特殊零件加工工艺设计及数控加工

a）零件形状特殊。加工M3孔和R14圆弧（○11面），存在频繁更换刀具和刀位限制现象。
b）装夹困难，容易变形。当加工工艺设计不当，在加工时出现装夹和定位困难，造成R24圆弧（○6面）因受力而产生变形。
c）小孔定位精度较高，增加机加工螺纹的难度。在加工M3、M4孔时容易出现排屑困难，钻头、丝锥折断的现象。
d）材料特殊，切削困难。零件为0Cr18Ni9不锈钢，属于难切削材料，其切削加工时具有如下难点：①抗拉强度高，易产生毛刺；②较强的亲和力，易引起粘刀；③热传导系数小，易产生高温；④较强的加工硬化，易引发刀具损伤和崩刃。
由于零件的特性，因此在加工中选用刀具和编制加工工艺时，需要考虑加工面精度要求和孔的位置要求。
1.1加工面及加工基准的确定
a）加工面的确定
主要加工面确定如下：1）外形平面○2、○3、○4、○5；圆弧面○6、平面○7和圆弧过渡面○8。2）平面○10、螺纹M3、圆弧面○11。3）台阶平面○12，倒角面○13，螺纹M4。
b）基准面的确定
主要基准面确定如下：1）法兰固定座前平面○1。2）法兰固定座后平面○9和○10。3）法兰固定座底平面○5。
1.2零件加工工艺
从提高加工效率和保证加工精度的前提下，设法减少加工难度和加工工序，优化设计加工工艺，如表1所示。

1.3加工刀具的选用
根据机床的加工能力、零件材料性能、加工精度、加工工序、切削用量、刀具耐用度和刀具价格等因素正确选用刀具。选用涂层刀具时，采用刃口精细化和表面平滑化处理后，有效抑制毛刺的产生，减少粘刀现象发生，防止发生崩刀，实现优异稳定切削加工，因此优先选用涂层刀具进行加工。
2、铣削切削用量的确定
法兰固定座零件毛坯尺寸为75×25×25（长×宽×高，mm），上下外形尺寸精度为 和 ，R24圆弧 ，表面粗糙为Ra3.2μm，加工机床为数控铣床KND-100M，工序1～2的加工工步为铣前平面、铣外形、铣R24圆弧、R3圆弧。加工工具分别为：铣平面、铣外形、铣R24圆弧、R3圆弧粗加工用YB135涂层硬质合金铣刀，精加工用YB125涂层硬质合金铣刀。
a）确定铣○1平面背吃刀量（铣削深度）ap：根据零件加工余量为4mm，加工表面粗糙为Ra3.2μm，确定粗、精两次加工，查阅实用机械加工工艺手册和数控系统用户手册可得粗铣ap=3.2mm，精铣ap=0.8mm。
b）确定铣○1平面侧吃刀量（铣削宽度）ac：根据零件加工要求和零件加工面的宽度尺寸，采用Φ20mm YB135涂层硬质合金带整体刀头的4齿立铣刀，粗精铣ac=（0.6～0.9）d=12～18mm，取ac=15mm。
c）确定铣○1平面进给量f：根据机床进给系统的强度和刚性、工件刚度和表面粗糙度的要求。查阅实用机械加工工艺手册和数控系统用户手册可得每齿进给量fz粗=0.10mm/z，fz精=0.04mm/z，故f粗=fz粗z=0.4mm/r，f精=fz精z=0.16mm/r。
d）确定铣○1平面切削速度vc：根据机床功率和在保证合理的刀具耐用度的前提下，查阅实用机械加工工艺手册可得粗铣vc=70m/min，精铣vc=90m/min。
e）确定铣○1平面进给速度vf：由vc= ，故粗铣n= =1114.65 r/min，精铣n= =1433.12 r/min。查阅数控系统用户手册取粗铣n=1100r/min，精铣n=1500r/min。粗铣时vf=fn=0.4mm/r×1100r/min=440mm/min精铣时vf=fn=0.16mm/r×1500r/min=240mm/min。
同理，可计算出工序3～8的其他加工平面、圆弧、螺纹孔等切削用量，在此不作详述。
3、零件仿真加工
在零件加工前先进行仿真加工，主要检验各个工序加工工艺、切削用量、刀具干涉等情况，确认加工工艺、切削用量和选用刀具的有效性、合理性。通过仿真试验，便于对NC加工程序的校验，为数控加工作好准备。三次装夹仿真情况如下表：

 

4.1第一次装夹加工
第一次装夹法兰固定座上下平面（○4○5平面），夹持高度为5mm，先粗加工再精加工，其加工顺序为：加工○1平面（基准面）、○4、○5平面（非夹持部分、基准面）和○2、○3平面、圆弧面○6、过渡圆弧面○8，如图2所示。
4.2第二次装夹加工
第二次装夹以法兰固定座前平面作为基准，夹持上下平面（夹持高度8mm），先粗加工再精加工，其加工顺序为：加工后平面、台阶、R14圆弧面、钻孔、攻螺纹。在加工R14圆弧面和钻孔时都要换刀加工，如图3所示。
4.3第三次装夹加工
第三次装夹以法兰固定座下平面作为基准，夹持前后平面下方部分（夹持高度8mm），先粗加工再精加工，其加工顺序为：加工台阶、倒角、钻孔、攻螺纹。在加工孔时要换刀加工，如图4所示。
 

4.3数控加工NC代码
用数控铣加工时的NC代码如下（程序代码大多，中间部分省略）：
%
O0000
N104T1M6(AAAAAAAA)
N106G0G90G54X-50.6Y-9.998S1200M3
N108G43H1Z30.M8
N110Z5.
……
N2820G0Z30.
N2822M5
N2824G91G28Z0.M9
N2826G28X0.Y0.
N2828M30
%
5、结束语
在机械零件加工时，应采用最佳的加工工艺设计和加工手段、合理选取切削用量和切削刀具，进行必要的加工仿真，尽可能采用先进的数控设备进行加工，充分的发挥机床和刀具的整体性能，提高生产率和产品质量。
参考文献：
[1]陈宏钧.实用机械加工工艺手册（第2版）.机械工业出版社.2003
[2]谭雪松.Mastercam X2中文版机械设计与加工教程.人民邮电出版社.2010
[3]中国就业培训技术指导中心.数控铣工（高级）.劳动出版社.2008
[4]北京凯恩帝数控技术公司.KND-100M铣、钻、镗床用数控系统用户手册. 北京凯恩帝数控技术公司.2005