凸座零件的数控铣削工艺与编程(3)

3 零件工艺的分析

凸座零件的作用为支撑底座，需要其具备特定的机械功能、足够长的使用寿命以及一定的耐磨性。材料选用45钢是因其具有较高的强度和较好的切削加工性，可视情况选择是否热处理获得一定的韧性、塑性和耐磨性，且材料成本较低，经济性好。

3.1毛坯的选择

零件材料选用45#钢，选择高强度中碳调质钢，以获得一定的韧性、塑性以及耐磨性而且切削性能良好，便于铣削加工。该材料的抗拉强度σb=590MPa，屈服强度σs=300MPa。本课题零件选用锻件经过热处理获得金属纤维组合以保证零件的可靠性。

根据零件图，选择毛坯尺寸为110mm×110mm×55mm。

3.2基准的选择

3.2.1精基准的选择

因该零件的设计基准为上表面，而下表面为定位基准，设计基准与定位基准不重合，通过计算工艺尺寸链来保证加工精度以保证定位基准与设计基准相重合原则。该凸座零件选择以中心位置的孔中心轴线为设计基准，以下表面中心作为精基准。 3.2.2粗基准的选择

由组基准选用原则：为了保证加工面与不加工面间位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。该零件的下表面不进行加工，故选择下表面为粗基准。

3.3拟定加工工艺路线

加工过程之前拟定走刀路线的时候，应当满足要求在保证加工质量的前提下，尽可能刀具的行走路线最短，这样既可以节约时间，又可以使走到路线最短，有助于生产效率的提高，减少生产的成本并且可以有效的减轻机床的磨损。

首先将毛坯上下表面精铣，以达到加工要求，台阶粗糙度要求为Ra2.8μm，公差为IT8精度要求较高，需粗铣后半精铣以达到要求。Φ30mm的的孔尺寸公差为IT7，粗糙度要求为Ra1.2μm。需要通过钻孔、扩孔、粗镗孔、精镗孔以满足加工要求。

加工顺序的原则为基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔，依据此确定此零件的加工顺序为先将上下表面和Φ30mm的孔加工完毕，在加工台阶面，然后加工4XM18螺纹。综上，零件在机床上两次夹装可以完成加工，以下为加工顺序：

(1)第一次：精铣下底面10mm； (2)第二次：

1)精铣上表面至零件所需尺寸；

2)粗铣台阶面以及凸台外轮廓剩余2mm以备精铣； 3)精铣台阶面以及凸台外轮廓直至所需数据；

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4)精铣底座外轮廓至所需数据； 5)钻Φ30mm孔以及4XM16螺纹加工。 综上，本次设计的加工路线为：

走刀路线的定义是铣削刀具与被加工工件的位置变动的运动路线。

粗、精加工上表面→加工凸台外轮廓→加工台阶面→孔加工→螺纹加工→外轮廓加工。

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4 设备的选择

4.1机床的选择

该零件需要立式加工中心进行铣削加工，立式加工中心是指主轴为垂直状态的加工中心，加工中心含有固定立柱，长方形的工作台，并且无分度回转功能。适合加工盘、套、板等零件。因为其装夹方便，操作简单，随时掌握加工情况，且程序调试容易，故得到了广泛应用。立式加工的缺点是因为自身结构的限制，立柱以及换刀装置的限制，故无法进行较高零件的加工，且加工型腔或下凹形面时，不易排出废料，甚至会损坏刀具损毁加工完成的表面。

立式加工中心主要技术参数：

机床总功率为35kw，主轴电机功率11kw，主轴转速范围20~6000 rpm，主轴最大输出扭矩95.4N.m，工作台台面尺寸（长X宽）590X1450mm，X/Y/Z向行程为1270/610/760mm，切削进给速度范围是1~8000 mm ，主轴端面至工作台面距离是150~910mm，刀具最大直径/长度为147/350mm，定位精度是+0.010mm，重复定位精度是+0.005mm，机床外形尺寸（长X宽X高）为3200X2650X3320mm。

图5 立式加工中心

4.2夹具的选择

确定夹装的方法，需要满足在一次夹装内能够加工完成大部分甚至工件全部的加工的要求。凸座零件为正长方体，为满足加工精度并提高生产速度，因此需要保证零件固定在机床的适当位置，用加工中心的的定位装置夹紧，并避开孔加工以及螺纹加工时钻头伸突出的地方，并且应当保证设计基准、工艺基准与编程原点的统一。主要依据零件的技术要求以及数控加工的特点进行夹装方法的确定。因此，采用压板和平型垫铁进行装夹。

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4.3切削用量

切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称即为切削用量。为了提高铣削刀具的寿命，切削用量确定的顺序一般为：首先确定背吃刀量，然后选定进给速度，最后决定切削速度。

切削速度Vc是指在切削加工时，切削刃上选定点相对于弓箭的主运动速度。 进给量f是指工件或刀具的主运动每转一转或每一行程时，工件和刀具两者在进给运动方向上的相对位移量。

背吃刀量是指工件已加工表面与代加工表面之间的垂直距离。

图6 切削用量示意图

4.4刀具的选择

4.4.1铣削刀具的种类

铣削加工的刀具种类繁多，在这仅对常用的刀具进行简单的介绍。

(1)面铣刀。刀具四周表面与端面都有切削刃的刀具就是面铣刀，端面的切削刃叫做辅切削刃。一般来说，面铣刀的至今都很大，直径为Φ50~500mm，因此经常将其加工成套式镶齿结构，刀齿和刀体的结构是分开的，使用期较长。

图7 面铣刀

(2)立铣刀。立铣刀的结构特点为圆柱表面和端面具备切削刃，它们可以同时或者分别进行切削，粗铣刀主要应用于粗加工，精铣刀具主要应用于精加工。应当注意的是，因为普通立铣刀端面中心未配备切削刃，故立铣刀不具备轴向进给的能力。

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图8 立铣刀

（3）模具铣刀。模具铣刀由立铣刀发展并演变而来，它的作用是加工模具型腔或者铣削凹凸模的表面。它有主要由以下三种：圆锥形立铣刀、圆球形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀。模具铣刀为了便于加工工件，因此在球头或者球面配备了切削刃。

图9 模具铣刀

（4）键槽铣刀。键槽铣刀的机构特点是具备有两个刀齿，在圆柱面以及端面配备了切削刃，加工路线为：先轴向进给铣削键槽的深度直至尺寸，然后平面进给进行键槽尺寸的加工。

图10 键槽铣刀

（5）鼓型铣刀。鼓型铣刀端面不具备切削刃，而是在圆弧面上均布，在加工过程当中，可以控制其上下位置以及切削位置，可以在工件上获得各种各样的斜角。鼓型铣刀所加工斜角范围与圆弧面的半径成反比。

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