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烟灰缸加工
目 录
摘要
通过采用XA制造工程师软件对烟灰缸进行外形设计、数控编程、并进行加工产品;采用自动编程方法加工，在加工产品中可以大大缩短加工效率；设计产品为装配类产品。
由于产品为装配工件，编程时应注意工件上盖和底盖配合关系，在加工操作中要注意装夹，防止压坏产品表面精度。
关键词：
烟灰缸，XA制造工程师软件：
数控编程；加工操作
前言
数控加工是机械制造中的先进加工技术，它的广泛使用是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础。
近年来，数控加工和数控设备的应用呈突飞猛进的趋势。
包括以组合机床为主大量生产方式出现的，机床都在向以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越来越大，在我们学院数控设备的更新的速度也越来越快。
有关数控加工工艺要在一些典型零件的加工中体现出来，本设计说明书是针对这些情况而编写说明书的。
本设计说明书面是根据我们数控专业学生所需掌握的知识及技术要求编写的，它突出了数控加工的特点，零件在加工过程中的工艺性特点。
巩固和扩展自己所学的基本理论和专业知识，综合运用所学知识培养自己的理论分析和解决实际问题的能力；培养勇于探索的创新精神和实践能力；培养正确的设计和研究思想、理论联系实际、严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；进一步训练和提高课题方案设计、资料查阅、计算机使用、文字表达等方面的能力和技巧。
通过自己所学知识与实际设计相结合，制定加工工艺、编制程序、自己动手执行工艺过程并加工出合格的零件。
这不仅对三年学习的《数控编程》、《UG》、《CAXA制造工程师》、《数控加工工艺》、《机械制图》等多门学科理论知识的巩固，还将理论知识运用在了实际加工当中，使理论与实践有机的结合在一起。
整个设计的顺利完成，多谢老师和同学的帮助，在此表示对他们的衷心谢意。
由于本人水平有限，实际经验不足，设计中难免存在一些错误和不妥之处，恳请领导、老师批改指正。
二、零件图形分析
（一）零件图形分析
从图上可以看出，烟灰缸配合零件是由一个正方形构成，上面有一个装烟灰的圆形凹槽、一个椭圆形的装打火机凹槽、一个放烟头的花型凹槽组成。
另外我还在装烟灰的圆上设计了一个盖子，这样在不使用的时候还可以保证其家里的清洁。
图2-1烟灰缸底座零件图
图2-2烟灰缸盖子零件图
三、工艺内容分析
（一）加工精度分析
该零件最高精度等级为IT7级。
外轮廓、凹槽、上、下表面的粗糙度为R3.2，其它表面粗糙度均为R6.3。
如果定位不好可能会导致表面粗糙度，加工精度难以达到要求。
材料不得有裂纹和气孔，并锐边去毛刺，符合GB/T1804-M国家标准。
（二）毛坯、余量分析
由于加工比较简单，因此毛坯、余量的选择也不困难。
列举以下几点：
1）毛坯有充分的稳定的加工余量
该图的毛坯采用铝合金，整个成形烟灰缸零件的毛坯尺寸为102mmX102mmX25mm，上下表面一共留3mm余量，两侧面共留3mm余量。
因此总毛坯尺寸为105mmX105mmX28mm。
与它相配合的盖子的毛坯尺寸为45mmX45mmX13mm。
2）分析毛坯的装夹适应性
考虑毛坯在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便在一次装夹中加工出较多的平面，由于该设计采用一次性装夹可以完成全部加工内容，装夹上直接采用平口虎钳进行装夹即可。
3）分析毛坯的变形及余量大小均匀性
毛坯加工中与加工后的变形程度，考虑是否就采取预防性措施和补救措施。
是对零件加工变形的一个重要保证，如对于厚铝板，经淬火时效后很容易在加工与加工后变形，这时最好采用经预拉伸处理的淬火板坯。
对毛坯的余量大小及均匀性，主要是考虑在加工时要不要分层切削，分几层切削。
自动编程时，尤其重要。
（三）机床的选择
我院数控设备现有FANUC-oi系统的加工中心有四台，四台均为数控铣削加工中心华中数控铣床，数控铣床多台，根据零件的结构、形状配合精度以及加工的难易程度等条件来选择数控设备的型号，由于该零件只有轮廓、凹槽、圆弧和孔系，形状比较简单，配合精度要求不高。
我们学校的设备均可进行加工，但考虑到该零件的表面粗糙度，加工精度要求不高，为了减少装夹次数，消除因反复装夹而带来的定位误差和换刀次数，对刀次数较多的人为误差，再次因该零件材料为铝，硬度不高，主切削力不是很大。
综上所述，我选择数控加工中心华中数控铣床进行零件加工，便可达到该零件的各项精度。
（四）夹具的选择
在确定装夹方案时，要根据已选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位夹持方式，并选择合理的夹具，一般考虑以下几点：
1）夹紧机构或其他元件不得影响进给，加工部位要敞开，要求夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动轨迹发生干涉。
2）必须保证最小的夹持变形，工件加工时切削力大，需要的夹紧力也大，但又不能把工件夹压变形。
因此，必须慎重选择夹具的支撑点、定位点和加紧点。
3）夹具结构应力求简单，对形状简单的单件小批量生产的零件可选用通用夹具。
4）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。
由于该零件材料是铝件一般不会产生夹紧变形，零件尺寸较小、结构和形状也比较简单，不需要专用夹具，所以只需要平口虎钳和一些辅助装夹的垫块、垫片。
该零件不仅精度要求较高，可以看到轮廓的周边曲线圆弧和粗糙度值要求也较高，零件采用平口钳装夹。
平口虎钳如图3-1所示。
图3-1平口钳装夹
（五）刀具的选择
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。
1）在选择铣刀时，首先要认真考虑工件加工部位的几何尺寸，一般来说，为减少走刀次数和提高生产效率及保证铣刀有足够的刚性，应尽量选择较大的铣刀。
但选择铣刀直径时。
常常受到某些因素的制约。
例如：
加工区域的开敞性、内腔尺寸的大小、工件及工件的刚性等，特别是当工件内轮廓圆弧R较小，而凹槽深或壁板高度H较大时，会将刀具限制为细长形。
其刚性就很差，则加工须考虑切削用量的大小。
铣刀直径D与刃长L的比值大小能客观地反映出铣刀刚性特征，可D/L≥0.5作为检验铣刀刚性的条件。
2）为了解决当工件内转接半径R较小，而槽深或壁板高度H较小时，铣刀刚性差，加工苦难度的问题，通常要求采取大小不同的两把刀进行粗、精加工处理。
在使用中要防止因盲目选用了过大直径的粗加工铣刀而产生在精加工后留下未能铣去的“死角”或
因留给精加工的余量过大而造成精加工困难等问题。
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。
刀具卡表3-1如下：
表3-1刀具卡片
产品名或代号
零件名称
烟灰缸
零件图号
程序序号
O0001
工步号
刀具号
刀具名称
刀柄型号
刀具直径/mm
刀具长度/mm
补偿值/mm
备注
1
T01
面铣刀Ф110mm
BT40
Ф100
80
0
2
T02
立铣刀Ф20mm
BT40
Ф20
50
0
3
T03
立铣刀Ф8mm
BT40
Ф10
50
0
4
T04
立铣刀Ф16mm
BT40
Ф16
50
0
4
T05
中心钻Ф3mm
BT40
Ф3
50
0
5
T06
钻头Ф8mm
BT40
Ф8
60
0
6
T07
铰刀Ф10mm
BT40
Ф10
60
0
7
T08
面铣刀Ф50m
BT40
Ф50m
60
0
（六）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工件定位
（七）加工方案的制定
零件所铣削部分主要是轮廓凹槽加工。
在各步加工过程中，要根据零件图形状特征考虑加工中所存在的问题，从而选择更好的解决方法，确保加工的顺利完成、并达到零件的要求。
该零件主要加工方案如下：
1）零件加工中铣削出的三个外形：
一个椭圆凹槽，一个有圆弧组成的花型凹槽和一个圆形凹槽。
对于椭圆的凹槽，由于没有拐角情况，可以采用的直径的刀具以此加工完成；而圆形的凹槽则可用一把相对直径大一点的加工出来，而花型凹槽由于有许多圆弧组成则应根据圆弧大小来确定。
2）零件的加工中四个孔的铣削：
在这个过程中，必须要考虑刀具大小的选择，若要一次加工完成的话，则所选的直径必须小于键槽的宽度值，其加工很简单，只要选择合适的刀具加工即可。
（八）加工路线的选择
加工路线的确定首先保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短、效率高等。
进刀方式和退刀方式是直接影响表面加工精度的重要因素之一，这样不得不选取一种有利于加工又对表面加工精度影响不大的方式，直线进刀容易在工件表面上留下进刀、退刀的微观驻马痕迹，而沿圆弧段方向进刀或退刀就不同，既不会留下痕迹而且还不会影响表面加工质量。
为了保证表面质量和提高生产效率，切削方式和切削方向的选择就必须慎重。
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→铣上平面→粗铣外轮廓→精铣外轮廓→凹槽粗加工→凹槽精加工→钻孔→镗孔；
方案2：
铣夹持面→铣上平面→粗铣外轮廓→凹槽粗加工→精铣外轮廓→凹槽精加工→钻孔→镗孔；
分析：
在方案1中将外轮廓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。
因此采用方案1。
（九）主轴转速的确定
主轴根据允许的切削速度Vc（m/min）选择
N=1000Vc/πD
其中：
N---主轴转速
Vc—切削速度（m/min）由刀具寿命来确定切削速度，常选为（200-400）m/min
D---工件或刀具的直径（mm）
根据上述工式得：
粗加工主轴转速3000r/min，精加工4000r/min
（十）进给速度的确定
进给速度F是切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，是根据工件的加工精度和表面粗造度的要求，以及刀具和工件材料进行选择，最大进给速度受到机床刚度和进给系统性能制约，不同的机床和系统，最大进给速度不同，当加工精度和表面粗造度质量要求高时，进给速度应选小一些，通常在（20—50）m/min范围内选取。
在轮廓加工中，在接近拐角处应适当降低进给量，以克服由于惯性或工艺系统变形在轮廓拐角处造成“超程”或“欠程”现象。
切削进给速度与铣刀的转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz的关系为：
F=fzZn
根据公式可以看出：
每齿进给量fz的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。
当工件材料的强度和硬度越高，fz越小；反之则越大。
硬质合金铣刀的每齿进给量高于同内高速钢铣刀。
工件表面粗糙度值越小，fz就越小。
根据上述工式得：
粗加工进给量500m/min，精加工300m/min。
（十一）背吃刀量的确定
由机床，夹具、刀具、工件组成的工艺系统的刚度确定，在系统刚度允许的情况下，尽量选取背吃刀量等于加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。
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。
对于质量要求较高的工件，可以减少加工余量以便最后进行精加工。
（十二）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3-2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
（十三）编写工艺文件
表3-3烟灰缸零件底座加工工艺过程卡
工厂
数控加工工序卡
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
01
烟灰缸
铝合金
（1）
工序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
虎钳
华中数控铣床
工序号
工序内容
加工面
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
备注
1
备料
2
铣夹持面
T02
Ф20
3000
200
3.0
3
铣上平面
T01
Ф110
1160
100
1.0
4
铣外轮廓
T02
Ф20
4840
50
1.0
5
铣圆形凹槽
T03
Ф10
7600
50
2.0
6
铣花型凹槽
T04
Ф16
6300
50
2.0
7
铣椭圆形凹槽
T02
Ф20
4840
100
2.0
8
钻中心孔
T05
Ф3
800
35
9
钻孔
T06
Ф8
1000
40
10
铰孔
T07
Ф10
1200
30
11
翻面铣下平面
T01
Ф110
1160
100
12
去毛刺
钳工
表3-4 烟灰缸零件盖子加工工艺过程卡
工厂
数控加工工序卡
产品名称或代号
零件名称
材料
零件图号
02
烟灰缸
铝合金
（1）
工序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
虎钳
华中数控铣床
工序号
工序内容
加工面
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
备注
1
备料
2
铣夹持面
T02
Ф20
3000
200
3
3
铣上平面
T08
Ф50
1160
100
1.0
4
铣外轮廓
T02
Ф20
4840
50
1.0
5
铣花型凸台
T03
Ф10
7600
50
1.0
6
翻面铣下平面
T08
Ф50
1160
100
7
去毛刺
钳工
四、加工路径与实体仿真
图4-1工件实体图
图3-2加工路线
图3-3实体仿真
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