平面槽行凸轮的加工与制造.docx
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平面槽行凸轮的加工与制造
平面槽形凸轮的加工与制造
摘要
平面槽形凸轮零件工艺分析,制定最正确切削加工工艺,借助于CAXA软件的CAD/CAM功能,生成零件刀具途径,完成零件的模拟仿真加工。
实现零件加工的CAD/CAM一体化。
本次设计为平面槽形凸轮的加工与制造,分为七章。
在设计中不仅介绍了凸轮的有关知识及如何加工,还就数控加工,数控工艺方面做了深切的介绍,可谓把机械制造与数控加工有机的结合在一路。
对自己来讲,这次毕业设计不仅使自己对以往知识的再次回忆,而且把所学内容整体的系统的结合,理论与实践结合起来,从中取得很多收益。
关键字:
凸轮,制造,数控,加工
Planeprocessingandmanufacturinggroovecam
Abstaract
Flatgroovecampartprocessanalysis,developmentofoptimalmachiningprocess,bymeansofCAXAsoftware,CAD/CAMcapabilities,toolpathgenerationparts,completepartsprocessingsimulation.Toachievemachining,CAD/CAMintegration.
Thecamisdesignedtoplanetroughtheprocessingandmanufacturing,isdividedintosevenchapters.Notonlyintroducedinthedesignofthecamandhowtherelevantknowledgeprocessing,butalsoontheNCmachining,CNCtechnologyhasdoneathoroughdescriptioncanbedescribedasthemachineryandtherightcombinationofCNCmachining.Ontheirownterms,thisgraduationdesignnotonlytheirknowledgeofthepastonceagainrecalled,andthecontentsoftheschoolsystemasawholecombinationoftheoryandpracticetogether,havegainedalotofincome.
Keywords:
cam,manufacture,CNC,machining
1凸轮概述
凸轮的概念
凸轮是具有某种曲线轮廓或凹槽的构件通太高副接触,使从动件取得持续或不持续的预期运动。
凸轮机构的组成
由凸轮、从动件和机架组成。
其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件,它运动时,通太高副接触能够使从动件取得持续或不持续的任意预期往复运动。
凸轮机构的应用
在设计某些机械时,常要求从动件的位移、速度或加速度依照预定的规律转变,低幅机构(连杆机构)一样只能近似地实现给定运动规律且设计方式较繁琐,而采纳凸轮机构就比较简单,尤其是当原动件作持续运动而从动件必需作间歇运动时。
凸轮机构具有结构简单,能够准确实现要求的运动规律等优势。
在各类机械,专门是在自动机械和自动操纵装置中,普遍地应用着各类形式的凸轮机构。
凸轮的分类
1.按凸轮的形状分类
1)平面凸轮机构:
(1)盘形凸轮:
凸轮绕固定轴转动且相径转变,从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动
(2)移动凸轮:
凸轮具有曲线轮廓且只能作相对往复运动的构件,且可看做是轴心在无穷远处的盘形凸轮。
2)空间凸轮机构:
(3)圆柱凸轮:
在圆柱上开有曲线凹槽,或在圆柱端面上做出曲线轮廓,转动时,从动件在平行其轴线或包括其轴的平面内运动。
(4)圆锥凸轮:
凸轮是圆锥体,从动件沿圆锥母线方向运动。
2.按从动件的形状分类
(1)尖顶从动件:
结构简单,易于磨损,宜用于力小、低速场合。
(2)滚子从动件:
转动摩擦,磨损小,传力大,应用广。
(3)平底从动件:
形成油膜条件好,磨损小,当不计摩擦时,从动件作使劲垂直于平底,传动效率高,用于高速机构,但仅用于外凸。
3.按从动件的运动分类
(1)直动从动件:
对心直动从动件从动件作直线往复运动。
偏置直动从动件
(2)摆动从动件:
从动件绕定轴摆动。
4.按凸轮与从动件维持接触(称为封锁)的方式
(1)力封锁的凸轮机构:
利用从动件的动力、弹簧力或其它外力使从动与凸轮维持接触。
(2)形封锁的凸轮机构:
它依托凸轮与从动件的特殊结构来维持从动件与凸轮接触。
凸轮结构的优缺点
1.凸轮结构的优势:
选择适当的凸轮结构,能使从动件取得任意预期的运动规律,而且结构简单紧凑、设计方便,应用于自动机械、仪表、自动操纵装置等。
只要设计适当的凸轮轮廓,从动件能够实现任意的运动规律机构结构简单,工作靠得住.
2.凸轮结构的缺点:
与从动件是高副接触(点、线),比压较大与从动件是高副接触(点、线),比压较大。
凸轮轮廓与推杆之间为点,线接触,故易于磨损,因此凸轮机构多用在传递动力不大的场合。
2数控加工概述
数控加工的概念
2.1.1概述
数控技术上20世纪40年代后期进展起来的一种自动化加工技术,它综合了运算机,自动操纵,电机,电气传动,测量,监控和机械制造等学科的内容,目前在机械制造业中已取得普遍的应用。
2.1.2数控与数控机床
数控简称NC是以数字化信号对机床运动及加工进程进行操纵的一种方式。
数控机床是指应用数控技术对加工进程进行操纵的机床。
2.1.3数控加工的内容
在数控机床加工前,先考虑操作内容和动作,如工步的划分和顺序,走刀线路,位移量和切削参数等等,按规定的代码形式编排程序,再将程序输入到数控机床的数控系统中,使数控机床按所编程序运动,从而自动加工出所要求的零件轮廓。
一样来讲,数控加工要紧包括以下几方面内容。
①确信零件上需要数控加工的表面
②对零件图纸进行数控加工的工艺分析
③数控加工的工艺设计
④编制加工程序
⑤输入加工程序
⑥对加工程序进行校验和修改
⑦运行加工程序对零件进行加工
2.1.4数控加工的特点
数控加工与一般加工相较具有以下特点;
(1)工零件的精度高数控机床在整体设计中考虑了整机刚度和零件的制造精度,又采纳高精度的滚珠丝杠传动副,机床的定位精度和重复定位精度都很高。
专门是有的数控机床具有加工进程自动检测和误差补偿等功能,因此能靠得住地保证加工精度和尺寸的稳固性。
(2)生产效率高数控机床在加工中零件的装夹次数少,一次装夹可加工出很多表面,省去了划线找正和检测等许多中间环节。
加工复杂工件时,效率能够提高5—10倍。
(3)专门适合加工复杂的轮廓表面如复杂的回转表面和空间曲面
(4)有利于实现运算机辅助制造目前在机械制造行业中,CAD/CAM已经普遍应用,数控机床及其加工技术正是运算机辅助制造系统的基础。
(5)初始投资大,加工本钱高数控机床的价钱一样是一般机床的假设干倍,机床备件的价钱也高;另外,加工首件需要进行编程,调试程序和试加工,时刻较长,因此使零件的加工本钱高于一般机床。
工件的定位与装夹
2.2.1.定位基准分析
定位基准有粗基准和精基准两种,用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准。
除第一道工序采纳粗基准外,其余工序都利用精基准。
选择定位基准要遵循基准重合原那么,即力求设计基准。
工艺基准和编程基准统一,如此做能够减少基准不重合产生的误差和数控编程的计计算量,而且能有效的减少装夹次数。
2.2.2装夹
在确信装夹方案时,只需依照已选定的加工表面和定位基准确信工件的定位夹紧方式,并选择适合的夹具,另外,要紧考虑一下几点;
1)夹紧机构或其它元件不得阻碍进给,加工部位要放开。
要求夹持工件后
夹具等一些组件不能与刀具运动轨迹发生干与。
2)必需保证最小的夹紧变形。
工件在加工时,切削力大,需要的夹紧力也
大,但又不能把工件夹压变形。
因此,必需慎重选择夹具的支撑点,定位点和夹紧点。
3)装卸方便,辅助时刻尽可能短。
由于加工中心技工效率高,装夹工件的辅
助时刻对加工效率阻碍较大,因此要求配套夹具在利用中也要快而方便。
4)对小型零件或工序时刻不长的零件,能够考虑在工作台上同时装夹几件
进行加工,以提高效率。
5)夹具结构应力求简单。
由于零件在加工中心上加工多数采纳工序集中的
原那么,加工的部位较多,同时批量较小,零件改换周期短,夹具的标准化,通用化和自动化对加工效率的提高及加工费用的降低有专门大阻碍。
因此,对批量小的零件因优先选用组合夹具。
对形状简单的单件小批量生产的零件,可选用通用夹具,如三爪卡盘,台钳等。
只有对批量较大,且周期性投产,加工精度要求较高的关键工序才设计专用夹具,以保证加工精度和提高装夹效率。
6)夹具应便于与工作台及工件定位表面间的定位元件连接。
加工中心工作
台面上一样都有基准T型槽,转台中心有定位圈,台面侧面有基准挡板等定位元件。
固定方式一样用T型槽螺钉或工作台面上的紧固螺孔用螺栓或压板压紧。
夹具上用于紧固的孔和槽的位置想对应。
选择零件平面A及其ø35G7,ø12H7两孔作为定位基准。
组成凸轮槽几何元素的关系清楚,条件充分,程序编制时所需基点和编程参数转换容易求得。
凸轮槽内外轮廓对A面的垂直度要求,利用提高平面凸轮的装家精度,使零件A面与铣刀轴线维持垂直即可保证;ø35G7对A面的垂直度要求由前道车削工序予以保证。
确信零件的装夹方案
Ø关于大型的凸轮零件,能够采纳等高垫块垫在铣床的工作台上,然后利用压板螺栓在凸轮的孔上压紧,并使得外轮廓平面盘形凸轮的垫块应该小于凸轮零件的轮廓尺寸,在加工中所有装夹部件均不能与铣刀发生干与。
关于小型凸轮零件,一样心轴定位和压紧即可。
依照凸轮零件的结构特点,采纳“一面两孔”定位方式,设计“一面两销”的专用夹具。
夹具设计与加工安装如下:
加工——320mm×320mm×mm的垫块,在垫块上别离精镗ø35mm和ø12mm两定位销安装孔,孔距为80±±mm,垫块平面度为。
安装时先在铣床工作台面上固定垫块,并使得两定位孔的中心连线与数控铣床的X轴平行,垫块的平面安装后应该与铣床工作台平行,利用百分表检查。
凸轮零件与夹具的安装装夹参见图6-27所示,采纳双螺母夹紧,能够提高零件的装夹刚性,分子铣削加工时由于螺母松动而引发的振动。
N110G01G41X#3Y#4D02F50;(成立刀具半径补偿,切削椭圆轮廓)
N120#4=#4+1;(极角增加1º)
N130#5=#1*#1*SIN[#4]*SIN[#4];(计算中间数据)
N140#6=#2*#2*COS[#4]*COS[#4];
N150#3=#1*#2*SQRT[1/[#5+#6]];(依照极角计算相应极径)
N160END1;
N170G00G40X0YO;(取消刀具半径补偿)
N180G15;(取消极坐标方式)
N190G00Z100M05;
N200X100Y100;
N210M30;
3数控加工工艺
加工工艺参数及切削用量
数控编程时,编程人员必需确信每道工序的切削用量,并用指令的形式写入程序。
切削用量包括主轴转速,背吃刀量及进给速度等。
关于不同的加工方式,需要选用不同的切削用量。
。
切削用量的选择原那么是;保证零件加工精度和表面粗糙度充分发挥刀具的切削性能,保证合理的刀具耐费用并充分发挥机床的能力,最大限量的提高生产率,降低本钱。
3.1.1主轴转速的确信
主轴转速应依照许诺的切削速度和工件(或刀具)的直径来选择。
其计算公式为;
n=1000V/(лD)
式中;
V为切削速度,单位为m/min,由刀具的耐费用决定;
为主轴转速,单位为r/min;
为工件直径或刀具直径,单位为mm;
计算的主轴转速n最后要依照机床说明书选取机床有的或较近的转速
进给速度的确信
3.1.2确信进给速度的原那么;
1)当工件的质量要求能够取得保证时,为了提高生产率,可选择较高的
进给速度。
一样在100-200mm/min范围内选取。
2)在切断,加工深孔或用高速钢刀具加工时,宜选择较低的进给速度,
一样在20-50mm/min范围内选取。
3)当加工精度,表面粗糙度要求高时,进给速度应选小些,一样在
20-50mm/min范围内选取。
4)刀具空行程时,专门是远距离“回零”时,能够选择该机床数控系统
给定的最高进给速度
3.1.3背吃刀量确信
背吃刀量依照机床,工件和刀具的刚度来确信,在刚度许诺的条件下,应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量,如此能够减少走刀次数,提高生产效率。
为了保证加工表面质量,可留少量精加工余量,一样留。
总之,切削用量的具体数值应依照机床性能,相关的书册并结合实际体会用类例如式确信。
总之,使主轴转速,切削深度及进给速度三者能彼此适应,以形成最正确切削用量。
切削用量的选择可参考下表3-1;
表3-1切削用量的选择(高速钢立铣刀,粗铣)
工件材料铸铁铝钢
刀具刀转速进给速度转速进给速度转速进给速度
直径槽
(mm)数切削速度每齿进给量切削速度每齿进给量切削速度每齿进给量
82110011550005001000100
2812625
900110410049082082
102
2812926
122770105345047069084
2913026
142660100300044060080
2913226
16260094265042053076
3013327
零件结构工艺性
3.2.1工艺性
零件的结构工艺性是指依照加工工艺特点,对零件的设计所产生的要求,也确实是说零件可能阻碍或决定工艺性的好坏。
依照铣削加工特点,咱们从以下几方面来结构工艺性特点。
1)零件图样尺寸的正确标注
2)保证取得要求的加工精度
3)尽可能统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸
4)保证基准统一
5)分析零件的变形情形
除上面所说的有关零件的结构工艺性外,有时尚要考虑毛坯的结构工艺性,因为在数控铣削加工零件时,加工进程是自动的,毛坯余量的大小,如何装夹等问题在选择毛坯时就要认真考虑好,不然,一旦毛坯不适合数控铣削,加工将很难进行下去。
依照体会,确信毛坯的余量和装夹应注意一下两点:
毛坯加工余量应充沛和尽可能均匀
毛坯要紧指锻件,铸件。
因锻模时的欠压量与许诺的错模量会造成余量的不等;铸造时也会因砂型误差,收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量的不等。
另外,锻造,铸造后,毛坯的挠曲与挠曲变形量的不同也会造成加工余量的不充分,不稳固。
因此除板料外,不论是锻件,铸件仍是型材,只要预备采纳数控加工,其加工面均应有较充分的余量。
3.2.2分析毛坯的装夹适应性
要紧考虑毛坯在加工时定位和夹紧的靠得住性与方便性,以便在一次安装中加工出尽可能多的表面。
关于不便装夹的毛坯,可考虑在毛坯上另外增加装夹余量和工作凸台,工艺凸耳等辅助基准。
4工件的工艺分析及加工工序
工艺分析
制定制订零件的数控铣削加工工艺时,第一要对零件图进行工艺分析,其只要内容是数控铣削加工的选择.数控铣床的工艺范围比一般铣床宽,但其价钱交一般铣床高得多,因此,选择数控铣床加工内容时,应从实际需要的经济两个方面考虑通常选择以下加工部位为其加工内容:
(1)零件上的曲线轮廓,专门是由数学表达式刻画的非圆曲线和列表曲线等曲线轮廓.
(2)已给能安装中顺便铣出来的简单表面.在一次出数学模型的空间曲线.
(3)形状复杂,尺寸繁多,划线与检测困难的部位.
(4)用通用铣床加工难以观看,测量和操纵进给的内外凹槽.
(5)以尺寸和谐的高精度空或面.
(6)采纳数控铣削或能成倍提高生产率,大大减轻体力劳动强度的一样交工内容.
4.1.1工艺处置
成型凸轮为纺织机械上的易损件零件(如图4-1),由于成型凸轮的轨迹曲线复杂,精度要求高,加工难度大,因此选择在数控铣床上加工。
图4-1成型凸轮
4.1.2工前的零件预加工
零件毛坯在热处置前先进行粗加工,为数控铣削加工提供靠得住的工艺基准,用三爪卡盘装夹零件,粗车ø35G7的内孔,ø65的外圆,ø280的外圆和两头面均留5mm-6mm的余量;经调质处置后再进行的精车加工工序中,先利用三爪卡盘装夹凸轮右端ø280外圆少量及所在端面,精车加工到ø280外圆及凸轮左端面;再掉头,用三爪卡盘装夹凸轮零件
左端,精车加工ø280外圆及倒角;然后用四爪卡盘装夹ø280外圆及(已加工完的)凸轮零件左端面,精车加工另一端面和ø35G7内孔,ø65外圆及端面与倒角;然后在钻床上完成M6-7H钻孔攻螺纹加工。
数据编程任务书见表4-1
表4-1数控编程任务书年月日
工艺处
数控编程任务书
产品零件图号
02001-30
任务书编号
零件名称
槽型凸轮
x-f-2001-3
使用控件设备
数控铣床
共一页第一页
主要工艺说明技术要求:
1.数控铣削加工零件上轨迹曲线槽的精度达到图纸要求,详见产品工艺卡片.
2.技术要求见零件图
收到编程时间
月日
经手人
编制
审核
编程
审核
批准
4.1.3加工安装方式
为了保证加工精度,凸轮在工作台上采纳专用定心心轴进行安装凸轮一端面及Φ30H7的内孔定位,凸轮端面固定在圆盘工作台的台面上,凸轮内孔固定在定心心轴上,利用3-Φ30孔用压板,螺栓固定在圆盘工作台上;定心心轴的下端锥面与圆台工作台配合如以下图4-2所示.
图4-2定心心轴的下端锥面与圆台工作台配合
数控铣削加工工序
加工工序(又称工序)通常包括切削加工工序,热处置工序和辅助工序等,工序安排的科学与否直接阻碍零件的加工质量,生产率和加工本钱。
切削加工工序通常按以下原那么安排。
1、先粗后精
当加工零件精度要求较高时都要通过粗加工,半精加工,精加工时期,若是精度要求更高,还包括光整加工的几个时期。
2、基准面先行原那么
用做精基准的表面应先加工,任何零件的加工进程老是先对定位基准进行粗加工和精加工,再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。
3、先面后孔
关于箱体,支架等零件。
平面尺寸轮廓比较稳固,而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的,故应先加工平面,然后加工孔。
4、先主后次
即先加工要紧表面,然后加工次要表面。
在考虑以上原那么的基础上还应该考虑;
1)减少换刀次数,节省辅助时刻。
一样情形下,每换1新的刀具后,应通过移动坐标,回转工作台等方式将该刀具切削的所有表面全数完成。
2)每道工序尽可能减少刀具的空行程移动量,按最短线路安排加工表面的加工工序。
3)安排加工顺序时可参照采纳粗铣大平面-粗镗孔,半精镗孔-立铣刀加工—加工中心孔-钻孔-攻螺纹-平面和孔精加工(精铣,铰,镗等)的加工工序。
数控铣削加工分三次切削进行加工。
利用ø30mm的圆柱铣刀,加工轮廓厚度为36mm的凸轮轮廓形状。
数控铣削加工分两次进行,第一次利用ø10mm的键槽铣刀,加工宽度为10mm、深度为13mm的轨迹曲线槽:
第二次利用ø28mm的圆柱铣刀,加工宽度为30mm、深度为的轨迹曲线槽;第三次利用ø30mm的圆柱铣刀,加工宽度为30mm、深度为14mm的轨迹曲线槽。
数控加工工艺卡见表4-3:
表4-3数控加工工序卡
机械厂
数控加工工序卡
产品名称或代号
零件名称
零件图
平板凸轮
02001-20
工序序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
夹具编号
使用设备
车间
%0230
圆盘工作台
定心心轴
数控铣床
机5
工步号
工步内容
加工面
刀具号
刀具规格
主轴转速
进给速度
背吃刀量
备注
1
粗加工凸轮外形轨迹曲线
TX36
Φ36
375
ap=8
2
半精加工凸轮轨迹曲线
TX36
Φ36
375
ap8
3
精加工凸轮轨迹曲线
TX40
Φ40
475
ap8
编制
审核
批准
第页
共页
加工线路的确信
在数控加工中,刀具(严格说是刀位点)相关于工件的运动轨迹和方向成为加工线路。
即刀具从对刀点开始运动起,直至加工终止所通过的途径,包括切削加工的途径,包括切削加工的途径及刀具引入,返回等非切削空行程。
加工线路的确信第一必需保证被加工零件的尺寸精度和表面质量,第二考虑数值计算简单,走刀线路尽可能短,效率较高等。
下面分析数控机床较高零件时经常使用的较高线路。
1)轮廓铣削加工线路的分析
关于持续铣削轮廓,专门是加工圆弧时,要注意安排好刀具的切入,切出,要尽可能幸免交接处重复加工,不然会显现明显的界限痕迹。
2)位置精度要求高的孔加工线路的分析
关于位置要求精度较高的孔系加工,专门要注意注意孔的加工顺序的安排,安排不那时,就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入,直接阻碍位置精度。
3)铣削曲面的加工线路的分析
铣削曲面时,经常使用球头刀采纳行切法进行激光。
关于边界放开的曲面可采纳两种加工线路。
以上通过度析了数控机床中经常使用的加工线路,实际生产中,加工线路的确信要依照零件的具体结构特点,综合考虑,灵活运用。
而确信加工线路的总原那么是;在保证零件加工精度和表面质量的条件下,尽可能缩短加工线路,以提高生产率。
5刀具
刀具的选择
数控机床上利用的刀具应知足安装调整方便,刚性好,精度高,耐费用好等要求。
5.1.1对刀具的大体要求
(1)铣刀刚性要好,铣刀刚性好的目的有二,一是为提高而采纳大切削用量的需要,二是为适应数控铣床加工进程中难以调整切削用量的特点。
例如当工件遍地的加工余量相差差异时,一般机床很容易采取分层铣削的方式加以处置,而数控铣削必需按编程程序规定的线路前进,碰到余量大时,就无法像一般机床那样‘随机应变’,除非在编程时能够预先考虑到余量相差差异的问题,不然铣刀就必需返回原点,用改变切削面高度或加大刀具半径补偿值的方式从头开始加工,多进行几回,造成余量少的地址常常空进给,降低了生产效率,如刀具刚性较好就没必要如此处置。
再者,在通用铣床上加工时,假设碰到刚性不行的刀具就比较容易从振动,手感等方面及时发觉并及时调整切削用量加以弥补,而数控铣削时很难办到。
在数控铣削中,因铣刀刚性较差而断刀并造成零件损伤的事例是常有的,因此解决数控铣刀的刚性问题是相当重要的。
(2)铣刀的耐费用要高。
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,不仅会阻碍零件的表面质量与加工精度,而且会增加换刀引发的调刀与对刀次数,也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶,从而降低了零件的表面质量。
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超级重
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