凸轮轴的数控加工工艺设计

I 凸轮轴的数控加工工艺设计 摘 要 数 控 加 工 需 要 输 入 加 工 程 序 ， 当 零 件 过 于 复 杂 时 ， 程 序 会 很 多 ， 手 动 输 入 程 序 会 很 繁 杂 ， 而 用 UG 进 行 编 程 加 工 ， 再 自 动 生 成 程 序 ， 可 减 少 不 必 要 的 时 间 浪 费 ， 也 可 以 了 解 加 工 过 程 中 的 易 错 之 处 ， 而 UG 就 提 供 一 个 数 控 加 工 模 拟 与 仿 真 的 平 台 。 UG 具 有 实 体 造 型 、 曲 面 造 型 、 工 程 图 的 生 成 和 拆 模 等 功 能 。 通 过 UG 三 维 造 型 、 编 程 仿 真 加 工 可 以 比 手 动 绘 图 、 手 动 编 程 来 的 简 便 、 也 可 以 提 早 发 现 问 题 、 降 低 错 误 几 率 。 本 论 文 主 要 利 用 UG 软 件 对 凸 轮 轴 零 件 进 行 了 三 维 造 型 ， 同 时 制 定 了 加 工 工 艺 路 线 ， 并 应 用 UG 软 件 对 关键数控加工工序的仿真加工。 关键词：U G 三 维 造 型 ；凸轮轴；数控工艺；加工仿 真 II Abstract Nc machining process needed for input, when parts are too complex, the program will be a lot of, manually enter the program will be very complex, and programming process, using UG to automatically generate the program again, can reduce the unnecessary waste of time, can also understand the easy wrong place, in the process of machining and UG is to provide a numerical control processing simulation and the simulation platform.UG is the generation of entity modeling, surface modeling, engineering drawing and mold, and other functions.By UG three-dimensional modeling, programming, simulation process can be easier than manual drawing, manual programming, also can find problems early, to reduce the error probability.This thesis mainly by using UG software CAM shaft parts for the 3 d modelling, formulated the processing craft route at the same time, and used UG software for the key processing of nc machining process simulation. Key words: UG three-dimensional modeling;The camshaft.Numerical control technology;Machining simulation III 目 录 摘 要 .1 Abstract .2 前 言 .3 第一章 绪 论 .4 1.1 数控加工技术的发展趋势 .4 1.2 UG 软件在行业中的应用 .4 1.2.1 CAD/CAM 的国内外发展 .4 1.2.2 UG 的优点 .5 第二章 基于 UG 的三维造型设计 .6 2.1 凸轮轴结构形状 .6 2.2 凸轮轴三维造型设计 .7 2.2.1 进入初始界面 .7 2.2.2 新建模型 .7 2.2.3 绘制步骤 .8 第三章 零件的工艺规程设计 .12 3.1 毛坯的选择 .12 3.2 定位基准的选择 .12 3.3 装夹方式的选择 .12 3.4 工艺路线的确定 .12 3.5 机床的选择 .14 3.6 刀具的选择 .15 3.7 冷却液的选择 .16 3.8 切削用量的选取 .16 3.9 切削用量的计算 .17 3.10 加工工序卡片 .19 第四章 数控编程与仿真加工 .21 4.1 手动编程程序 .21 4.2 自动编程与仿真 .25 结 论 .29 致 谢 .30 参考文献 .31 1 前 言 毕业设计，它是对我的一次锻炼，我认为数控机床集计算机技术、自动控 制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是一种典型的机电一体化产 品。它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产 业结构、管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。 在制造业领域广泛采用数控技术，有利于提高制造能力和水平，提高对动 态市场的适应能力和竞争能力。基于现代制造业的发展，大批产业工人和技能 工人也发展起来了，数控专业就是为了适应现代制造业而诞生的新兴专业，作 为一名数控专业的学生要想成为一名合格工人，就必须真正懂得数控与普通加 工的差异，并掌握现代技术。数控加工与普通机床加工的差异，在于数控加工 具有自动化程度高，具有加工复杂形状的能力，生产准备周期短，加工精度高， 质量稳定，生产效率高，易于建立计算机通信网络的特点。 毕业设计在我大学生活和学习中占有极其重要的位置。它是对我几年学习 的一次综合的全方位的考核，尤其是对专业知识的一次巩固和提高。同时毕业 设计区别与课程设计的是侧重于与实际的相连。在设计的制作过程中需要查阅 大量资料，还要把所学知识与实践紧密地联系起来，它是走入工作岗位前的一 次演练，是一次很好的锻炼机会。因此，要格外重视设计，同时还要注意理论 联系实际。通过这次毕业设计我学到了很多东西，同时培养了解决实际问题的 能力，为自己以后在工作中奠定了坚实的基础。 毕业设计所涉及到的方面很多，而且内容也很多。第一，绘制所加工零件 的零件图（A3） ；第二，零件三维建模；第三，分析所给零件加工工艺，包括： 材料加工性能；主要型面，主要尺寸的加工过程及保证措施，零件工艺路线； 第四，详细工艺规程（含：加工基准，加工设备，切削参数，装夹方案等） ，列 出数控加工工序走刀路线，加工程序；第五，关键数控加工工序的仿真加工； 这次的毕业设计正是检验我们在这三年中是否真正学到了知识，是否真正 学到了本领，是否真正学到了技能的一次绝好机会。这不仅是自我检验的机会， 更是自我展示的机会，用我们所学过的东西去展示自我。 2 第一章 绪 论 NX 是 UGS PLM 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱 动产品革新。NX 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动 革新以创造出更大的利润。UG 可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则 来确认每一设计决策。 UG 建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解 决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。 在产品设计方面。UG 具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计 提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。 在仿真、确认和优化方面。UG 允许制造商以数字化的方式仿真、确认 和优化产品及其开发过程。制造商可以改善产品质量，同时减少或消除对于物 理样机的昂贵耗时的设计、构建，以及对变更周期的依赖。 1.1 数控加工技术的发展趋势 这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。随着人工智能在计算机领 域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。 应用自适应控制技术 数控系统能在运行过程中检测一些重要信息，并自动调整系统的有关参数， 达到改进系统运行状态的目的。 引入专家系统指导加工 将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工 艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。 引入故障诊断专家系统 在设备故障诊断系统中借助多种数学原理和系统理论，形成了多种不同的 诊断方法。 智能化数字伺服驱动装置 可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行状 态。 1.2 UG 软件在行业中的应用 1.2.1 CAD/CAM 的国内外发展 随着 CAD/CAM 软件加工及快速成型等先进制造技术的不断发展，以及这 3 些技术在数控加工行业中的普及应用，数控加工领域正发生着一场深刻的技术 革命。在这场技术革命中，逐步掌握三 CAD/CAM 软件的使用，并用于模具的 数字化设计与制造是其中的关键。 我国模具工业发展前景非常广阔。国内外模 具及模具加工设备厂商己普遍看好中国市场。随着对模具设计质量与制造要求 的不断提高，以及 CAD/CAM 技术在模具制造业中的大规模推广应用，急需大 批熟悉 CAD/CAM 技术应用的数控加工的技术人才。 1.2.2 UG 的优点 UG 具有以下优点： 具有统一的数据库，真正实现了 CAD/CAE/CAM 等各模块之间的无数 据交换的自由切换，可施行并行工程。 采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建 模与参数化建模融为一体。 基于特征（如：孔、凸台、型腔、沟槽、倒角等）的建模和编辑方法作 为实体造型的基础，形象直观，类似于工程师传统的设计方法，并能用参数驱 动。 曲线设计采用非均匀有理 B 样线条作为基础，可用多样方法生成复杂 的曲面造型，特别适合于汽车、飞机、船舶、汽轮机叶片外形设计等外形复杂 的曲面造型。 出图功能强，可以十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。能 按 ISO 标准标注名义尺寸、尺寸公差、形位公差汉字说明等，并能直接对实体 进行局部剖、旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切生成各种剖视图，增强了绘图功能 的实用性。 以 Parasolid 为 实 体 建 模 核 心 ， 实 体 造 型 功 能 处 于 领 先 地 位 。 目 前 著 名 的 CAD/CAE/CAM 软 件 均 以 此 作 为 实 体 造 型 的 基 础 。 提 供 了 界 面 良 好 的 二 次 开 发 工 具 GRIP(GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING)和 UFUNC(USER FUNCTION)， 并 能 通 过 高 级 语 言 接 口 ， 使 UG 的 图 形 功 能 与 高 级 语 言 的 计 算 机 功 能 紧 密 结 合 起 来 。 具 有 良 好 的 用 户 界 面 ， 绝 大 多 数 功 能 都 可 以 通 过 图 标 实 现 ， 进 行 对 象 操 作 时 ， 具 有 自 动 推 理 功 能 ， 同 时 在 每 个 步 骤 中 ， 都 有 相 应 的 信 息 提 示 ， 便 于 用 户 作 出 正 确 的 选 择 。 4 第二章 基于 UG 的三维造型设计 2.1 凸轮轴结构形状 下图 2-1 所示为凸轮轴的二维图，图 2-2 所示为凸轮轴的三维图 图 2-1 CAD 零件图 图 2-2 零件三维图 该零件从图中可以简单看出其结构由以下内容构成： M12 的外螺纹、螺纹退刀槽、18mm 外圆柱面、24mm 的外圆柱面、 R20mm 的圆弧、50mm 的外圆柱面、40mm 和 30mm 的槽、规则的四方 5 圆弧、8mm 的孔。 2.2 凸轮轴三维造型设计 首先我们要建立新文件，文件名只能是英文和数字组成。建好新文件后， 分别对零件进行线架造型。 2.2.1 进入初始界面 首先点击 UG 进入 UG 界面。如图 2-3 所示 图 2-3 UG 界面 2.2.2 新建模型 点击新建右上角 先创建一个模型，并输入文件名 3D，文件名不允许 出现中文件了。在应用栏中点击模型按钮。如图 2-4 所示。 图 2-4 新建模型 6 2.2.3 绘制步骤 点击草绘按钮 ，创建草图。如图 2-5 所示。 图 2-5 进入草图按钮 点击确定按钮，绘制草图，按图约束，得到 2-6 图所示。 图 2-6 绘制草图 点击 回转指令，对刚才的绘制的草图进行回转，如下图 2-7 所示 图 2-7 拉伸草图 7 点击 倒斜角指令，对回转后的图进行倒角操作，首先倒螺纹角 C1.5， 如下图 2-8 所示 图 2-8 再点击 倒斜角指令，对回转后的图进行倒角操作，再到圆柱面是的斜 角 C1，如图 2-9 所示 图 2-9 在零件左端的表平面上即 XCYC 平面上创建草图，并绘制草图，如下图 2-10 所示 图 2-10 绘制图标 点击 拉伸指令，对绘制的草图进行拉伸并且求差操作，如图 2-11 所示 8 图 2-11 对绘制的草图进行再进行拉伸并且求差，如图 2-12 所示 图 2-12 点击 钻孔指令，对零件的左端进行钻孔操作，如图 2-13 所示 图 2-13 9 在工具栏中点击“插入” ，选择“设计特征 ”，选择“螺纹” ，对零 件进行绘制 M12 外螺纹操作，如图 2-14 所示 图 2-14 最后得到三维图，如图 2-15 所示 图 2-15 10 第三章 零件的工艺规程设计 3.1 毛坯的选择 该零件为轴类零件，故其毛坯选择为棒料，毛坯材料为 45 钢，根据零件的 形状选择毛坯尺寸为 5588mm 的圆棒料。 3.2 定位基准的选择 选择工件的定位基准，实际上是确定工件的定位基面。根据选定的基面加 工与否，又将定位基准分为粗基准和精基准。在起始工序中，只能选择未经加 工的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。用加工过的表面作为定位 基准，则称为精基准。 精基准的选择原则，根据其原则，确定该零件的精基准为零件的 50mm 外轮廓及零件左端面。粗基准的选择原则，根据其原则，确定该零 件的粗基准为毛坯外圆及端面。 3.3 装夹方式的选择 在机床上加工，为保证加工精度，必须先使工件在机床上占据一个正确位 置，即定位；然后将其压紧压牢，使其在加工中保持这一正确位置不变，即夹 紧。从定位到夹紧的全过程称为工件的装夹。 经分析，该零件需要进行三道主要的加工工序方能完成零件的加工。在第 一和第二道工序装夹为车削和钻削，此次装夹时以毛坯外轮廓定位，采用三爪 卡盘进行装夹；第三道工序装夹为铣削，夹持工件的外轮廓面，加工零件四方 圆弧，同意采取三爪卡盘进行装夹，如图 3-1 所示。 图 3-1 3.4 工艺路线的确定 （1）工艺路线方案一 工序一：下料 5588mm 的圆棒料 11 工序二：夹持毛坯外圆，伸出 45mm 加工零件的左端 工步 1：粗车端面、外圆轮廓 50mm，径向留 0.5mm 余量、轴向留 0.2mm 的精加工余量 工步 2：精加工端面、外圆轮廓 50mm 工步 3：切槽 306mm 和 405mm 工步 4：钻孔 8mm 深 17mm 工序三：夹持外圆轮廓 50mm，加工零件的右端 工步 1：粗车端面、M12 的外螺纹圆柱面、18mm 外圆柱面、 24mm 的外圆柱面、R20mm 的圆弧、50mm 端面，径向 留 0.5mm 余量、轴向留 0.2mm 的精加工余量 工步 2：精加工工步 1 内容 工步 3：加工螺纹退刀槽 10 x3mm 工步 4：车外螺纹 M12 工序四：铣四方圆弧 工步 1：粗铣四方外圆弧，侧部留 0.2mm 的精加工余量 工步 2：粗铣四方内圆弧，底部和侧部留 0.2mm 的精加工余量 工步 3：精铣四方外圆弧 工步 4：精铣四方内圆弧 工序五：去毛刺 工序六：检验 工序七：入库 （2）工艺路线方案二 工序一：下料 5588mm 的圆棒料 工序二：夹持毛坯外圆，伸出 50mm 加工零件的右端 工步 1：粗车端面、M12 的外螺纹圆柱面、18mm 外圆柱面、 24mm 的外圆柱面、R20mm 的圆弧、50mm 端面，径向 留 0.5mm 余量、轴向留 0.2mm 的精加工余量 工步 2：精加工工步 1 内容 工步 3：加工螺纹退刀槽 10 x3mm 工步 4：车外螺纹 M12 12 工序三：夹持外圆轮廓 24mm，加工零件左端 工步 1：粗车端面、外圆轮廓 50mm，径向留 0.5mm 余量、轴向留 0.2mm 的精加工余量 工步 2：精加工端面、外圆轮廓 50mm 工步 3：切槽 306mm 和 405mm 工步 4：钻孔 8mm 深 17mm 工序四：铣四方圆弧 工步 1：粗铣四方外圆弧，侧部留 0.2mm 的精加工余量 工步 2：粗铣四方内圆弧，底部和侧部留 0.2mm 的精加工余量 工步 3：精铣四方外圆弧 工步 4：精铣四方内圆弧 工序五：去毛刺 工序六：检验 工序七：入库 在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。加工路 线的确定原则： 加工路线因保证被加工零件的精度、表面粗糙度，且效率高。 使数值计算简单，减少编程工作量。 应使加工路线最短，这样既可以减少程序段，又可以减少空刀时间。 从以上方案对比分析可知，方案一将加工零件的左端放在第一道工序加工， 铣四方圆弧放在最后，这样有利于进行装夹的加工，并且符合加工的原则，如 果把加工零件的右端放在第一道工序，导致掉头加工零件的左端装夹位很少， 容易出现装夹不紧固问题，所以综合考虑选择方案一进行加工。 3.5 机床的选择 由于该零件属于单件小批量生产，因此不用考虑生产效率等问题，只要在 能够保证其精度要求的前提下选择相应的设备进行加工即可，但为了减少人为 的换刀量，根据现有的数控机床，机床选择的原则： 要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。 有利于提高生产率。 13 尽可能降低生产成本(加工费用)。 根据毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、 工件数量、生产条件等要求，车削选用广州数控机床 CAK6140 数控车床， 980TDB 系统。 3.6 刀具的选择 车刀的选择 数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等 要求。数控车床兼作粗精车削，粗车时吃刀深、进给快，要求车刀有足够的强 度，能一次进给车去较多的余量；精车时要达到图样要求的尺寸精度和较小的 表面粗糙度，车去的余量较少，要求车刀锋利，切削刃平直光洁，必要时还可 磨出修光刃。为减少换刀时间、方便对刀、提高生产效率，便于实现机械加工 的标准化，在数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹片刀，机夹片刀常采 用可转位车刀。 根据零件的外形结构，车削加工需要如下刀具： 车刀卡片 刀具名称 刀具号 刀具规格 刀片材料 加工表面 刀具数量 外圆粗车刀 T0101 90刀尖 YT15 外圆面及端面 1 外圆精车刀 T0202 60刀尖 YT15 精车外圆 1 外切槽刀 T0303 3mm 刀宽 YT15 车外槽 1 外螺纹车刀 T0404 60 YT15 车外螺纹 1 麻花钻 T0505 8mm 高速钢 钻孔 1 铣刀的选择 （1）铣刀刚性要好。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。除 上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要。 根据零件的外形结构，铣削加工需要如下刀具： 铣刀卡片 刀具名称 刀具规格 刀具号 刀具材料 14 立铣刀 ED10 T01 硬质合金 3.7 冷却液的选择 为了刀具和工件的温度，不仅要减少切削热的产生，而且要改善散热条件， 使用切削液可以有效的降低温度还可以防止切削层金属的变形。减少切削与刀 具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦，现有冷却液分为：水溶液、乳化液和 切削油三大类。根据零件材料和刀具材料分析，为了得到较高的表面质量和精 度，并且减少水与铝的化学反应。所以选取 10乳化液效果较好。 3.8 切削用量的选取 合理的选择切削用量，对保证产品质量，提高销量，降低加工成本具有重 要作用。切削用量的选择主要根据工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求进 行，同时还要兼顾刀具的耐用度、工艺系统的刚度和机床功率等条件，其基本 原则是：在工艺系统刚性允许时，应首先选择一个尽可能大的背吃刀量（ ） ，pa 其次选择一个较大的进给量（ ） ，最后在刀具耐用度和机床功率允许条件下选f 择一个合理的切削速度（ ） 。最后通过公式 n=1000 / d 计算出主轴转速。cvcv （1） 的选择pa 主要根据加工余量和工艺系统的刚度确定。 1）粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下 的余量切除；若余量过大不能一次切除，也应按县多后少的不等余量法加工。 第一刀的 应尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的pa 铸造件。 2）当冲击载荷较大或工艺系统刚度较差时，可适当降低 ，使切削力减pa 小。 3）精加工时， 应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低 的方法，pa p 逐步提高加工精度和表面质量。 4）一般精加工时，取 =0.050.8mm；半精加工时，取p =1.03.0mm。pa （2） 的选择f 1）粗加工时， 主要受刀杆、刀片、机床、工件等强度和刚度所承受的切f 15 削力限制一般根据刚度选择。Go 工艺系统刚度好时，可用大些的 ，适当降低f 。f 2）精加工、半精加工时， 应根据工件的表面粗糙度要求选择。表面粗糙f 度要求小，取较小的 ，但不能过小，因为 过小，切削厚度过薄，表面粗糙f f 度值反而会增大，切刀具磨损加剧。 （3） 的选择cv 主要根据工件材料、刀具材料和机床功率来选择。 1）刀具材料好， 可选择高些。cv 2）表面粗糙度要求小的要避开积屑瘤、鳞刺产生的 ，高速钢刀去小 ，cvcv 硬质合金取较高的 。c 3）表面有硬皮或断续切削时，应适当降低 。c 4）工艺系统刚性差的， 应减小cv 3.9 切削用量的计算 （1）粗车端面、外圆轮廓 粗车端面、外圆时，选取 Vc=150m/min，f=0.2mm/r，ap=1.5mm，粗加工 时取 55mm。 则：主轴转速：n =1000Vc/d =（1000150）/（3.1450）r/min=955.41r/min 取 950r/min 进给速度：F =fn =（ 0.2950）mm/min=190mm/min （2）精车端面、外圆轮廓 精车端面、外圆时，选取 Vc=180m/min，f=0.1mm/r，ap=0.25mm，精加工 时取 50mm。 则：主轴转速：n =1000Vc/d =（1000180）/（3.1450）r/min=1146.5r/min 取 1100r/min 进给速度：F =fn=0.11100mm/min=110mm/min 16 （3）车槽 车槽时，选择 Vc=50m/min，f=0.1mm/r，车槽时直径为 30mm。 则：主轴转速：n =1000Vc/d =（100050）/（3.1430）r/min=530.8r/min 取 500r/min 进给速度：F =fn=（0.1500）mm/min=50mm/min 同理 40mm 的槽 n 取 450 r/min F 取 50mm/min 同理 10mm 的螺纹退刀槽 n 取 600 r/min F 取 40mm/min （4）钻孔 钻孔，选取 Vc=30m/min， f=0.05mm/r，ap=0.25mm，麻花钻直径为 8mm 则：主轴转速：n =1000Vc/d =（100030）/（3.148）r/min=1194.3r/min 取 1200r/min 进给速度：F =fn=0.051200mm/min=60mm/min （5）车螺纹 车螺纹时，主轴转速 n（1200/P）k，k 为安全系数，一般取 80。 则：n（1200/2）-80/r/min=700r/min （6）粗铣四方圆弧 粗铣四方圆弧，选取 Vc=40m/min，f=0.1mm/r，ap=1mm，刀具直径为 10mm 则：主轴转速：n =1000Vc/d =（100040）/（3.1410）r/min=1273.9r/min 取 1300r/min 进给速度：F =fn=0.11300mm/min=130mm/min （7）精铣四方圆弧 精铣四方圆弧，选取 Vc=50m/min，f=0.1mm/r，ap=0.2mm，刀具直径为 10mm 则：主轴转速：n =1000Vc/d 17 =（100050）/（3.1410）r/min=1592.4r/min 取 1600r/min 进给速度：F =fn=0.21600mm/min=320mm/min 3.10 加工工序卡片 确定刀具和加工工序后，根据加工要求，编写数控加工工序卡片。具体的加 工工序卡片如下表所示。 数 控 加工工艺过程卡 机械加工工艺过程 产品名称 凸轮轴 材料 45 钢 毛坯尺寸 5588mm 序号 工序名称 工序内容 车间 设备 工装 1 锻造 下料 5588mm 的圆棒料 2 铣 夹持毛坯外圆，伸出 45mm 加工零件的左 端 金工 数控车床 三爪卡盘 3 铣 夹持外圆轮廓 50mm，加工零件的右端 金工 数控车床 三爪卡盘 4 铣 铣四方圆弧 金工 数控铣床 三爪卡盘 5 钳工 去毛刺 锉刀 6 检验 检验图上各尺寸 卡尺 7 入库 工序二数控加工工序卡 产品名称或 代号 零件名 称 材料 零件图号（工厂） 数控加工工序 卡 凸轮轴 45 钢 工序号 程序编号 夹具名称 夹具编号 使用设备 车间 三 O0002 三爪卡盘 数控车床 工 步 号 工步内容 刀具 号 刀具 规格 /mm 主轴转 速 /（r/m in） 进给速 度 /(mm/mi n) 背吃 刀量 /mm 备注 1 粗车端面、外圆轮廓 50mm，径向留 0.5mm 余 量、轴向留 0.2mm 的精加工 余量 T0101 20 x20 950 190 1.5 自动 2 精加工端面、外圆轮廓50mm T0202 20 x20 110 110 0.25 自动 3 切槽 306mm T0303 3mm 宽 500 50 自动 18 切槽 405mm 450 40 4 钻孔 8mm 深 17mm T0505 8mm 1200 60 自动 编制 审核 批准 共 3 页 第 1 页 工序三数控加工工序卡 产品名称或 代号 零件名 称 材料 零件图号（工厂） 数控加工工序卡 凸轮轴 45 钢 工序号 程序编号 夹具名称 夹具编号 使用设备 车间 二 O0001 三爪卡盘 数控车床 工 步 号 工步内容 刀具 号 刀具 规格 /mm 主轴转 速 /（r/m in） 进给速 度 /(mm/mi n) 背吃 刀量 /mm 备注 1 粗车端面、M12 的外螺纹圆 柱面、18mm 外圆柱面、 24mm 的外圆柱面、 R20mm 的圆弧、50mm 端 面，径向留 0.5mm 余量、轴 向留 0.2mm 的精加工余量 T0101 20 x20 950 190 1.5 自动 2 精加工工步 1 内容 T0202 20 x20 110 110 0.25 自动 3 加工螺纹退刀槽 10 x3mm T0303 3mm 600 40 自动 4 车外螺纹 M12 T0404 60 700 自动 编制 审核 批准 共 3 页 第 2 页 工序四数控加工工序卡 产品名称或 代号 零件名 称 材料 零件图号（工厂） 数控加工工序卡 凸轮轴 45 钢 工序号 程序编号 夹具名称 夹具编号 使用设备 车间 二 O0001 三爪卡盘 数控车床 工 步 号 工步内容 刀具 号 刀具 规格 /mm 主轴转 速 /（r/m in） 进给速 度 /(mm/mi n) 背吃 刀量 /mm 备注 1 粗铣四方外圆弧，侧部留0.2mm 的精加工余量 T01 ED10 1300 130 1 自动 2 粗铣四方内圆弧，底部和侧部留 0.2mm 的精加工余量 T01 ED10 1300 130 1 自动 19 3 精铣四方外圆弧 T01 ED10 1600 320 0.2 自动 4 精铣四方内圆弧 T01 ED10 1600 320 0.2 自动 编制 审核 批准 共 3 页 第 3 页 第四章 数控编程与仿真加工 编程是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主 运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液 开关、刀具夹紧松开等）加工信息。用规定的文字、数字、符号组成的代码， 按一定格式编写成加工程序。 数控编程又可分为手工编程和自动编程两类。 手工编程时，整个程序的编制过程是由人工完成的。这要求编程人员不仅 要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备有机械加工工艺知识和数值计算 能力。对于点位加工或几何形状不太复杂的零件，数控编程计算较简单，程序 段不多，手工编程即可实现。 自动编程是用计算机把人们输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的 数控加工程序，就是说数控编程的大部分工作有计算机来实现。 本次设计的凸轮轴使用到手动编程和自动编程。 4.1 手动编程程序 工序二数控加工工序走刀路线，及加工程序如下： 图 4-1 车外 图 4-2 圆切槽 20 程序 说明 O0001 程序号 M03S950T0101 启动主轴，调用 1 号刀具 G0X55Z13 快速定位 G71U1R1 外圆车削循环 G71P1Q2U0.5W0.2F190 外圆车削循环 N1G01X0F110 靠近工件 Z0 靠近工件 X50 直线插补 Z-41 车外圆 50mm N2G01U1 直线插补 G0X100 退刀 Z100 退刀 S1100T0202 提高转速精车 G0X55Z3 定位 G70P1Q2 精车循环 G0X100 退刀 Z100 退刀 M30S500T0202 换 2 号切槽刀 G0X51Z1 定位 Z-16 定位 G01X30F50 X51 Z-13 X30 X50 Z-17 X48Z-16 X51 S450 Z-29 X40 X50 Z-27 切槽 40mm 和 30mm 21 X40 X50 Z-30 X48Z-28 X50 Z-23 X48Z-24 G0X100 退刀 Z100 退刀 M03S1200T0505 换刀，钻孔 G0X0Z1 定位 G01Z-17F60 钻孔 G0Z100 退刀 M30 程序结束 工序三数控加工工序走刀路线，及加工程序如下： 图 4-2 车外圆 图 4-3 切槽 图 4-3 车螺纹 程序 说明 O0002 程序号 M03S950T0101 启动主轴，调用 1 号刀具 22 G0X55Z3 定位 G71U1R1 外圆车削循环 G71P1Q2U0.5W0.2F190 外圆车削循环 N1G01X0F110 靠近工件 Z0 直线插补 X10 直线插补 X12W-1.5 倒角 Z-13 车 M12 外螺纹大径 X16 直线插补 X18W-1 倒角 Z-19 车 18mm 外圆 X23 直线插补 X24W-1 倒角 Z-30.744 车 24mm 外圆 G03X39.6Z-55.7R20 圆弧插补车 R20 圆弧 G01X48 直线插补 X50W-1 倒角 G01U1 直线插补 G0X100 退刀 Z100 退刀 S1100T0202 换 2 号刀具精车，提高转速 G0X55Z3 定位 G70P1Q2 精车循环 G0X100 退刀 Z100 退刀 M03S600T0202 换刀切槽 G0X20Z-13 定位 G01X10F40 切槽 10mm G0X100 退刀 Z100 退刀 M03S700T0404 换刀车螺纹 G0X15Z3 定位 G92X11.5Z-11F1.5 X11 X10.7 螺纹车削循环 23 X10.6 X10.5 X10.5 G0X100 定位 Z100 程序结束 M30 螺纹 G76 切削循环 4.2 自动编程与仿真 通过草图拉伸对毛坯进行设定，同时要确定毛坯中心在系统坐标系（绘图 坐标系）中的坐标值。因为该例绘图原点在图形的底平面上，所以毛坯中心的 坐标值设定值为（0,0,0） 。注意对刀时，刀具找正毛坯中心后，要按该坐标值设 定毛坯中心。然后进入 UG 加工模块，首先设定加工坐标系、工件加工的安全 平面，对工件进行加工。 1、建立坐标系 首先我们先建立基准坐标系，点击几何视图按钮，然后双击操作工具栏的 MCS，选择工件上的坐标系。 图 4-4 坐标系的建立 双击右边导航器里的 WORKPIECE，进行设置加工工件与加工毛坯，如图 4-5 所示。 24 图 4-5 设置加工工件与毛坯 2、创建刀具 UG 课程的时候，老师说过做 UG 仿形加工有三个步骤：用什么刀具加工； 确定对零件件加工方法；选择零件加工的操作命令。我现在创建操作平面 铣刀，选择 ED/10 的立铣刀，如图组 4-6 所示。 图 4-6 创建粗加工立铣刀 3、创建编程操作步骤 创建外形轮廓铣操作，如图 4-7 所示 25 图 4-7 创建型腔铣操作 选择加工表面，如图 4-8 所示选择。 图 4-8 选择加工表面 设置好切削用量、每一刀的进给量、切削方式，外面毛坯的距离，进刀方 式和安全距离，切削速度和进给。留 0.5 个 mm 的加工余量。然后生成刀轨，准 备进行粗加如图 4-9 所示。粗加工编程完成，进行 2D 仿真模拟，如图 4-10 所 示。 图 4-9 生成刀轨 图 4-10 粗加工完成 同理，加工四方内圆弧编程创建操作，设置参数，生成刀具轨迹，和进行 仿真模拟，如下图 4-11 和图 4-12 所示 26 图 4-11 图 4-12 最后对该凸轮轴进行精加工，如下图 4-13 所示 图组 4-13 4、后处理生成程序 点击后处理按钮，设置单位公制。用来生成 NC 程序，如图 4-14 所示 图 4-14 后处理 生成 NC 程序，如图 4-15 所示。 27 图 4-15 经过后处理生成的 NC 程序 结 论 经过这段时间的坚持不懈，毕业论文终于达到了预期的要求，在此次设计 过程中，我查阅大量有关资料，与同学交流，经验和自学，并向老师请教，学 到了不少知识也找到了自己身上的不足。感受良多，获益匪浅。 此次设计制作过程我遇到许多问题，诸如 UG 的使用不熟练、UG 的基本 操作、工艺和编程上的一些常见难处等方面的问题，最终在老师和书本的帮助 下，我终于完成了老师交给我的任务。在整个设计中我懂得了许多东西，诸如 工艺、质保、设计的情况。培养了我独立工作能力，树立了对自己工作能力的 信心，相信会对今后的学习、工作、生活有很大的启发。 这次设计，我深刻体会到，在动手设计以前，应该进行充分调查、研究， 28 根据所收集的资料进行系统分析，在脑海中形成一个具体的结构，再进行有计 划的实施。 在毕业设计期间，我学到了很多书本上所没有的知识，也对学习和生活有 了一些新的认识。总结如下： 1、要勤于思考。只有把理论用于实践，才能彻底的掌握，才能实现学习的 价值。 2、细心、耐心。只有一丝不苟的工作态度和不骄不燥的钻研精神，才能在 所从事的工作中获得成功。 3、要团结、谦虚、 “问道有先后，术业有专攻” 。每个人都有所长亦有所短， 只有大家互相帮助，共同学习，才能取得更大的进步。 4、 “业精于勤荒于嬉，行成于思毁于随” 。只有不断练习、不断学习、不断 进步，才会在社会和学习中强于别人。 最后，衷心感谢老师给予我人生、思想、生活上无微不至的帮助和学习中 的教诲。 致 谢 在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下 度过了。他们对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改 和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多 方面的支持与帮助，在此向帮助和指导过我的各位老师表示最忠心的感谢！ 感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如 果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感 谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材。还在论文的 撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。 感谢我的指导教师老师，在毕业设计过程中，给予了精心的指导，并讲解 了各项专业要领，提出了宝贵的专业意见。还要感谢曾经的老师，是他让我学 29 到了很多绘图和加工知识，才使我的毕业设计能够按期完成，感谢学校给予的 支持和帮助，感谢同学们的无私帮助。同时要感谢在百忙之中来参加我毕业答 辩的评审老师们。谢谢！ 参考文献 1 吴国华 金属切削机床第二版, 北京:机械工业出版社,2001.2. 2 余英良 数控加工编程及操作北京:高等教育出版社，2005.1 3 陆剑中 孙家宁 金属切削原理与刀具北京: 机械工业出版社,2001.4 4 倪森寿 机械制造工艺基础北京:教育出版社，2005.3 5 刘守勇 机械制造工艺与机床夹具北京: 机械工业出版社,2000.