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

1、數(shù)控原理與應用課程設(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 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(shè)計4.平面槽形凸輪零件的數(shù)控程序代碼3.1 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

2、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

3、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：數(shù)控加工的工序內(nèi)容比普通機加工的工序內(nèi)容復雜。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(nèi)容：選擇適合在數(shù)控上加工的零件，確定工序內(nèi)容。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。調(diào)整數(shù)控加工工序的程序。分配數(shù)控加工中的容差。處理數(shù)控機床上

4、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?？紤]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，以提高加工效率。 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：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。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

5、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）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

6、擇應立足國內(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，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

7、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。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20、12兩個內(nèi)孔表面粗糙度要求較高, ra 為116m。凸輪槽內(nèi)外輪廓面和20 孔與底面有垂直度要求。零件材料為

8、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20、12 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 平面槽形凸輪零件圖3.2 確定裝夾方案根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點,加工20、12兩個孔時,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20、12 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

9、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20、12 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、精加工應分開, 其中20、12兩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0

10、001序號刀具號刀 具加工表面?zhèn)渥⒁?guī)格名稱數(shù)量刀長（）1t015中心鉆1鉆5中心孔2t0219.6鉆頭14520孔粗加工3t0311.6鉆頭13012孔粗加工4t0420鉸刀14520孔精加工5t0512鉸刀13012孔精加工6t0690倒角銑刀120孔倒角1.5457t076高速鋼銑刀120粗加工凸輪槽內(nèi)外輪廓底圓角r0.58t086硬質(zhì)合金銑刀120精加工凸輪槽內(nèi)外輪廓編制審核批準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

11、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20、12 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001001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（

12、）主軸轉(zhuǎn)速（r/min）進給速度（/min）背吃刀量（）備注1a面定位鉆5中心孔（2處）t015750手動2鉆19.6孔t0219.640040自動3鉆11.6孔t0311.640040自動4鉸20孔t0420130200.2自動5鉸12孔t0512130200.2自動620孔倒角1.545t069040020自動7一面兩孔定位粗細凸輪槽內(nèi)輪廓t071000404自動8粗銑凸輪槽外輪廓t0761000404自動9精銑凸輪槽外輪廓t08615002014自動10翻面裝夾，銑20孔另一側(cè)倒角t069040020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

13、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。孔加工采用手工編程,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

14、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)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

15、. 734)n10g90g54g00z100. 000n12s1000m03n14x0. 000y0. 000z100. 000n16x- 60. 000y- 64. 500n18z28. 000 n196g02x- 40. 002y- 45. 848i36. 923j32. 240n198g01x- 35. 920y- 42. 960n200g02x- 44. 011y- 17. 521i35. 950j25. 440n202g02x- 0. 044y26. 520i44. 041j - 0. 000n204g02x33. 192y11. 458i0. 073j - 44. 041 n254

16、g02x- 0. 019y11. 520i29. 040j - 0. 000n256g02x21. 897y1. 588i0. 048j - 29. 041n258g01x21. 911y1. 572 n260g02x14. 088y- 42. 883i - 21. 907j - 19. 061n262g02x- 21. 843y- 36. 624i - 14. 105j25. 288n1192g03x18. 579y- 34. 194i20. 887j13. 966 n1200g01z15. 000n1202g00z100. 000n1204x0. 000y0. 000n1206m05n12

17、08m305 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)及應用m . 機械工業(yè)出版社,2