數(shù)控原理與應(yīng)用課程設(shè)計平面槽形凸輪零件的數(shù)控加工

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1、 數(shù)控原理與應(yīng)用課程設(shè)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(shè)計制造及其自動化專業(yè) 學(xué) 校： 班 級： 姓 名： 學(xué)號： 指導(dǎo)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(shè)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(jié)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(guān)鍵詞:凸輪;加工工藝;數(shù)控加工 1 引言 凸輪機構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)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(gòu)的制造包含眾多內(nèi)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(zhì)量和生產(chǎn)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(nèi)容比普通機加工的工序內(nèi)容復(fù)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(fù)雜。（2）數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容：①選擇適合在數(shù)控上加工的零件，確定工序內(nèi)容。②分析加工零件的圖紙，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求，確定加工方案，制定數(shù)控加工路線。③調(diào)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(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(gòu)成零件輪廓的幾何要素參數(shù)及各幾何要素間的關(guān)系。（3）零件技術(shù)要求分析。零件的技術(shù)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(yīng)經(jīng)濟合理。（4）零件材料分析。在滿足零件功能的前提下，應(yīng)選用廉價、切削性能好的材料；材料選擇應(yīng)立足國內(nèi)，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(shè)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(shè)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(nèi)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(nèi)容劃分工序。但程序不宜太長，一道工序的內(nèi)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(gòu)已成為許多高速、高效、高精度自動機、半自動機和自動生產(chǎn)線中不可缺少的關(guān)鍵部件，作為凸輪機構(gòu)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(nèi)外輪廓由直線和圓弧組成,幾何元素之間關(guān)系描述清楚完整,凸輪槽側(cè)面與Φ20、Φ12兩個內(nèi)孔表面粗糙度要求較高, Ra 為116μm。凸輪槽內(nèi)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(nèi)外輪廓及Φ20、Φ12 兩個孔的加工應(yīng)分粗、精加工兩個階段行,以滿足表面粗糙度的要求。同時應(yīng)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(jié)構(gòu)特點,加工Φ20、Φ12兩個孔時,以底面定位(必要時可設(shè)工藝孔) ,采用螺壓板機構(gòu)夾緊。加工凸輪槽內(nèi)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(yīng)先加工用作定位基準的Φ20、Φ12 兩個孔,然后再加工凸輪槽內(nèi)外輪廓表面。為了保證加工精度, 粗、精加工應(yīng)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(nèi)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(zhì)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(chǎn)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(nèi)外輪廓 底圓角R0.5 8 T08 Φ6㎜硬質(zhì)合金銑刀 1 20 精加工凸輪槽內(nèi)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(jié)構(gòu)特點,銑削凸輪槽內(nèi)、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(zhì)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(nèi)、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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)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(chǎn)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(shè)備 車間 001 ○001 螺旋壓板 XK5025/4 數(shù)控中心 工步號 工步內(nèi)容 刀具號 刀具規(guī)格（㎜） 主軸轉(zhuǎn)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(nèi)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(cè)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(shè)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(chǎn)品質(zhì)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(jié)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(shè)定等工藝內(nèi)容。工藝設(shè)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(xué)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(jié)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(shù)及應(yīng)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(xué)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(shù),2006 (10) :59 - 61. [4 ]楊偉群. 數(shù)控工藝培訓(xùn)教程(數(shù)控銑部分) [M] . 清華大學(xué) 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(shù)[M] . 大連:大連理工大學(xué)出版社,2007 ,75 - 90. 12