凸輪軸加工及其仿真

凸輪軸加工及其仿真,凸輪軸,加工,及其,仿真 西安文理學(xué)院機(jī)械電子工程系 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 凸輪軸加工及其仿真 專業(yè)班級(jí) 機(jī)電 08 級(jí)二班 學(xué) 號(hào) 08102080223 學(xué)生姓名 李 偉 指導(dǎo)教師 戴君/ 田浩 設(shè)計(jì)所在單位 西安文理學(xué)院 2012 年 5 月 西安文理學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 凸輪軸加工及其仿真 摘要： 典型零件凸輪軸工件上圓形偏心部分的加工比較復(fù)雜。對(duì)于加工車間來說， 優(yōu)化這個(gè)加工工序可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。凸輪軸加工工序的優(yōu)化，取決于 夾具的優(yōu)化及工序安排的合理性。 凸輪軸工件在機(jī)械加工中比較常見，常見的車削加工方法有三爪車削法、 四爪車削法、花盤車削法等。像這些方法多用于普通車床上，偏心部分的偏心 距采用百分表找正。缺點(diǎn)是：加工復(fù)雜、效率低、互換性和精度難保證。 本文采用凸輪軸偏心部位車削加工的另一種方法專用夾具車削法。專 用夾具車削法，可用于數(shù)控車機(jī)床。文中涉及到了凸輪軸的加工工序、專用夾 具的設(shè)計(jì)、數(shù)控加工編程等內(nèi)容。 關(guān)鍵字：數(shù)控車床 凸輪軸 偏心套筒. 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） The Camshaft Processing and Simulation Abstract: Typical parts of work-piece circular eccentric CAM shaft parts processing is more complex. For processing workshop，Optimize the machining processes can increase the production efficiency. The camshaft processes, depending on the optimization of process optimization and fixture arrangement of rationality. In machining camshaft work-piece in common, Common machining methods have three claws turning, four turning machining method, facile, etc. These methods use on much likely the conventional lathe, the eccentric parts eccentricity uses the dial gauge to adjust. The shortcoming is: Processes, the efficiency to be low complex, the interchangeability and the precision difficult to guarantee. These methods use on much likely the conventional lathe, the eccentric parts eccentricity uses the dial gauge to adjust. The shortcoming is: Processes, the efficiency to be low complex, the interchangeability and the precision difficult to guarantee16 17. Keywords: NC Lathe Cam Shaft Eccentric Sleeve 目錄 - 0 - 目 錄 第一章 緒論 .- 1 - 1.1 數(shù)控加工的發(fā)展趨勢 .- 1 - 1.2 數(shù)控加工技術(shù)常用的軟件 .- 2 - 1.3 此課題的意義 .- 3 - 第二章 凸輪軸零件分析 .- 4 - 2.1 凸輪軸的結(jié)構(gòu)介紹 .- 4 - 2.2 凸輪軸加工要求和預(yù)計(jì)加工難度 .- 5 - 2.2.1 加工要求 .- 5 - 2.2.2 偏心圓的加工 .- 5 - 2.2.3 深孔加工 .- 6 - 2.2.4 軸的要求 .- 6 - 2.3 本章小結(jié) .- 6 - 第三章 夾具設(shè)計(jì) .- 7 - 3.1 夾具的工作原理 .- 7 - 3.2 數(shù)控車床夾具設(shè)計(jì) .- 7 - 3.3 專用夾具 偏心套設(shè)計(jì) .- 8 - 3.3.1 專用夾具分析 .- 9 - 3.3.2 專用夾具設(shè)計(jì) .- 9 - 3.3.3 專用夾具車削法的優(yōu)點(diǎn) .- 10 - 3.4 一般套筒設(shè)計(jì) .- 10 - 3.5 本章小結(jié) .- 11 - 第四章 機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定 .- 12 - 4.1 加工工藝路線的分析 .- 12 - 4.2 凸輪加工工藝分析 .- 12 - 4.3 加工階段的劃分與工序順序的安排 .- 13 - 4.4 加工工藝路線的擬定 .- 13 - 4.4.1 備料 .- 13 - 4.4.2 銑端面、鉆中心孔 .- 14 - 4.4.3 粗精加工外圓 .- 14 - 4.4.4 加工軸頸 .- 15 - 4.4.5 粗精加工溝槽 .- 15 - 4.4.6 六方和鍵槽 .- 16 - 4.4.7 偏心輪和螺紋孔加工 .- 19 - 4.5 本章小結(jié) .- 20 - 第五章 .- 21 - 5.1 鍵槽的仿真 .- 21 - 5.1.1 Pro/Engineer 軟件 .- 21 - 5.1.2 Pro/Engineer 仿真 .- 21 - 目錄 - 1 - 5.2 程序編制 .- 24 - 5.2.1 數(shù)控車削常用指令 .- 24 - 5.2.2 數(shù)控車床編程 1 .- 27 - 5.3 加工中心 .- 28 - 5.3.1 加工中心簡介 .- 28 - 5.3.2 加工中心程序編制 .- 29 - 5.3.3 數(shù)控車床編程 2 .- 30 - 5.4 本章小結(jié) .- 30 - 第六章 總結(jié) .- 31 - 致謝 .- 32 - 參考文獻(xiàn) .- 33 - 附錄 1 典型零件凸輪軸圖 .- 34 - 附錄 2 數(shù)控車床程序 .- 35 - 附錄 3 加工中心程序 .- 36 - 附錄 4 鍵槽走刀過程 .- 38 - 走刀截圖 .- 38 - 生成程序截圖 .- 38 - 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 0 - 第一章 緒論 1.1 數(shù)控加工的發(fā)展趨勢 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件加工質(zhì)量 的要求也越來越高。尤其是隨著 FMS 和 CIMS 的興起和不斷成熟，對(duì)機(jī)床數(shù)控系 統(tǒng)提出了更高的要求，現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高可靠性、高 柔性化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方向發(fā)展。 高速化 可通過高速運(yùn)算技術(shù)、快速插補(bǔ)運(yùn)算技術(shù)、超高速通信技術(shù)和高 速主軸等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高速化。機(jī)床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材 料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的 表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn) 有廣泛的適用性。依靠快速、準(zhǔn)確的數(shù)字量傳遞技術(shù)對(duì)高性能的機(jī)床執(zhí)行部件 進(jìn)行高精密度、高響應(yīng)速度的實(shí)時(shí)處理，由于采用了新型刀具，車削和銑削的 切削速度已達(dá)到 5000-8000 米/分以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在 30000 轉(zhuǎn)/分(有的高達(dá) 10 萬轉(zhuǎn)/分)以上；工作臺(tái)的移動(dòng)速度：（進(jìn)給速度） ，在分辨率為 1 微米時(shí)，在 100 米/分（有的到 200 米/分）以上，在分辨率為 0.1 微米時(shí)，在 24 米/分以 上；自動(dòng)換刀速度在 1 秒以內(nèi)；小線段插補(bǔ)進(jìn)給速度達(dá)到 12 米/分。根據(jù)高效 率、大批量生產(chǎn)需求和電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，高速直線電機(jī)的推廣應(yīng)用， 開發(fā)出一批高速、高效的高速響應(yīng)的數(shù)控機(jī)床以滿足汽車、農(nóng)機(jī)等行業(yè)的需求。 還由于新產(chǎn)品更新?lián)Q代周期加快，模具、航空、軍事等工業(yè)的加工零件不但復(fù) 雜而且品種增多。 高精度化 高精度化一直是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展追求的目標(biāo)。它包括機(jī)床制造 的幾何精度和機(jī)床使用的加工精度兩方面。提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，一般是 通過減少數(shù)控系統(tǒng)誤差，提高數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)大件結(jié)構(gòu)特性和熱穩(wěn)定性，采用補(bǔ) 償技術(shù)和輔助措施來達(dá)到的。在減少 CNC 系統(tǒng)誤差方面，通常采用提高數(shù)控系 統(tǒng)分辨率，使 CNC 控制單元精細(xì)化，提高位置檢測精度以及在位置伺服系統(tǒng)中 為改善伺服系統(tǒng)的相應(yīng)特征，采用前饋和非線性控制的方法。在采用補(bǔ)償技術(shù) 方面，采用齒縫補(bǔ)償、絲杠螺母誤差補(bǔ)償、刀具補(bǔ)償、熱變形誤差補(bǔ)償和空間 誤差綜合補(bǔ)償?shù)取?從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工） ，是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā) 展的方向。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)（5 時(shí)的孔加工可稱為深孔加工，用普通麻花鉆鉆深孔時(shí) 有以下困難。 1.鉆頭細(xì)長。剛性差，加工時(shí)鉆頭易彎曲和振動(dòng)，難以保證孔的直線度與 加工精度。 2.切屑多，而排除切屑的通道長而狹窄，切屑不容易排出。 3.孔深切削液不易進(jìn)入，切削溫度過高，散熱困難，鉆頭容易斷。 2.2.4 軸的要求 1 支承軸頸的尺寸精度及各支承軸頸間的同軸度。 2 止推面對(duì)于支承軸線的垂直度。 3 凸輪軸基面的尺寸精度和相對(duì)于支承軸頸的軸線的同軸度。 4 凸輪的位置精度。 5 凸輪的形狀精度 1。 2.3 本章小結(jié) 本章主要從零件圖入手，在加工以前認(rèn)真分析凸輪軸零件圖。從宏觀上對(duì) 其有一個(gè)深刻的了解，對(duì)所要加工的工件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。并初步分析凸輪軸的 加工工藝，確定凸輪軸加工要求和預(yù)計(jì)加工難度，有利于以后的加工仿真。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 6 - 第三章 夾具設(shè)計(jì) 機(jī)床夾具大體可分為通用夾具和專用夾具。通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的， 在一定范圍內(nèi)可用加工不同工件的夾具；專用夾具是指專為某一工件的某道工 序而專門設(shè)計(jì)的夾具。機(jī)床夾具在機(jī)械加工中起著重要的作用，它直接影響機(jī) 械加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本以及工人的勞動(dòng)強(qiáng)度等。因此機(jī)床夾具的設(shè) 計(jì)是機(jī)械加工工藝準(zhǔn)備中的一項(xiàng)重要工作。本章主要介紹為加工此凸輪軸而專 門設(shè)計(jì)的專用夾具偏心套筒。 3.1 夾具的工作原理 夾具的工作原理有以下幾點(diǎn)： 1、使工件在夾具中占有正確的加工位置。這是通過工件各定位面與夾具的 相應(yīng)定位元件的定位工作面（定位元件上其定位作用的表面）接觸、配合或?qū)?準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)的。 2、夾具對(duì)機(jī)床應(yīng)先保證有準(zhǔn)確的相對(duì)位置，而夾具結(jié)構(gòu)又保證定位元件的 定位工作面對(duì)夾具與機(jī)床相連接的表面之間的相對(duì)準(zhǔn)確位置，這就保證了夾具 定位工作面相對(duì)機(jī)床切削運(yùn)動(dòng)形成表面的準(zhǔn)確幾何位置，也就達(dá)到了工件加工 面對(duì)定位基準(zhǔn)的相互位置的精度要求。 3、使刀具相對(duì)有關(guān)的定位元件的定位工作面調(diào)整到準(zhǔn)確位置，這就保證了 刀具在工件上加工出的表面對(duì)工件定位基準(zhǔn)的位置尺寸。 在機(jī)械加工中，夾具在工藝裝備中占有重要地位，夾具設(shè)計(jì)恰當(dāng)與否，在 很大程度上影晌加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動(dòng)條件和加工成本。因此，夾具設(shè)計(jì)是 機(jī)械加工中一項(xiàng)重要的工作。 選擇夾具時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1）要保證工件的加工精度。 2）夾具類型要與其生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，以提高生產(chǎn)效率，降低成本。 3）夾具結(jié)構(gòu)與元件的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化并可重復(fù)使用以保證低成本。 4）擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍。 5）減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證使用方便和安全。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 7 - 3.2 數(shù)控車床夾具設(shè)計(jì) 1、車床夾具的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1） 整個(gè)車床夾具隨機(jī)床主軸一起回轉(zhuǎn)，所以要求它結(jié)構(gòu)緊湊，輪廓尺寸 盡 可能小，質(zhì)量小，而且夾具重心應(yīng)盡量與回轉(zhuǎn)軸線重合，以減少慣性力和回 轉(zhuǎn)力矩。 2）應(yīng)有平衡措施消除回轉(zhuǎn)中的不平衡現(xiàn)象，以減少振動(dòng)等不利影響。 3）與主軸端聯(lián)結(jié)部分是夾具的定位基準(zhǔn)，所以應(yīng)有較準(zhǔn)確的圓柱孔或錐孔， 其結(jié)構(gòu)形式和尺寸，依具體使用的機(jī)床主軸端部結(jié)構(gòu)而定。 4）高速回轉(zhuǎn)的夾具，應(yīng)特別注意使用安全，如盡可能避免帶有尖角或凸出 部分；夾緊力要足夠大，且自鎖可靠等。必要時(shí)回轉(zhuǎn)部分外面可加罩殼，以保 證操作安全。 2、確定工件的夾緊 工件在定位元件上定位后，必須采用一定的裝置將工件壓緊夾牢，使其在 加工過程中不會(huì)因?yàn)槭芮邢髁?、慣性力或離心力等作用而發(fā)生振動(dòng)或位移，從 而保證加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全，這種裝置即為夾緊裝置。 夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件，與工件直接接觸完成夾緊作用。夾 緊裝置必須滿足如下基本要求： 1）夾緊時(shí)不能破壞工件定位后獲得的正確位置。 2）加緊力大小要適中，既要保證工件在加工過程中不移動(dòng)、不轉(zhuǎn)動(dòng)、不振 動(dòng)，由不得使工件產(chǎn)生變形或損傷工作表面。 3）夾緊動(dòng)作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全。 4）結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造與維修，其自動(dòng)化程度及復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn) 綱領(lǐng)相適應(yīng)。 設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)，首先需合理確定夾緊力的三要素：大小、方向和作用點(diǎn)。 該工件在車床上的加工是以內(nèi)外圓柱面定位，選用內(nèi)外圓定心夾緊機(jī)構(gòu)， 在實(shí)現(xiàn)定心的同時(shí)，能將工件加緊，如選用三爪自定心卡盤。 3、卡爪的夾緊力和切削力 為了滿足此零件加工需要，零件夾具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先計(jì)算出卡爪夾緊力和切削 力，從而得出機(jī)床卡盤需要調(diào)整到的壓力。 1）卡爪夾緊力公式： nDfKMW2 （3-1） 式中： 卡爪數(shù)； 安全系數(shù)； 摩擦系數(shù)； 切削nfM 扭距； 零件直徑.D 2）由于實(shí)際的金屬切削過程非常復(fù)雜，影響因素很多，因而現(xiàn)有的一些結(jié) 果不能很好地吻合。所以在生產(chǎn)實(shí)際中，切削力的大小一般采用由實(shí)驗(yàn)結(jié)果建 立起來的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。對(duì)于一般加工方法，如車削、孔加工和銑削等已建立 了可直接利用的經(jīng)驗(yàn)公式。常用的經(jīng)驗(yàn)公式可分為兩類：一類是指數(shù)公式，一 類是按單位切削力進(jìn)行計(jì)算的公式。 切削力公式： （3-FFMnFcyxpFc KKvfaCsrc 0 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 8 - 2） 切削扭距公式： （3-2DFMc 3） 式中： 系數(shù)； 、 、 指數(shù)； 吃刀深度；cFCcxcycnpa 進(jìn)給量；f 切削速度； 材料修正系數(shù)； 主偏角修正系數(shù)；cvMFKFrK 前角修正系數(shù)； 刃傾角修正系數(shù)； 刀尖圓弧半徑FK0 s 修正系數(shù)。 3.3 專用夾具偏心套設(shè)計(jì) 由零件分析知道，工件上有兩個(gè)偏心部位。一般數(shù)控車床加工的夾具不適 用于加工偏心部位，尤其是雙偏心零件，因?yàn)殡p偏心零件要保證兩偏心部位偏 心的方向。所以，要設(shè)計(jì)加工工件偏心部位的專用夾具偏心套。 3.3.1 專用夾具分析 偏心套筒要經(jīng)常多次裝夾，因此，材料需要一定的硬度和耐磨性；偏心套 要夾持在三爪卡盤上；要保證兩偏心部位的偏心方向相反；要在三爪卡盤上夾 緊等。 設(shè)計(jì)專用夾具時(shí)還要考慮如下內(nèi)容： 1、偏心套偏心距的確定：偏心套偏心距的基本值與所加工工件的偏心距一 致，偏心套偏心距的公差值為所加工工件偏心距公差值的 1/3。 2、偏心套與所加工工件的安裝配合以 H6/h6 為宜。 3、偏心套的加工主要考慮其公差值的不同而異，但偏心套與所加工工件的 配合孔表面粗糙度必須達(dá)到 Ra0.8m 以上。 4、工件過長時(shí)必須要有頂尖。 5、工件加工完工后，可取下完工工件，安裝未加工工件，重復(fù)簡單的車工 工序即可加工高精度偏心軸工件 4。 3.3.2 專用夾具設(shè)計(jì) 偏心套筒要經(jīng)常多次裝夾，材料需要一定的硬度和耐磨性，采用 45 鋼調(diào)質(zhì) HBS220-240 為宜。偏心套要夾持在三爪卡盤上，因此，對(duì)三爪卡盤有一定要求： 要求端面跳動(dòng) 0.01mm、圓跳動(dòng)為 0.03mm；為使偏心套定位準(zhǔn)確，保證兩偏心部 位的偏心方向相反，設(shè)計(jì)如圖 3.1 和圖 3.2 所示 3mm 鍵槽形凸起。偏心軸套外 圓上沿軸線方向開有 1.52.0mm 的通槽，此槽的作用是使偏心軸套受到三爪卡 盤卡爪的夾緊力后自動(dòng)收緊并夾緊工件。此法比三爪卡盤加墊片法提高了生產(chǎn) 效率，縮短了校正和計(jì)算時(shí)間 2。 偏心套偏心距確定為 2.80.033mm；偏心套與所加工工件的安裝配合為 H6/h6；偏心套的表面粗糙度應(yīng)為 Ra0.8m。 1、經(jīng)尺寸計(jì)算夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下： 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 9 - 1) 偏心部位 1 的夾具設(shè)計(jì)如圖 3.1 所示。 圖 3.1 偏心套筒 2)偏心部位 2 的夾具設(shè)計(jì)如圖 3.2 所示。 圖 3.2 偏心套筒 2、工件加工注意事項(xiàng)如下： 1）偏心套要靠平在三爪自定心卡盤端面； 2）加工時(shí)粗車偏心工件的切削力較大，為防止工件軸向移動(dòng)，應(yīng)在軸孔內(nèi) 裝定位裝置； 3）粗車時(shí)選用 YG5 硬質(zhì)合金刀具，前角 10-15 度，斷屑槽為圓弧形寬 5mm，且切削速度不宜過高，進(jìn)給量不宜過大。 4）加工工件時(shí)專用夾具 1、2 均裝在圖 2.1 所示的軸頸 1 上。 3.3.3 專用夾具車削法的優(yōu)點(diǎn) 專用夾具車削法具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、操作性強(qiáng)； 2、對(duì)操作者操作技能的依賴性很低 ； 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 10 - 3、按要求安裝 即可進(jìn)行加工，不需找正偏心工件軸線平行，極大降低了 工人勞動(dòng)強(qiáng)度。 4、零件加工精度不受人為因素的影響； 5、零件加工精度互換性很好 ； 6、極大提高了生產(chǎn)效率； 7、專用夾具成本不高，經(jīng)濟(jì)性良好 。 3.4 一般套筒設(shè)計(jì) 由零件分析可知，當(dāng)工件在加工中心加工好六方和鍵槽，轉(zhuǎn)到數(shù)控車床加 工螺紋孔時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)直接夾緊工件會(huì)損傷工件，影響工件表面加工質(zhì)量。因此， 需要設(shè)計(jì)一個(gè)套筒，達(dá)到保護(hù)工件表面質(zhì)量的目的。 如圖 3.3 所示為套筒的結(jié)構(gòu)示意圖。套筒外圓上沿軸線方向開有 1.52.0mm 的通槽，此槽的作用是使偏心軸套受到三爪卡盤卡爪的夾緊力后自 動(dòng)收緊并夾緊工件。套筒與所加工工件的安裝配合為 H6/h6；套筒的表面粗糙 度為 Ra0.8m。 加工工件時(shí)此套筒裝在圖 2.1 所示的軸頸 2 上。 圖 3.3 套筒 3.5 本章小結(jié) 本章主要介紹了車工件偏心部位的專用夾具的設(shè)計(jì)、用于保護(hù)工件表面的 一般套筒的設(shè)計(jì)及夾具的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算。 特別注意的是：1、兩專用夾具上均有 3mm 鍵槽形凸起，用于保證兩偏心部 位的軸上位置；2、專用夾具和套筒外圓上沿軸線方向均開有 1.5-2.0mm 的通槽， 利用此槽使偏心軸套受到三爪卡盤卡爪的夾緊力后自動(dòng)收緊并夾緊工件。加工 凸輪軸時(shí)使用專用夾具，可以快速找正，提高了工作效率。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 11 - 第四章 機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定 機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定，可分為兩大步驟：第一步，擬定零件的加工工 藝路線；第二步，確定每道工序的工序尺寸、所用設(shè)備和工藝裝備及切削用量 和工時(shí)定額。 4.1 加工工藝路線的分析 在凸輪軸的加工過程中的加工精度，其中受兩個(gè)主要因素的影響： 1、變形 從細(xì)長角度來說，突出的問題就是工件本身的剛度低。切削加工時(shí)產(chǎn)生較 大的受力變形，其表面余應(yīng)力也會(huì)影響其變形，尤其在加工凸輪時(shí)，這種變形 更為顯著。另一方面，采用材料為鋼的凸輪軸在主要工作表面精加工產(chǎn)生變形。 凸輪軸在加工過程中的變形，不僅影響到后工序加工的余量分配是否均勻， 而且變形過大會(huì)導(dǎo)致后續(xù)加工無法進(jìn)行，甚至造成中途報(bào)廢。凸輪軸加工后的 變形，將直接影響到裝配后凸輪軸的使用性能。因此，在安排其工藝過程時(shí)， 必須針對(duì)工件變形這一特點(diǎn)采取必要的措施，不僅要把各主要表面的精度加工 工序分開，以使粗加工事故時(shí)產(chǎn)生的變形在半精加工中得修正，半精加工的變 形在精加工中也得以修正。 2、加工難度大 從形狀復(fù)雜角度來講，突出的問題就是凸輪的表面的加工。對(duì)于這些表面， 不僅有尺寸精度要求，還有形狀位置要求。如采用普通的加工設(shè)備和一般表面 常規(guī)的加工方法，顯然是無法保證其加工質(zhì)量和精度。 4.2 凸輪加工工藝分析 定位基準(zhǔn)的選擇一般常規(guī)的方法是采用兩頂尖作為軸類零件的定位基準(zhǔn)。 這樣避免了工件在多次裝夾具中固定基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換而引起的誤差，也可以作為后 續(xù)工序的定位基準(zhǔn)，即符合“基準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則。 1、粗基準(zhǔn)的選擇 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 12 - 粗基準(zhǔn)的選擇是否合理，不僅關(guān)系到工件的裝夾是否方便、可靠，也關(guān)系 到精加工中能否保證加工精度。該凸輪軸加工中粗基準(zhǔn)是銑兩端面并打中心孔 時(shí)定位基準(zhǔn)的選擇，其目的是加工出后續(xù)工序的精基準(zhǔn)。為保證后續(xù)工序余量 均勻，選用支承軸頸的毛坯外圓柱面及一個(gè)側(cè)面作為定位基準(zhǔn)。 2、精基準(zhǔn)的選擇 在凸輪軸的加工過程中，精基準(zhǔn)選擇有下面兩種情況： 對(duì)于各支承軸頸、外圓表面的粗加工、半精加工、精加工均以兩頂尖孔作 為精基準(zhǔn)進(jìn)行定位的；鉆孔時(shí)以兩支承軸頸作為基準(zhǔn)進(jìn)行定位。 選擇精基面的原則是： 1）基準(zhǔn)重合原則，即盡可能的選用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。 2）統(tǒng)一基準(zhǔn)原則，即盡可能的選用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)加工個(gè)表面，以保證各 表面的間的位置精度。 3）互為基準(zhǔn)，反復(fù)加工的原則。 4）自為基準(zhǔn)原則。 4.3 加工階段的劃分與工序順序的安排 1、加工階段的劃分 由于凸輪軸的加工精度較高，整個(gè)加工不可能在一個(gè)工序內(nèi)全部完成。為 了利于逐步達(dá)到加工要求，必須把整個(gè)工藝過程分幾個(gè)階段。 該凸輪軸加工分為以下三個(gè)階段：粗加工階段包括車各支承軸頸、 、鉆通孔； 半精加工階段包括偏心圓的加工、六方加工、鍵槽的加工；精加工階段包括偏 心圓外形、支承軸頸的磨削。 工序順序的安排 制定零件數(shù)控車削加工工序，一般應(yīng)該遵循下列原則 ： 1）基面先行：即前道工序的加工能夠?yàn)楹竺娴墓ば蛱峁┚庸せ鶞?zhǔn)和合適 的裝夾表面。 2）先面后孔：先加工簡單的幾何形狀，后加工復(fù)雜的幾何形狀。 3）先粗后精：粗、精加工需要分開的零件，先進(jìn)行粗加工后進(jìn)行精加工。 4）先主后次：先車端面打中心孔，再加工外圓柱面，最后加工槽、螺紋等 表面。 5）工序集中：以相同定位、夾緊方式安裝的工序，應(yīng)進(jìn)行工序集中，以便 減少重復(fù)定位次數(shù)和夾緊次數(shù)。 對(duì)于凸輪軸，是按車初磨精磨的順序加工的。各表面加工順序從 粗到精，且主要表面與次要表面加工工序相互交叉進(jìn)行，而從整體上說又符合 “先粗后精”的原則。 4.4 加工工藝路線的擬定 綜上所述擬工藝路線如下： 表 4-1 工藝路線表 工序號(hào) 工序名稱 1 備料 2 銑端面、鉆中心孔 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 13 - 3 粗精加工外圓 4 加工軸頸 5 粗精加工溝槽 6 六方和鍵槽加工 7 偏心輪和螺紋孔的加工 8 精加工 9 終檢 4.4.1 備料 1、零件毛坯的選擇 零件總長為 155.5mm，最寬部位為 55.6mm。因此，選擇長 175mm、直徑為 60mm的圓柱作為毛坯。如圖 4.1 所示。 圖 4.1 毛坯示意圖 4.4.2 銑端面、鉆中心孔 數(shù)控車床的特點(diǎn)有：1、加工范圍廣；2、程編方便、機(jī)床重復(fù)定位精度在 0.004mm 之內(nèi)；3、刀位多，可以在一次裝夾中加工各種不同的表面；4、機(jī)床 自動(dòng)對(duì)刀 ,換刀迅速 ,輔助時(shí)間少。根據(jù)數(shù)控車床的特點(diǎn)和凸輪軸的加工要求 確定：選擇數(shù)控車床來加工凸輪軸。 車削毛坯的右端端面，鉆中心孔，選擇右端面作為此工序的基準(zhǔn)（自為基 準(zhǔn)原則） 。如圖 4.3 所示。選擇 30 度的外圓車刀即可，材料為合金鋼。 圖 4.2 車端面及打中心孔 4.4.3 粗精加工外圓 粗精加工外圓（16mm 和 20mm） ，以工件的右端面作為此工序的基準(zhǔn)。 如圖 4.4 上圖所示。注意：在軸頸 3（右端 20mm 外圓）右側(cè)留 1mm 的余量， 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 14 - 保證加工工件軸頸右端面時(shí)的尺寸精度。 圖 4.4 粗精加工外圓 4.4.4 加工軸頸 圖 4.3 軸頸 4.4.5 粗精加工溝槽 粗精加工 1.3519mm 的溝槽，如圖 4.5 所示。由圖可知要保留尖角，故 選擇 1.00mm 的割刀。 圖 4.5 溝槽 以上數(shù)控車削切削用量的確定： 數(shù)控車削加工中的切削用量包括背吃刀量 、切削速度 和進(jìn)給量 。選paCVf 擇切削用量時(shí)，應(yīng)該在切削系統(tǒng)強(qiáng)度、剛性允許的條件下充分利用機(jī)床功率， 最大地發(fā)揮刀具的切削性能。所選取的數(shù)值要在機(jī)床給定的切削參數(shù)允許范圍 內(nèi)，同時(shí)要使主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量和進(jìn)給量三者都能相互適應(yīng)，形成最佳的切 削效果。具體原則是：粗車時(shí)，在考慮加工經(jīng)濟(jì)性的前提下以提高生產(chǎn)率為主； 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 15 - 半精車和精車時(shí)，在保證工件加工精度和表面粗糙度的前提下兼顧提高加工效 率。 1、背吃刀量的確定。 根據(jù)機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)剛度來確定背吃刀量 ，在pa 工藝系統(tǒng)剛度允許的情況下，應(yīng)以最少的進(jìn)給次數(shù)切除加工余量，以提高加工 效率。當(dāng)零件的加工精度要求較高時(shí)，需要保留 0.2mm0.5mm 的單邊精車余量。 （4-1 ）2 mwpda 2、主軸轉(zhuǎn)速的確定 依據(jù)機(jī)床的性能、被加工零件的材料和刀具允許的切削速度，查閱相關(guān)的 數(shù)控加工切削用量資料，選取切削速度。在確定了切削速度 （m/min）之后，CV 根據(jù)工件直徑 D 用下面的公式便可計(jì)算出主軸轉(zhuǎn)速 n（r/min） 。 （4-2）DV/10n 式中，D 是工件直徑，單位為 mm。 3、進(jìn)給量 f（進(jìn)給速度）的確定 在確定進(jìn)給量時(shí)，要考慮被加工零件的加工精度和表面粗糙度要求、刀具 及工件的材料等因素，在保證加工表面質(zhì)量要求的前提下，可選擇較大的進(jìn)給 量，以提高加工效率。 （4-3）601cndvw 一般，粗加工時(shí) ， ；精加工時(shí)切削速度m/r2f m/in15VC 較高，一般可達(dá) 。如果機(jī)床及刀具性能允許，應(yīng)盡可能提in540VC 高切削速度，相應(yīng)的可以采用較小的進(jìn)給量，以利于表面質(zhì)量的提高（一般可 取 ） 。表 4.1 為數(shù)控車削用量推薦表 7 8。/r2.10f 表 4.2 數(shù)控車削用量推薦表 工件材料 加工方式 背吃刀量 /mm 切削速度/(mm/min) 進(jìn)給量/(mm/r) 刀具材料 粗加工 23 5080 0.20.4 精加工 0.10.15 60100 0.10.2 YT 類合 金 鋼 切斷（寬度5mm） 4070 0.10.2 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 16 - 4.4.6 六方和鍵槽 在加工中心主要完成零件兩個(gè)部位的加工，分別為尾端的六方加工和零件 鍵槽加工。 加工中心將數(shù)控銑、數(shù)控鉆鏜類機(jī)床發(fā)展而來，集銑削、鉆鏜、攻螺紋等 各種功能于一體，并配刀具庫，具有自動(dòng)換刀功能，是適用于加工復(fù)雜零件的 高效率、高精度的自動(dòng)化機(jī)床。 六方和鍵槽的工作表面粗糙度均為 Ra6.3，可以采用加工中心加工，按粗 銑、半精銑的方案進(jìn)行加工。 圖 4.6 鍵槽和六方 如圖 4.6，鍵槽尺寸精度為 mm，六方?jīng)]有嚴(yán)格的要求。為了保證鍵3.041 槽的精度，故將鍵槽放在六方后面加工，即先加工六方。六方的加工要使用到 分度頭。 采用粗精加工工藝路線。加工時(shí)夾緊工件的左邊（留有 5mm 長的工藝夾頭） 具體工序是： 1、粗銑、半精銑軸上六方：采用 10mm 端面銑刀，軸向尺寸一刀到位。 圖 4.7 鍵槽和六方加工 圖 4.8 鍵槽走刀路徑 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 17 - 粗銑、半精銑、精銑軸上鍵槽：4mm 立銑刀，分兩次走刀。 鍵槽走刀路徑，如圖 4.8 所示，第一次走刀后，徑向單邊余量為 0.5mm； 第二次走刀后，徑向單邊余量為 0.025mm。軸向尺寸一刀到位。 3、加工中心銑削用量的選擇 在銑削加工中，切削用量一般由切削速度 、進(jìn)給量 f（進(jìn)給速度 ） 、CVfV 切削深度（背吃刀量）和側(cè)吃刀量 四要素組成。合理選擇切削用量對(duì)發(fā)揮數(shù)ca 控機(jī)床的最佳效能有著至關(guān)重要的關(guān)系。 1、背吃刀量的確定。 當(dāng)工件表面粗糙度值要求為 Ra3.2m Ra12.5m 時(shí)，應(yīng)分為粗銑和半精銑 兩個(gè)工序進(jìn)行。端面洗銑粗銑時(shí)背吃刀量或側(cè)吃刀量取 6mm 以下，粗銑后留 0.51.0mm 余量，在半精銑時(shí)一次切除。 2、進(jìn)給量（進(jìn)給速度）的確定 進(jìn)給速度 是單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移，單位是fV mm/min。 （4-4）fzv 式中 z銑刀齒數(shù) 每齒進(jìn)刀量 f 的選取主要依據(jù)工件材料的力學(xué)性能、刀具材料、工件表面 粗糙度等因素。選取時(shí)可參照表 4.2 和 4.3。 表 4.3 銑刀每齒進(jìn)刀量推薦表 粗銑 精銑工 件 材 料 高速鋼銑刀 硬合金銑刀 高速鋼銑刀 硬合金銑刀 鋼 0.10.15 0.10.25 0.020.05 0.100.15 表 4.4 銑削銑刀進(jìn)刀量推薦表 工件材料 圓柱銑刀 面銑刀 立銑刀 鋼 0.2 0.2 0.07 2、切削速度 的選擇CV 切削速度 的選擇主要取決于刀具的耐用度，與工件材料也有很大的關(guān)系 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 18 - 可參照表 4.4。 表 4.5 銑削加工切削速度推薦表 切削速度工件材料 硬度/HBS 高速鋼銑刀 硬質(zhì)合金銑刀 225 1824 80300 225325 1236 54300鋼 325425 621 40120 4.4.7 偏心輪和螺紋孔加工 1、夾緊輔助階梯軸，選擇 30 度外圓車刀車削六方的倒圓角。 2、將工件插入偏心軸套的內(nèi)孔中，分別加工兩偏心部位。如圖 4.9 所示。 加工兩偏心部位要用到專用夾具，如圖 3.1 和 3.2 所示偏心套筒。加工偏 心部位 1 時(shí)，將軸頸 1 插入偏心套筒 1 的內(nèi)孔，用三爪卡盤夾緊偏心套筒 1 的 外圓；加工偏心部位 2 時(shí)，將軸頸 1 插入偏心套筒 2 的內(nèi)孔，用三爪卡盤夾緊 偏心套筒 2 的外圓。 選擇 30 度的外圓車刀即可，刀具材料為合金鋼。 圖 4.9 加工偏心部位 3、利用圖圖 3.3 所示套筒，將套筒套入直徑為 30mm 的軸頸 3，用三爪 卡盤夾緊套筒外圓，切削輔助階梯軸，鉆孔 8mm17mm。如圖 4.10 所示。 圖 4.10 鉆孔 最后在中心孔上攻絲，規(guī)格 M812mm。 攻絲是用一定的扭矩將絲錐旋入工件上預(yù)鉆的底孔中加工出內(nèi)螺紋。由于 螺紋車刀的結(jié)構(gòu)限制，在車床上不能加工過小孔徑的內(nèi)螺紋，一般直徑在 16mm 以下的內(nèi)螺紋以及大型工件如機(jī)體、機(jī)座上的內(nèi)螺紋，通常都采用絲錐攻制的 方法。用絲錐加工小直徑的內(nèi)螺紋，其生產(chǎn)效率比車削要高得多。如圖 4.11 所 示。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 19 - 圖 4.11 攻絲 4.5 本章小結(jié) 本章主要介紹了凸輪軸的加工工藝相關(guān)內(nèi)容，如加工設(shè)備選擇數(shù)控車床和 加工中心。凸輪軸零件表面數(shù)控車床加工方案為粗車半精車精車，加 工中心的加工方案為粗銑半精銑。最主要的是加工工序的確定和切削參數(shù) 選擇。 工件加工工序?yàn)?1、先在數(shù)控車床上加工工件右端端面、輔助階梯軸（工 藝夾頭） 、軸頸、打中心孔；2、在加工中心加工鍵槽和六方；3、回到數(shù)控車床 加工右端端面、加工偏心部位、鉆孔、車削六方上的倒圓角及端面；4、鉗工攻 絲。 數(shù)控車床切削參數(shù)選擇：粗加工時(shí) ， ；m/r21fm/in150VC 精加工時(shí) 。如果機(jī)床及刀具性能允許，應(yīng)盡可能提高切削m/in504VC 速度，相應(yīng)的可以采用較小的進(jìn)給量，以利于表面質(zhì)量的提高（一般可取 ） 。/r2.10f 加工中心銑削參數(shù)選擇：端面洗銑粗銑時(shí)背吃刀量或側(cè)吃刀量取 6mm 以下， 粗銑后留 0.51.0mm 余量，在半精銑時(shí)一次切除。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 20 - 第五章 上一章節(jié)完成了凸輪軸在數(shù)控車床和加工中心的加工工序，本章對(duì)凸輪軸 具體加工工序進(jìn)行數(shù)控編程，對(duì)鍵槽部分進(jìn)行仿真。 5.1 鍵槽的仿真 5.1.1 Pro/Engineer 軟件 Pro/E 第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特 征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選 擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程 集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。 、 Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、 鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。綜述其 有以下特點(diǎn)： 1 參數(shù)化設(shè)計(jì) 相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論 多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征， 都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。 2 基于特征建模 Pro/Engineer 是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì) 人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角， 您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè) 計(jì)上從未有過的簡易和靈活。 3 單一數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一 些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的 資料全部來自一個(gè)庫，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他 是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后 反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 21 - 5.1.2 Pro/Engineer 仿真 圖 5-1 典型凸輪軸零件圖 步驟如下： 程序截圖 1： 圖 5-2 典型凸輪軸仿真過程 1 程序截圖 2： 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 22 - 圖 5-2 典型凸輪軸仿真過程 2 程序截圖 3： 圖 5-3 典型凸輪軸仿真過程 3 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 23 - 程序截圖 4 圖 5-4 典型凸輪軸仿真過程 4 程序截圖 5： 圖 5-5 典型凸輪軸仿真過程 5 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 24 - 5.2 程序編制 首先安裝數(shù)控車床刀具，如表 5.1 所示 14 15。 表 5.1 數(shù)控車床刀具 序號(hào) 刀具號(hào) 刀具名稱及規(guī)格 加工表面 數(shù)量 補(bǔ)償號(hào) 1 T01 35外圓車刀 加工外圓輪廓面 1 01 2 T02 1.00mm 割刀 加工溝槽 1 02 5.2.1 數(shù)控車削常用指令 1、插補(bǔ)功能指令 1）快速定位指令（G00） 指令格式：G00 X（U）_ Z（W）_；其中 X、Z 為目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，U、W 為增量 坐標(biāo)編程方式。 2）直線插補(bǔ)指令（G01） 指令格式：G01 X（U）_Z（W）_F_；其中 X、Z 為目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，U、W 為增量 坐標(biāo)編程方式；F 為切削進(jìn)給速度，單位為 mm/min。 3）圓弧插補(bǔ)指令（G02、G03） G02為順時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令，G03 為逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)指令。 指令格式：G02 X（U）_Z（W）_I_K_F_；或 G02 X（U）_Z（W）_R_F_； G03 X（U）_Z（W）_I_K_F_；或 G03 X（U）_Z（W）_R_F_； 其中 X、Z 為圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)；I、K 為圓弧中心的坐標(biāo)，總為相對(duì)于圓弧起 始點(diǎn)的增量值，R 為圓弧半徑。 順圓與逆圓插補(bǔ)判別方法：在 X-Z 平面內(nèi)從+Y 向 Y 軸的負(fù)方向看去，刀具 相對(duì)工件進(jìn)給的方向順時(shí)針為 G02，逆時(shí)針為 G03。 4） 螺紋切削指令 指令格式：G32 X（U）_Z（W）_F（I）_J_K_Q；其中：X（U）_Z（W）_為 螺紋終點(diǎn)位置；F、I 指令字分別用于給定公制螺紋的螺距和英制螺紋的每 英寸螺紋的牙數(shù)，實(shí)際進(jìn)給速度由 S 和 F 決定。 指令功能：加工公制或英制等螺距的直螺紋、錐螺紋和端面螺紋和連續(xù)的 多段螺紋加工。 2、數(shù)控車床固定循環(huán)指令 1） 單一固定循環(huán)指令： 軸向車削循環(huán)指令 G90 指令格式：G90 X（U）_Z（W）_F_；（圓柱切削） G90 X（U）_Z（W）_R_F_；（圓錐切削） 指令功能：R 表示快速進(jìn)給，F(xiàn) 為進(jìn)給速度，指令的起點(diǎn)和終點(diǎn)相同。 徑向切削循環(huán) G94 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 25 - 指令格式：G94 X（U）_Z（W）_F_；（端面切削） G94 X（U）_Z（W）_R_F_；（錐度端面切削） 指令說明：X（U） ，Z（W）為刀具的對(duì)角點(diǎn)坐標(biāo)；R 為切削起點(diǎn)與切削終點(diǎn) Z 軸絕對(duì)坐標(biāo)的差值。 2） 螺紋切削循環(huán)指令 G92 指令格式：G92 X（U）_Z（W）_F_J_K_L_；（公制直螺紋切削循環(huán)） 指令功能：從切削起點(diǎn)開始，進(jìn)行徑向（X 軸）進(jìn)刀、軸向（Z 軸或 X、Y 軸同時(shí)）切削，實(shí)現(xiàn)等螺距的直螺紋切削循環(huán)。 3）復(fù)合固定循環(huán)指令（G70G76） 在使用 G90、G92、G94 時(shí)，已經(jīng)使程序簡化，而復(fù)合固定循環(huán)代碼能使程序 進(jìn)一步得到簡化。使用復(fù)合形固定循環(huán)代碼時(shí)，只需指定精加工的形狀，就 可以完成從粗加工到精加工的全部過程。 （1）外圓粗切削循環(huán) G71 指令格式：G71 U(d) R(e) G71 P(ns) Q(nf) U(u) W(w) F(f) S(s) T(t) 式中 d 為被吃刀量； e 為退刀量； ns 為精加工形狀程序段中的開始程序段號(hào)； nf 為精加工形狀程序段中的結(jié)束程序段號(hào)； u 為 X 方向精加工余量； w 為 Z 軸方向的精加工余量； f，s，t 為 F,S,T 代碼。 （2）端面粗加工循環(huán) G72 G72 與 G71 均為粗加工循環(huán)指令，而 G72 是沿著平行于 X 軸進(jìn)行切削循環(huán)加 工的，指令格式為：G72 U(d) R(e) G72 P(ns) Q(nf) U(u) W(w) F(f) S(s) T(t) 其中參數(shù)含義與 G71 相同。 （3）精加工循環(huán) G70 由 G71、G72 完成粗加工后，可以用 G70 進(jìn)行精加工。 指令格式為：G70 P(ns) Q(nf) 式中，ns 和 nf 含義與前述含義相同。 在這里 G71、G72 程序段中的 F、S、T 的指令都無效，只有在 nsnf 程序段 中的 F、S、T 才有效。 3、數(shù)控車床的補(bǔ)償功能 通常在編程時(shí)都將車刀刀尖作為一點(diǎn)來考慮，即所謂假設(shè)刀尖，但實(shí)際上 刀尖是有圓角的。 按刀尖點(diǎn)編出的程序在進(jìn)行端面、外徑、內(nèi)徑等與軸線平行的表面加工時(shí)， 是沒有誤差的，但在進(jìn)行倒角、錐面及圓弧切削時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生少切或過切現(xiàn)象， 具有刀尖圓弧半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能的數(shù)控系統(tǒng)能根據(jù)刀尖圓弧半徑計(jì)算出補(bǔ)償量， 自動(dòng)控制刀尖的運(yùn)動(dòng)，以避免上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。 為了進(jìn)行刀尖圓弧半徑補(bǔ)償，需要使用一下指令： G40:取消刀具補(bǔ)償，即按程序路徑進(jìn)給； G41：左偏刀具補(bǔ)償，按程序路徑前進(jìn)方向刀具偏在零件左側(cè)進(jìn)給； 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 26 - G42：右偏刀具補(bǔ)償，按程序路徑前進(jìn)方向刀具偏在零件右側(cè)進(jìn)給。 4、數(shù)控車削其他指令 1） F 功能指令 功能指令用于控制切削進(jìn)給量。在程序中，有兩種使用方法。 第一種：每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（默認(rèn)） 編程格式：G99 F_；F 后面的數(shù)字表示的是主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位為 mm/r。 第二種：每分鐘進(jìn)給量 編程格式：G98 F_；F 后面的數(shù)字表示的是每分鐘進(jìn)給量，單位為 mm/r。 2） S 功能指令 用于控制主軸轉(zhuǎn)速。在程序中，有三種使用方法 第一種：恒線速控制 編程格式 G96 S_；S 后面的數(shù)字表示的是恒定的線速度：m/min。主軸實(shí)際 轉(zhuǎn)速 ，D 為車削位置工件的直徑，單位為 mm。V/10n 第二種：恒轉(zhuǎn)速控制 編程格式 G97 S_；S 后面的數(shù)字表示主軸轉(zhuǎn)速。S2500 表示指令主軸轉(zhuǎn)速 2500r/min。 第三種：最高轉(zhuǎn)速限制 編程格式 G50 S_；當(dāng)指定恒切速車端面時(shí)，轉(zhuǎn)速隨直徑減少而增大，可能 超過機(jī)床允許轉(zhuǎn)速，故應(yīng)限制主軸最高轉(zhuǎn)速。 后面的數(shù)字表示的是最高轉(zhuǎn)速， 如 S5000 表示最高轉(zhuǎn)速限制為 5000r/min。 3） T 功能指令 編程格式 T_；用于選擇加工所用刀具，T 后面有兩位數(shù)和四位數(shù)表示方法。 用四位數(shù)表示時(shí)，前兩位是刀具號(hào)，后兩位是刀具長度和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償號(hào)。 如 T0303 表示選用 3 號(hào)刀 3 號(hào)刀具長度補(bǔ)償值或刀尖圓弧半徑補(bǔ)償值。 T0300 表示取消刀具補(bǔ)償。 4） M 功能指令 數(shù)控車床編程常用 M 指令： M00：程序暫停，可用 NC 啟動(dòng)命令使程序繼續(xù)運(yùn)行； M01：計(jì)劃暫停，與 M00 作用相似，但 M01 可以用機(jī)床“任選停止按鈕”選 擇是否有效； M02：程序結(jié)束； M03：主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)； M04：主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；M05：主軸旋轉(zhuǎn)停止； M08：冷卻液開 M09：冷卻液關(guān)； M30：程序停止，程序復(fù)位到起始位置。 注意：使用時(shí) M01、M02、M00、M30 應(yīng)單獨(dú)設(shè)一程序段 6。 5.2.2 數(shù)控車床編程 1 1、圖 5.1 為凸輪軸零件的具體尺寸，數(shù)控車床切削軸頸 3 及工藝夾頭的主 要程序如下： G01 Z11 F100； G01 X16； /車 16mm 工藝夾頭的右端面 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 27 - G01 Z1； /車 16mm 工藝夾頭的外圓 G01 X20； /車 20mm 軸頸的右端面，給右端 20mm 的軸頸右 端面留 1.00mm 的余量 G01 Z-37； /車 20mm 軸頸的外圓均為右端面中心軸上 圖 5.1 凸輪軸尺寸 將工件掉頭，在數(shù)控車床上加工另一端軸頸的主要程序如下： 2、軸頸 1 和軸頸 2 的加工編程 G01 Z161.5 F100； G01 X20； /車 20mm 工藝夾頭的外圓 G01 Z112.5； /給左端 16mm 的軸頸左端面留 1.00mm 的余量 G01 X30； /車 30mm 軸頸 2 的端面 G01 Z90； /車 30mm 軸頸 2 的外圓 G01 X50； G01 Z55； 3、溝槽加工主要程序 G01 Z156.5； G01 Z141； G01 X19； G0.35； 5.3 加工中心 加工程序的編制，是決定加工質(zhì)量的重要因素。加工中心是高效、高精度 數(shù)控機(jī)床，零件在一次裝夾中便可完成多道工序的加工，同時(shí)還備有刀具庫， 并且有自動(dòng)換刀功能。加工中心所具有的這些豐富的功能，決定了加工中心編 程的復(fù)雜性。 表 5.1 加工中心刀具 序號(hào) 刀具號(hào) 刀具名稱及規(guī)格 加工表面 數(shù)量 補(bǔ)償號(hào) 1 T01 4mm 立銑刀 加工鍵槽 1 01 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 28 - 2 T02 10mm 端面銑刀 加工六方 1 02 5.3.1 加工中心簡介 1、加工中心編程的特點(diǎn) 1） 合理的工藝分析 由于用加工中心進(jìn)行零件加工的工序較多，使用的刀具種類多，往往在一 次裝夾下，要完成粗加工、半精加工和精加工的全部工序，所以在進(jìn)行工藝分 析時(shí)，要從加工精度和加工效率兩個(gè)方面來考慮。理想的加工工藝不僅能保證 加工零件合格，還應(yīng)使加工中心的功能得到合理的應(yīng)用和充分發(fā)揮。 2） 要留出足夠的換刀空間 因?yàn)榈稁熘械毒叩闹睆胶烷L度不可能相同，自動(dòng)換刀要注意，避免與零件 相撞，換刀位置宜設(shè)在遠(yuǎn)離零件的機(jī)床原點(diǎn)或機(jī)床參考點(diǎn)。 3） 合理地安裝刀具 根據(jù)加工工藝，按各個(gè)工序的先后順序，合理地把預(yù)測好直徑、裝卡長度 的刀具按順序裝備在刀具庫中，保證每把刀具安裝在主軸上之后，一次完成所 需的全部加工，避免二次重復(fù)選用。編程人員應(yīng)將所用刀具詳細(xì)填寫刀具卡片， 以便機(jī)床操作人員在程序運(yùn)行前，根據(jù)實(shí)際加工狀況，及時(shí)修改刀具補(bǔ)償參數(shù)。 4） 加工程序應(yīng)便于檢查和調(diào)試 在編寫加工程序單時(shí)，可將各個(gè)不同的工序?qū)懗刹煌淖映绦?，主程序?要完成換刀和子程序的調(diào)用。這樣便于每一段工序獨(dú)立進(jìn)行程序調(diào)試，也便于 因加工順序不合理而做出重新調(diào)整。 5） 校驗(yàn)加工程序 對(duì)編制好的加工程序要進(jìn)行檢查校驗(yàn)，可由機(jī)床操作人員選用試運(yùn)行 開關(guān)進(jìn)行。主要檢查刀具、夾具、零件之間是否發(fā)生干涉碰撞，加工切削是否 到位等。 2、加工中心常用指令代碼 1） 坐標(biāo)系選擇指令 數(shù)控銑、數(shù)控鉆鏜編程中介紹的準(zhǔn)備功能代碼（G）和輔助功能代碼（M） 在加工中心編程中依然有效。由于加工中心可進(jìn)行多工位加工，并頻繁地自動(dòng) 換刀，故常常在一個(gè)程序中用到多個(gè)坐標(biāo)系和換刀及刀具長度補(bǔ)償指令。 G92、G54G59 為建立零件坐標(biāo)系指令。機(jī)床一旦開機(jī)回零，監(jiān)視屏即顯示 主軸上刀具卡盤端面中心在機(jī)床坐標(biāo)系中的即時(shí)位置，而程序員是按零件坐標(biāo) 系編寫加工程序的，故需要 G92 或 G54G59 指令建立工作坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系 偏置位置關(guān)系。 2） 刀具功能指令 （1）刀具選擇指令 刀具的選擇把刀庫上指定了的刀號(hào)的刀具轉(zhuǎn)到換刀位置，為下次換刀做好 準(zhǔn)備。這一動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)是通過 T 功能指令來實(shí)現(xiàn)的。 （2）換刀指令 換刀指令由 T_M06 構(gòu)成。T_為選刀指令，一般為 T00T99，T00 為刀具庫中 的空刀位，不安裝刀具。一般在加工程序結(jié)束前，要把主軸上的刀送回刀具庫 中，執(zhí)行 T00M06 即可。 一般加工中心換刀前要執(zhí)行 G28 指令，使主軸刀具卡盤端面中心返回機(jī)床 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 29 - 參考點(diǎn)。機(jī)床參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床上一個(gè)固定的基準(zhǔn)點(diǎn)。 （3）刀具長度補(bǔ)償 刀具中心運(yùn)行時(shí)，要經(jīng)常變換刀具，而每把刀具的長度是不可能完全相同 的，所以在程序運(yùn)行前，要事先測出所有刀具在裝卡后刀尖至 Z 軸機(jī)械校準(zhǔn)面 的距離，即裝卡高度，并分別存入相應(yīng)的刀具長度補(bǔ)償?shù)刂?H_中，程序中在更 換刀具時(shí)，只需使用刀具長度補(bǔ)償指令并給出刀具長度的補(bǔ)償?shù)刂反a。 關(guān)于長度補(bǔ)償指令有 3 個(gè)：G43、G44、G49。G43 是刀具長度正補(bǔ)償指令， 即把刀具向上抬；G44 是刀具長度負(fù)補(bǔ)償指令，即把刀具向下降；G49 是取消刀 具補(bǔ)償指令（在更換刀具前應(yīng)取消刀具長度補(bǔ)償狀況） 5。 5.3.2 加工中心程序編制 1、程序編制過程如下： 主程序： 1）定義刀具 2）調(diào)用合適刀具 3）用變量定義腔的主要特征尺寸 4）輸入腔曲主要特征尺寸 5）調(diào)用子程序 6）結(jié)束 子程序（通用程序模塊）： 1）用變量定義加工所需坐標(biāo)尺寸 2）加工所需坐標(biāo)變量與腔的主要特征尺寸演算 3）用變量坐標(biāo)寫程序 4）結(jié)束 2、加工中心的主要程序如下： 1）六方加工主程序 S500 H2 Z100； /加工中心 02 號(hào)刀架為端面銑刀 M03 M08； /快速定位主軸正轉(zhuǎn)，切削液開 G00 Z60 F60； M98 P006O0004； /調(diào)用 6 次子程序 六方加工子程序 O0004 N05 G01 X0 Y-10 Z40 T0200； N10 Z8.5； N15 Y25； N20 Z40； N25 M11； 2） 鍵槽加工（分三次走刀） G01 X0 Y0 Z7 F60； /第一次走刀 G41 X0 Y0 D101 F100； G01 X41； G01 Z40； G01 X0 Y0.5 Z40； /第二次走刀 G01 Z7； 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) - 30 - G01 X41； G03X41 Y0.5 R0.5； /第三次走刀 G01 X0 N30 G91 G00 A60； / 軸轉(zhuǎn) 60 度 5.3.3 數(shù)控車床編程 2 1、將軸頸 1 插入偏心套筒 1 中，在數(shù)控車床上加工偏心部位 1 的程序主要 部分為： G01 X60； G01 X40； G01 Z-92； 2、將軸頸 1 插入偏心套筒 2 中，在數(shù)控車床上加工偏心部位 2 的程序主要 部分為： G01 X60； G01 X38； G01 Z-65； 5.4 本章小結(jié) 零件的仿真部分，應(yīng)用常用的三維方針軟件 Pro/E，對(duì)凸輪軸進(jìn)行三維仿 真，立體效果明顯增強(qiáng)。 程序的編制，首先要了解數(shù)控車床和加工中心的常用指令，本章在開頭有 所介紹。了解常用指令就可以進(jìn)行簡單的編程，每個(gè)人編出來的程序是不相同 的，因?yàn)榫幊痰乃枷氩灰粯印＞幊讨耙宄ぜ拿恳粋€(gè)工序，刀具體走到 哪，往哪走，都需要清楚地知道，才能編出正確的程序。本章就凸輪軸零件進(jìn) 行了一部分編程 第六章 總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中是對(duì)凸輪軸零件加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)，使對(duì)零件的加工過 程和夾具的設(shè)計(jì)有進(jìn)一步的提高，并對(duì)數(shù)控技術(shù)又有了次深刻的掌握和理解。 其中詳細(xì)介紹了使用數(shù)控機(jī)床和專用夾具車削法來加工典型零件凸輪軸的方案， 從理論計(jì)算方面敘述了此方案工藝，并對(duì)凸輪軸進(jìn)行了部分仿真，同時(shí)通過分 析驗(yàn)證了方案的可行性。 通過不懈努力和指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，針對(duì)這些問題查閱了大量的相關(guān) 資料。最后，將這些問題一一解決，并設(shè)計(jì)出了完整的加工工藝過程。并對(duì)零 件程序的編制有了在進(jìn)一步的理解和體會(huì)，讓感受到了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展之快和 應(yīng)用之廣。此方案相對(duì)于一般凸輪軸加工方案，優(yōu)點(diǎn)相對(duì)突出： 1、操作性強(qiáng),降低加工難度，具有實(shí)際工程意義； 2、零件加工精度互換性很好，很好的滿足了加工要求； 3、專用夾具成本不高，經(jīng)濟(jì)性良好，有推廣的意義； 西安文理學(xué)院本科畢