[精品論文]凸槽論文 磨齒機圓柱凸輪數(shù)控加工工藝研究及程序設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計課程定做 QQ1714879127 題 目 磨齒機圓柱凸輪數(shù)控加工工藝研究及程序設(shè)計 目 錄摘要1Abstract2第一章 緒 論31.1寬槽圓柱凸輪的特點31.2課題來源41.3課題研究意義41.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀51.4.1國內(nèi)的研究現(xiàn)狀51.4.2國際的研究現(xiàn)狀61.4.3本課題研究內(nèi)容6第二章 UG三維構(gòu)圖72.1凸輪槽的生成方法72.2其余實體的生成8第三章 磨齒機圓柱凸輪機械加工工藝過程93.1工裝的設(shè)計93.2機床的選擇9第四章 傳統(tǒng)加工工藝方案114.1零件圖分析114.2鍵槽的加工方法124.2.1拉削加工：124.2.2插削加工134.2.3數(shù)控線切割加工14第五章 數(shù)控加工工藝165.1寬槽圓柱凸輪的非等徑銑削165.2數(shù)控加工工藝分析165.2.1寬槽圓柱凸輪的數(shù)控加工特點165.2.2刀具和切削參數(shù)的選擇165.2.3數(shù)控銑削定位加緊方案175.3數(shù)控銑削Y坐標補償分析175.4數(shù)控加工工序卡185.5刀位軌跡的計算和程序編制205.5.1刀位軌跡的計算205.5.2程序框圖225.5.3程序設(shè)計24第六章 結(jié)論與展望276.1本次設(shè)計結(jié)論276.2凸輪發(fā)展方向27致謝28參考文獻（References）：29畢業(yè)設(shè)計課程定做 QQ1714879127磨齒機圓柱凸輪數(shù)控加工工藝研究及程序設(shè)計專 業(yè)：機械設(shè)計制造及自動化 學 號：5901104189學生姓名：張 義 指導教師：羅 麗 萍摘要 本課題是采四軸聯(lián)動數(shù)控加工中心銑削寬槽圓柱凸輪的過程研究，圓柱凸輪槽是按一定規(guī)律環(huán)繞在圓柱面上的等寬槽，當要加工的圓柱凸輪的槽寬尺寸較大時，很難找到直徑與槽寬相等的標準刀具以及機床主軸輸出功率、工裝夾具剛度的限制，特別是機床主軸結(jié)構(gòu)對刀具的限制。通過分析磨齒機圓柱凸輪的數(shù)控加工的特點，制定了磨齒機圓柱凸輪數(shù)控加工工藝，建立了磨齒機圓柱凸輪數(shù)控加工計算模型，并設(shè)計出了磨齒機圓柱凸輪槽通用數(shù)控加工程序。改程序簡練實用，通用性強，對于不同尺寸的磨齒機圓柱凸輪槽或是使用不同尺寸的刀具，只需輸入不同參數(shù)便可調(diào)用，實現(xiàn)了磨齒機圓柱凸輪數(shù)控加工工序完全參數(shù)化設(shè)計，采用此程序加工凸輪槽符合使用要求，凸輪槽與圓錐滾子從動件配合良好運動平穩(wěn)，無卡殼現(xiàn)象，達到了設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：磨齒機 圓柱凸輪 數(shù)控加工 數(shù)控程序 Cam CNC cylindrical grinding machine processing technology research and program designAbstractThis issue is linked NC-4-axis milling center of the process of wide groove, cylindrical cam shafts is surrounded by some of the cylindrical surface width of the trough, when the processing of the cylinder to the trough larger cam, it is Diameter and difficult to find the same trough as well as the standard machine tool spindle power output, the fixture stiffness of the restrictions, in particular machine tool spindle structure of the restrictions. Cam cylindrical grinding machine through the analysis of the characteristics of the NC, developed a cylindrical grinding machine Cam NC process, the establishment of a cylindrical grinding machine Cam NC model and design of the cylindrical grinding machine cam shafts GM NC procedures. To process concise and practical, high universality, for different sizes of the cylindrical grinding machine cam shafts or use different sizes of knives, simply enter a different parameters can be called, has Cam CNC cylindrical grinding machine processing of all parameters Design, use of this process cam shafts with the use of processing requirements, cam shafts and tapered roller follower with good movement smooth, non-Kake phenomenon, to design requirements.Key words:gear grinding machine;column cam; numerical control processing; Numerical control procedure第一章 緒 論1.1寬槽圓柱凸輪的特點圓柱凸輪槽一般是按一定規(guī)律環(huán)繞在圓柱面上的等寬槽。其規(guī)律一般是由直線和圓弧組成，由磨齒機圓柱凸輪槽展開圖及槽型可知環(huán)繞在圓柱面上的凸輪槽若采用成型刀則可直接按柱面曲線進行編程，然而磨齒機圓柱凸輪槽是等腰梯形截面尺寸較大，屬于大圓錐滾子從動件寬槽圓柱凸輪的數(shù)控加工，難于采用成型刀，對圓柱凸輪槽的數(shù)控銑削加工必須滿足以下要求:1. 圓柱凸輪槽的工作面即兩個側(cè)面的法截面線必須嚴格平行；2. 圓柱凸輪槽在工作段必須等寬。這是保證滾子在圓柱凸輪槽中平穩(wěn)運動的必要條件。據(jù)現(xiàn)有資料介紹,目前圓柱凸輪的銑削加工都是用這種辦法來實現(xiàn)。由于這種方法有太多的局限性,給實際銑削加工帶來許多困難。對于槽寬尺寸較大的圓柱凸輪槽,很難找到直徑與槽寬相等的標準刀具。即使有相應的刀具,還要考慮機床主軸輸出功率及主軸和工裝夾具剛度的限制,特別是機床主軸結(jié)構(gòu)對刀具的限制。所以應用普通立銑刀進行加工寬槽凸輪理論是可行的。如圖11所示。圖11：圓柱凸輪三維圖凸輪的應用很廣泛，凸輪在機械中是主要作用是可以產(chǎn)生從動件隨需要的運動規(guī)律，圓柱凸輪是自動控制機構(gòu)廣泛應用的重要機械元件。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的快速發(fā)展和社會對產(chǎn)品多樣化需求進一步增長,傳統(tǒng)生產(chǎn)模式發(fā)生了很大變化,突出表現(xiàn)在機床和夾具兩個方面。1.2課題來源本課題來源于生產(chǎn)實踐，該凸輪為俄羅斯進口的584M磨齒機上，該凸輪的重要作用是用于帶動圓錐滾子從動件控制磨齒機的磨頭進退刀動作。傳統(tǒng)的設(shè)計和加工方法通常采用手工描點、擬合輪廓、銑床粗銑及手工精銼等方法,因此制造周期長、勞動強度大、零件精度低,生產(chǎn)效率低，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。如果使用參數(shù)化設(shè)計軟件和數(shù)控加工來設(shè)計和制造圓柱凸輪就能避免以上弊端。而參數(shù)化設(shè)計和數(shù)控加工的關(guān)鍵在于如何將凸輪從動件的運動規(guī)律轉(zhuǎn)換為凸輪輪廓,再將凸輪輪廓轉(zhuǎn)換成基準圖形并產(chǎn)生實體。本文通過對磨齒機圓柱凸輪數(shù)控加工方法的應用研究，探究大圓錐滾子從動件寬槽圓柱凸輪采用普通刀具數(shù)控加工方法并由此開發(fā)出磨齒機圓柱凸輪槽一般加工程序。1.3課題研究意義本文是在以往傳統(tǒng)加工圓柱凸輪方法的改進，以往實用的加工方法是采用手工描點、擬合輪廓、銑床粗銑及手工精銼等方法,所以存在很多缺點，目前采用的方法是利用數(shù)控加工中心采用普通平底銑刀行切寬槽圓柱凸輪，在機械行業(yè)的設(shè)計中經(jīng)常遇到形狀相似，但尺寸并不完全相同的零件，如系列化的產(chǎn)品零件、常用的標準件等。對于這些零件的二維設(shè)計，目前已經(jīng)比較成熟。但隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的設(shè)計與制造有了新的發(fā)展，即從三維到二維的設(shè)計步驟，也就是首先要建立三維模型，然后自動生成二維的工程圖紙，或者利用三維零件模型直接生成數(shù)控代碼，實現(xiàn)無圖紙加工，節(jié)約時間和成本。因此零件三維參數(shù)化模型的建立，就顯得尤為重要，它將使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計的系列化成為可能，并極大地縮短了結(jié)構(gòu)設(shè)計周期，減少了由于零件的尺寸變化帶給工程師的工作量。圓柱凸輪是指是將有特定規(guī)律的曲線纏繞在圓柱表面上，按該曲線的軌跡加工出的零件，由此我們可以看出利用UG軟件可以很好的構(gòu)建三維零件模型，可以方便我們觀察凸輪的各個部位，而且熟悉UG的技術(shù)人員很快就可以掌握此項技術(shù)。利用UG的實體造型功能建立三維零件樣板和通過設(shè)置合理的設(shè)計參數(shù)利用表驅(qū)動技術(shù)來建立零件的三維參數(shù)化模型，方法簡單，便于操作，是一種非常實用的三維參數(shù)化設(shè)計方法。1.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.4.1國內(nèi)的研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)的設(shè)計和加工方法通常采用手工描點、擬合輪廓、銑床粗銑及手工精銼等方法,因此制造周期長、勞動強度大、零件精度低,生產(chǎn)效率低，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。如果使用參數(shù)化設(shè)計軟件和數(shù)控加工來設(shè)計和制造圓柱凸輪就能避免以上弊端。而參數(shù)化設(shè)計和數(shù)控加工的關(guān)鍵在于如何將凸輪從動件的運動規(guī)律轉(zhuǎn)換為凸輪輪廓,再將凸輪輪廓轉(zhuǎn)換成基準圖形并產(chǎn)生實體。近10年來我國無論是在凸輪機構(gòu)的理論和應用研究，還是在凸輪機構(gòu)的產(chǎn)品開發(fā)和制造方面，都取得了很大的進步，就理論研究方面而言已達到了世界先進水平。在凸輪機構(gòu)制造方面與發(fā)達國家相比還有一定是差距。究其原因，一方面，我國的機械制造總體水平不高，缺乏精密的關(guān)鍵設(shè)備，自主研制和改造的設(shè)備其精度剛度和可靠性都比較差，在材質(zhì)、熱處理和工藝等方面還存在不少問題。另一方面，從研究單位到企業(yè)的制造方面所投入的財力和人力遠遠不足，也未引起有關(guān)部門的重視如果在這方面還不下大力氣，我國的凸輪機構(gòu)的研究水平還將長期落后世界先進水平。 凸輪機械運動學的理論研究已經(jīng)達到了較高的水平，為凸輪機構(gòu)設(shè)計奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。我國發(fā)表的凸輪機構(gòu)CAD/CAM方面的文獻較多，多為平板凸輪機構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng)，只能設(shè)計集中平面或空間凸輪機構(gòu)所能處理的從動件也只有簡單的幾種。參考文獻介紹了一個較完整的凸輪機構(gòu)，還介紹了一個凸輪機構(gòu)CAD/EXPERT系統(tǒng)。但迄今為止我國凸輪機構(gòu)CAD/CAM技術(shù)仍為得到廣泛的推廣應用，更為見到有商品化的軟件出現(xiàn)，另外由于軟件的開發(fā)更新速度慢，遠遠跟不上當今計算機軟、硬件的發(fā)展速度，使得現(xiàn)有凸輪機構(gòu)CAD/CAM軟件已大為落后，不能適應廣大設(shè)計人員的要求。凸輪機構(gòu)制造的關(guān)鍵是分度凸輪的加工。在國內(nèi)，對于弧面凸輪的加工開始的采用滾齒機改造獲其他機床改造后的凸輪專用加工機床進行加工，也有采用引進的無坐標聯(lián)動加工中心進行加工。陜西科技大學及西安鐘表機械廠和南通機床廠聯(lián)合研制成功了NT-XK5001型弧面分度凸輪專用數(shù)控立式銑床；山東工業(yè)大學及山東諸城鍛壓機械廠研制成功了計算機控制兩坐標聯(lián)動凸輪專用加工機床。之后弧面分度凸輪專用精密磨削裝置有陜西科技大學研制成功，使磨削后的凸輪輪廓精度高達0.002mm。設(shè)計與制造一體化的弧面分度凸輪機構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng)在某些單位已經(jīng)建立，有的已達到了使用要求。1.4.2國際的研究現(xiàn)狀目前,為了提高空間凸輪的加工精度,國內(nèi)外多采用數(shù)控加工的方法加工空間凸輪。采用數(shù)控機床加工凸輪解決了加工精度和生產(chǎn)效率等問題,然而,編制數(shù)控加工程序卻是個棘手問題。對于由簡單的直線與圓弧組成的凸輪輪廓曲線,可以由人工完成程序編制。但是,對于具有復雜輪廓曲線的凸輪,特別是空間凸輪,用手工逐段計算與編程,顯然十分繁雜,且容易出錯。隨著CAD/ CAM 系統(tǒng)的不斷完善與應用推廣,不僅減輕了人工編制數(shù)控加工程序的勞動強度,并且極大地提高了工作效率及加工精度。美、日等國的一些凸輪制造企業(yè)也開發(fā)了供本企業(yè)使用的凸輪機構(gòu) CAD/CAM 系統(tǒng)，凸輪機構(gòu) CAD/CAM 近期及以后的發(fā)展方向是開發(fā)通用有效的系統(tǒng)并引入專家系統(tǒng)或人工智能型 CAD/CAM 系統(tǒng)?，F(xiàn)在的用戶一般都采用 Windows 操作系統(tǒng)，這樣一來，使用很不方便。因此，我們應用人工智能原理和專家系統(tǒng)知識，開發(fā)了盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)，利用專家推薦及人機交互的方式引導用戶完成盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計。1.4.3本課題研究內(nèi)容本課題是利用普通刀具采用行切法加工，只要層深足夠小，就可以利用層寬逐漸減小形成兩側(cè)錐面進行切削加工。本文采用的加工方法能夠很好的保證圓柱凸輪槽所有法向截面是全等的等腰梯形，從而使圓柱凸輪槽與圓錐滾子從動件配合良好，運動平穩(wěn)，無卡殼現(xiàn)象。具體內(nèi)容如下：1.要研究不能用成型車刀直接加工的較寬凸輪槽，如何用普通車刀進行加工，以及用普通車刀加工的同時凸輪槽兩側(cè)面刀路軌跡的計算方法。2.考察手工編程加工寬槽凸輪;通過對各個數(shù)控加工程序段編程進給速度的修正,使得刀具的實際進給速度為恒速,明顯改善了凸輪槽的工作表面粗糙度。3.考察學生用三維CAD軟件對零件進行幾何構(gòu)建，根據(jù)零件的特點選用數(shù)控機床進行工藝研究與程序設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上用普通標準刀具完成磨齒機圓柱凸輪的數(shù)控加工。第二章 UG三維構(gòu)圖2.1凸輪槽的生成方法 第一步：首先在草圖中做出130圓和凸輪槽中心線展開圖，如圖21所示：第二步：在對130圓進行拉伸操作，使達到要求實體高度。 圖21 凸輪槽中心曲線第三步：在表達式對話框中建立如下圓的表達式r=160; t=0; xt=r*sin(t*360); yt=r*cos(t*360);如圖22所示：圖22 表達式建立第四步：通過規(guī)律曲線中“根據(jù)方程”選擇上一步建立的圓的方程控制X、Y坐標，有“根據(jù)規(guī)律曲線”控制Z坐標使凸輪槽中心曲線環(huán)繞在第二步拉伸出的圓柱面上，如圖23所示：圖23 環(huán)繞曲線操作第五步：在草圖中建立凸輪槽截面曲線，進行掃掠操作，這時會發(fā)現(xiàn)掃掠出來的凸輪槽并不是理想的凸輪槽，掃掠結(jié)果出現(xiàn)了錐面，原因是因為只能進行簡單的掃掠功能，要像得到理想的凸輪槽需要用曲面中已掃掠來實現(xiàn)，如圖24所示。選擇意環(huán)繞在圓柱面上的曲線，連續(xù)單擊確定兩次，選擇“固定的”順序進行下去即可。圖242.2其余實體的生成其余實體的生成按照簡單實體操作命令即可完成，這里不再敘述。毛坯圖的構(gòu)建和此類似。第三章 磨齒機圓柱凸輪機械加工工藝過程3.1工裝的設(shè)計因圓柱凸輪槽是環(huán)繞在圓柱面上的等寬槽，所以加工時定位加緊適合采用帶有鍵槽的心軸，工裝圖見圖31。圖31 工裝3.2機床的選擇由于本次加工在工程訓練中心，故機床的選擇為工程訓練中心現(xiàn)有設(shè)備，毛坯為自由鍛件，設(shè)備選擇空氣錘C4175B，外圓及端面車削加工選擇CA6136普通車床，由于凸輪軸孔需要磨削達到要求加工精度，選擇萬能磨床M1432B100，鍵槽采用線切割加工（詳見第四章），采用數(shù)控線切割加工機床DK7740，凸輪槽的銑削加工采用四軸聯(lián)動的立式加工中心VB610進行銑削加工。本次磨齒機圓柱凸輪的加工分為十個工序。機械加工工藝過程卡如下表：檢驗D1D2D2D3D3D3D4D4車間材 料南昌大學工程訓練中心100908070605040302010工序號檢銑線切割磨車熱處理車鍛工序名稱入庫檢驗銑凸輪槽線切割鍵槽至圖紙要求精磨凸輪軸孔至圖紙精度。1. 精車左端兩端面及135和320外圓和345倒角至圖紙要求。2. 車左端小端面凹槽和車R15圓角至圖紙要求。3. 精鏜92軸孔至94.5，以及245孔口倒角。4. 調(diào)頭精車右端兩端面及135外圓和345、245倒角至圖紙要求。5. 車右端小端面凹槽和車R15圓角至圖紙要求。調(diào)制處理1. 粗車右端兩端面及135外圓。2. 調(diào)頭粗車左端兩端面及135和320外圓。3. 粗鏜60凸輪軸孔至92。自由鍛下料加工內(nèi)容40Cr機械加工過程卡第 1 頁 共 1 頁材料外形端面車刀、外圓車刀、鏜刀專用工具鍛件產(chǎn)品名稱產(chǎn)品代號16平底銑刀R8球頭刀游標卡尺三爪卡盤游標卡尺標準工具每臺數(shù)量磨 齒 機游標卡尺立式加工中心VB610數(shù)控線切割機床DK7740車床CA-6136空氣錘C4175B設(shè)備1零件號輔助定額工時每批數(shù)量機動重要工序重要工序備注第四章 傳統(tǒng)加工工藝方案4.1零件圖分析圖41：磨齒機圓柱凸輪零件圖研究零件圖的設(shè)計合理性、分析加工工藝性、為提高和改進產(chǎn)品質(zhì)量打下基礎(chǔ)。圖41所示為槽型凸輪零件圖，該零件圖及凸輪槽中心曲線展開圖能夠反應出該圓柱凸輪的全部信息。在加工之前毛坯為自由鍛件（毛坯尺寸見圖42）。讀零件圖是通過對零件圖進行分析和綜合的過程，圖中展開曲線為凸輪槽外圓柱面中心線，數(shù)控銑削加工時首先按照該展開曲線進行開坯加工，凸輪槽粗糙度為1.6在數(shù)控精加工條件下即可達到要求。由于磨齒機為單件小批量生產(chǎn)，選擇毛坯為自由鍛件，同時鍛造出凸輪軸孔，所以凸輪軸孔不會留有沖孔連皮，加工凸輪軸孔時選擇鏜削加工。對磨齒機圓柱凸輪零件圖的分析可知該凸輪在磨齒機中的作用。圓柱凸輪槽寬尺寸較大，要求材料為40Cr,凸輪槽和滾子配合旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生相對運動，要求凸輪槽耐磨性要好，故要對凸輪槽進行調(diào)制處理。于圓柱凸輪槽是纏繞在圓柱面上的等寬槽，且磨齒機加工精度要求較高，故凸輪槽和滾子的運動要平穩(wěn)，本次加工采用帶鍵槽的心軸定位夾緊，同時采用帶有回轉(zhuǎn)軸的立式數(shù)控加工中心（VB610）進行銑削加工。圖42：毛坯圖4.2鍵槽的加工方法通過零件圖的分析研究可知鍵槽的加工精度對數(shù)控加工凸輪槽的精度影響較大，凸輪內(nèi)孔鍵槽的加工方法有拉削、插削、磨削、銑削、線切割加工。4.2.1拉削加工：拉削是用拉刀加工工件內(nèi)、外表面的方法。拉削在拉床上進行。 拉床分臥式和立式兩類，拉削時工作拉力較大，所以拉床一般采用液壓傳動。拉削孔時，工件一般不需夾緊，只以工件的端面支承。因此，預加工孔的軸線與端面之間應有一定的垂直度要求。如果垂直度誤差較大，則可將工件端面貼緊在一個球面墊圈上，利用球面自動定位。拉削加工的孔徑通常為10-100m，孔的長度與孔徑之比不宜超過3。預留孔不需要精確加工，鉆削或粗鏜后即可進行拉削。拉削的工藝特點 ：1.拉刀在一次行程中能切除加工表面的全部余量，故拉削加工的生產(chǎn)效率較高。2.拉刀制造精度高，切削部分有粗切和精切之分；校準部分又可對加工表面進行校正和修光，所以拉削加工精度較高，經(jīng)濟精度可達IT9-IT7， 表面粗糙度Ra值為1604m。3.拉床采用液壓傳動，故拉削過程平穩(wěn)。4.拉刀適應性差，一把拉刀只適于加工某一種尺寸和精度等級的一定形狀的加孔時容易變形，不宜采用拉削。5.拉刀結(jié)構(gòu)復雜，制造費用高，因此只有在大批量生產(chǎn)中才能顯示其經(jīng)濟、高效的特點。由此可知拉削加工能夠很好的達到凸輪軸孔鍵槽所要求的加工精度，但因為磨齒機圓柱凸輪為單件小批量生產(chǎn)，考慮加工成本，所以不適合拉削加工。4.2.2插削加工插削是在鉛垂方向進行切削的。在插床上可以插削孔內(nèi)鍵槽、方孔、多邊形孔和花鍵孔等。插削是用插刀對工件作垂直相對直線往復運動的切削加工方法。插削在插床上進行。插床的主運動是滑枕(插刀)的垂直直線往復運動。進給運動是上滑座和下滑座的水平縱向和橫向移動，以及圓工作臺的水平回轉(zhuǎn)運動，在插削內(nèi)空鍵槽時可選用與鍵槽寬度相同的插刀進行插削加工，如圖43所示。圖43：插鍵槽1）插刀插削的特點：插刀也屬單刃刀具，插刀的前面與后面位置對調(diào)，為了避免刀桿與工件已加工表面碰撞，其主切削刃偏離刀桿正面。插刀的幾何角度一般是：前角o=012，后角o=48。常用的尖刃插刀主要用于粗插或插多邊形孔，平刃插刀主要用于精插或插直角溝槽。裝夾工件并按劃線校正工件位置，然后根據(jù)工件孔的長度(鍵槽長度)和孔口位置，手動調(diào)整滑枕和插刀的行程長度和起點及終點位置，防止插刀在工作中沖撞工作臺而造成事故。鍵槽插削一般應分粗插及精插，以保證鍵槽的尺寸精度和鍵槽對工件軸線的對稱度要求。2）插削加工鍵槽的優(yōu)缺點：1.插床與插刀的結(jié)構(gòu)簡單，加工前的準備工作和操作也較方便，但與刨削一樣，插削時也存在沖擊和空行程損失，因此，主要用于單件、小批量生產(chǎn)。2.插削工作行程受刀桿剛性限制，槽長尺寸不宜過大。3.刀架沒有抬刀機構(gòu)，工作臺沒有讓刀機構(gòu)，因此插刀在回程時與工件相摩擦，工作條件較差。4.除鍵槽、型孔以外，插削還可以加工圓柱齒輪、凸輪等。5.插削的經(jīng)濟加工精度為IT9IT7，表面粗糙度Ra值為6316m。由此可看出插削加工即可達到精度和粗糙度要求，考慮到工程訓練中心的實際加工條件（無插床），所以本次加工沒有采用插床加工。4.2.3數(shù)控線切割加工1）數(shù)控電火花線切割加工原理：它是通過電極和工件之間脈沖放電時的電腐作用，對工件進行加工的一種工藝方法。數(shù)控電火花線切割加工的基本原理：利用移動的細金屬導線（銅絲或鉬絲）作為工具線電極（負電極），被切割的工件為工件電極（作為正電極），在加工中，線電極和工件之間加上脈沖電壓，并且工作液包住線電極，使兩者之間不斷產(chǎn)生火花放電，工件在數(shù)控系統(tǒng)控制下（工作臺）相對電極絲按預定的軌跡運動，從而使電極絲沿著所要求的切割路線進行電腐蝕，完成工件的加工。2）數(shù)控線切割加工的特點：1.可以加工難切削導電材料的加工。例如淬火鋼、硬質(zhì)合金等；2.可以加工微細異形孔、窄縫和復雜零件，可有效地節(jié)省貴重材料；3.工件幾乎不受切削力，適宜加工低剛度工件及細小零件；4.有利于加工精度的提高，便于實現(xiàn)加工過程中的自動化。5.依靠數(shù)控系統(tǒng)的間隙補償?shù)钠乒δ埽闺娀鸹ǔ尚螜C的粗、精電極一次編程加工完成，沖模加工的凹凸模間隙可以任意調(diào)節(jié)。3)數(shù)控線切割加工的用途數(shù)控線切割加工屬于高精度加工，適合加工帶孔工件，內(nèi)孔鍵槽，由于線切割機床加工精度高，成本隨之增加，所以適合單件小批量生產(chǎn)的零件加工，符合本工序的加工要求，且工程訓練中心有此條件，所以本次加工圓柱凸輪軸孔鍵槽采用數(shù)控線切割機床加工。由于鍵槽的加工精度對數(shù)控加工凸輪槽的精度影響較大，所以本次加工將本道工序作為重要工序來加工。4）線切割鍵槽加工程序如下：圖44：線切割插補圖數(shù)控線切割程序：O0012N01 G90； （絕對坐標編程）N02 T84 T86； （開啟冷卻液，開啟走絲）N03 G92 X0 Y0； （設(shè)定當前電極絲位置）N04 G00 X-11.9377 Y45； （絲半徑0.1mm）N05 G01 Y54.6；N06 X11.9377；N07 Y45；N08 G00 X0 Y0； （回原點）N 09 T85 T87； （關(guān)閉冷卻液，關(guān)閉走絲）N10 M02； （程序結(jié)束）%第五章 數(shù)控加工工藝5.1寬槽圓柱凸輪的非等徑銑削圓柱凸輪的關(guān)鍵加工工序是在圓柱上加工出所需的輪廓曲面,此類零件需要在具有旋轉(zhuǎn)軸的數(shù)控加工中心上完成。為了高效、高質(zhì)量地制造圓柱凸輪,有必要研究圓柱凸輪輪廓曲面的數(shù)控加工原理及編程方法。介紹在四軸立式加工中心上非等徑銑削該類圓柱凸輪輪廓曲面的數(shù)控加工(編程) 原理,以及適用于各種圓柱凸輪數(shù)控銑削加工計算方法。“非等徑法”是指銑刀直徑不等于滾子直徑,又稱為單側(cè)面銑削; 對于數(shù)控加工圓柱凸輪輪廓曲面的編程,通常的處理方法是將其展開在平面上,轉(zhuǎn)化為二維平面問題進行處理。但是由于圓柱凸輪輪廓曲面不是可展曲面,展開平面上的“實際廓線”與理論廓線(滾子中心運動軌跡曲線) 之間并不是等距的關(guān)系,即線之間不存在等距關(guān)系。對于圓柱凸輪,存在等距關(guān)系的是實際廓面與理論廓面(滾子中心運動軌跡曲面) ,即面之間存在等距關(guān)系。因此,采用“非等徑法”加工圓柱凸輪輪廓曲面時,這種轉(zhuǎn)化為平面問題后做等距線求解刀具中心軌跡曲線的方法。5.2數(shù)控加工工藝分析5.2.1寬槽圓柱凸輪的數(shù)控加工特點根據(jù)磨齒機圓柱凸輪槽是按展開圖給定的規(guī)律環(huán)繞在規(guī)定的圓柱面上這一特點，選用帶有回轉(zhuǎn)軸的立式加工中心，將圓柱凸輪槽展開，可以看成是在XOB坐標平面中開槽，因而可以使用小于槽寬的標準平底立銑刀進行加工，加工工藝過程為：開槽左右偏置拓寬凸輪槽粗加工凸輪槽兩側(cè)錐面精加工凸輪槽兩側(cè)錐面。采用分層行切法，只要層深足夠小，就可以利用層寬逐漸減小形成兩側(cè)錐面進行切削加工。5.2.2刀具和切削參數(shù)的選擇因為該圓柱凸輪槽為矩形槽和梯形槽組合，加工矩形槽時采用平底銑刀進行加工，由于梯形槽采用平底銑刀加工會出現(xiàn)微小臺階，時斜面粗糙度增大，故采用R8的球頭銑刀進行加工，切削用量由梯形槽的斜度要求計算出來(詳見刀路軌跡計算)，主軸轉(zhuǎn)速選擇800r/min,進給速度選擇100mm/min（在程序中由S功能字和F功能字給定）。5.2.3數(shù)控銑削定位加緊方案圓柱凸輪槽是環(huán)繞在圓柱面上的等寬槽，其加工時沿圓周表面銑削的范圍往往大于360，適于用帶有數(shù)控回轉(zhuǎn)臺的立式數(shù)控銑床進行加工。根據(jù)圓柱凸輪的實際結(jié)構(gòu)，選用帶鍵的心軸作凸輪加工時徑向和周向定位基準，以心軸的軸肩作軸向定位基準，并用心軸前端部的螺紋通過螺母壓緊圓柱凸輪。圓柱凸輪的軸向和徑向尺寸一般較大，為了克服由于懸臂加工時切削力所造成的心軸變形和加工過程中產(chǎn)生的振顫，使用一個支承于尾座上的、與數(shù)控轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)軸線同軸的頂尖頂住心軸中心孔作輔助支承。由圓柱凸輪零件圖可知，本次加工采用VB610立式加工中心進行加工，回轉(zhuǎn)軸為繞X軸旋轉(zhuǎn)的B軸，如圖51所示：圖51：定位夾緊方案采用帶有鍵槽的心軸定位夾緊，心軸通過三爪卡盤安裝在第四軸分度頭上，凸輪坯軸向通過軸肩定位，周向通過鍵定位，自由度的限制：根據(jù)六點定位原理軸肩（小端面）限制X向移動自由度，心軸限制Y、Z方向移動和繞Y、Z轉(zhuǎn)動四個自由度，鍵限制了繞X的旋轉(zhuǎn)自由度，由此可至工件屬于完全定位。端面才用螺母夾緊。5.3數(shù)控銑削Y坐標補償分析由于圓柱凸輪槽較寬，圓柱凸輪槽的底部在每一個截面上通常是等深的，圓柱凸輪銑削加工前通常是一個實心的圓柱體，要經(jīng)過開槽、粗加工、半精加工、精加工等工序；由于槽腔寬度較大，因此，除開槽工序及粗加工工序的一部分刀位軌跡可以沿槽腔的中心線生成之外，其余刀位軌跡則必須是沿槽腔中心線向左、右兩邊按相應的距離等距偏置生成，一般選用平底圓柱立銑刀進行圓柱凸輪槽的銑削加工，所以在切削時刀具的偏置軌跡的計算是凸輪槽加工精度的重要條件，數(shù)控銑削圓柱凸輪輪廓曲面時，CNC 系統(tǒng)控制的是第4軸（B軸）的角速度，在數(shù)控加工時Z軸在給定的切削深度后保持不變，X軸根據(jù)凸輪升程做自動調(diào)整，這時Y軸就需要有一定的補償量Y，這樣才能保證在刀具偏置加工時（對非凸輪槽中心線的加工）刀具軸線始終保證和加工凸輪槽中心線時的刀具軸線平行， 按圓柱展開面上的刀具中心軌跡曲線編程時， B 軸坐標值與圓柱凸輪沿圓周方向的位移在數(shù)值上相對應（ D ) ， B 軸速度分量也與圓柱凸輪沿圓周方向的線速度分量在數(shù)值上相對應( Vb Vy ) 。這樣加工圓柱凸輪輪廓曲面時能得到期望的、恒定的進給速度V 。5.4數(shù)控加工工序卡編 制4321序號銑凸輪槽至圖紙要求裝凸輪坯（定位夾緊）找正工裝在機床的位置，利用24圓棒裝在主軸桿上插在芯軸鍵槽內(nèi)使鍵槽朝上，此時令機床B=0(四軸)上工裝（軸向用軸肩定位，周向用鍵定位，用螺母夾緊）加 工 內(nèi) 容校 對會 簽批 準 描圖專用檢測棒工裝24圓棒工裝專用工具工 時 設(shè) 備 名 稱設(shè) 備 型 號同時加工件數(shù)每 臺 數(shù) 量工 序 名 稱工 序 號材料件 名零 件 號產(chǎn)品型號南昌大學工程訓練中心機械加工工序卡共1頁 第1頁機 動輔 助外 型型 號16平底銑刀R8球頭銑刀標準工具立式加工中心VB61011銑凸輪槽80鍛 件40Cr槽型凸輪5.5刀位軌跡的計算和程序編制5.5.1刀位軌跡的計算假如采用與槽型像是和的成型刀加工凸輪槽，情形比較簡單，只需根據(jù)圓柱凸輪槽中心柱面曲線展開圖S=f()依圓柱凸輪轉(zhuǎn)角Bi給出對應的Xi，此時Xi=0,也就是說按圓柱凸輪槽柱面中心曲線編程即可，而現(xiàn)在要用尺寸比圓柱凸輪槽寬小的標準平底立銑刀分層切削左右拓寬并隨層深增加寬度減小的方法加工，計算就相對復雜，然而，我們可以利用磨齒機圓柱凸輪槽中心柱面曲線為直線和圓弧的特點對其進行分段加工。如圖52是磨齒機圓柱凸輪槽柱面曲線展開圖圖52：磨齒機圓柱凸輪槽柱面曲線展開圖圖53：刀具起刀點采用普通平底立銑刀（這里采用16平底銑刀）加工的關(guān)鍵是計算出偏置加工的刀具軌跡，如圖七所示：為使問題清晰將圓柱凸輪槽柱面中心曲線展開圖分為oabcdefo各段，其中b,e分別為圓弧各過度段的拐點。計算的基本思路是在某一切削層，依圓柱凸輪轉(zhuǎn)角Bi求出偏置軌跡的坐標Xi、Yi、Zi。依次計算每一切削層。設(shè)第i切削層的Z坐標為Zi;切削層寬為wi刀具半徑為R,以左偏置大局軌跡為例計算如下：1）oa段，此段為直線段，凸輪槽法向截面與圓柱凸輪軸線方向平行，即使刀具左右偏置之后刀軸矢量也與刀具在中心時平行，所以； B=Bi (0BiBa)；Xi=X-(R+W2+W3+Wi)+R=X-(W2+W3+Wi)=X； Y=Yi=0； Z=Zi； 其中Wi=W-Zi（W/2-M/2）/H。2）ab段，此段為圓弧，凸輪槽法向截面與圓柱凸輪軸線不平行，為使刀具偏置后刀軸法向矢量仍好晚刀具在中心線事平行，必須仍然與圓柱凸輪中心柱面曲線為計算依據(jù)進行計算，基本思路是把每一切削層的X、Y、Z、B坐標與中心柱面曲線坐標聯(lián)系起來，因此： B=Bi=Ba+Bi= Ba+QiSIN()360/D； Xi=X+X=X-(W2+W3+Wi)+Q+W2+W3+Wi-(Q+W2+W3+Wi)COS； Y=Yi=（D/2）SIN =（D/2）SIN(W2+W3+Wi) SIN（）360/D； Z=Zi；其中Wi第i切削層寬；Qi第i切削層圓弧半徑；Q圓柱凸輪槽柱面中心曲線圓弧半徑；為Y所對應的圓柱凸輪轉(zhuǎn)角；從0以1遞增到, =arc sin(Bc-Ba) D/(3602Q)；當遞增時即可求出圓弧上個點的B、X、Y、Z坐標。3）bc段此段也為圓弧，計算方法和ab段類似：B=Bi=Bc- QiSIN()360/D； Xi=X+S-(W2+W3+Wi)- X； = X-(W2+W3+Wi)+S-(W2+W3+Wi)-Q-（W2+W3+Wi）- Q-( W 2+W3+Wi) COS = X-(W2+W3+Wi)+S+Q-Q-( W2+W3+Wi) COS；Y=Yi=-（D/2）SIN =-（D/2）SIN（W2+W3+Wi） SIN（）360/D； Z=Zi；其中為Bi所對應的圓柱凸輪轉(zhuǎn)角；從以1遞減的0；Qi為第i切削層所對應的圓弧半徑；Q圓柱凸輪槽柱面中心曲線圓弧半徑；遞減即可求出圓弧上個點的B、X、Y、Z坐標。4）cd段與oa段類似所以：B=Bi (BcBiBd)；Xi=X+S=X-（W2+W3+Wi）+S；Y=Yi=0；按照上述方法，可以列出de端,ef段，fo段的B、X、Y、Z坐標。令Zi下降一個深度，重新計算上訴各段，直到凸輪槽深，便可完成計算，右偏置刀具軌跡的計算方法與左偏置刀具軌跡的計算方法相同。5.5.2程序框圖5.5.3程序設(shè)計按照上述計算方法編程如下：主程序：%O0001G17G21G40G49G80； (初始化)M26； (初始化)G00G90G54G43Z100H01； (快速定位)X0Y0B0M03S800； （快速定位，主軸正轉(zhuǎn)）G65P0116A79.251B100.74886D320F100H29M39.85Q35R8S34U259.250V280.75W49.85X48 ； (調(diào)用宏程序)M30；% （程序結(jié)束）宏程序主體%O0116G00G90G54GZ100； （快速定位）M26； （松開第四軸）X0Y0B0； （快速定位）#26=0； （#26賦初值，第一層深度）#27=-#11+0.15； (凸輪槽深)#29=1； （增量）WHILE#26GE#27DO1； （當#26大于等于#27時繼續(xù)技工下一層） #28=ABS#26*#23/2-#13/2/11； （切削層寬度遞減量，Zi（W/2-M/2）/H）#20=#24-#23/2+#18+#28； （計算X）G00X#20Y-3*#18； （快速定位起刀點，切向進刀）G01Z10F1000；Z#26F300； （下刀）M25； （鎖緊第四軸）Y0F#9； （Y向進刀）M26； （松開第四軸）G01X#20B#1F#9； （加工到a點，#1為Ba點圓柱凸輪中心線展角）#10=360/3.14*#7； （單位展開長度對應的凸輪轉(zhuǎn)角，#7為圓柱凸輪直徑D）#4=#2-#1/#10； （ac兩點間的展開長度，#2為Bc點的展角）#5=ASIN#4/2*#17； （求角）#6=#17+#23/2-#18-#28； （ab段刀具軌跡圓弧半徑，#6=Qi）#8=2*#17-#6； （bc段刀具軌跡圓弧半徑，#8=2Q-Qi）#30=#6-#17； （ab段刀具軌跡到中心曲線的法向距離）#31=#17-#8； (bc段刀具軌跡到中心曲線的法向距離)#3=0； （加工ab段賦初值0）WHILE#3LT#5DO2； （當#3小于#5時循環(huán)繼續(xù)，加工ab段）G01X#20+#6-#6*COS#3Y#7/2*SIN#30*SIN#3*#10B#1+#17*SIN#3*#10； （加工加工ab段）#3=#3+#29； （賦初值）END2； （加工ab段結(jié)束）G01X#20+#6-#6*COS#5Y#7/2*SIN#30*SIN#5*#10B#1+#17*SIN#5*#10； （加工到b點）#12=#5； （加工bc段，賦初值=#5）WHILE#12GT0DO3； （當#12大于0 時循環(huán)繼續(xù)，加工bc段）G01X#20+#19-#8+#8*COS#12 (#20=X,#19=S)Y#7/2*SIN#31*SIN#12*#10 (Bi弧長所對應的Yi)B#2-#17*SIN#12*#10； （加工bc段）#12=#12-#29； （遞減）END3； （bc段結(jié)束）G01X#20+#19Y0B#2；B#21； （加工到d點，#21為Bd點展角）#14=0； （加工de段，賦初值）WHILE#14LT#5DO3； （當#14小于#5時循環(huán)繼續(xù)，加工de段）G01X#20+#19-#8+#8*COS#14Y-#7/2*SIN#31*SIN#14*#10B#21+#17*SIN#14*#10； （加工de段）#14=#14+#29； （遞增）END3； （de段結(jié)束）G01X#20+#19-#8+#8*COS#5Y-#7/2*SIN#31*SIN#5*#10B#21+#17*SIN#5*#10； （加工到e點）#15=#5； （加工ef段,賦初值）WHILE#15GT0DO3； （當#15大于0 時循環(huán)繼續(xù)加工ef段）G01X#20+#6-#6*COS#15Y-#7/2*SIN#30*SIN15*#10B#22-#17*SIN#15*#10； （加工ef段）#15=#15-#29； （遞減）END3； (ef段結(jié)束)G01X#20Y0B#22； （加工到f點）B365； （加工到B365位置，重疊5度）G00G90G54Z100； （提刀）B0； （回位，為下一層做準備）M01； （選擇停止）#26=#26-0.15； （Z向下降，凸輪槽深）END1； （一層加工結(jié)束）M99； （返回主程序）%各參數(shù)含義如下：B0：0點展角（）；Ba：a點展角（）；Bb：b點展角（）；Bc：c點展角（）；Bd：d點展角（）；Be：e點展角（）；Bf：f點展角（）；D：圓柱凸輪直徑（mm）；F：進給速度（mm/min）；H：梯形槽截面高度（mm）；M：梯形槽截面下底寬度（mm）；W梯形槽截面上底寬度（mm）；Q：圓柱凸輪槽中心展開曲線圓弧半徑（mm）；Qi：第i切削層刀具軌跡展開曲線半徑；R：刀具半徑（mm）；S：