带型腔的凸台零件的数控
加工工艺
如图所示，材料为45钢，单件生产，毛坯尺寸为84mm×84mm×22mm），试对该零件的顶面和内外轮廓进行数控铣削加工工艺分析。
零件图
一、零件图工艺分析
1）加工内容
该零件主要由平面、孔系、型腔轮廓及外圆弧轮廓组成，几何元素之间关系描述清楚完整，尺寸标注完整。毛坯是长方体块件，尺寸为84mm×84mm×22mm，
加工内容包括ø22H8的内孔，外圆弧轮廓，型腔轮廓，四个平面（上表面、凸台面、型腔表面和下底面）和工件四周面。
2）加工要求
零件主要加工要求为ø20H8的内孔的尺寸公差为H8，表面粗糙度要求较高，其值为Ra=1.6μm。其他的加工要求只标注了公称尺寸，所以按自由尺寸公差等级为IT11～IT12级来加工，表面粗造度为Ra=3.2μm，表面质量要求一般。
3）各结构的加工方法
① 由于ø22H8的内孔加工要求较高，拟定钻中心孔-----钻孔-----粗镗-----半精镗-----精镗的加工方案。
② 外圆弧轮廓以及平面和型腔轮廓以及平面可用键槽铣刀铣削，因为表面粗造度为Ra=3.2μm，故采用粗铣-----精铣的方法加工。
③ 底面、上表面和四周面可用面铣刀，因为表面粗造度为Ra=3.2μm，故也采用粗铣-----精铣的方法加工。
零件毛坯为45钢，切削性能好，无热处理和硬度要求。
二、选择设备
根据被加工零件的外形和材料等特点，选用XK713A型数控铣床。
技术参数 工作台面积 工作台 T形槽 工作台最大承重 X向、Y向、Z向行程 行程 主轴端面至工作台面距离 主轴中心至立柱导轨面距离 主轴转速 主轴 主轴电机功率(连续/30分) 主轴孔锥度 切削进给速度 三向进给 快速移动速度 进给电机扭矩 精度 定位精度 重复定位精度 主轴电机 X、Y向 Z向 XK713A床身型数控铣床 800x350 3x18H8 550 600x410x510 126-635 215-625 60-4000(8000可选) 5.5/7.5 BT-40 1-5000 15000 12 ±0.013 ±0.005 5.5/7.5 0.9 1.8 mm mm kg mm mm mm rpm kw - mm/min mm/min Nm mm mm kw kw kw 电机进给 电机容量 机床外形尺寸（长 x宽x高） 一般规格 机床重量 总电源供应量 典型配用数控系统 2500x2630x2550 4500 15 FANUC Oi mm kg kw - XK713A型数控铣床技术参数
三、确定零件的定位基准和装夹方式
1）定位基准
根据基准重合的原理选取零件的底面做为定位基准，保证设计基准与定位基准重合。 2）装夹方式
由于零件为方体，故采用机用虎钳装夹。
四、确定加工顺序及进给路线
1）加工顺序
零件所铣削的部分主要是外圆弧轮廓的铣削、型腔轮廓的铣削、孔系的铣削、四个平面的铣削、以及零件四周面的铣削。在各步铣削过程中，要根据零件图形状特征考虑铣削中所存在的问题，从而选择更好的解决方法，确保铣削的顺利完成、并达到零件的要求。根据基面先行、先面后孔、先粗后精、内外交叉的原则确定加工顺序。
面铣刀：先铣削底面，做为定位基准，保证定位基准与设计基准重合，然后铣削上表面，最后铣削零件四周面。因为其表面粗糙度为Ra=3.2μm，故要采用粗铣-----精铣来铣削。
键槽铣刀：先粗铣外圆弧轮廓以及平面，再粗铣型腔轮廓以及平面；然后再精铣外圆弧轮廓以及平面，再精铣型腔轮廓以及平面，保证其表面粗糙度Ra=3.2μm。
Ø22H8孔：由于该孔的深度较浅为2mm，故可以用键槽铣刀来铣削此孔。因为孔的公差等级为8级，表面粗糙度Ra=1.6μm，故要进行粗铣-----半精铣-----精铣。
故该零件的加工顺序如下：
粗铣底面-----精铣底面-----粗铣上表面-----精铣上表面-----粗铣外圆弧轮廓以及平面-----粗铣型腔轮廓以及平面-----精铣外圆弧轮廓以及平面
-----精铣型腔轮廓以及平面-----粗铣孔-----半精铣孔-----精铣孔-----粗铣四周面-----精铣四周面。
2）进给路线
底面和上表面采用行切法+环切法，这样铣削的质量高且效率也快。
底面、上表面的精铣进给路线
外轮廓的精铣进给路线
型腔轮廓的精铣进给路线
Ø22H8孔铣削的进给路线
五、刀具选择
1）粗铣、精铣底面和上表面选用面铣刀，铣刀直径应是工件材料宽度1.3～1.6倍，故选用ø125的硬质合金面铣刀，齿数为8的细齿。粗铣、精铣工件四周轮廓选用ø25的硬质合金面铣刀。
2）粗铣、精铣外圆弧轮廓及平面和型腔轮廓及平面选用硬质合金键槽铣刀，键槽铣刀直径应小于圆弧的直径，故选用ø12mm的硬质合金槽铣刀。
3）ø22H8的孔选用硬质合金键槽铣刀，铣刀直径为ø12mm。
数控加工刀具卡片 产品名称或代号 ××× 序号 1 2 刀具号 T01 T02 零件名称 型腔凸台 数 量 1 1 零 件 图 号 加 工 表 面 粗铣 精铣 上表面和底面 粗铣、精铣 外圆弧轮廓及平面 和型腔轮廓及平面 粗铣、半精铣、精铣 ø22H8的孔 批 准 ××× 备 注 齿数8 齿数4 刀具规格名称 Ø125硬质合金面铣刀 Ø12硬质合金键槽铣刀 Ø25硬质合金面铣刀 ××× 审 核 3 T03 1 ××× 粗铣、精铣零件四周轮廓 齿数4 ××× 共 页 第 页 编 制
六、确定切削用量
1）铣削上表面、底面时，毛坯尺寸为84mm×84mm×22mm，型腔凸台零件的尺寸为80mm×80mm×18mm,故铣削的深度аp=2mm。铣削上表面和底面是选用ø125的硬质合金铣刀，一次走刀完成粗铣，留有精加工余量为0.2mm。
查表1-1选取粗铣上表面和底面时切削速度νc=60m/min,精铣上表面和底面时切削速度νc=100m/min；查表1-2选取粗铣上表面和底面时铣刀每齿进给量fz=0.20mm/r,精铣上表面和底面时铣刀每齿进给量fz=0.10mm/r。
铣刀转速：νc=πｄｎ/1000；
粗铣：ｎ=1000νc/πｄ=151.42r/min，故粗车时选取铣刀转速150r/min。 精铣：ｎ=1000νc/πｄ=254.78r/min，故精车时选取铣刀转速250r/min。
进给速度：νf=fｎ=ｎZfz；
粗铣：νf=ｎZfz=150×8×0.20=240mm/min，故粗车时选取进给速度240mm/min。
精铣：νf=ｎZfz=250×8×0.10=200mm/min，故精车时选取进给速度200mm/min。
2）铣削外圆弧轮廓及平面时，选用ø12的硬质合金键槽铣刀，铣削深度аp=8mm，粗加工、精加工用一把刀完成，留有精车余量为0.2mm。
查表1-1选取粗铣外圆弧轮廓及平面时切削速度νc=60m/min，精铣外圆弧轮廓及平面时切削速度νc=80m/min；查表选取粗铣外圆弧轮廓及平面时铣刀每齿进给量fz=0.08mm/r，精铣外圆弧轮廓及平面时铣刀每齿进给量fz=0.05mm/r。
铣刀转速：νc=πｄｎ/1000；
粗铣：ｎ=1000νc/πｄ=1592r/min，故粗车时选取铣刀转速1500r/min。 精铣：ｎ=1000νc/πｄ=2123r/min，故精车时选取铣刀转速2100r/min。
进给速度：νf=fｎ=ｎZfz；
粗铣：νf=ｎZfz=1500×4×0.08=480mm/min，故粗车时选取进给速度480mm/min。
精铣：νf=ｎZfz=2100×4×0.05=420mm/min，故精车时选取进给速度420mm/min。
3）铣削型腔轮廓及平面时，选用ø12的硬质合金键槽铣刀，铣削深度аp=6mm，粗加工、精加工用一把刀完成，留有精车余量为0.2mm。
查表1-1选取粗铣外圆弧轮廓及平面时切削速度νc=60m/min，精铣外圆弧轮廓及平面时切削速度νc=80m/min；查表选取粗铣外圆弧轮廓及平面时铣刀每齿进给量fz=0.06mm/r，精铣外圆弧轮廓及平面时铣刀每齿进给量fz=0.04mm/r。
铣刀转速：νc=πｄｎ/1000；
粗铣：ｎ=1000νc/πｄ=1592r/min，故粗车时选取铣刀转速1500r/min。 精铣：ｎ=1000νc/πｄ=2123r/min，故精车时选取铣刀转速2100r/min。
进给速度：νf=fｎ=ｎZfz；
粗铣：νf=ｎZfz=1500×4×0.06=360mm/min，故粗车时选取进给速度360mm/min。
精铣：νf=ｎZfz=2100×4×0.04=336mm/min，故精车时选取进给速度330mm/min。
4）铣削ø22H8的孔时，选用ø12的硬质合金键槽铣刀，铣削深度аp=2mm，粗加工铣削深度аp=1.4mm，半精加工深度аp=0.5mm，精加工深度аp=0.1mm。
查表1-1选取粗铣ø22H8孔时的切削速度νc=50m/min，半精铣时的切削速度νc=60m/min，精铣时的切削速度νc=80m/min；查表选取粗铣ø22H8孔时铣刀每齿进给量fz=0.06mm/r，半精铣时铣刀每齿进给量fz=0.05mm/r，精铣时铣刀每齿进给量fz=0.03mm/r。
铣刀转速：νc=πｄｎ/1000；
粗 铣：ｎ=1000νc/πｄ=1327r/min，故粗车时选取铣刀转速1300r/min。 半精铣：ｎ=1000νc/πｄ=1592r/min，故粗车时选取铣刀转速1500r/min。 精 铣：ｎ=1000νc/πｄ=2123r/min，故精车时选取铣刀转速2100r/min。
进给速度：νf=fｎ=ｎZfz；
粗 铣：νf=ｎZfz=1300×4×0.06=312mm/min，故粗车时选取进给速度310mm/min。
半精铣：νf=ｎZfz=1500×4×0.05=300mm/min，故粗车时选取进给速度300mm/min。
精 铣：νf=ｎZfz=2100×4×0.03=252mm/min，故精车时选取进给速度250mm/min。
5）铣削零件四周轮廓选用ø25的硬质合金铣刀，毛坯尺寸为84mm×84mm×22mm，型腔凸台零件的尺寸为80mm×80mm×18mm,故铣削的深度аp=2mm。一次走刀完成粗铣，留有精加工余量为0.2mm。
查表1-1选取粗铣零件四周轮廓时切削速度νc=60m/min,精铣铣零件四周轮廓时切削速度νc=80m/min；查表1-2选取粗铣零件四周轮廓时铣刀每齿进给量fz=0.20mm/r,精铣零件四周轮廓时铣刀每齿进给量fz=0.10mm/r。
铣刀转速：νc=πｄｎ/1000；
粗铣：ｎ=1000νc/πｄ=7r/min，故粗车时选取铣刀转速750r/min。 精铣：ｎ=1000νc/πｄ=1019r/min，故精车时选取铣刀转速1000r/min。
进给速度：νf=fｎ=ｎZfz；
粗铣：νf=ｎZfz=750×4×0.20=600mm/min，故粗车时选取进给速度600mm/min。
精铣：νf=ｎZfz=1000×4×0.10=400mm/min，故精车时选取进给速400mm/min。
表1-1 铣削加工的切削速度参考值
Vc/m.min-1 工件材料 硬度/HBS <225 钢 225～325 325～425 <190 铸铁 190～260 260～320
表1-2铣刀每齿进给量fz的参考值
粗铣 刀具材料 工件材料 高速钢铣刀 硬质合金钢铣刀 钢 铸铁 0.10～0.15 0.12～0.20 0.10～0.25 0.15～0.30 精铣 高速钢铣刀 0.02～0.05 硬质合金铣刀 0.10～0.15 高速钢铣刀 18～42 12～36 6～21 21～36 9～18 4.5～10 硬质合金铣刀 66～150 54～120 36～75 66～150 45～90 21～30 七、填写数控加工工艺卡片
综合前面分析的各项内容，并将其填入下表所示的数控加工工艺卡片。此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。
主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工布所用的刀具及切削用量等。
带型腔的凸台零件数控加工工艺卡片
单位名称 工序号 001 工步号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 编制
××× 程序编号 ××× 工部内容 粗铣底面 精铣底面 粗铣上表面 精铣上表面 粗铣 外圆弧轮廓以及平面 精铣 外圆弧轮廓以及平面 粗铣 型腔轮廓 以及平面 精铣 型腔轮廓 以及平面 粗铣孔 半精铣孔 精铣孔 粗铣四周面 精铣四周面 ×× 审核 产品名称或代号 ××× 夹具名称 机用虎钳 零件名称 型腔凸台零件 使用设备 XK713A数控铣床 零件图号 ××× 车间 数控中心 刀具号 刀具规格 铣刀转速 进给速度 铣削深度 备注 /mm /r﹒minˉ¹ /mm﹒minˉ¹ /mm T01 T01 T01 T01 T02 T02 T02 T02 T02 T02 T02 T03 T03 ×× Ø125 Ø125 Ø125 Ø125 Ø12 Ø12 Ø12 Ø12 Ø12 Ø12 Ø12 Ø25 Ø25 批准 150 250 150 250 1500 2100 1500 2100 1300 1500 2100 750 1000 ×× 240 200 240 200 480 420 360 330 310 300 250 600 400 年 月 日 1.8 0.2 1.8 0.2 7.8 0.2 5.8 0.2 1.4 0.5 0.1 1.8 0.2 共 页 第页