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1、 數(shù)控原理與應用課程設計 課題名稱: 平面槽形凸輪零件的數(shù)控加工 專 業(yè): 機械設計制造及其自動化專業(yè) 學 校： 班 級： 姓 名： 學號： 指導老師: 時 間： 目 錄 1.引言 2 數(shù)控編程中的零件加工工藝分析 3.平面槽形凸輪零件的加工工藝分析 2.1 數(shù)控加工工藝概述 2.2 常用數(shù)控加工方法 2.3 對零件圖紙進行數(shù)控加工工藝性分析 2.4 數(shù)控加工工藝路線的設計 4.平面槽形凸輪零件的數(shù)控程序代碼 3

2、.1 零件圖工藝分析 3.2 確定裝夾方案 3.3 確定加工順序及走刀路線 3.4 刀具的選擇 3.5 切削用量的選擇 3.6 填寫數(shù)控加工工序卡片 5 結語 6.參考文獻 7.附頁 零件圖 平面槽形凸輪零件的數(shù)控加工 摘要:平面槽形凸輪零件工藝分析,制定最佳切削加工工藝,借助于CAXA 軟件的CAD/CAM功能,生成零件刀具路徑,完成零件的模擬仿真加工。實現(xiàn)零件加工的CAD/CAM一體化。 關鍵詞:凸輪;加工工藝;數(shù)控加工 1 引言 凸輪機構廣泛應用于各種機械設備,特別是機械和自動控制裝置中,以實現(xiàn)各種運動規(guī)律。 凸輪機構的制造包含眾多內容,比如凸

3、輪輪廓加工、凸輪上槽和孔的加工等等,其中以凸輪輪廓加工和孔的加工最為重要。由于凸輪輪廓常含有非圓的平面曲線,常規(guī)的方法采用劃線銑削、靠模銑削(含磨削)，難以保證加工質量和生產率。若在數(shù)控機床上加工凸輪輪廓和孔最為理想,適合于各種批量,且易于實現(xiàn)CAD/ CAM一體化。 2 數(shù)控編程中的零件加工工藝分析 2.1 數(shù)控加工工藝概述 無論是手工編程還是自動編程，在編程前都要對所加工的零件進行工藝分析，擬訂工藝方案，選擇合適的刀具，確定切削用量。在編程中，對一些工藝問題（如對刀點，加工路線等）也需要作一些處理。因此，數(shù)控編程的工藝處理是一項十分重要的工作。（1）數(shù)控加工的基本特點：①數(shù)控加工的工

4、序內容比普通機加工的工序內容復雜。②數(shù)控機床加工程序的編制比普通機床工藝規(guī)程的編制復雜。（2）數(shù)控加工工藝的主要內容：①選擇適合在數(shù)控上加工的零件，確定工序內容。②分析加工零件的圖紙，明確加工內容及技術要求，確定加工方案，制定數(shù)控加工路線。③調整數(shù)控加工工序的程序。④分配數(shù)控加工中的容差。⑤處理數(shù)控機床上部分工藝指令。 2.2 常用數(shù)控加工方法 （1）平面孔系零件。常用點位、直線控制數(shù)控機床（如數(shù)控鉆床）來加工，選擇工藝路線時，主要考慮加工精度和加工效率兩個原則。（2）旋轉體類零件。常用數(shù)控車床或磨床加工。①考慮加工效率：在車床上加工時，通常加工余量大，必須合理安排粗加工路線，以提高加工效

5、率。 ②考慮刀尖強度：數(shù)控車床上常用到低強度刀具加工細小凹槽。采用斜向進刀，不宜崩刃。（3）平面輪廓零件。常用數(shù)控銑床加工。應注意：①切入與切出方向控制：徑向切入，工件表面留有凹坑；切向切入、切出，工件表面光滑。②一次逼近方法選擇：只具有直線和圓弧插補功能的數(shù)控機床在加工不規(guī)則曲線輪廓時，需要用微小直線段或圓弧段去逼近被加工輪廓，逼近時，應該使工件誤差在合格范圍同時程序段的數(shù)量少為佳。 2.3 對零件圖紙進行數(shù)控加工工藝性分析 （1）尺寸標注應符合數(shù)控加工的特點。在數(shù)控編程中，所有點、線、面的尺寸和位置都是以編程原點為基準的。零件圖樣上最好直接給出坐標尺寸，或盡量以同一基準引注尺寸。（2）

6、零件圖的完整性與正確性分析。在編程時，編程人員必須充分掌握構成零件輪廓的幾何要素參數(shù)及各幾何要素間的關系。（3）零件技術要求分析。零件的技術要求主要指尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度及熱處理等，這些要求在保證零件使用性能的前提下，應經(jīng)濟合理。（4）零件材料分析。在滿足零件功能的前提下，應選用廉價、切削性能好的材料；材料選擇應立足國內，不要輕易選擇貴重或緊缺的材料。（5）定位基準選擇。在數(shù)控加工中，加工工序往往較集中，以同一基準定位十分重要,有時需要設置輔助基準,特別是正、反兩面都采用數(shù)控加工的零件，其工藝基準的統(tǒng)一是十分必要的。 2.4 數(shù)控加工工藝路線的設計 根據(jù)數(shù)控加工的特點，

7、數(shù)控加工工序的劃分一般可按下列方法進行：（1）以一次安裝、加工作為一道工序。這種方法適合于加工內容較少的零件，加工完后就能達到待檢狀態(tài)。（2）以同一把刀具加工的內容劃分工序。但程序不宜太長，一道工序的內容也不宜太多（3以加工部位劃分工序。（4）以粗、精加工劃分工序。一般來說，凡要進行粗、精加工的過程，都要將工序分開。 3.平面槽形凸輪零件的加工工藝分析 目前，凸輪機構已成為許多高速、高效、高精度自動機、半自動機和自動生產線中不可缺少的關鍵部件，作為凸輪機構中的主要零件——凸輪的加工精度就顯得尤為重要，如何加工出符合精度要求的凸輪下面以一批平面槽形凸輪（如圖 1 所示）的加工為例予以介紹。

8、 3.1 零件圖工藝分析 圖1為平面槽形凸輪零件,其零件毛坯為正方體,既要加工外部輪廓尺寸,又要完成槽和孔的加工。零件材料為HT200 ,其數(shù)控銑削加工工藝分析如下。凸輪槽形內外輪廓由直線和圓弧組成,幾何元素之間關系描述清楚完整,凸輪槽側面與Φ20、Φ12兩個內孔表面粗糙度要求較高, Ra 為116μm。凸輪槽內外輪廓面和Φ20 孔與底面有垂直度要求。零件材料為HT200 ,切削加工性能較好。 根據(jù)上述分析, 凸輪槽內外輪廓及Φ20、Φ12 兩個孔的加工應分粗、精加工兩個階段行,以滿足表面粗糙度的要求。同時應以底面A 定位,提高裝夾剛度,以滿足垂直度要求。 圖1 平面槽形凸輪零

9、件圖 3.2 確定裝夾方案 根據(jù)零件結構特點,加工Φ20、Φ12兩個孔時,以底面定位(必要時可設工藝孔) ,采用螺壓板機構夾緊。加工凸輪槽內外輪廓時,采用“一面兩孔”方式定位,即以底面A 和Φ20、Φ12 兩個孔為定位基準,裝夾示意圖如圖2 所示。 1. 開口墊圈2. 帶螺紋圓柱銷3. 壓緊螺母 4. 帶螺紋削邊銷5. 墊圈6. 工件7. 墊塊 圖2 　凸輪槽加工裝夾示意圖 3.3 確定加工順序及走刀路線 加工順序的擬定按照基面先行、先粗后精的原則確定。因此應先加工用作定位基準的Φ20、Φ12 兩個孔,然后再加工凸輪槽內外輪廓表面。為了保證加工精度, 粗、精加工應分開, 其中

10、Φ20、Φ12兩個孔的加工采用鉆孔→粗鉸→精鉸方案。走刀路線包括平面進給和深度進給兩部分。平面進給時,外凸輪廓從切線方向切入,內凹輪廓從過渡圓弧切入。為使凸輪槽表面具有較好的表面質量,采用順銑方式銑削。深度進給有兩種方法:一種是在XZ 平面(或XZ 平面) 來回銑削,逐漸進刀到既定深度;另一種方法是先打一個工藝孔,然后從工藝孔進刀到既定深度。 表1 平面槽形凸輪數(shù)控加工刀具卡片 產品名稱或代號 數(shù)控銑削工藝分析實例 零件名稱 平面槽形凸輪 零件圖號 ○0001 序號 刀具號 刀 具 加工表面 備注 規(guī)格名稱 數(shù)量 刀長（㎜） 1 T01 Φ5㎜中心鉆

11、 1 鉆Φ5㎜中心孔 2 T02 Φ19.6㎜鉆頭 1 45 Φ20㎜孔粗加工 3 T03 Φ11.6㎜鉆頭 1 30 Φ12㎜孔粗加工 4 T04 Φ20㎜鉸刀 1 45 Φ20㎜孔精加工 5 T05 Φ12㎜鉸刀 1 30 Φ12㎜孔精加工 6 T06 90倒角銑刀 1 Φ20㎜孔倒角1.5㎜45 7 T07 Φ6㎜高速鋼銑刀 1 20 粗加工凸輪槽內外輪廓 底圓角R0.5 8 T08 Φ6㎜硬質合金銑刀 1 20 精加工凸輪槽內外輪廓 編制 審核 批準

12、 2010年3月12日 共1頁 第1頁 3.4 刀具的選擇 根據(jù)零件的結構特點,銑削凸輪槽內、外輪廓時,銑刀直徑受槽寬限制,取為6mm。粗加工選用<6mm高速鋼立銑刀,精加工選用<6mm 硬質合金立銑刀。所選刀具及其加工表面見表1 (平面槽形凸輪數(shù)控加工刀具卡片) 。 3.5 切削用量的選擇 凸輪槽內、外輪廓精加工時留0101mm 銑削余量,精鉸Φ20、Φ12 兩個孔時留0. 1mm 鉸削余量。選擇主軸轉速與進給速度時,先查切削用量手冊,確定切削速度與每齒進給量,然后計算主軸轉速與進給速度。 3.6 填寫數(shù)控加工工序卡片 將各工步的加工內容、所用刀具和切削用量填入表2 (平

13、面槽形凸輪數(shù)控加工工序卡片)。 表2 平面槽形凸輪數(shù)控加工工序卡片 單位 名稱 西安慶華民爆公司 產品名稱或代號 零件名稱 零件圖號 數(shù)控銑削工藝分析實例 卡子 ○0001 工序號 程序編號 夾具名稱 使用設備 車間 001 ○001 螺旋壓板 XK5025/4 數(shù)控中心 工步號 工步內容 刀具號 刀具規(guī)格（㎜） 主軸轉速（r/min） 進給速度 （㎜/min） 背吃刀量 （㎜） 備注 1 A面定位鉆Φ5㎜中心孔（2處） T01 Φ5 750 手動 2 鉆Φ19.6㎜孔 T02 Φ19.6 400 4

14、0 自動 3 鉆Φ11.6㎜孔 T03 Φ11.6 400 40 自動 4 鉸Φ20㎜孔 T04 Φ20 130 20 0.2 自動 5 鉸Φ12㎜孔 T05 Φ12 130 20 0.2 自動 6 Φ20㎜孔倒角1.5㎜45 T06 90 400 20 自動 7 一面兩孔定位粗細凸輪槽內輪廓 T07 Φ 1000 40 4 自動 8 粗銑凸輪槽外輪廓 T07 Φ6 1000 40 4 自動 9 精銑凸輪槽外輪廓 T08 Φ6 1500 20 14 自動 10 翻面裝夾

15、，銑Φ20㎜孔另一側倒角 T06 90 400 20 手動 編制 審核 批準 2010年3月1日 共1頁 第1頁 4 平面槽形凸輪零件的數(shù)控程序代碼 薄壁零件的數(shù)控加工工藝卡片制好后,就可編寫零件的數(shù)控加工程序?？准庸げ捎檬止ぞ幊?事先要加工好,進行“一面兩孔”方式的定位。這里僅討論凸輪槽加工。凸輪槽加工首先利用CAXA 制造工程師軟件CAD 功能完成平面槽形凸輪零件的造型(見圖3) ,確定出零件毛坯(見圖4) ,然后利用軟件的CAM功能生成刀具路徑,通過后置處理后得到數(shù)控加工程序。毛坯是用來選擇刀具、確定切削用量和計算粗加工刀具軌跡的重要依據(jù)。選擇等

16、高線粗加工方式,經(jīng)過一些參數(shù)設置,得到零件的粗加工刀具軌跡,如圖5 所示。CAM 軟件可以對零件進行路徑模擬仿真加工,驗證刀位數(shù)據(jù)的正確性,確保刀具各部位和零件不發(fā)生干涉、刀具與夾具附件不發(fā)生碰撞,從而保證了產品質量和操作安全。最后通過后置處理,生成零件的NC 程序代碼(見圖6) 。 圖3 　凸輪外輪廓毛坯 圖4 外輪廓粗加工刀具路徑 圖5 　凸輪槽的模擬仿真加工 圖6 　粗加工G代碼文件 通過CAXA 軟件的CAM 功能可以驗證刀位數(shù)據(jù),確保刀具路徑的正確之外,還可以把NC 代碼加載到VNUC 數(shù)

17、控加工仿真軟件里,進行虛擬仿真加工(圖7) ,最后把NC 程序代碼通過工廠的局網(wǎng)送到車間進行實際加工,將虛擬的機床運動與實際的數(shù)控操作融為一體。 圖7 在VNUC 數(shù)控加工仿真軟件里的仿真加工 CAM軟件生成零件的外輪廓加工的部分NC 代碼: (粗加工. cut ,2008. 11. 4 ,16 :7 :18. 734) N10G90G54G00Z100. 000 N12S1000M03 N14X0. 000Y0. 000Z100. 000 N16X- 60. 000Y- 64. 500 N18Z28. 000 ? ? ? ? N196G02X- 40. 002Y-

18、 45. 848I36. 923J32. 240 N198G01X- 35. 920Y- 42. 960 N200G02X- 44. 011Y- 17. 521I35. 950J25. 440 N202G02X- 0. 044Y26. 520I44. 041J - 0. 000 N204G02X33. 192Y11. 458I0. 073J - 44. 041 ? ? ? ? N254G02X- 0. 019Y11. 520I29. 040J - 0. 000 N256G02X21. 897Y1. 588I0. 048J - 29. 041 N258G01X21. 911Y1.

19、 572 ? ? ? ? N260G02X14. 088Y- 42. 883I - 21. 907J - 19. 061 N262G02X- 21. 843Y- 36. 624I - 14. 105J25. 288 N1192G03X18. 579Y- 34. 194I20. 887J13. 966 ? ? ? ? N1200G01Z15. 000 N1202G00Z100. 000 N1204X0. 000Y0. 000 N1206M05 N1208M30 5 結語 該凸輪零件加工過程中，涉及了坯料的選擇、加工順序的確定、機床選用、裝夾方式的選擇、刀具選用、走刀路線安

20、排、切削參數(shù)的設定等工藝內容。工藝設計的好壞直接影響到加工的尺寸精度和表面粗糙度、加工時間的長短、材料和人工的耗費，甚至直接影響到加工的安全性。數(shù)控加工工藝分析與處理數(shù)控編程是前提和依據(jù)，沒有符合實際的科學合理的數(shù)控加工工藝，就不可能有真正可行的數(shù)控加工程序。 試驗結果表明:平面槽形凸輪零件采用最佳的切削工藝并利用CAM功能生成加工代碼后,不但能使整體加工效率提高5倍,還能獲得較高的加工精度和較好的表面完整性,節(jié)省制造資源,達到了理想的加工效果。 參考文獻： [1 ]張伯霖. 高速切削技術及應用[M] . 機械工業(yè)出版社,2002. [2 ]陳明,劉鋼,等. CAXA 制造工程師———數(shù)控加工[M] . 北京航空航天大學出版社,2006. 1 :373 - 393. [3 ]張彥博. 凸輪輪廓的數(shù)控加工[J ] . 工具技術,2006 (10) :59 - 61. [4 ]楊偉群. 數(shù)控工藝培訓教程(數(shù)控銑部分) [M] . 清華大學 出版社,2005 ,178 - 179. [5 ]王亞輝,任艷菲. 薄壁鋁合金高速銑削工藝尋優(yōu)及模擬仿[J ].機床與液壓,2008 (5) :343 - 346. [6 ]侯勇強,馬雪峰. 數(shù)控編程與加工技術[M] . 大連:大連理工大學出版社,2007 ,75 - 90. 12