浅谈平面凸轮的加工及工艺.doc

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描述：

数控加工生活中需要加工各种的零部件，在生产加工过程中，我们会遇到一些凸轮类零件，凸轮零件在生活中的应用随处可见，我们要如何加工凸轮类零件呢？

我们应该慎重的选择切削参数，刀具，性能好的机床和合适的铣削...

   摘 要：

数控加工生活中需要加工各种的零部件，在生产加工过程中，我们会遇到一些凸轮类零件，凸轮零件在生活中的应用随处可见，我们要如何加工凸轮类零件呢？

 我们应该慎重的选择切削参数，刀具，性能好的机床和合适的铣削方式以达到要求的位置精度，形状精度和尺寸精度，并且要知道加工过程中发生欠切和过切现象的 分析和解决方法。

　　凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的工件，凸轮的主要功能是使从动杆按照工作需求完成各种复杂的运动，包括直线运动、摆动，等速运动和不等速运动。

　　凸轮一般可分为三大类：

　　盘形凸轮：

凸轮为绕固定轴线转动且有变化直径的盘形构件。

　　移动凸轮：

凸轮相对机架做直线运动的构件。

　　圆柱凸轮：

凸轮是圆柱体，可以看做是将移动凸轮卷成一个圆柱体。

　　按从动件的形状分四类：

①平底式从动件。

顶尖式从动件。

②曲底式从动件。

③滚子式从动件。

④顶尖式从动件。

　　按凸轮与从动件维持运动副接触的方式分两类：

①几何形封闭方式。

②力封闭方式。

　　本文举例的凸轮按规格分别属于盘形凸轮、平底式从动件和几何封闭方式。

我们从拿到图纸和毛坯到成品的完成需经以下步骤：

零件图纸的阅读；确定装夹方案；确定进给路线；选择刀具及切削用量；编制程序，加工和测量检测；加工后的处理。

　　1 工艺分析 

　　1.1 零件图分析 

　　凸轮由于本身运动规律和传递力的特殊性，在各种自动机械、仪表及自动控制装置中被广泛应用。

该凸轮工件是一种平面槽形凸轮，槽宽28mm，工作表面粗糙度为Ra1.6um，材料为HT300。

　　工件在数控铣削加工前，φ35G7和φ12H7的两个基准孔及凸轮槽之外的其他尺寸已加工，半产品为一圆盘。

　　1.2 确定装夹方案 

　　一般大型凸轮可以采用等高垫铁垫在工作台上，中心孔找正后，确定坐标原点，然后用压板螺丝在凸轮的工艺孔上压住。

外轮廓平面盘形凸轮的垫块要小于凸轮的轮廓尺寸，不与铣刀发生干涉。

对于小型凸轮，一般用心轴定位、压紧即可。

　　根据本文的凸轮结构特点，采用一面两孔定位，以圆盘底面和φ35G7、φ12H7的两孔作定位基准，并设计一个一面两销的专用夹具。

用一块 320mmx320mmx40mm的垫块，在垫块上分别精镗φ35及φ12两个定位销安装孔，并配定位销，孔距为80±0.05mm，垫板的平面度为 0.05，加工前先固定垫板，使两定位销孔的中心线与机床的X轴平行，垫板的平面要保证与工作台面平行，并用百分表检查。

采用两个螺母夹紧，以提高装夹刚 性，防止铣削时产生震动。

　　1.3 确定进给路线 

　　该平面槽型凸轮铣削的深度进给方法有两种：

一是按照凸轮槽的轮廓现状，沿斜线下刀，逐渐到达既定深度；二是先打一个工艺孔，再从工艺孔进刀到 既定深度。

本例中采用斜线下刀，当到达既定深度后，刀具在XY平面内运动，铣削凸轮轮廓。

但要注意，螺旋或斜线的深度等于每次槽深度进刀量。

　　为保证凸轮的工作表面有较好的表面质量，采用顺铣方式走刀。

　　1.4 选择刀具及切削用量 

　　该工件材料为铸铁，是典型的脆性材料，切削时生成崩碎切屑，由于切削与刀具前面的接触长度短，切削力和切削热集中在刃区。

虽然切削层单位面积 切削力比切削刚时小的多（约为0.6倍），切削温度也底很多（约比切刚低20%-30%），但切削铸铁时刀具切削刃处温度最高且有很高压应力，再加上切削 过程中被切削的金属层频繁的无规则断裂，使切削过程不太稳定，对刀刃有很大的冲击。

因此就要求刀具材料具有较高的强度和冲击韧度。

　　通常为提高切削效率要尽量选用大直径的铣刀；侧吃刀量取刀具直径的1/3-1/2，背吃刀量应大于冷硬层厚度；切削速度和进给速度应通过试验选取效率和刀具寿命的综合最佳值，可以根据刀具厂家提供的刀具手册参考取值。

本例中选用20mm高速刚立铣刀进行粗、精加工。

　　5.工件坐标系 

　　按照设计基准和工艺加工基准相一致的原则，一般选取较长的设计基准为工件坐标系的X轴。

安装凸轮前，找正垫板35mm定位销孔，以其圆心右边40mm处为工件坐标系XY原点；Z方向原点取凸轮槽上表面。

　　在加工前需注意检查工件的装夹方向是否同电脑中的图形方向相同。

　　2 制定加工工艺 

　　根据加工的特点以及加工工序的划分，一般可按下列方法进行：

　　1.以一次安装、加工作为一道工序。

　　2.以同一把刀具加工的内容划分工序。

　　3.以加工部位划分工序。

　　4.以粗、精加工划分工序。

　　根据以上原则，该零件的加工工艺如下：

　　选用直径为φ20mm的立铣刀发表论文网，根据先粗后精的原则，因此要首先粗加工，留有一定余量。

然后再用φ20mm的立铣刀再进行精加工。

这样不仅保证了加工精度又节约了加工时间。

　　3 程序编制 

　　凸轮不仅可以用传统手工编程方法来进行编写程序，然而我们也可以用一些软件来对其进行自动编程，下面是利用UG软件来进行自动编程。

它的特点 是编程速度较快，加工效率高，加工路线优化。

但是后处理是采用的指令代码较为单一，生成程序较长，所以加工时间较长。

首先绘图，然后刀具，然后加工，生成 程序。

　　UG生成并经修改后可以直接使用的程序：

　　% 

　　O0001 

　　G0 G90 G54 X55.9839 Y29.4222 S500 M03 

　　Z5 

　　G3 X68.2318 Y41.8762 Z-3.4 I4.5747 J7.7506 K2.4115 

　　X66.0882 Y45.1783 I-64.8217 J-39.7332 F250. 　　……… ……… 

　　I7.5 J0.0 F250. 

　　G1 X-37.5 

　　Z-32. 

　　G0 Z5. 

　　M02

    % 

　　4 加工和测量检测 

　　4.1 加工 

　　需要指出的是，这个程序采用螺旋下刀和自动换刀功能。

采用螺旋下刀是保证下刀时不会对工件造成振动的影响，以及达到保护刀具的作用。

采用自动换刀是由于这样能够节省时间，方便加工，同时避免了反复手工换刀造成的偏差。

　　加工中我们采用气枪吹气来代替切削液冲洗，因为采用小切深，高转速，所以用气枪就可以达到散热和保持工件表面清洁的目的。

同时也能防止工件由于切削液浇注造成的生锈的情况。

　　4.2 测量检测 

　　工件完成后先不将工件卸下，拿塞规的通止端分别在槽内走动，如果通规走的很顺畅，止规走的很艰难，说明工件尺寸正确。

如果通止端都走的很顺 畅，那就用游标卡尺量一下是否在公差范围之内。

如果通规走的很艰难，说明尺寸还应余量，用卡尺量一下，然后再半径和长度磨耗里将补偿改到位。

　　5 加工后的处理 

　　加工工件后，在确认尺寸和位置精度没有错误的前提下将工件卸下。

刀具由于磨损会造成工件铣削的地方产生毛刺，毛刺过多则会影响到精度。

所以在毛刺产生时，要用刮刀将切口边缘沿同一方向刮一圈，以保证尺寸的正确和边缘的光滑度，不至于划破手，再将工件擦拭干净。

　　工件卸下后，将夹具卸下。

将工作台打扫干净，关闭计算机和机床。

　　6 平面槽形凸轮加工中的过切和欠切 

　　过切的现象即使在各种参数设定和CAD图形都正确的情况下，过切也有可能发生，最主要的检查方法是将刀具路径模拟一遍，在顶视图、边视图上反复检查外形铣削时的情况，下刀位置选择不当，也会过切。

　　平面槽形凸轮工作表面粗糙度要求较高，在加工过程中常会遇到凸轮起点和终点的过切和欠切现象。

进刀和退刀位置不重合，造成欠切。

　　7 结束语 

　　本文针对平面槽型凸轮的加工做了介绍以及过切欠切现象的分析。

 UG软件的自动加工减少了劳动强度，提高了效率，在实际生产中得到了广泛的应用，希望大家对UG能有更多的了解，更大限度的发挥UG软件在实际生产过程中的应用。