的精度.
加工底面孔和定位孔，使用平口虎钳并且划线找正，如下图所示：
b．加工凸轮和其他表面时采用压板和螺栓装夹，如下图所示：
<4>.工件加工部位的具体分析
由图纸分析可得知该工件的加工部位有六个,分别是1.端面的加工2.凸台的加工3.凹槽的加工4.Φ15mm,Φ12mm孔的加工5.Φ38mm孔的加工6.右侧16mm凹槽的加工.在却定了加工的部位,经过分析可以知道该工件可以在一次装夹就可以加工完成,因此在选择精基准时,分析该工件的加工主要是平面凸台,凹槽和孔的加工,所以就选择工件的上表面为精加工基准面,在加工时工件的坐标原点也在这个面内.
分析得知的六个加工部位的加工方案的确定见下:
1首先是端面的加工,在加工完端面后要保证工件的高度尺寸为Φ38
mm以及上端面的表面粗糙度为3.2μm由【Ⅱ】P2页表1-1得出端面的加工方案为粗铣→精铣两步.
A.粗加工端面时可选用Φ100mm可转位铣刀（5个刀片）
B.精加工选用同一把刀具
2第二个加工部位是凹槽的加工以及除去凹槽内多余的岛屿.由于凹槽内侧的表面粗糙度达到了1.6μm,由【Ⅱ】P2页表1-1可选的加工方案为粗铣→精铣,就可一达到精度要求.因凹槽内的最小圆弧半径为R20mm.
A因此在粗加工所选用的刀具半径要小于20mm可以选用Φ16mm的三刃立铣刀.三刃立铣刀适用于铣削较深和较窄的台阶面和沟槽.由【Ⅲ】P23表2-1得.
B精加工凹槽的内表面,因内侧的表面粗糙度为1.6μm为了要达到要求选用Φ12mm的四刃立铣刀加工.
3凸台的加工几粗去四周多余的岛屿.因凸台四周的表面粗糙度也为1.6μm和中间凹槽的相同,所以加工方案和刀具的选择就用相同的,也减少换刀的次数.
4Φ15mmΦ12mm孔的加工.由于孔的位置公差精度达到了IT8级,孔的直径尺寸精度达到了IT6级,孔的内表面的粗糙度为1.6μm.都达到了很高的要求.由<Ⅰ>P3表1-2查的Φ12mm的孔的加工方案为:
在加工前先点钻中心孔定位,然后在钻孔→铰孔的加工方案.
A钻中心孔选用Φ3mm中心钻定位.
B粗钻Φ12mm的底孔,选用Φ11.8mm的直柄麻花钻.
C扩钻Φ15mm的底孔,选用Φ14.mm的直柄麻花钻.
D精加工Φ12mm的孔,选用Φ12mm的铰刀加工.
E精加工Φ15mm的孔,选用Φ15mm的铰刀加工.
以上刀具的选择与铰孔加工的余量确定的.有关铰孔加工余量见【Ⅳ】P650页表8-17,表8-18得出.在铰孔加工Φ12mm孔钻完底孔后的余量为0.2mm,所以就先用了选用Φ11.8mm的直柄麻花钻.Φ15mm的孔的余量也是0.2mm.
5.Φ38mm孔的加工.由于孔的位置公差精度达到了IT8级,孔的直径尺寸精度达到了IT6级,孔的内表面的粗糙度为1.6
μm.都达到了很高的要求.根据【Ⅱ】P3页表1-2可选用的方案为:
在加工前先点钻中心孔定位,然后用钻孔→扩孔→粗镗→精镗的方案.
A钻中心孔选用Φ3mm中心钻定位.
B第一次钻Φ38mm的底孔,选用Φ20mm的直柄麻花钻.
C扩Φ38mm的孔,选择Φ36mm的锥柄麻花钻.
D粗镗Φ38mm的孔,选择Φ37.5mm的镗刀.
E精镗Φ38mm的孔,选择Φ38mm的精镗刀.
以上刀具的选择与铰孔加工的余量确定的.有关铰孔加工余量见【Ⅳ】P650页表8-17,表8-18得出.在加工余量表中第一次加工的孔为Φ20mm,然后扩孔要到到Φ36mm,粗镗后孔要达到Φ37.5mm.所以就选用了以上的刀具.
6.加工右侧16mm的凹槽.由于它的内侧表面粗糙度也有1.6μm尺寸精度也达到了IT8级的要求.有【Ⅲ】P1表1-1可查,选用粗铣→精铣的加工方案.
A粗铣凹槽时选用Φ14mm的三刃立铣刀.
B精铣凹槽时选用Φ12mm的四刃立铣刀.
三工序设计
<1>划分加工阶段
零件的加工质量要求较高时，往往不可能在一道工序内完成一个或几个表面的全部加工阶段。
必须把整个加工过程按工序性质不同划分为几个阶段：
（1）粗加工阶段在这一阶段中要切除大量的加工余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此主要目标是提高生产率。
（2）半精加工阶段在这一阶段中应为主要表面的精加工作好准备（达到一定加工精度，保证一定的加工余量），并完成一些次要表面的加工（钻孔、攻螺纹、铣键槽等），一般在热处理之前进行。
（3）精加工阶段保证各主要表面达到图样规定的尺寸精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。
结合该工件的具体情况分析,该工件的加工阶段分为a粗加工阶段b精加工阶段主要是因为该工件的形状简单.在粗加工阶段主要是加工凸台,凹槽,孔的粗加工及除去多余的岛屿.在精加工阶段主要是使工件保证各主要表面达到图样规定的尺寸精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。
<2>划分工序
由于该工件只需要一次装夹就可以全部加工完成,,就选择按所用刀具划分刀具集中分序法加工工件，即在一次安装中尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换一把刀加工其它部位。
即以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序。
具体的工序见工艺过程卡片:
工艺过程卡片
零件名称
零件材料
毛坯种类
毛坯硬度
毛重/kg
每车件数
××××××
45锻件
模锻
××
××
工序号
工序名称
夹具
进给量
/（mm/r）
主轴转速
/（r/min）
负荷
/%
1
端面加工
粗加工
机用平口钳
300
450
2
精加工
160
800
3
凹槽的加工
粗加工
120
500
4
精加工
100
800
5
凸台的加工
粗加工
120
500
6
精加工
100
800
7
Φ12mm孔的加工
钻中心孔
120
1200
8
钻底孔
80
550
9
铰孔
50
300
10
Φ15mm孔的加工
钻中心孔
120
1200
11
钻底孔
80
550
12
扩孔
20
550
13
铰孔
50
300
14
Φ38mm孔的加工
钻中心孔
120
1200
15
钻底孔
80
550
16
扩孔
20
150
17
粗镗孔
80
850
18
精镗孔
40
1000
19
右侧16mm凹槽的加工
粗加工
120
500
20
精加工
100
800
编制
审核
批准
共页
第页
<3>安排加工顺序
加工顺序的原则;
1）基面先行原则加工一开始，总是先把精基面加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小，所以任何零件的加工过程，总是首先对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时还要进行精加工。
如箱体类零件总是先加工定位用的平面和两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。
如果精基面不止一个，按照基面转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基面和主要表面的加工。
（2）先粗后精原则各个表面的加工顺序按照粗加工—半精加工—精加工—光整加工的顺序依次进行，这样才能逐步提高加工表面的精度和减小表面粗糙度。
（3）先主后次原则零件上的工作表面及装配面精度要求较高，属于主要表面，应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。
自由表面、键槽、紧固用的螺孔和光孔等表面，精度要求较低，属于次要表面，可穿插进行，一般安排在主要表面加工达到一定精度后、最终精加工之前进行。
（4）先面后孔原则对于箱体、支架和机体类零件，平面轮廓尺寸较大，一般先加工平面，后加工孔和其他尺寸。
因为一方面用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，特别是钻孔，孔的轴线不易倾斜。
在选定加工方法、划分工序后，工艺路线拟定的主要内容就是合理安排这些加工方法和加工工序的顺序在加上加工过程的工艺过程原则参考【Ⅴ】P165页，在决定工步时要考虑的因素有：
1.加工共步安排要由粗渐精的原则。
2.适当考虑刀具的运动轨迹，减少刀具空行程的移动量。
3.减少刀具交换参数，节省辅助时间.4.在安排加工工序时建议参考下列次序：
粗铣大端面→粗镗孔→半精镗孔→立铣刀加工→钻孔→攻螺纹及倒角→孔及平面的精加工（精铣、精镗、铰孔等）。
通过上面要考虑的因素和原则，可以确定把钻
Φ12mm的低孔和钻Φ38mm的低孔都用同一把刀，因为钻Φ38mm的低孔只是为了后面的扩孔做准备没有精度要求，这样就可以减少一次换刀，可以节省一写时间。
有了这些分析就可以得出工件的工艺过程。
工艺过程见下面工艺过程卡片：
工艺过程卡片
××××××
数控加工工序卡
零件名称
零件图号
材料
01
××××
01
45锻件
工艺序号
01
夹具名称
机用平口钳
夹具编号
01
使用设备
××
工步号
加工内容
程序号
刀具名称
补偿号
补偿值
主轴转速/r·min-1
进给速度/mm·min-1
切削深度
/mm
加工余量
/mm
1
粗铣上表面
N1~N11
面铣刀
H1
450
300
10
0.3
2
精铣上表面
N12~N22
面铣刀
H1
800
160
10
0
3
粗加工中间凹槽
N23~N62
平底铣刀
H2/D2
8.2
500
120
10
0.2
4
粗加工凸台
N23~N62
平底铣刀
H2/D2
500
120
10
0.2
5
点钻中心孔
N63~N72
中心钻
H3
1200
120
2
0
6
钻Φ12mm的底孔
N73~N82
麻花钻
H4
550
80
45
.02
7
钻Φ38mm的底孔
N83~N89
麻花钻
H4
550
80
45
12.1
8
扩Φ38mm的孔
N90~N96
麻花钻
H5
150
20
45
2
9
扩Φ15mm的孔
N97~N107
平底铣刀
H6
550
20
15
0.2
10
粗加工右侧凹槽
N108~N121
平底铣刀
H7/D7
7.2
500
120
10
0.2
11
精加工中间凹槽侧面
N108~N127
平底铣刀
H8/D8
8
800
100
0
0
12
精加工凸台侧面
N108~N127
平底铣刀
H8
800
100
0
0
13
精加工右侧凹槽侧面
N108~N127
平底铣刀
H8
800
100
0
0
14
粗镗Φ38mm的孔
N122~N128
粗镗刀
H9
850
80
45
0.25
15
精镗Φ38mm的孔
N129~N135
精镗刀
H10
1000
40
45
0
16
铰Φ12mm的孔
N136~N142
绞刀
H11
300
50
45
0
17
精加工Φ15mm的孔
N143~N151
平底铣刀
H12
300
50
15
0
注意事项
四刀具与切削参数
<1>刀具选择原则
平面工件周边轮廓的加工，采用立铣刀；铣削平面时，应选用硬质合金刀片铣刀；加工凸台，凹槽时，选用普通硬质合金、超细晶粒硬质合金、涂层或高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外开的加工常采球头铣刀，环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
一般情况，下粗加工采用4~6刃铣刀，精加工时采用武之地2~4刃铣刀。
背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定。
（1）、在工件表面粗糙度值要求为Ra12.5~25μm时，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm,粗铣一次进给就可以达到要求。
但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次进给完成。
（2）、在工件表面粗糙度值要求为Ra3.2~12.5μ时，可分粗铣和半精铣两步进行。
粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前。
粗铣后留0.5~1.0mm余量，在半精铣时切除。
（3）、在工件表面粗糙度值要求为Ra0.8~3.2μm时，可分粗铣、半精铣、精铣三步进行。
半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.5~2mm;精铣时圆周铣侧刀量取0.3~0.5mm,面铣刀背吃刀量取0.5~1mm。
<2>刀具的选择及规格
有了以上对工件六个加工部位,加工方案的分析以及对各部分加工所需要的刀具的确定就可以列出加工该工件所需要的刀具卡片.见下:
数控加工刀具卡片
编号
刀具名称
刀具规格/mm
数量
用途
刀具材料
1
Φ100mm端面铣刀（5个刀片）
Φ100mm
1
铣削上表面
硬质合金
2
Φ16mm粗齿三刃立铣刀
Φ16mm
1
粗加工凸台外轮廓
高速钢
3
Φ11.8mm直柄麻花钻
Φ11.8mm
1
钻Φ12mm,Φ38mm底孔
高速钢
4
Φ36mm椎柄麻花钻
Φ36mm
1
扩Φ38mm的孔
高速钢
5
Φ14.8mm平底铣刀
Φ14.8mm
1
扩Φ15mm的孔
高速钢
6
Φ14mm平底铣刀
Φ14mm
1
粗加工右侧凹槽
高速钢
7
Φ12mm细齿四刃立铣刀
Φ12mm
1
精加工凸台外轮廓
高速钢
8
Φ37.5mm粗镗刀
Φ37.5mm
1
粗镗Φ38mm的孔
硬质合金
9
Φ38mm精镗刀
Φ38mm
1
精镗Φ38mm的孔
硬质合金
10
Φ12mm机用铰刀
Φ12mm
1
铰Φ12mm的孔
高速钢
11
Φ15mm平底铣刀
Φ15mm
1
铰Φ15mm的孔
高速钢
12
Φ3mm中心钻
Φ3mm
1
点钻中心孔
高速钢
<3>确定刀具参数
有了以上的刀具卡片中的刀具，就可以根据相关的资料来确定各个刀具工作时的主轴转速和刀具进给量。
下面以Φ16mm的三刃立铣刀为例，计算它的主轴转速和进给量。
因为Φ16mm的三刃立铣刀选用的材料为高速钢毛坯为锻45号钢，由【Ⅲ】P13表1-7可以选出铣刀的每齿进给量
=0.10~0.15mm/z，取其中间值0.12mm/z，由【Ⅲ】P143表1-8可以选出铣刀的切削速度为
=18~42mm/min取中间值为25mm/min有了以上的两个数据就可以根据【Ⅲ】P13页的公式（1-5）
得出：
=497.6r／min取n=500r／min
又由【Ⅱ】P13页的公式
=
zn得出
=
zn=0.12mm/z×3×500r／min=180mm/min取
=150mm/min
经过以上的计算就得出了Φ16mm铣刀工作时的主轴转速为n=500r/min刀具的进给速度为
=150mm/min有关刀具的进给路线可以见数控加工走刀路线图。
有关其它刀具工作时的主轴转速和刀具的进给速度可以根据【Ⅲ】P13~15页的以下表格（表1-8铣削时的切削速度表1-9高速钢钻头加工铸铁的切削用量表1-10高速钢钻头加工钢件的切削用量表1-11高速钢铰刀铰孔的切削用量表1-12销孔切削用量）中查出相关的数据再根据上面的公式计算得出。
计算过程在可以参照Φ16mm三刃立铣刀的计算过程。
具体的计算在此省略。
刀具的相关参数表
序号
加工内容
刀具规格
主轴转速r/mm
进给速度mm/min
刀具补偿
类型
材料
长度
半径（mm）
1
粗铣上表面
Φ80mm端面铣刀（5个刀片）
硬质合金
300
450
H1
2
精铣上表面
160
800
3
粗加工中间凹槽
Φ16mm粗齿三刃立铣刀
高速钢
120
500
H2
D1/8.2
4
粗加工凸台
120
500
5
点钻中心孔
Φ3mm中心钻
120
1200
H3
6
钻Φ12mm的底孔
Φ11.8mm直柄麻花钻
80
550
H4
7
钻Φ38mm的底孔
80
550
8
扩Φ38mm的孔
Φ36mm椎柄麻花钻
20
150
H5
9
扩Φ15mm的孔
Φ14.8mm平底铣刀
20
550
H6
10
粗加工右侧凹槽
Φ14mm平底铣刀
120
500
H7
D2/7.2
11
精加工中间凹槽侧面
Φ12mm细齿四刃立铣刀
100
800
H8
D3/6
12
精加工凸台侧面
100
800
13
精加工右侧凹槽侧面
100
800
14
粗镗Φ38mm的孔
Φ37.5mm粗镗刀
硬质合金
80
850
H9
15
精镗Φ38mm的孔
Φ38mm精镗刀
40
1000
H10
16
铰Φ12mm的孔
Φ12mm机用铰刀
高速钢
50
300
H11
17
精加工Φ15mm的孔
Φ15mm平底铣刀
50
300
H12
五图形的数学处理
有了以上的工艺过程和有关的数据就可以对该工件进行编写程序，在编写程序前还要对图形中的相关数据进行有关的数据处理。
根据零件图给出的形状尺寸和公差等条件，要计算出编写程序时所需要的相关点的坐标。
首先确定工件的编程原点，经过分析选择工件中间凹槽与工件上表面平行的正中间的位置为工件的编程原点较好。
具体的地方可以见刀具的走刀路线卡片。
然后就是要对算出工件上各个点进行尺寸的换算包括图形中各个节点、切点和走刀时所需要的点的坐标进行计算。
由于该工件的凸台部分的多个切点的位置不好计算，而且它的精度要求较高就选择了用计算机先把图形画出，然后在对该图形中用标注的方式把相关的点标出，这样的精度就比较高。
具体点的坐标见下图:
凸台及凹槽各个节点坐标:
六走刀路线
经过了以上的分析和相关数据的计算，以及编程前的一些准备，就可以确定各个刀具的走刀路线，具体见下走刀路线表：
数控加工走刀路线图
数控加工走刀路线图
零件图号
01
工序号
×××
工步号
×××××
程序号
××
机床型号
××××
程序段号
××
加工内容
×××××
共×页
第×页
端面加工路线图：
凹槽与凸台加工路线图：
孔加工路线图：
七程序编写
有了前面的所有的准备就可以对该工件进行编写程序了，程序见下程序表：
（程序内容）
（程序段注释）
O0001;
程序名
N1
G17G90G
升级会员 