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凸台零件加工
宜宾职业技术学院
毕业设计
题目：
多边形凸台零件铣削加工
系部现代制造工程系
专业名称数控技术与应用
班级数控2052
姓名陈元芳
学号W200552238
指导教师伍倪燕
2009年9月10日
多边形凸台零件铣削加工
摘要
本文介绍了多边形凸台零件从毛坯到成品的加工过程。
对零件的结构进行了分析，制定了零件的加工工艺内容。
选择了零件毛坯和设备，确定了定位基准与夹具，对零件的加工工艺方案、切削用量的选择等进行了具体的分析。
编制了工艺卡、工序卡和刀具卡片，采用手工编写程序。
并使用学院KVC650铣削加工中心加工出零件，进行质量分析。
关键词：
多边形凸台零件；铣削加工；工艺分析
PolygonMillingPartsBoss
Abstract
Thisarticledescribesthepolygonconvexsetscomponentsfromroughtofinishedproductprocessing.Thestructureofthecomponentswereanalyzedtodevelopthecontentsofthepartsprocessingtechnology.Selectapartblankandequipmenttodeterminebenchmarksandfixturepositioningofpartsoftheprocesstechnologyprogram,thechoiceofcuttingparameterssuchasanalysisofspecific.Thepreparationofprocesscards,processcardsandknivescards,usingmanualprogramming.AnduseKVC650machiningcenteroutofspareparts.tocarryoutqualitativeanalysis.
Keywords:
polygonconvexsetsparts;millingprocess;processanalysis
目录
1绪论1
2零件图分析2
3零件加工工艺内容2
3.1加工精度分析2
3.2毛坯、余量分析3
3.3设备的选择3
3.3.1选择刀具3
3.3.2选择夹具5
3.4定位基准的选择6
3.5加工工序的安排7
3.5.1加工方案的制定7
3.6切削用量的选择8
3.6.1主轴转速的确定8
3.6.2进给速度的确定9
3.6.3背吃刀量的确定10
3.6.4冷却液的选择11
3.7编写工艺文件12
3.7.1工艺过程卡12
3.7.2工序卡14
3.8走刀路线图22
3.9实体造型25
4零件的数控加工程序编制26
4.1零件加工程序26
5零件加工29
5.1回机床零点29
5.2建立工件坐标29
5.3程序验检29
5.4自动运行29
5.5加工质量分析30
总结31
致谢32
参考文献33
1绪论
近年来，数控加工和数控设备的应用呈突飞猛进之势，以组合为主的大量生产方式正在向数控设备为主的生产方式转变，社会上对掌握数控技术的人才需求量越来越大，特别是对掌握数控加工技术的人才需求量最大。
本次设计选择了多边形凸台零件的铣削加工。
该零件属于平面类零件，是适合数控铣削的主要加工对象。
从成本角度考虑，成本适中，适合数控铣削加工。
此次的课题主要是来源于教学，巩固了以前所学过的专业基础知识,并理论联系实际,提高了动手能力和对问题的独立思考能力。
培养了对专业知识的综合应用能力，提高了数控操作技能，为进入社会工作打下坚实的基础。
2零件图分析
如图2-1该零件为平面类零件，可以看出该零件由平面、凸台、凹槽和孔组成。
图2-1多边形凸台零件图
3零件加工工艺内容
3.1加工精度分析
该零件的加工精度为IT9级，表面粗糙度均为3.2um。
加工时应保证零件的总长度为110mm；总宽度为80mm；总高度为17mm。
如果定位不好还可能会导致表面粗糙度和加工精度难以达到要求。
材料不得有裂纹和气孔，并去除毛刺，符合GB/T1804-M国家标准。
3.2毛坯、余量分析
该零件的材料为铝合金。
铝合金有良好的耐腐蚀性、塑性，不易生锈，美观。
其毛坯尺寸为115mm×85mm×25mm，各处都有单边加工余量。
由于零件在装夹和加工过程中存在一定的变形，所以该零件加工成型后会产生一定的误差。
3.3设备的选择
根据加工中心和数控铣床所加工的对象来分析，它们都能完成该零件的加工。
从零件的结构形状和精度以及加工的难易程度等条件来选择数控设备的型号，因为该零件由平面、圆弧、凸台、凹槽和孔组成，但是考虑到该零件的表面粗糙度和加工精度有一定的要求，为了减少因多次换刀而带来的人为误差，避免多次装夹引起的定位误差，因此选择学校的设备数控铣削加工中心KVC650加工。
3.3.1选择刀具
数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。
对刀具的基本要求：
（1）铣刀刚性要好。
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。
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。
根据不同的加工内容，则需要不同规格的刀具来进行加工，该零件材料为铝合金，毛坯为115mm×85mm×25mm而零件的实际尺寸为110mm×80mm×17mm余量较为充足，考虑到加工效率，接刀痕迹，走刀的重叠量。
综上分析确定铣上下平面用面铣刀，粗精铣外轮廓和凸台用的Φ20立铣刀，粗精铣凹槽用Φ10键槽铣刀，钻孔用的Φ15和Φ10的麻花钻。
切削用刀具材料应具备的性能有：
（1）高速钢比工具钢硬，用于低速或不连续切削，刀具寿命较长；
（2）高性能高速钢强韧、抗边缘磨损性强，用于可粗切或精切任何材料，包括钢、不锈钢、非铁和非金属材料，切削速度可比高速钢高，强度和韧性较粉末冶金好；
（3）粉末冶金高速钢良好的抗热性和抗碎片磨损，用于切削钢、高温合金、不锈钢、铝、碳钢及合金钢和其他不易加工的材料，切削速度可比高性能高速钢高15%；
（4）硬质合金耐磨损、耐热，用于可锻铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金的精加工，寿命比一般工具钢高10-20倍；
（5）陶瓷高硬度、耐热冲击性好，用于高速粗加工，铸铁和钢的精加工，也适合加有色金属和非金属材料不适合加工铝、镁、钛及其合金，还可用于高速加工；
（6）立方氮化硼超强硬度、耐磨性好，用于硬度大于450HBW材料的高速切削，刀具寿命长，可实现超精表面加工；
（7）聚晶金刚石超强硬度、耐磨性好，用于粗切和精切铝等有色金属和非金属材料，刀具寿命长，可实现超精表面加工。
刀具卡3-1如下：
表3-1数控加工刀具卡
产品名称
多边形凸台零件
零件图号
1
补偿值/mm
备注
序号
刀具号
刀具名称
刀柄型号
刀具
直径/mm
长度/mm
1
T01
面铣刀
BT40
2
T02
Φ20mm立铣刀
BT40
Φ20
实测
10
3
T03
Φ10mm键槽铣刀
BT40
Φ10
实测
5
4
T04
Φ15mm麻花钻
BT40
Φ15
实测
5
T05
Φ10mm麻花钻
BT40
Φ10
实测
编制
陈元芳
审核
伍倪燕
批准
伍倪燕
共1页
第1页
3.3.2选择夹具
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确定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。
（1）专用夹具：
一般在产品相对稳定、批量较大的生产中采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。
除大批量生产之外，中小批量生产中也需要采用一些专用夹具，但在结构设计设计时要进行具体的技术经济分析；
（2）组合夹具：
组合夹具是一种模块化的夹具。
标准的模块元件具有较高的精度和赖磨性，可组装成各种夹具。
夹具用完可拆卸，清洗后可留、待组装新的夹具。
由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用并具有减少专用夹具数量等优点；
（3）通用夹具：
已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具。
其尺寸、结构已经规范化，而且具有一定的通用性，这类夹具适应性强，可用于一定形状和尺寸范围内的各种工件，价格便宜。
其缺点是夹具精度不高，生产效率也比较低，较难装夹。
一般适用于单件小批量生产中。
选择装夹方法的要点：
（1）尽可能的选择箱体的设计基准为精基准；粗基准的选择要保证重要表面的加工余量均匀，使不加工表面的尺寸、位置符合图纸的要求，且便于装夹；
（2）加工中心高速强力切削时，定位基准要有足够的接触面积和分布面积，以承受大的切削力且定位移动可靠；
（3）夹具本身要以加工中心工作台上的基准槽或基准孔来定位并安装到机床上，这可确保零件的工件坐标系与机床坐标系固定的尺寸关系，这是和普通机床的一个重要区别。
经综合分析：
该零件应选用平口虎钳装夹。
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。
夹持毛坯为115mm×85mm的两侧面，让毛坯上平面高出平口虎钳10mm以上；铣削出高度为3mm的夹持面；以夹持面为定位基准，在平口虎钳上找正装夹。
平口虎钳如图3-1所示。
图3-1平口虎钳
3.4定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准两种，用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准，用已加工过的表面作为定位基准称为精基准。
选择定位基准要遵循基准重合原则，即力求设计基准、工艺基准和编程基准统一，这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程中的计算量，并且能有效地减少装夹次数。
因下表面作为精基准可以满足基准重合的原则。
所以在加工中，先将零件的上表面作为粗基准，铣出夹持面，再将夹持面作为精基准进行加工。
如图3-2所示：
图3-2定位基准图
3.5加工工序的安排
工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等，工序的安排与否将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。
切削加工工序通常按以下原则划分：
（1）以一次安装作为一道工序；
（2）以粗、精加工划分工序；
（3）以同一把刀具加工的内容划分工序；
（4）以加工部位划分工序。
在具有良好冷却系统的加工中心上，对于毛坯质量高、加工余量较小、加工精度要求不高或新产品试制等单件或生产批量很小的零件，可在加工中心上一次或两次装夹完成全部粗、精加工工序。
由于本零件的加工余量较小，根据零件特点将加工内容分为粗、精两个工序完成。
3.5.1加工方案的制定
在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。
加工路线的确定原则：
（1）加工路线因保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；
（2）使数值计算简单，减少编程工作量；
（3）应使加工路线最短，这样既可以减少程序段，又可以减少空刀时间。
根据零件图样，制定以下工艺方案，选取最佳一种，（即加工工时最短，又能保证质量）下面分析两套工艺方案进行比较：
方案1：
铣夹持面→翻面夹持→铣上平面→粗精铣外轮廓→粗精铣凸台→粗精铣凹槽→钻Φ15通孔→钻4×Φ10通孔→翻面铣下平面；
方案2：
铣夹持面→翻面夹持→铣上平面→钻4×Φ10通孔→粗精铣外轮廓→粗铣凸台→粗铣凹槽→精铣凸台→精铣凹槽→钻Φ15通孔→翻面铣下平面。
分析：
在方案1中将粗精铣放在一个工序中，可以减少换刀的次数，从而提高了加工的效率，减少了加工所用的时间。
由于方案2没有按照加工原则进行加工，应该按先主后次，基准先行等的原则进行加工。
因此采用方案1。
3.6切削用量的选择
数控切削用量即切削参数包括主轴转速、铣削深度与宽度、进给量、行距、残留高度、层高等。
对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量。
切削用量是加工过程中重要的组成部分，合理选择切削用量的原则是：
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。
切削用量的因素包括：
（1）机床机床刚性、最大转速、进给速度等；
（2）刀具刀具长度、刃长、刀具刃口、刀具材料、刀具齿数、刀具直径等；
（3）工件毛坯材质、热处理性能等；
（4）装夹方式压板、台钳、托盘等；
（5）冷却情况油冷、水冷、气冷等。
当进行数控编程时编程人员必须确定每道工序的切削用量并以指令的形式写入程序中。
切削用量的选择原则是：
保证零件加工精度和表面粗糙度充分发挥刀具切削性能保证合理的刀具耐用度。
并充分发挥机床的性能最大限度地提高生产率降低成本。
3.6.1主轴转速的确定
主轴转速应根据允许的切削速度和工件的（或刀具）的直径来选择，其计算公式为：
（公式3-1）
公式中：
为切削速度，单位为m/min由刀具的耐用度决定；
n为主轴的转速，单位为r/min；
D为铣刀的直径，单位为mm。
切削速度的选取如表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
由于每把刀计算方式相同，现选取粗、精铣平面Ф20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。
从理论上讲，切削速度
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
=200m/min
精铣时
=250m/min
代入3-2式中：
=1000×200/（3.14×20）
=1000×250/（3.14×20）
=3185r/min=3980r/min
3.6.2进给速度的确定
切削进给量F是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料和性质选取。
最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。
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：
F—切削进给量，单位：
（mm/min）
z—铣刀齿数
fz—铣刀每齿工作台移动距离，即每齿进给量（mm/z）
每齿进给量fz的选取主要取决与工具材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。
工具材料的强度和硬度越高，fz越小，反之越大。
硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。
铣刀每齿进给量如表3-3所示：
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
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
综合选取：
粗铣
=0.2mm/z
精铣
=0.03mm/z
铣刀齿数z=3
上面计算出主轴转速：
=3185r/min
=3980r/min
将它们代入式子3-2计算：
粗铣时：
F=0.2×3×3185精铣时：
F=0.03×3×3980
=1911mm/min=358mm/min
3.6.3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。
选择时应使主轴转速、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。
如切削用量表3-4所示：
表3-4切削用量表
工步内容
刀具号
刀具规格mm
主轴转速r/min
进给速度mm/min
背吃刀量mm
铣夹持面
T02
Φ20
3185
1911
3
铣上平面
T01
2000
1000
2.5
粗铣外轮廓
T02
Φ20
3185
1911
3
精铣外轮廓
T02
Φ20
3980
358
0.5
粗铣凸台
T02
Φ20
3185
1911
2
精铣凸台
T02
Φ20
3980
358
0.5
粗铣凹槽
T03
Φ10
6369
3821
2
精铣凹槽
T03
Φ10
7961
716
0.5
钻Φ15孔
T04
Φ15
4246
2547
钻Φ10孔
T05
Φ10
6369
3821
翻面铣下平面
T01
2000
1000
2.5
3.6.4冷却液的选择
为了刀具和工件的温度，不仅要减少切削热的产生，而且要改善散热条件，使用切削液可以有效的降低温度还可以防止切削层金属的变形。
减少切削与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦，现有冷却液分为：
水溶液、乳化液和切削油三大类。
根据零件材料和刀具材料分析，为了得到较高的表面质量和精度，并且减少水与铝的化学反应。
所以选取10％乳化液效果较好。
冷却液表3-5如下所示：
表3-5冷却液主要成分及作用
冷却液名称
主要成分
主要作用
水溶液
水、防锈添加剂
冷却
乳化液
水、油、乳化悸
冷却、润滑、防锈
切削油
矿物油、动植物油、极压油
添加剂或油性
润滑
3.7编写工艺文件
工艺设计完成后就需要形成纸质或电子文档，常称为工艺卡片或工艺规程，可统称为工艺文件。
工艺文件应包括下列内容：
（1）机床、工装、量具和量仪、附件、毛坯等规格型号；
（2）工序、工步表格；
（3）和工序、工步表格相关联的程序清单；
（4）和管理有关的工时定额、日期、人员、权限等记录。
3.7.1工艺过程卡
此零件的工艺过程卡片如表3-6所示：
表3-6数控加工工艺过程卡片
工厂
数控加工工序卡号
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
01
多边形凸台零件
铝合金
1
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
平口虎钳
01
KVC650
学校数控铣削中心
工序号
工序内容
刀具号
主轴转速/（r/min）
进给速度（mm/min）
背吃刀量/mm
备注
1
下料
2
铣夹持面
T02
3185
1911
3
3
铣上平面
T01
2000
1000
2.5
4
粗铣外轮廓
T02
3185
1911
3
精铣外轮廓
3980
358
0.5
5
粗铣凸台
T02
3185
1911
2
精铣凸台
3980
358
0.5
6
粗铣凹槽
T03
6369
3821
2
精铣凹槽
7961
716
0.5
7
钻Φ15孔
T04
4246
2547
8
钻Φ10孔
T05
6369
3821
9
翻面铣下平面
T01
2000
1000
2.5
10
去毛刺
钳工
编制
陈元芳
审核
伍倪燕
批准
伍倪燕
共1页
第1页
3.7.2工序卡
表3-7工序2工序卡
（单位名称）
数控加工工序卡
零件名称
零件图号
工序号
程序编号
材料
多边形凸台零件
1
2
O0002
铝合金
车间
学校数控铣削中心
工序2工序简图
使用设备
KVC650
夹具名称
平口虎钳
冷却液选择
乳化液
工步号
工步内容
刀具号
量具
主轴转速/（r/min）
进给速度/（mm/min）
背吃刀量/（mm/r）
备注
1
铣夹持面
T02
游标卡尺
3185
1911
3
编制
陈元芳
审核
伍倪燕
批准
伍倪燕
共8页
第1页
表3-8工序3工序卡
（单位名称）
数控加工工序卡
零件名称
零件图号
工序号
程序编号
材料
多边形凸台零件
1
3
O0002
铝合金
车间
学校数控铣削中心
工序3工序简图
使用设备
KVC650
夹具名称
平口虎钳
冷却液选择
乳化液
工步号
工步内容
刀具号
量具
主轴转速/（r/min）
进给速度/（mm/min）
背吃刀量/（mm/r）
备注
1
铣上平面
T01
游标卡尺
2000
1000
2.5
编制
陈元芳
审核
伍倪燕
批准
伍倪燕
共8页
第2页
表3-9工序4工序卡
（单位名称）
数控加工工序卡
零件名称
零件图号
工序号
程序编号
材料
多边形凸台零件
1
4
O0003
铝合金
车间
学校数控铣削中心
工序4工序简图
使用设备
KVC650
夹具名称
平口虎钳
冷却液选择
乳化液
工步号
工步内容
刀具号
量具
主轴转速/（r/min）
进给速度/（mm/min）
背吃刀量/（mm/r）
备注
1
粗铣外轮廓留余量0.5mm
T02
游标卡尺
3185
1911
3
2
精铣外轮廓
T02
游标卡尺
3980
358
0.5
编制
陈元芳
审核
伍倪燕
批准
伍倪燕
共8页
第3页
表3-10工序5工序卡
（单位名称）
数控加工工序卡
零件名称
零件图号
工序号
程序编号
材料
多边形凸台零件
1
5
O0004
铝合金
车间
学校数控铣削中心
工序5工序简图
使用设备
KVC650
夹具名称
平口虎钳
冷却液选择
乳化液
工步号
工
升级会员 