底板零件的数控加工工艺

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。本论文为底板零件数控加工工艺设计，论文首先根据底板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 底板零件 数控加工 工艺分析 工艺设计 程序编制目 录摘 要 .I第一章 绪论 .11.1 课题来源 .11.2 设计的目的与意义 .11.3 论文所要完成的工作与要求 .1第二章 数控加工工艺的基础知识 .32.1 数控加工工艺的特点 .32.2 数控加工工艺的主要内容 .32.3 数控加工工艺内容的选择 .42.4 数控加工工艺路线的设计 .42.5 数控加工工序的设计 .62.6 确定走刀路线和安排工步顺序 .62.7 定位基准与夹紧方案的确定 .72.8 夹具的选择 .72.9 刀具的选择 .72.10 切削用量的选择 .8第三章 底板零件的数控加工工艺设计 .103.1 底板零件的零件图 .103.2 底板零件数控加工工艺分析与设计 .103.2.1 底板零件图分析 .103.2.2 加工顺序的设计 .113.2.3 刀具选择与刀具卡片制定 .113.2.4 工序与工步的划分 .123.2.5 切削用量的确定 .133.2.6 夹具的选择与装夹方案的确定 .173.2.7 加工设备的选用 .173.2.8 底板零件工序 卡片的设计 .19第四章 底板零件数控加工程序编制 .264.1 数控编程简介及底板零件编程方法选择 .264.2 底板零件数控加工程序编写 .27第五章 总结与展望 .315.1 总结 .315.2 展望 .31致 谢 .33参考文献 .35附录 1 底板零件自动编程程序清单 .37附录 2 底板零件 UG 三维视图 .39第一章 绪论1.1 课题来源本设计课题为底板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是教学过程的最后阶段所采用的一种总结性的实践性教学环节。通过毕业设计，能使学生综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的练习。在设计中，能够提高学生的写作能力、资料手册查阅能力及熟悉国家标准和规范的能力、分析与计算能力和计算机应用能力等。此外，通过毕业设计可以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本设计要求学生针对底板零件进行工艺分析，根据分析结果制定零件的数控加工工艺，并编写零件的数控加工程序，具体要求如下：1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对零件的数控工艺进行详细的分析，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，包括加工表面的尺寸精度要求、相互位置精度要求、形状精度要求和表面质量要求等；3制定零件的加工路线，划分零件的加工工序、加工工步；4合理的选择加工设备、加工刀具和夹具，制定装夹方案；5制定零件的工序卡片及刀具卡片；6运用手工或自动编程编写该零件数控加工程序。第二章 数控加工工艺的基础知识2.1 数控加工工艺的特点1.数控加工的工艺内容十分明确而具体。进行数控加工时，数控机床受数控系统的指令，完成各种运动、实现各种加工要求。因此在编程加工之前，需要对影响加工过程的各种加工工艺因素，如：切削用量、进给路线、刀具的几何形状，甚至工步的划分与安排等一一工作做出定量描述。在大多数情况下，许多具体的各一问题是由操作工人依据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定的。就是说，本来由操作工人在加工中灵活掌握可通过适时调整来处理的许多工艺问题，在数控加工时就转变为编程人员必须事先设计明确安排的内容。2.数控加工的工艺要求相当准确和严密。数控加工不能像通用机床那样加工，可以对加工过程中出现的问题由操作工人依据自己的实践经验和习惯自行调整的。在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个环节，做到万无一失。在实际中一个字符、一个小数点或一个逗号的差错都可能酿成重大的机床事故和质量事故。因为数控机床比其它机床价格要贵得多，其加工通常也是一些形状比较复杂、价格也较高的工件，所以万一损坏机床或工件报废就会造成较大的损失。根据大量加工实例分析，数控工艺考虑不周和计算编程时的粗心大意是造成数控加工失误的主要原因。因此，要求编程人员除必须具备较扎实的工艺基本知识和较丰富的实际工作经验外，还要必须具备耐心和严谨的工作作风。3.数控加工的工序相对集中。一般来说，在普通机床上是根据机床的种类进行单工序加工，而在数控机床上往往是在一次装夹中完成钻、扩、铰、铣、镗攻螺纹等多工序加工。这种“多序和一”的现象也属于“工序集中”的范畴，极端情况下，在一台加工中心上可以完成加工的全部加工内容。2.2 数控加工工艺的主要内容实践证明，数控加工工艺分析主要包括以下几方面的内容：1选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。2分析被加工零件图样，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，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，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数控编程中的相关工艺问题处理，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。2.3 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。在选择并作出决定时，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。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作为优选内容；2通用机床难加工，质量也难以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富余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，下列一些内容则不宜选择采用数控加工：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。此外，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，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。2.4 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。2.5 数控加工工序的设计当数控加工工艺路线设计完成后，各道数控加工工序的内容已基本确定，要达到的目标已比较明确，对其它一些问题（诸如：刀具、夹具、量具、装夹方式等） ，也大体做到心中有数，接下来便可以着手数控工序设计。在确定工序内容时，要充分注意到数控加工的工艺是十分严密的。因为数控机床虽然自动化程度较高，但自适应性差。它不能像通用机床，加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整，即使现代数控机床在自适应调整方面作出了不少努力与改进，但自由度也不大。比如，数控机床在攻螺纹时，它就不知道孔中是否已挤满了切屑，是否需要退一下刀，或清理一下切屑再干。所以，在数控加工的工序设计中必须注意加工过程中的每一个细节。同时，在对图形进行数学处理、计算和编程时，都要力求准确无误。因为，数控机床比同类通用机床价格要高得多，在数控机床上加工的也都是一些形状比较复杂、价值也较高的零件，万一损坏机床或零件都会造成较大的损失。在实际工作中，由于一个小数点或一个逗号的差错而酿造重大机床事故和质量事故的例子也是屡见不鲜的。数控工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、切削用量、工艺装备、定位夹紧方式及刀具运动轨迹都确定下来，为编制加工程序作好充分准备。2.6 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。2.7 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。2.8 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。2.9 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 5m 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57m）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。2.10 切削用量的选择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。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、工件表面粗糙度等因素。工件强度和硬度越高，fz 越小；反之越大。工件表面粗糙度要求越高，fz 就越小。工件刚性差或刀具强度低时，fz 应取较小值。铣削的切削速度 vc 与刀具的耐用度、每齿进给量、背吃刀量及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。因为当 fz 和 Z 增大时，刀刃负荷增加，而且同时工作的齿数也增多，是切削热增加，刀具磨坏加快，从而限制了切削速度的提高。为提高刀具耐用度，允许使用较低的切削速度，加大铣刀直径则可改善散热条件。选择时还应注意机床的使用说明书。在计算好各部位与各把刀具的切削用量后，最好能建立一张切削用量表，主要是为了防止遗忘和方便编程。第三章 底板零件的数控加工工艺设计3.1 底板零件的零件图图3-1 底板零件的零件图图 3-1 所示为底板零件的加工图，其材料为 45 钢，零件的尺寸为100mm*100mm*15mm（长*宽*高） ，所选毛坯尺寸为 110mm*110mm*25mm（长*宽*高）。批量生产。3.2 底板零件数控加工工艺分析与设计3.2.1 底板零件图分析该零件分别由梯形凸台、梯形型腔、两个沉孔、两个圆柱凸台、两个通孔和梯形型腔内的两个小圆柱组成。加工时对零件两侧壁相对于 A 面的垂直度要求为 3 丝，上端面与底面的平行度要求为 5 丝，整体尺寸中长度的精度要求为2 丝，两沉孔与两凸台之间的中心距精度要求为 2 丝，两沉孔之间的中心距精度要求为 2 丝，两通孔之间的中心距精度要求为 2 丝。梯形型腔的侧壁表面粗糙度为 1.6m，两个沉孔、两个通孔和两个凸台的侧壁表面粗糙度为 1.6m。因为零件上的两孔之间的孔间距有较高的精度要求，所以要先用定点钻定位后再用普通的钻头钻孔才能达到所要求的精度。根据所选零件的材质与加工时各方面的精度要求确定加工中选用硬质合金刀具。3.2.2 加工顺序的设计图3-2 毛坯立体图如图 3-2 为零件毛坯效果图，加工中按照基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔、先内后外的原则确定本零件的加工顺序，同时，应保证在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。根据上述原则，确定本零件的加工顺序为：以上端面（A 面）作为粗基准面装夹零件，铣削零件四周侧壁（B、C、D、E）铣零件底面 F 面以 F 面作为精基准面反面装夹，铣削零件上端面（A 面）铣零件梯形型腔铣零件梯形凸台中心钻定位孔钻 4 个通孔绞孔铣两个沉孔铣两个圆柱凸台。3.2.3 刀具选择与刀具卡片制定1号刀：由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80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：对于零件侧壁的加工，由于其切削余量不大，表面粗糙度要求为3.2m，故选用16立铣刀即可满足加工要求。3号刀：考虑到梯形型腔内两个小圆柱与型腔侧壁以及梯形凸台与梯形型腔外侧壁的最小距离为5cm，故对于该零件梯形型腔和梯形凸台的加工选用4键槽铣刀，以保证加工精度准确。4号刀：由于该零件上的孔间距有一定的位置精度要求，故选用2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。5号刀：根据零件图的尺寸要求，该零件需钻4-6通孔，加工中选用5.8麻花钻。6号刀：由于该零件上的4个通孔孔面精度要求较高，故选用6铰刀绞孔才能达到所要求的精度。7号刀：由于该零件需加工两个沉孔与两个圆柱凸台，故选用8键槽铣刀以提高加工精度和效率。根据上述分析，本设计中底板零件的刀具卡片制定如下：表3.1 底板零件刀具卡片产品名称 零件名称 底板刀具规格序号 刀具号 刀具名称 数量直径 /mm 长度/mm备注1 T01 立铣刀 1 16 实测2 T02 面铣刀 1 80 实测3 T03 键槽铣刀 1 4 实测4 T04 中心钻 1 2 实测5 T05 麻花钻 1 5.8 实测6 T06 铰刀 1 6 实测7 T07 键槽槽刀 1 8 实测3.2.4 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，本设计主要采用按使用刀具划分工序，根据上文制定的零件加工顺序和选用刀具设计出底板零件的加工工序与工步如下:1.工序一：选用16立铣刀加工零件四周侧壁B、C、D、E平面(1)选用16立铣刀粗铣B、C、D、E面；(2)选用16立铣刀精铣B、C、D、E面；2.工序二：选用80面铣刀加工零件底面F平面以及上端面A平面(1)选用80面铣刀粗铣F面；(2)选用80面铣刀精铣F面；(3)选用80面铣刀粗铣A面；(4)选用80面铣刀精铣A面；3.工序三：选用4的键槽铣刀加工零件梯形型腔以及梯形凸台(1)选用4键槽铣刀粗铣梯形型腔；(2)选用4键槽铣刀精铣梯形型腔；(3)选用4键槽铣刀粗铣梯形凸台；(4)选用4键槽铣刀精铣梯形凸台；4.工序四：选用2中心钻定位四个小孔(1)选用2中心钻定位四个小孔；5.工序五：选用5.8麻花钻钻四个6的通孔(1)选用5.8钻头钻四个通孔；6.工序六：选用6铰刀铰四个通孔(1)选用6铰刀铰四个通孔；7.工序七：选用8键槽铣刀加工两个沉孔和两个圆柱凸台(1)8键槽铣刀扩2个沉孔；(2)8键槽铣刀粗铣2个凸台；(3)8键槽铣刀精铣2个凸台。3.2.5 切削用量的确定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/d（公式 3-1）公式中：n主轴转速，单位 r/minVc切削速度，单位 m/mind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 铣削时切削速度切削速度 /(m/min)cv工件材料 硬度/HBS高速钢铣刀 硬质合金铣刀225 1842 66150225325 1236 54120钢325425 621 3675190 2136 66150190260 918 4590铸铁160320 4.510 2130铝 70120 100200 200400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：粗铣四周侧壁时 Vc 选取 67mm/min精铣四周侧壁时 Vc 选取 120mm/min粗铣定位基准底面（F 面）以及上端面（A 面）时 Vc 选取 67mm/min精铣定位基准底面（F 面）以及上端面（A 面）时 Vc 选取 120mm/min粗铣梯形型腔、梯形凸台时 Vc 选取 67mm/min精铣梯形型腔、梯形凸台时 Vc 选取 120mm/min；定位四个孔时 Vc 选取 80mm/min，钻 4-6 通孔时 Vc 选取 80mm/min，铰 4-6 孔时 Vc 选取 66mm/min ；扩两个沉孔时 Vc 选取 80mm/min粗铣两个凸台时 Vc 选取 67mm/min精铣两个凸台时 Vc 选取 120mm/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/D)得到零件各部位加工时的刀具转速如下：粗铣四周侧壁时 n 粗=1500r/min精铣四周侧壁时 n 精=2500r/min粗铣底面以及上端面时 n 粗=280r/min 精铣底面以及上端面时 n 精=500r/min粗铣梯形型腔、梯形凸台时 n 粗=5000r/min精铣梯形型腔、梯形凸台时 n 精=7500r/min钻 4-6 通孔时 n=4000r/min铰 4-6 孔时 n =3500r/min扩孔时 n=3200r/min粗铣两个凸台时 n 粗=2500r/min精铣另个凸台是 n 精=3200r/min2.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 ZN (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。表 3.3 铣刀每齿进给量 Zf每齿进给量 /（mm/z）粗铣 精铣工件材料高速钢铣刀 硬质合金铣刀 高速钢铣刀 硬质合金铣刀钢 0.100.15 0.100.25铸铁 0.120.20 0.150.300.020.05 0.100.15铝 0.060.20 0.100.25 0.050.10 0.020.05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=fzZN（公式 3-2）公式中：z铣刀齿数，单位 mm/minfz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（Ra1080m）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 810mm。半精加工（Ra1.2510m）时，背吃刀量取为 0.52mm。精加工（Ra0.321.25m）时，背吃刀量取为 0.10.4mm。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=24mm；精加工时：ap=0.20.5mm；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。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 3.4 底板零件加工过程总表产品名称 零件名称 零件图号单位名称 淮安信息职业技术学院底板序号 加工内容 刀具号 刀具规格 主轴转速 (r/min)进给速度（mm/min）背吃刀量（mm）1 粗铣四周侧 面 T01 16.立铣刀 1500 540 42 精铣四周侧 面 T01 16.立铣刀 2500 450 0.23 粗铣底面 T02 80.面铣刀 300 90 1.84 精铣底面 T02 80.面铣刀 500 50 0.25 粗铣上端面 T02 80.面铣刀 300 90 36 精铣上端面 T02 80.面铣刀 500 50 0.27 粗铣梯形型 腔 T03 4.键槽槽刀 5000 2250 18 精铣梯形型 腔 T03 4.键槽槽刀 7500 1500 0.89 粗铣梯形凸 台 T03 4.键槽槽刀 5000 2250 110 精铣梯形凸 台 T03 4.键槽槽刀 7500 1500 0.811 中心钻定位 四个小孔 T04 2.中心钻 4000 800 0.112 钻四个通孔 T05 5.8.麻花钻 3500 700 3钻13 绞四个通孔 T06 6.铰刀 3200 640 314 扩两个沉孔 T07 8.键槽槽刀 3200 540 4续表 3.4 底板零件加工过程总表序号 加工内容 刀具号 刀具规格 主轴转速 (r/min)进给速度（mm/min）背吃刀量（mm）15 精铣两个凸 台 T07 8.键槽槽刀 2500 600 4.816 粗铣两个凸 台 T07 8.键槽槽刀 3200 540 0.23.2.6 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 3.5 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）平口虎钳 Q12200 200 - - 160 0.06 360*290*1862.装夹方案的确定由于该零件为批量生产，为提高装夹效率，平口虎钳两钳口铣削深度和宽度均为 5mm 的装夹定位槽。加工零件时，首先以上端面（A 面）作为粗基准面装夹部位为零件侧面（BE 或 CD 面）的约 5mm 高度处，并确保零件留有足够的加工部位，此时铣削零件四周侧壁（B、C、D、E）以及零件底面（F 面） 。其次再以F 面作为精基准面反面装夹，零件已加工表面应与平口钳接触面紧密接触，此时即可铣削零件上端面（A 面）以及零件梯形型腔、梯形凸台、孔等轮廓。3.2.7 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） 800350mm（2）工作台三向行程（X、Y、Z） 600410510mm（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 250022952550mm（11）机床净重 4500kg（12）数控系统 FANUC 0i Mate-MB2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 0.002mm3.2.8 底板零件工序卡片的设计根据表 3.4 底板零件加工过程总表内容，制定出零件各加工工序如下：（1）选用16的立铣刀粗、精铣零件四周侧壁表3.6 选用16的立铣刀粗、精铣零件四周侧壁工序卡片产品名称或代号 零件名 称 材 料 零件图号工厂数控加工工序卡 底板 45 钢工序号 程序编号 夹具名称 设备名称 车 间1 O0001-O002 平口虎钳 XK713A 数控加工车间工步号 工步内容 刀具号 主轴转速 (r/min) 进给速度（mm/min ） 背吃刀量 （ mm） 备注1 16 立铣刀粗铣四周侧壁 T01 1500 540 4 自动2 16 立铣刀精铣四周侧壁 T01 2500 450 0.2 自动编制 杨叶婷 审核 批准 共 7 页 第 1 页（2）选用80的面铣刀粗、精铣零件底面和上端面表3.7 选用80的面铣刀粗、精铣零件底面和上端面工序卡片产品名称或代号 零件名称 材 料 零件图号工厂数控加工工序卡 底板 45 钢工序号 程序编号 夹具名称 设备名称 车 间1 O0003-O0005 平口虎钳 XK713A 数控加工车间工步号 工步内容 刀具号 主轴转速 (r/min) 进给速度（mm/min） 背吃刀量 （mm） 备注3 80 面铣刀粗铣底面 T02 300 90 1.8 自动4 80 面铣刀精铣底面 T02 500 50 0.2 自动5 80 面铣刀粗铣上端 面T02300 90 3 自动6 80 面铣刀精铣上端 T02 500 50 0.2 自动面编制 杨叶婷 审核 批准 共 7 页 第 2 页（3）选用4的键槽铣刀粗、精铣零件梯形型腔与梯形凸台表3.8 选用4的键槽铣刀粗、精铣零件梯形型腔与梯形凸台工序卡片产品名称或代号 零件名称 材 料 零件图号工厂数控加工工序卡 底板 45 钢工序号 程序编号 夹具名称 设备名称 车 间2 O0006-O0007 平口虎钳 XK713A 数控加工车间工步号 工步内容 刀具号 主轴转速 (r/min) 进给速度（mm/min） 背吃刀量 （mm） 备注74 键槽铣刀粗铣梯形型腔 T03 5000 2500 1 自动84 键槽铣刀精铣梯形型腔 T03 7500 1500 0.8 自动94 键槽铣刀粗铣梯形凸台 T03 5000 2500 1 自动104 键槽铣刀精铣梯形凸台 T03 7500 1500 0.8 自动编制 杨叶婷 审核 批准 共 7 页 第 3 页（4）选用2中心钻定位四个6通孔表3