一、零件加工工艺的分析
1.1 零件结构的分析
通过图形分析可知：
1. 零件涉及自由平面、光滑过渡等造型方法。
2. 零件可以通过建立草图、拉伸（包括角度拉伸）、倒圆角、等常用命令进行造型。
3. 零件材料为45钢，而且壁厚较厚，加工中强度足够大，不容易变形。
4. 由于零件存在5度拔模角，所以在加工中心上一次装夹完成，侧面利用刀具侧刃进行加工。
5. 该零件包括平面、型腔、岛屿、拔模角等结构，工序相对容易，表面质量和精度要求不高，所以综合考虑，工序安排比较关键。
6. 由于内腔比较浅，所以选刀具没有必要太长，同时注意刀具刚度。
7. 为了保证加工精度和表面质量，根据毛胚质量（主要是指形状和尺寸），分析采用一次定位装夹加工完成，按照先主后次、先近后远、先里后外、先粗加工后精加工的原则依次划分工序加工.。
1.2毛坯、加工余量分析
（1）毛坯分析
根据零件的设计和运用领域等方面，零件材料、性能以及现有的设备要求，选择零件的材料，板料钢件为未经淬硬处理的45钢锻件。
材料名称: 优质碳素钢，GB699-88。
退火钢抗拉强度:≥600(MPa)；
屈服强度:≥355(MPa)；
延 长 率:≥16%
断面收缩率:≥40%；
布氏硬度: ≤197（HB）；
特性及应用:未热处理时：HB≤229，热处理：正火。强度较高，塑性和韧性尚好，最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火零件。
根据情况尽量使各个表面上的余量均匀。由于零件尺寸为430mm×330mm×75mm，所以选择毛坯尺寸为440mm×350mm×80mm的毛料。
（2）加工余量的分析
根据精度要求，该图的尺寸精度要求较高，即需要有余量的计算，正确规定加工余量的数值，是完成加工要求的重要任务之一。一般加工余量的大小决定于下列因素:
① 表面粗糙度（Ra）；
② 材料表面缺陷层深度；
③ 空间偏差；
④ 表面几何形状误差；
⑤ 装夹误差；
⑥ 实际的加工要求和材料性能。
在具体确定工序的加工余量时，应根据下列条件选择大小：
① 对最后的加工工序，加工余量应达到图纸上所规定的表面粗糙度和精度要求；
② 考虑加工方法、设备的刚性以及零件可能发生的变形；
③ 考虑零件热处理时引起的变形；
④ 考虑被加工零件的大小，零件愈大，由于切削力、内应力引起的变形也会增加，因此要求加工余量也相应地大一些。
1.3 定位基准分析
定位基准是工件在装夹定位时所依据的基准。该零件首先在普通铣床上以一个毛坯件的一个平面为粗基准定位，将毛料的精加工定位面铣削出来，并达到规定的要求和质量，作为夹持面，再以夹持面为精基准装夹来加工零件，最后再将粗基准面加工到尺寸要求。由于本零件主要是型腔加工，所以只加工六个面到尺寸，在平口虎钳上装夹即可完全定位。
二、零件的三维造型
2.1 基于UG的零件的建模
三、零件加工工艺过程设计
3.1 机床的选择
数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。
高性能：随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。
高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。 高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。
高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。
模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。
数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。
不同类型的零件应在不同的数控机床上加工，要根据零件的设计要求选择数控机床。数控车床适合于加工形状比较复杂的轴类零件盒由复杂曲线回转形成的模具内型腔。数控立式镗铣床盒立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂平面或立体零件、泵体阀体、壳体等。多坐标联动的卧室加工中心还可用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。总之，不同类型的零件要选用相应的数控机床加工，易发挥数控机床的效率和特点。
数控铣床加工中心加工柔性比普通数控铣床优越，有一个自动换刀的伺服系统，对于工序复杂的零件需要多把刀加工，在换刀的时候可以减少很多辅助时间，很方便，而且能够加工更加复杂的曲面等工件。因此，提高加工中心的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。
综合以上因素，选择KVC650加工中心，参数如下：
3.2 夹具的选择
① 夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开；
② 必须保证最小的夹紧变形；
③ 装卸方便，辅助时间应尽量短；
④ 对小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率；
⑤ 夹具结构应力求简单；
⑥ 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。
该零件形状规则，四个侧面较光整，加工面与加工面之间的位置精度要求不高。所以以底面和两个侧面作为定位，用虎钳从工件侧面夹紧。利用虎钳将毛坯件进行装夹，长度方向平行于X轴方向，底下垫平行块起支撑作用。
注意：工件装夹不能装得太深（保证红色尺寸为40），以免加工中伤及平口钳。
3.3 工序方案的确定
一般数控铣削采用工序集中的方式，这时工步的顺序就是工序分散时的工序顺序，可以按一般切削加工顺序安排的原则进行。通常按照从简单到复杂，先加工平面、沟槽、孔，再加工内腔、外形，最后加工曲面；先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。在安排数控铣削加工工序的顺序时还应该注意以下问题：
1.上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有普通机床加工工序的也要综合考虑。
2.一般先进行内腔加工工序，后进行外形加工工序。
3.以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数与换刀次数。
4.在同一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。
5.根据零件图样和技术要求，制定一套加工用时少，经济成本花费少，又能保证加工质量的工艺方案。下面分析这套工艺方案
6.通常毛料未经任何处理时，外表有一层硬皮，硬度很高，很容易磨损刀具，所以首先在普通铣床上铣削6个面，达到尺寸要求即可。
7.铣削毛坯六个面（普通铣床）→铣削上表面→粗铣内腔（开粗）→半精铣内腔及斜面→精铣壁→精铣底部曲面及斜面→清根。
注意事项：
1.上表面由于精度要求不高，所以在开粗时直接加工到位，壁留1mm加工余量。 2.根据内腔轮廓尺寸要求、圆弧曲率及其加工精度要求可知：依其深度分层粗加工，留有合适的加工余量，所以要采用粗加工—半精加工—精加工方案来加工完成，以满足加工要求。
①半精铣壁留0.25mm加工余量。 ②凸面有岛屿，所以要合理设置加工参数。
③整个加工型腔比较深，所以在选刀具的时候要注意刀刃刀杆的长度，防止过切撞刀。
3.4 走刀路线的确定
走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，合理安排走刀路线不但可以提高切削效率，还可以提高零件的表面精度。对于数控铣床，还应考虑几个方面：能保证零件的加工精度和表面粗制度的要求；使走刀路线最短，既可以简化程序段，又可以减少刀具空行程时间，提高加工效率；应使数值的计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。
（1）轮廓加工中的进刀方式
轮廓加工进刀方式一般有两种:法线进刀和切线进刀，如图1（a）所示。由于法线进刀容易产生刀痕，因此一般只用于粗加工或者表面质量要求不高的工件。法线进刀的路线较切线进刀短，因而切削时间也就相应较短。
在一些表面质量要求较高的轮廓加工中，通常采用加一条进刀引线再圆弧切入的方式，使圆弧与加工的第一条轮廓线相切，能有效地避免因法线进刀而产生刀痕，如图1（b）所示。而且在切削毛坯余量较大时离开工件轮廓一段距离下刀再切入，很好地起到了保护立铣刀的作用。 需要说明的是:在手工编写轮廓铣削程序时为了编程的方便，或者为了弥补刀具的磨损，常常采用刀补方式进行编程，即在编程时可以不考虑刀具的半径，直接按图样尺寸编程，再在加工时输入刀具的半径(或补偿量)至指定的地址进行加工。但要注意切入圆弧的R值需大于所使用的刀具半径r，否则无法建立补偿而出现报警。至于进刀引线的长短则要根据实际情况计算，但要注意减少空刀的行程。
（2）挖槽和型腔加工中的进刀方式
对于封闭型腔零件的加工，下刀方式主要有垂直下刀、螺旋下刀和斜线以下刀三种，下面就如何选择各下刀方式进行说明。
1．垂直下刀
①小面积切削和零件表面粗糙度要求不高的情况；
使用键槽铣刀直接垂直下刀并进行切削。虽然键槽铣刀其端部刀刃通过铣刀中心，有垂直吃刀的能力，但由于键槽铣刀只有两刃切削，加工时的平稳性也就较差，因而表面粗糙度较低;同时在同等切削条件下，键槽铣刀较立铣刀的每刃切削量大，因而刀刃的磨损也就较大，在人面积切削中的效率较低。所以，采用键槽铣刀直接垂直下刀并进行切削的方式，通常只用于小面积切削或被加工零件表面粗糙度要求不高的情况。
② 大面积切削和零件表面粗糙度要求较高的情况。
大面积的型腔一般采用加工时具有较高的平稳性和较长使用寿命的立铣刀来加工，但由于立铣刀的底切削刃没有到刀具的中心，所以立铣刀在垂直进刀时没有较大切深的能力，因此一般先采用键槽铣刀(或钻头)垂直进刀后，再换多刃立铣刀加工型腔。在利用CAM软件进行编程的时候，一般都会提供指定点下刀的选项。
2．螺旋下刀
螺旋下刀方式是现代数控加工应用较为广泛的下刀方式，特别是模具制造行业中应用最为常见。刀片式合金模具铣刀可以进行高速切削，但和高速钢多刃立铣刀一样在垂直进刀时没有较大切深的能力。但可以通过螺旋下刃的方式，通过刀片的侧刃和底刃的切削，避开刀具中心无切削刃部分与工件的干涉，使刃具沿螺旋朝深度方向渐进，从而达到进刀的目的。这样，可以在切削的平稳性与切削效率之间取得一个较好的平衡点。
螺旋半径的大小一般情况下应大于刀具直径的50%，但螺旋半径过大，进刀的切削路程就越长，下刀耗费的时间也就越长，一般不超过刀具直径的大小，螺距的数值要根据刀具的吃深能力而定，一般在0.5~1之间:第二层进刀高度一般等于第一层下刀高度减去慢速下刀的距离即可。螺旋下刀也有其固有的弱点，比如切削路线较长、在比较狭窄的型腔加工中往往因为切削范围过小无法实现螺旋下刀等，所以有时需采用较大的下刀进给或钻下刀孔等方法来弥补，所以选择螺旋下刀方式时要注意灵活运用。
3．斜线下刀
斜线下刀时刀具快速下至加工表面上一个距离后，改为以一个与工件表面成一角度的方向，以斜线的方式切入工件来达到Z向进刀的目的，通常用于因范围的限制而无法实现螺旋下刀时的长条形的型腔加工。斜线下刀主要的参数有:斜线下刀的起始高度切入斜线的长度、切入和反向切入角度。起始高度一般设在加工面上方0.5~1mm之间，切入斜线的长度要视型腔空间大小及铣削深度来确定，一般是斜线愈长，进刀的切削路程就越长，切入角度选取得越小，斜线数增多，切削路程加长，角度太大，又会产生不好的端刃切削的情况，选5°~30°之间为宜。通常进刀切入角度和反向进刀切入角度取相同的值。
综上所述，正确理解数控铣削加工中各种进刀方式的特点和适用范围，同时在编程中设置合理的切削参数，对提高加工效率及零件表面质量有着重要的影响，如避免接刀痕、过切等现象的发生以及保护刀具等都有重要的意义。
所以，根据上面提到的下刀方式，我具体的下刀方式采用如下：槽内轮廓深度很深，区域比较大，采用螺旋下刀比较好一点，减少换用其他刀具的时间；而外部开放区域就采用直线下刀。具体各个操作中的下刀参数后面详细说明。
3.5 刀具的选择
数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要连接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：① 整体式；② 镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；③ 特殊型式，如复合式刀具、减振式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：
① 高速钢刀具；
② 硬质合金刀具；
③ 金刚石刀具；
④ 其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。
为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。
平底刀：主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。其缺点是刀尖容易磨损，影响加工精度。
圆鼻刀：主要用于模胚的粗加工、平面精加工和侧面精加工，特别适用于材料硬度高的模具加工，开粗时优先选择圆鼻刀。
球刀：主要用于非平面的半精加工和精加工。 对刀具的基本要求：
1.刀刚性要好。铣刀刚性要好的目的有二：一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。
2.铣刀的耐用度要高。尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，不仅会影响零件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，从而降低了零件的表面质量。
3.6 切削用量的选择
对于高效率的数控加工机床来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济、有效的加工方式，要求必须合理的选择切削条件。
大家在确定每道工序的切削用量时，应根据工具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少低于半个工作班的工作时间。
大家在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。
1.背吃刀量的确定
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，尽可能使被吃刀量等于工件的加工余量，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比通用机床加工的余量小一些，一般留0.2～1mm。
结合本零件来选取，开粗时背吃刀量取3mm，壁留1mm加工余量；半精铣背吃刀量取1mm,壁留0.25mm加工余量；等高加工时背吃刀量取0.3mm,底部余量留0.1mm；精铣曲面时背吃刀量取0.1mm。
2.主轴转速的确定
主要根据允许的切削速度1000VcVc(m/min)选取：
其中Vc-切削速度 D-工件或刀具的直径（mm）
由于每把刀计算方式相同，现选取 10mm立铣刀为例说明其计算过程。
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。
铣削时切削速度：
从理论上讲，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，综合考虑：
3.进给速度的确定
粗加工的时候一般尽量可能的最大每齿进给速度，每齿进给速度的取值主要考虑刀具的强度，对于立铣刀而言，直径越大，刀刃越多，其刀具强度就越大，允许取的每齿进给速度也越大;在一定的每齿进给速度，切削深度，切削宽度的取值过大，将会导致切削力过大，一方面可能会超出机床的额定负荷或损坏刀具;另一方面，如果切削速度也较大，可能会超出机床额定功率。通常如果切削深度必须取大值的时候，切削宽度就必须取很小的值。粗加工的时候，过高切削度主要引起温度和切削功率过大，精加工的时候过高的切削速度主要受温度的限制。通常，铣刀材料、工件材料、刀具耐用度一定，允许的浓度就一定，因此极限切削线速度也一定。
切削进给速度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，单位mm/min。它与铣刀的转速n、铣刀齿数z及每齿进给量fZ（mm/z）的关系为:
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。根据实际加工的经验，粗铣取200mm/min，半精铣取300mm/min，精铣取400mm/min。
总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。
3.7 切削液的选择
由于在切削加工过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热——切削热。大量的切削热被工件吸收9%～30%、切屑吸收50%～80%、刀具吸收4%～10%，其余由周围介质传出，而在钻削时切削热有52%传入麻花钻。
由于热胀冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量，工件和刀具产生变形最终影响加工精度。如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏——造成“烧刀”的现象。为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。而且对不同的加工材料要使用的冷却液不尽相同。
通过查询资料知道常用的冷却液主要有以下三种：
从刀具材料考虑，硬质合金刀具一般采用乳化液作为冷却液，其冷却效果很好。 综合以上的种种分析，采用乳化液作为冷却液效果很好。它的主要作用：冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。
3.8 对刀点的选择
1.对刀点是刀具相对工件运动的起点，程序就是从这一点开始的，故又叫程序原点或程序起点（起刀点），其选择原则是：
①应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的零件，应以孔中心作为对刀点。
②对刀点应选在对刀方便的位置，便于观察和检测。
③应便于坐标值的计算。如绝对坐标系的原点或已知坐标值的点上。
④ 加工程序中刀具引入（或返回）路线短并便于换刀。
对刀点可选在零件上，也可选在夹具或机床上，若选在夹具或机床上，则必须与工件的定位基准有一定的尺寸联系。如图1所示。
对刀时，应使“刀位点”与“对刀点”重合，对刀的准确程度直接影响加工精度，不同刀具的刀位点是不同的，如图2所示。
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对数控车床、镗铣床、加工中心等多刀加工数控机床，因加工过程中要进行换刀，故编程时应考虑不同工序间的换刀位置，设置换刀点。为避免换刀时刀具与工件及夹具发生干涉，换刀点应设在工件外合适的位置，如图1所示。
由于需要加工的零件为型腔类零件，外轮廓不需要过多加工，为了编程的简便和程序的简单，所以设置对刀点为工件毛坯中心，即是以长方形两对角线的交点作为对刀点，利用G54等坐标系设置为编程零点。
3.9工艺文件编制
四、零件的数控加工编程
4.1初始参数设定
4.2 创建刀具
4.3创建粗加工操作
在加工导航器中切换到“加工方法视图”，在操作导航器中选择MILL_ROUGH,右键弹出菜单，选择插入→操作，在类型中选择mill_contour，在操作子类型中选择第一个型腔铣CAVITY_MILL，程序设置PROGRAM，刀具设置D20，几何体设置WORKPIECE，方法MILL_ROUGH，确定进入型腔铣对话框。
在刀轨设置里切削模式选择“跟随周边”，步距恒定，距离为5mm，全局每刀深度3mm。如图所示：
打开“切削参数”按钮，在“策略”选项卡里选择“切削方向”为顺铣，“切削顺序”为深度优先，“图样方向”向内；在“余量”选项卡里设置部件侧面余量1mm，部件底部面余量0,内外公差为0.03mm；在“连接”选项卡中设置区域排序为优化，勾选区域连接；其余参数默认设置，如图所示。
打开“非切削移动”按钮，在进刀选项卡封闭区域中设置进刀类型为螺旋，直径为刀具直径的90%，倾斜角度15°；在开放区域中设置进刀类型为线性，长度为50%。
在传递/快速选项卡中设置安全设置为平面，指定平面为工件上表面偏置15mm传递类型为间隙。其余设置为默认设置，如图所示：
在进给和速度选项里，设置主轴转速为800，切削为200，其余参数如图： 点击生成按钮，生成刀轨，如图所示：
创建半精加工操作
在加工导航器中切换到“加工方法视图”，在操作导航器中选择MILL_SEMI_FINISH,右键弹出菜单，选择插入→操作，在类型中选择mill_contour，在操作子类型中选择第一个型腔铣CAVITY_MILL，程序设置PROGRAM，刀具设置D10，几何体设置WORKPIECE，方法MILL_SEMI_FINISH，确定进入型腔铣对话框。
ZLEVEL_PROFILE，程序设置PROGRAM，刀具设置D10R0.5，方法MILL_SEMI_FINISH，确定进入等高铣对话框。
在几何体里指定检查为高度为50mm的平面，切削选择要加工的区域；刀轨设置里“陡峭空间范围”选择无，最小切削深度0.2mm，全局每刀深度0.3mm。
打开“切削参数”按钮，在“策略”选项卡里选择“切削方向”为顺铣，“切削顺序”为深度优先；在“余量”选项卡里设置部件侧面余量0，部件底部面余量0.1,内外公差为0.03mm；在“连接”选项卡中设置层到层位直接对部件下刀，其余参数默认设置。
打开“非切削移动”按钮，在进刀选项卡封闭区域中设置进刀类型为螺旋，直径为刀具直径的70%，倾斜角度15°；在开放区域中设置进刀类型为线性，长度为50%。
在传递/快速选项卡中设置安全设置为平面，指定平面为工件上表面偏置15mm传递类型为间隙。其余设置为默认设置
在进给和速度选项里，设置主轴转速为1590，切削为300。 点击生成按钮，生成刀轨，如图所示。
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