数控原理与应用课程设计平面槽形凸轮零件的数控加工

数控原理与应用课程设计课题名称: 平面槽形凸轮零件的数控加工 专 业: 机械设计制造及其自动化专业 学 校： 班 级： 姓 名： 学号：指导老师: 时 间： 目 录1.引言2 数控编程中的零件加工工艺分析3.平面槽形凸轮零件的加工工艺分析2.1 数控加工工艺概述2.2 常用数控加工方法2.3 对零件图纸进行数控加工工艺性分析2.4 数控加工工艺路线的设计4.平面槽形凸轮零件的数控程序代码3.1 零件图工艺分析3.2 确定装夹方案3.3 确定加工顺序及走刀路线3.4 刀具的选择3.5 切削用量的选择3.6 填写数控加工工序卡片5 结语6.参考文献7.附页 零件图平面槽形凸轮零件的数控加工摘要:平面槽形凸轮零件工艺分析,制定最佳切削加工工艺,借助于CAXA 软件的CAD/CAM功能,生成零件刀具路径,完成零件的模拟仿真加工。实现零件加工的CAD/CAM一体化。关键词:凸轮;加工工艺;数控加工1 引言凸轮机构广泛应用于各种机械设备,特别是机械和自动控制装置中,以实现各种运动规律。凸轮机构的制造包含众多内容,比如凸轮轮廓加工、凸轮上槽和孔的加工等等,其中以凸轮轮廓加工和孔的加工最为重要。由于凸轮轮廓常含有非圆的平面曲线,常规的方法采用划线铣削、靠模铣削(含磨削)，难以保证加工质量和生产率。若在数控机床上加工凸轮轮廓和孔最为理想,适合于各种批量,且易于实现CAD/ CAM一体化。2 数控编程中的零件加工工艺分析2.1 数控加工工艺概述无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟订工艺方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题（如对刀点，加工路线等）也需要作一些处理。因此，数控编程的工艺处理是一项十分重要的工作。（1）数控加工的基本特点：数控加工的工序内容比普通机加工的工序内容复杂。数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程的编制复杂。（2）数控加工工艺的主要内容：选择适合在数控上加工的零件，确定工序内容。分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制定数控加工路线。调整数控加工工序的程序。分配数控加工中的容差。处理数控机床上部分工艺指令。2.2 常用数控加工方法（1）平面孔系零件。常用点位、直线控制数控机床（如数控钻床）来加工，选择工艺路线时，主要考虑加工精度和加工效率两个原则。（2）旋转体类零件。常用数控车床或磨床加工。考虑加工效率：在车床上加工时，通常加工余量大，必须合理安排粗加工路线，以提高加工效率。 考虑刀尖强度：数控车床上常用到低强度刀具加工细小凹槽。采用斜向进刀，不宜崩刃。（3）平面轮廓零件。常用数控铣床加工。应注意：切入与切出方向控制：径向切入，工件表面留有凹坑；切向切入、切出，工件表面光滑。一次逼近方法选择：只具有直线和圆弧插补功能的数控机床在加工不规则曲线轮廓时，需要用微小直线段或圆弧段去逼近被加工轮廓，逼近时，应该使工件误差在合格范围同时程序段的数量少为佳。2.3 对零件图纸进行数控加工工艺性分析（1）尺寸标注应符合数控加工的特点。在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。（2）零件图的完整性与正确性分析。在编程时，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。（3）零件技术要求分析。零件的技术要求主要指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等，这些要求在保证零件使用性能的前提下，应经济合理。（4）零件材料分析。在满足零件功能的前提下，应选用廉价、切削性能好的材料；材料选择应立足国内，不要轻易选择贵重或紧缺的材料。（5）定位基准选择。在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要,有时需要设置辅助基准,特别是正、反两面都采用数控加工的零件，其工艺基准的统一是十分必要的。2.4 数控加工工艺路线的设计根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：（1）以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。（2）以同一把刀具加工的内容划分工序。但程序不宜太长，一道工序的内容也不宜太多（3以加工部位划分工序。（4）以粗、精加工划分工序。一般来说，凡要进行粗、精加工的过程，都要将工序分开。3.平面槽形凸轮零件的加工工艺分析目前，凸轮机构已成为许多高速、高效、高精度自动机、半自动机和自动生产线中不可缺少的关键部件，作为凸轮机构中的主要零件凸轮的加工精度就显得尤为重要，如何加工出符合精度要求的凸轮下面以一批平面槽形凸轮（如图 1 所示）的加工为例予以介绍。3.1 零件图工艺分析图1为平面槽形凸轮零件,其零件毛坯为正方体,既要加工外部轮廓尺寸,又要完成槽和孔的加工。零件材料为HT200 ,其数控铣削加工工艺分析如下。凸轮槽形内外轮廓由直线和圆弧组成,几何元素之间关系描述清楚完整,凸轮槽侧面与20、12两个内孔表面粗糙度要求较高, Ra 为116m。凸轮槽内外轮廓面和20 孔与底面有垂直度要求。零件材料为HT200 ,切削加工性能较好。根据上述分析, 凸轮槽内外轮廓及20、12 两个孔的加工应分粗、精加工两个阶段行,以满足表面粗糙度的要求。同时应以底面A 定位,提高装夹刚度,以满足垂直度要求。图1 平面槽形凸轮零件图3.2 确定装夹方案根据零件结构特点,加工20、12两个孔时,以底面定位(必要时可设工艺孔) ,采用螺压板机构夹紧。加工凸轮槽内外轮廓时,采用“一面两孔”方式定位,即以底面A 和20、12 两个孔为定位基准,装夹示意图如图2 所示。1. 开口垫圈2. 带螺纹圆柱销3. 压紧螺母4. 带螺纹削边销5. 垫圈6. 工件7. 垫块图2 凸轮槽加工装夹示意图3.3 确定加工顺序及走刀路线加工顺序的拟定按照基面先行、先粗后精的原则确定。因此应先加工用作定位基准的20、12 两个孔,然后再加工凸轮槽内外轮廓表面。为了保证加工精度, 粗、精加工应分开, 其中20、12两个孔的加工采用钻孔粗铰精铰方案。走刀路线包括平面进给和深度进给两部分。平面进给时,外凸轮廓从切线方向切入,内凹轮廓从过渡圆弧切入。为使凸轮槽表面具有较好的表面质量,采用顺铣方式铣削。深度进给有两种方法:一种是在XZ 平面(或XZ 平面) 来回铣削,逐渐进刀到既定深度;另一种方法是先打一个工艺孔,然后从工艺孔进刀到既定深度。表1 平面槽形凸轮数控加工刀具卡片产品名称或代号数控铣削工艺分析实例零件名称平面槽形凸轮零件图号0001序号刀具号刀 具加工表面备注规格名称数量刀长（）1T015中心钻1钻5中心孔2T0219.6钻头14520孔粗加工3T0311.6钻头13012孔粗加工4T0420铰刀14520孔精加工5T0512铰刀13012孔精加工6T0690倒角铣刀120孔倒角1.5457T076高速钢铣刀120粗加工凸轮槽内外轮廓底圆角R0.58T086硬质合金铣刀120精加工凸轮槽内外轮廓编制审核批准2010年3月12日共1页第1页3.4 刀具的选择根据零件的结构特点,铣削凸轮槽内、外轮廓时,铣刀直径受槽宽限制,取为6mm。粗加工选用6mm高速钢立铣刀,精加工选用6mm 硬质合金立铣刀。所选刀具及其加工表面见表1 (平面槽形凸轮数控加工刀具卡片) 。3.5 切削用量的选择凸轮槽内、外轮廓精加工时留0101mm 铣削余量,精铰20、12 两个孔时留0. 1mm 铰削余量。选择主轴转速与进给速度时,先查切削用量手册,确定切削速度与每齿进给量,然后计算主轴转速与进给速度。3.6 填写数控加工工序卡片将各工步的加工内容、所用刀具和切削用量填入表2 (平面槽形凸轮数控加工工序卡片)。表2 平面槽形凸轮数控加工工序卡片单位名称西安庆华民爆公司产品名称或代号零件名称零件图号数控铣削工艺分析实例卡子0001工序号程序编号夹具名称使用设备车间001001螺旋压板XK5025/4数控中心工步号工步内容刀具号刀具规格（）主轴转速（r/min）进给速度（/min）背吃刀量（）备注1A面定位钻5中心孔（2处）T015750手动2钻19.6孔T0219.640040自动3钻11.6孔T0311.640040自动4铰20孔T0420130200.2自动5铰12孔T0512130200.2自动620孔倒角1.545T069040020自动7一面两孔定位粗细凸轮槽内轮廓T071000404自动8粗铣凸轮槽外轮廓T0761000404自动9精铣凸轮槽外轮廓T08615002014自动10翻面装夹，铣20孔另一侧倒角T069040020手动编制审核批准2010年3月1日共1页第1页4 平面槽形凸轮零件的数控程序代码薄壁零件的数控加工工艺卡片制好后,就可编写零件的数控加工程序。孔加工采用手工编程,事先要加工好,进行“一面两孔”方式的定位。这里仅讨论凸轮槽加工。凸轮槽加工首先利用CAXA 制造工程师软件CAD 功能完成平面槽形凸轮零件的造型(见图3) ,确定出零件毛坯(见图4) ,然后利用软件的CAM功能生成刀具路径,通过后置处理后得到数控加工程序。毛坯是用来选择刀具、确定切削用量和计算粗加工刀具轨迹的重要依据。选择等高线粗加工方式,经过一些参数设置,得到零件的粗加工刀具轨迹,如图5 所示。CAM 软件可以对零件进行路径模拟仿真加工,验证刀位数据的正确性,确保刀具各部位和零件不发生干涉、刀具与夹具附件不发生碰撞,从而保证了产品质量和操作安全。最后通过后置处理,生成零件的NC 程序代码(见图6) 。 图3 凸轮外轮廓毛坯 图4 外轮廓粗加工刀具路径 图5 凸轮槽的模拟仿真加工 图6 粗加工G代码文件通过CAXA 软件的CAM 功能可以验证刀位数据,确保刀具路径的正确之外,还可以把NC 代码加载到VNUC 数控加工仿真软件里,进行虚拟仿真加工(图7) ,最后把NC 程序代码通过工厂的局网送到车间进行实际加工,将虚拟的机床运动与实际的数控操作融为一体。图7 在VNUC 数控加工仿真软件里的仿真加工CAM软件生成零件的外轮廓加工的部分NC 代码:(粗加工. cut ,2008. 11. 4 ,16 :7 :18. 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 N254G02X- 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. 000N1206M05N1208M305 结语该凸轮零件加工过程中，涉及了坯料的选择、加工顺序的确定、机床选用、装夹方式的选择、刀具选用、走刀路线安排、切削参数的设定等工艺内容。工艺设计的好坏直接影响到加工的尺寸精度和表面粗糙度、加工时间的长短、材料和人工的耗费，甚至直接影响到加工的安全性。数控加工工艺分析与处理数控编程是前提和依据，没有符合实际的科学合理的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序。试验结果表明:平面槽形凸轮零件采用最佳的切削工艺并利用CAM功能生成加工代码后,不但能使整体加工效率提高5倍,还能获得较高的加工精度和较好的表面完整性,节省制造资源,达到了理想的加工效果。参考文献：1 张伯霖. 高速切削技术及应用M . 机械工业出版社,2002.2 陈明,刘钢,等. CAXA 制造工程师数控加工M . 北京航空航天大学出版社,2006. 1 :373 - 393.3 张彦博. 凸轮轮廓的数控加工J . 工具技术,2006 (10) :59 - 61.4 杨伟群. 数控工艺培训教程(数控铣部分) M . 清华大学出版社,2005 ,178 - 179.5 王亚辉,任艳菲. 薄壁铝合金高速铣削工艺寻优及模拟仿J .机床与液压,2008 (5) :343 - 346.6 侯勇强,马雪峰. 数控编程与加工技术M . 大连:大连理工大学出版社,2007 ,75 - 90.12