[精品论文]凸槽论文 磨齿机圆柱凸轮数控加工工艺研究及程序设计

毕业设计课程定做 QQ1714879127 题 目 磨齿机圆柱凸轮数控加工工艺研究及程序设计 目 录摘要1Abstract2第一章 绪 论31.1宽槽圆柱凸轮的特点31.2课题来源41.3课题研究意义41.4国内外研究现状51.4.1国内的研究现状51.4.2国际的研究现状61.4.3本课题研究内容6第二章 UG三维构图72.1凸轮槽的生成方法72.2其余实体的生成8第三章 磨齿机圆柱凸轮机械加工工艺过程93.1工装的设计93.2机床的选择9第四章 传统加工工艺方案114.1零件图分析114.2键槽的加工方法124.2.1拉削加工：124.2.2插削加工134.2.3数控线切割加工14第五章 数控加工工艺165.1宽槽圆柱凸轮的非等径铣削165.2数控加工工艺分析165.2.1宽槽圆柱凸轮的数控加工特点165.2.2刀具和切削参数的选择165.2.3数控铣削定位加紧方案175.3数控铣削Y坐标补偿分析175.4数控加工工序卡185.5刀位轨迹的计算和程序编制205.5.1刀位轨迹的计算205.5.2程序框图225.5.3程序设计24第六章 结论与展望276.1本次设计结论276.2凸轮发展方向27致谢28参考文献（References）：29毕业设计课程定做 QQ1714879127磨齿机圆柱凸轮数控加工工艺研究及程序设计专 业：机械设计制造及自动化 学 号：5901104189学生姓名：张 义 指导教师：罗 丽 萍摘要 本课题是采四轴联动数控加工中心铣削宽槽圆柱凸轮的过程研究，圆柱凸轮槽是按一定规律环绕在圆柱面上的等宽槽，当要加工的圆柱凸轮的槽宽尺寸较大时，很难找到直径与槽宽相等的标准刀具以及机床主轴输出功率、工装夹具刚度的限制，特别是机床主轴结构对刀具的限制。通过分析磨齿机圆柱凸轮的数控加工的特点，制定了磨齿机圆柱凸轮数控加工工艺，建立了磨齿机圆柱凸轮数控加工计算模型，并设计出了磨齿机圆柱凸轮槽通用数控加工程序。改程序简练实用，通用性强，对于不同尺寸的磨齿机圆柱凸轮槽或是使用不同尺寸的刀具，只需输入不同参数便可调用，实现了磨齿机圆柱凸轮数控加工工序完全参数化设计，采用此程序加工凸轮槽符合使用要求，凸轮槽与圆锥滚子从动件配合良好运动平稳，无卡壳现象，达到了设计要求。关键词：磨齿机 圆柱凸轮 数控加工 数控程序 Cam CNC cylindrical grinding machine processing technology research and program designAbstractThis issue is linked NC-4-axis milling center of the process of wide groove, cylindrical cam shafts is surrounded by some of the cylindrical surface width of the trough, when the processing of the cylinder to the trough larger cam, it is Diameter and difficult to find the same trough as well as the standard machine tool spindle power output, the fixture stiffness of the restrictions, in particular machine tool spindle structure of the restrictions. Cam cylindrical grinding machine through the analysis of the characteristics of the NC, developed a cylindrical grinding machine Cam NC process, the establishment of a cylindrical grinding machine Cam NC model and design of the cylindrical grinding machine cam shafts GM NC procedures. To process concise and practical, high universality, for different sizes of the cylindrical grinding machine cam shafts or use different sizes of knives, simply enter a different parameters can be called, has Cam CNC cylindrical grinding machine processing of all parameters Design, use of this process cam shafts with the use of processing requirements, cam shafts and tapered roller follower with good movement smooth, non-Kake phenomenon, to design requirements.Key words:gear grinding machine;column cam; numerical control processing; Numerical control procedure第一章 绪 论1.1宽槽圆柱凸轮的特点圆柱凸轮槽一般是按一定规律环绕在圆柱面上的等宽槽。其规律一般是由直线和圆弧组成，由磨齿机圆柱凸轮槽展开图及槽型可知环绕在圆柱面上的凸轮槽若采用成型刀则可直接按柱面曲线进行编程，然而磨齿机圆柱凸轮槽是等腰梯形截面尺寸较大，属于大圆锥滚子从动件宽槽圆柱凸轮的数控加工，难于采用成型刀，对圆柱凸轮槽的数控铣削加工必须满足以下要求:1. 圆柱凸轮槽的工作面即两个侧面的法截面线必须严格平行；2. 圆柱凸轮槽在工作段必须等宽。这是保证滚子在圆柱凸轮槽中平稳运动的必要条件。据现有资料介绍,目前圆柱凸轮的铣削加工都是用这种办法来实现。由于这种方法有太多的局限性,给实际铣削加工带来许多困难。对于槽宽尺寸较大的圆柱凸轮槽,很难找到直径与槽宽相等的标准刀具。即使有相应的刀具,还要考虑机床主轴输出功率及主轴和工装夹具刚度的限制,特别是机床主轴结构对刀具的限制。所以应用普通立铣刀进行加工宽槽凸轮理论是可行的。如图11所示。图11：圆柱凸轮三维图凸轮的应用很广泛，凸轮在机械中是主要作用是可以产生从动件随需要的运动规律，圆柱凸轮是自动控制机构广泛应用的重要机械元件。随着现代制造技术的快速发展和社会对产品多样化需求进一步增长,传统生产模式发生了很大变化,突出表现在机床和夹具两个方面。1.2课题来源本课题来源于生产实践，该凸轮为俄罗斯进口的584M磨齿机上，该凸轮的重要作用是用于带动圆锥滚子从动件控制磨齿机的磨头进退刀动作。传统的设计和加工方法通常采用手工描点、拟合轮廓、铣床粗铣及手工精锉等方法,因此制造周期长、劳动强度大、零件精度低,生产效率低，已经不能满足现代工业发展的要求。如果使用参数化设计软件和数控加工来设计和制造圆柱凸轮就能避免以上弊端。而参数化设计和数控加工的关键在于如何将凸轮从动件的运动规律转换为凸轮轮廓,再将凸轮轮廓转换成基准图形并产生实体。本文通过对磨齿机圆柱凸轮数控加工方法的应用研究，探究大圆锥滚子从动件宽槽圆柱凸轮采用普通刀具数控加工方法并由此开发出磨齿机圆柱凸轮槽一般加工程序。1.3课题研究意义本文是在以往传统加工圆柱凸轮方法的改进，以往实用的加工方法是采用手工描点、拟合轮廓、铣床粗铣及手工精锉等方法,所以存在很多缺点，目前采用的方法是利用数控加工中心采用普通平底铣刀行切宽槽圆柱凸轮，在机械行业的设计中经常遇到形状相似，但尺寸并不完全相同的零件，如系列化的产品零件、常用的标准件等。对于这些零件的二维设计，目前已经比较成熟。但随着CAD/CAM技术的发展，产品的设计与制造有了新的发展，即从三维到二维的设计步骤，也就是首先要建立三维模型，然后自动生成二维的工程图纸，或者利用三维零件模型直接生成数控代码，实现无图纸加工，节约时间和成本。因此零件三维参数化模型的建立，就显得尤为重要，它将使产品的结构设计的系列化成为可能，并极大地缩短了结构设计周期，减少了由于零件的尺寸变化带给工程师的工作量。圆柱凸轮是指是将有特定规律的曲线缠绕在圆柱表面上，按该曲线的轨迹加工出的零件，由此我们可以看出利用UG软件可以很好的构建三维零件模型，可以方便我们观察凸轮的各个部位，而且熟悉UG的技术人员很快就可以掌握此项技术。利用UG的实体造型功能建立三维零件样板和通过设置合理的设计参数利用表驱动技术来建立零件的三维参数化模型，方法简单，便于操作，是一种非常实用的三维参数化设计方法。1.4国内外研究现状1.4.1国内的研究现状传统的设计和加工方法通常采用手工描点、拟合轮廓、铣床粗铣及手工精锉等方法,因此制造周期长、劳动强度大、零件精度低,生产效率低，已经不能满足现代工业发展的要求。如果使用参数化设计软件和数控加工来设计和制造圆柱凸轮就能避免以上弊端。而参数化设计和数控加工的关键在于如何将凸轮从动件的运动规律转换为凸轮轮廓,再将凸轮轮廓转换成基准图形并产生实体。近10年来我国无论是在凸轮机构的理论和应用研究，还是在凸轮机构的产品开发和制造方面，都取得了很大的进步，就理论研究方面而言已达到了世界先进水平。在凸轮机构制造方面与发达国家相比还有一定是差距。究其原因，一方面，我国的机械制造总体水平不高，缺乏精密的关键设备，自主研制和改造的设备其精度刚度和可靠性都比较差，在材质、热处理和工艺等方面还存在不少问题。另一方面，从研究单位到企业的制造方面所投入的财力和人力远远不足，也未引起有关部门的重视如果在这方面还不下大力气，我国的凸轮机构的研究水平还将长期落后世界先进水平。 凸轮机械运动学的理论研究已经达到了较高的水平，为凸轮机构设计奠定了坚实的理论基础。我国发表的凸轮机构CAD/CAM方面的文献较多，多为平板凸轮机构的CAD/CAM系统，只能设计集中平面或空间凸轮机构所能处理的从动件也只有简单的几种。参考文献介绍了一个较完整的凸轮机构，还介绍了一个凸轮机构CAD/EXPERT系统。但迄今为止我国凸轮机构CAD/CAM技术仍为得到广泛的推广应用，更为见到有商品化的软件出现，另外由于软件的开发更新速度慢，远远跟不上当今计算机软、硬件的发展速度，使得现有凸轮机构CAD/CAM软件已大为落后，不能适应广大设计人员的要求。凸轮机构制造的关键是分度凸轮的加工。在国内，对于弧面凸轮的加工开始的采用滚齿机改造获其他机床改造后的凸轮专用加工机床进行加工，也有采用引进的无坐标联动加工中心进行加工。陕西科技大学及西安钟表机械厂和南通机床厂联合研制成功了NT-XK5001型弧面分度凸轮专用数控立式铣床；山东工业大学及山东诸城锻压机械厂研制成功了计算机控制两坐标联动凸轮专用加工机床。之后弧面分度凸轮专用精密磨削装置有陕西科技大学研制成功，使磨削后的凸轮轮廓精度高达0.002mm。设计与制造一体化的弧面分度凸轮机构的CAD/CAM系统在某些单位已经建立，有的已达到了使用要求。1.4.2国际的研究现状目前,为了提高空间凸轮的加工精度,国内外多采用数控加工的方法加工空间凸轮。采用数控机床加工凸轮解决了加工精度和生产效率等问题,然而,编制数控加工程序却是个棘手问题。对于由简单的直线与圆弧组成的凸轮轮廓曲线,可以由人工完成程序编制。但是,对于具有复杂轮廓曲线的凸轮,特别是空间凸轮,用手工逐段计算与编程,显然十分繁杂,且容易出错。随着CAD/ CAM 系统的不断完善与应用推广,不仅减轻了人工编制数控加工程序的劳动强度,并且极大地提高了工作效率及加工精度。美、日等国的一些凸轮制造企业也开发了供本企业使用的凸轮机构 CAD/CAM 系统，凸轮机构 CAD/CAM 近期及以后的发展方向是开发通用有效的系统并引入专家系统或人工智能型 CAD/CAM 系统。现在的用户一般都采用 Windows 操作系统，这样一来，使用很不方便。因此，我们应用人工智能原理和专家系统知识，开发了盘形凸轮机构设计专家系统，利用专家推荐及人机交互的方式引导用户完成盘形凸轮机构的设计。1.4.3本课题研究内容本课题是利用普通刀具采用行切法加工，只要层深足够小，就可以利用层宽逐渐减小形成两侧锥面进行切削加工。本文采用的加工方法能够很好的保证圆柱凸轮槽所有法向截面是全等的等腰梯形，从而使圆柱凸轮槽与圆锥滚子从动件配合良好，运动平稳，无卡壳现象。具体内容如下：1.要研究不能用成型车刀直接加工的较宽凸轮槽，如何用普通车刀进行加工，以及用普通车刀加工的同时凸轮槽两侧面刀路轨迹的计算方法。2.考察手工编程加工宽槽凸轮;通过对各个数控加工程序段编程进给速度的修正,使得刀具的实际进给速度为恒速,明显改善了凸轮槽的工作表面粗糙度。3.考察学生用三维CAD软件对零件进行几何构建，根据零件的特点选用数控机床进行工艺研究与程序设计，并在此基础上用普通标准刀具完成磨齿机圆柱凸轮的数控加工。第二章 UG三维构图2.1凸轮槽的生成方法 第一步：首先在草图中做出130圆和凸轮槽中心线展开图，如图21所示：第二步：在对130圆进行拉伸操作，使达到要求实体高度。 图21 凸轮槽中心曲线第三步：在表达式对话框中建立如下圆的表达式r=160; t=0; xt=r*sin(t*360); yt=r*cos(t*360);如图22所示：图22 表达式建立第四步：通过规律曲线中“根据方程”选择上一步建立的圆的方程控制X、Y坐标，有“根据规律曲线”控制Z坐标使凸轮槽中心曲线环绕在第二步拉伸出的圆柱面上，如图23所示：图23 环绕曲线操作第五步：在草图中建立凸轮槽截面曲线，进行扫掠操作，这时会发现扫掠出来的凸轮槽并不是理想的凸轮槽，扫掠结果出现了锥面，原因是因为只能进行简单的扫掠功能，要像得到理想的凸轮槽需要用曲面中已扫掠来实现，如图24所示。选择意环绕在圆柱面上的曲线，连续单击确定两次，选择“固定的”顺序进行下去即可。图242.2其余实体的生成其余实体的生成按照简单实体操作命令即可完成，这里不再叙述。毛坯图的构建和此类似。第三章 磨齿机圆柱凸轮机械加工工艺过程3.1工装的设计因圆柱凸轮槽是环绕在圆柱面上的等宽槽，所以加工时定位加紧适合采用带有键槽的心轴，工装图见图31。图31 工装3.2机床的选择由于本次加工在工程训练中心，故机床的选择为工程训练中心现有设备，毛坯为自由锻件，设备选择空气锤C4175B，外圆及端面车削加工选择CA6136普通车床，由于凸轮轴孔需要磨削达到要求加工精度，选择万能磨床M1432B100，键槽采用线切割加工（详见第四章），采用数控线切割加工机床DK7740，凸轮槽的铣削加工采用四轴联动的立式加工中心VB610进行铣削加工。本次磨齿机圆柱凸轮的加工分为十个工序。机械加工工艺过程卡如下表：检验D1D2D2D3D3D3D4D4车间材 料南昌大学工程训练中心100908070605040302010工序号检铣线切割磨车热处理车锻工序名称入库检验铣凸轮槽线切割键槽至图纸要求精磨凸轮轴孔至图纸精度。1. 精车左端两端面及135和320外圆和345倒角至图纸要求。2. 车左端小端面凹槽和车R15圆角至图纸要求。3. 精镗92轴孔至94.5，以及245孔口倒角。4. 调头精车右端两端面及135外圆和345、245倒角至图纸要求。5. 车右端小端面凹槽和车R15圆角至图纸要求。调制处理1. 粗车右端两端面及135外圆。2. 调头粗车左端两端面及135和320外圆。3. 粗镗60凸轮轴孔至92。自由锻下料加工内容40Cr机械加工过程卡第 1 页 共 1 页材料外形端面车刀、外圆车刀、镗刀专用工具锻件产品名称产品代号16平底铣刀R8球头刀游标卡尺三爪卡盘游标卡尺标准工具每台数量磨 齿 机游标卡尺立式加工中心VB610数控线切割机床DK7740车床CA-6136空气锤C4175B设备1零件号辅助定额工时每批数量机动重要工序重要工序备注第四章 传统加工工艺方案4.1零件图分析图41：磨齿机圆柱凸轮零件图研究零件图的设计合理性、分析加工工艺性、为提高和改进产品质量打下基础。图41所示为槽型凸轮零件图，该零件图及凸轮槽中心曲线展开图能够反应出该圆柱凸轮的全部信息。在加工之前毛坯为自由锻件（毛坯尺寸见图42）。读零件图是通过对零件图进行分析和综合的过程，图中展开曲线为凸轮槽外圆柱面中心线，数控铣削加工时首先按照该展开曲线进行开坯加工，凸轮槽粗糙度为1.6在数控精加工条件下即可达到要求。由于磨齿机为单件小批量生产，选择毛坯为自由锻件，同时锻造出凸轮轴孔，所以凸轮轴孔不会留有冲孔连皮，加工凸轮轴孔时选择镗削加工。对磨齿机圆柱凸轮零件图的分析可知该凸轮在磨齿机中的作用。圆柱凸轮槽宽尺寸较大，要求材料为40Cr,凸轮槽和滚子配合旋转产生相对运动，要求凸轮槽耐磨性要好，故要对凸轮槽进行调制处理。于圆柱凸轮槽是缠绕在圆柱面上的等宽槽，且磨齿机加工精度要求较高，故凸轮槽和滚子的运动要平稳，本次加工采用带键槽的心轴定位夹紧，同时采用带有回转轴的立式数控加工中心（VB610）进行铣削加工。图42：毛坯图4.2键槽的加工方法通过零件图的分析研究可知键槽的加工精度对数控加工凸轮槽的精度影响较大，凸轮内孔键槽的加工方法有拉削、插削、磨削、铣削、线切割加工。4.2.1拉削加工：拉削是用拉刀加工工件内、外表面的方法。拉削在拉床上进行。 拉床分卧式和立式两类，拉削时工作拉力较大，所以拉床一般采用液压传动。拉削孔时，工件一般不需夹紧，只以工件的端面支承。因此，预加工孔的轴线与端面之间应有一定的垂直度要求。如果垂直度误差较大，则可将工件端面贴紧在一个球面垫圈上，利用球面自动定位。拉削加工的孔径通常为10-100m，孔的长度与孔径之比不宜超过3。预留孔不需要精确加工，钻削或粗镗后即可进行拉削。拉削的工艺特点 ：1.拉刀在一次行程中能切除加工表面的全部余量，故拉削加工的生产效率较高。2.拉刀制造精度高，切削部分有粗切和精切之分；校准部分又可对加工表面进行校正和修光，所以拉削加工精度较高，经济精度可达IT9-IT7， 表面粗糙度Ra值为1604m。3.拉床采用液压传动，故拉削过程平稳。4.拉刀适应性差，一把拉刀只适于加工某一种尺寸和精度等级的一定形状的加孔时容易变形，不宜采用拉削。5.拉刀结构复杂，制造费用高，因此只有在大批量生产中才能显示其经济、高效的特点。由此可知拉削加工能够很好的达到凸轮轴孔键槽所要求的加工精度，但因为磨齿机圆柱凸轮为单件小批量生产，考虑加工成本，所以不适合拉削加工。4.2.2插削加工插削是在铅垂方向进行切削的。在插床上可以插削孔内键槽、方孔、多边形孔和花键孔等。插削是用插刀对工件作垂直相对直线往复运动的切削加工方法。插削在插床上进行。插床的主运动是滑枕(插刀)的垂直直线往复运动。进给运动是上滑座和下滑座的水平纵向和横向移动，以及圆工作台的水平回转运动，在插削内空键槽时可选用与键槽宽度相同的插刀进行插削加工，如图43所示。图43：插键槽1）插刀插削的特点：插刀也属单刃刀具，插刀的前面与后面位置对调，为了避免刀杆与工件已加工表面碰撞，其主切削刃偏离刀杆正面。插刀的几何角度一般是：前角o=012，后角o=48。常用的尖刃插刀主要用于粗插或插多边形孔，平刃插刀主要用于精插或插直角沟槽。装夹工件并按划线校正工件位置，然后根据工件孔的长度(键槽长度)和孔口位置，手动调整滑枕和插刀的行程长度和起点及终点位置，防止插刀在工作中冲撞工作台而造成事故。键槽插削一般应分粗插及精插，以保证键槽的尺寸精度和键槽对工件轴线的对称度要求。2）插削加工键槽的优缺点：1.插床与插刀的结构简单，加工前的准备工作和操作也较方便，但与刨削一样，插削时也存在冲击和空行程损失，因此，主要用于单件、小批量生产。2.插削工作行程受刀杆刚性限制，槽长尺寸不宜过大。3.刀架没有抬刀机构，工作台没有让刀机构，因此插刀在回程时与工件相摩擦，工作条件较差。4.除键槽、型孔以外，插削还可以加工圆柱齿轮、凸轮等。5.插削的经济加工精度为IT9IT7，表面粗糙度Ra值为6316m。由此可看出插削加工即可达到精度和粗糙度要求，考虑到工程训练中心的实际加工条件（无插床），所以本次加工没有采用插床加工。4.2.3数控线切割加工1）数控电火花线切割加工原理：它是通过电极和工件之间脉冲放电时的电腐作用，对工件进行加工的一种工艺方法。数控电火花线切割加工的基本原理：利用移动的细金属导线（铜丝或钼丝）作为工具线电极（负电极），被切割的工件为工件电极（作为正电极），在加工中，线电极和工件之间加上脉冲电压，并且工作液包住线电极，使两者之间不断产生火花放电，工件在数控系统控制下（工作台）相对电极丝按预定的轨迹运动，从而使电极丝沿着所要求的切割路线进行电腐蚀，完成工件的加工。2）数控线切割加工的特点：1.可以加工难切削导电材料的加工。例如淬火钢、硬质合金等；2.可以加工微细异形孔、窄缝和复杂零件，可有效地节省贵重材料；3.工件几乎不受切削力，适宜加工低刚度工件及细小零件；4.有利于加工精度的提高，便于实现加工过程中的自动化。5.依靠数控系统的间隙补偿的偏移功能，使电火花成形机的粗、精电极一次编程加工完成，冲模加工的凹凸模间隙可以任意调节。3)数控线切割加工的用途数控线切割加工属于高精度加工，适合加工带孔工件，内孔键槽，由于线切割机床加工精度高，成本随之增加，所以适合单件小批量生产的零件加工，符合本工序的加工要求，且工程训练中心有此条件，所以本次加工圆柱凸轮轴孔键槽采用数控线切割机床加工。由于键槽的加工精度对数控加工凸轮槽的精度影响较大，所以本次加工将本道工序作为重要工序来加工。4）线切割键槽加工程序如下：图44：线切割插补图数控线切割程序：O0012N01 G90； （绝对坐标编程）N02 T84 T86； （开启冷却液，开启走丝）N03 G92 X0 Y0； （设定当前电极丝位置）N04 G00 X-11.9377 Y45； （丝半径0.1mm）N05 G01 Y54.6；N06 X11.9377；N07 Y45；N08 G00 X0 Y0； （回原点）N 09 T85 T87； （关闭冷却液，关闭走丝）N10 M02； （程序结束）%第五章 数控加工工艺5.1宽槽圆柱凸轮的非等径铣削圆柱凸轮的关键加工工序是在圆柱上加工出所需的轮廓曲面,此类零件需要在具有旋转轴的数控加工中心上完成。为了高效、高质量地制造圆柱凸轮,有必要研究圆柱凸轮轮廓曲面的数控加工原理及编程方法。介绍在四轴立式加工中心上非等径铣削该类圆柱凸轮轮廓曲面的数控加工(编程) 原理,以及适用于各种圆柱凸轮数控铣削加工计算方法。“非等径法”是指铣刀直径不等于滚子直径,又称为单侧面铣削; 对于数控加工圆柱凸轮轮廓曲面的编程,通常的处理方法是将其展开在平面上,转化为二维平面问题进行处理。但是由于圆柱凸轮轮廓曲面不是可展曲面,展开平面上的“实际廓线”与理论廓线(滚子中心运动轨迹曲线) 之间并不是等距的关系,即线之间不存在等距关系。对于圆柱凸轮,存在等距关系的是实际廓面与理论廓面(滚子中心运动轨迹曲面) ,即面之间存在等距关系。因此,采用“非等径法”加工圆柱凸轮轮廓曲面时,这种转化为平面问题后做等距线求解刀具中心轨迹曲线的方法。5.2数控加工工艺分析5.2.1宽槽圆柱凸轮的数控加工特点根据磨齿机圆柱凸轮槽是按展开图给定的规律环绕在规定的圆柱面上这一特点，选用带有回转轴的立式加工中心，将圆柱凸轮槽展开，可以看成是在XOB坐标平面中开槽，因而可以使用小于槽宽的标准平底立铣刀进行加工，加工工艺过程为：开槽左右偏置拓宽凸轮槽粗加工凸轮槽两侧锥面精加工凸轮槽两侧锥面。采用分层行切法，只要层深足够小，就可以利用层宽逐渐减小形成两侧锥面进行切削加工。5.2.2刀具和切削参数的选择因为该圆柱凸轮槽为矩形槽和梯形槽组合，加工矩形槽时采用平底铣刀进行加工，由于梯形槽采用平底铣刀加工会出现微小台阶，时斜面粗糙度增大，故采用R8的球头铣刀进行加工，切削用量由梯形槽的斜度要求计算出来(详见刀路轨迹计算)，主轴转速选择800r/min,进给速度选择100mm/min（在程序中由S功能字和F功能字给定）。5.2.3数控铣削定位加紧方案圆柱凸轮槽是环绕在圆柱面上的等宽槽，其加工时沿圆周表面铣削的范围往往大于360，适于用带有数控回转台的立式数控铣床进行加工。根据圆柱凸轮的实际结构，选用带键的心轴作凸轮加工时径向和周向定位基准，以心轴的轴肩作轴向定位基准，并用心轴前端部的螺纹通过螺母压紧圆柱凸轮。圆柱凸轮的轴向和径向尺寸一般较大，为了克服由于悬臂加工时切削力所造成的心轴变形和加工过程中产生的振颤，使用一个支承于尾座上的、与数控转台的回转轴线同轴的顶尖顶住心轴中心孔作辅助支承。由圆柱凸轮零件图可知，本次加工采用VB610立式加工中心进行加工，回转轴为绕X轴旋转的B轴，如图51所示：图51：定位夹紧方案采用带有键槽的心轴定位夹紧，心轴通过三爪卡盘安装在第四轴分度头上，凸轮坯轴向通过轴肩定位，周向通过键定位，自由度的限制：根据六点定位原理轴肩（小端面）限制X向移动自由度，心轴限制Y、Z方向移动和绕Y、Z转动四个自由度，键限制了绕X的旋转自由度，由此可至工件属于完全定位。端面才用螺母夹紧。5.3数控铣削Y坐标补偿分析由于圆柱凸轮槽较宽，圆柱凸轮槽的底部在每一个截面上通常是等深的，圆柱凸轮铣削加工前通常是一个实心的圆柱体，要经过开槽、粗加工、半精加工、精加工等工序；由于槽腔宽度较大，因此，除开槽工序及粗加工工序的一部分刀位轨迹可以沿槽腔的中心线生成之外，其余刀位轨迹则必须是沿槽腔中心线向左、右两边按相应的距离等距偏置生成，一般选用平底圆柱立铣刀进行圆柱凸轮槽的铣削加工，所以在切削时刀具的偏置轨迹的计算是凸轮槽加工精度的重要条件，数控铣削圆柱凸轮轮廓曲面时，CNC 系统控制的是第4轴（B轴）的角速度，在数控加工时Z轴在给定的切削深度后保持不变，X轴根据凸轮升程做自动调整，这时Y轴就需要有一定的补偿量Y，这样才能保证在刀具偏置加工时（对非凸轮槽中心线的加工）刀具轴线始终保证和加工凸轮槽中心线时的刀具轴线平行， 按圆柱展开面上的刀具中心轨迹曲线编程时， B 轴坐标值与圆柱凸轮沿圆周方向的位移在数值上相对应（ D ) ， B 轴速度分量也与圆柱凸轮沿圆周方向的线速度分量在数值上相对应( Vb Vy ) 。这样加工圆柱凸轮轮廓曲面时能得到期望的、恒定的进给速度V 。5.4数控加工工序卡编 制4321序号铣凸轮槽至图纸要求装凸轮坯（定位夹紧）找正工装在机床的位置，利用24圆棒装在主轴杆上插在芯轴键槽内使键槽朝上，此时令机床B=0(四轴)上工装（轴向用轴肩定位，周向用键定位，用螺母夹紧）加 工 内 容校 对会 签批 准 描图专用检测棒工装24圆棒工装专用工具工 时 设 备 名 称设 备 型 号同时加工件数每 台 数 量工 序 名 称工 序 号材料件 名零 件 号产品型号南昌大学工程训练中心机械加工工序卡共1页 第1页机 动辅 助外 型型 号16平底铣刀R8球头铣刀标准工具立式加工中心VB61011铣凸轮槽80锻 件40Cr槽型凸轮5.5刀位轨迹的计算和程序编制5.5.1刀位轨迹的计算假如采用与槽型像是和的成型刀加工凸轮槽，情形比较简单，只需根据圆柱凸轮槽中心柱面曲线展开图S=f()依圆柱凸轮转角Bi给出对应的Xi，此时Xi=0,也就是说按圆柱凸轮槽柱面中心曲线编程即可，而现在要用尺寸比圆柱凸轮槽宽小的标准平底立铣刀分层切削左右拓宽并随层深增加宽度减小的方法加工，计算就相对复杂，然而，我们可以利用磨齿机圆柱凸轮槽中心柱面曲线为直线和圆弧的特点对其进行分段加工。如图52是磨齿机圆柱凸轮槽柱面曲线展开图图52：磨齿机圆柱凸轮槽柱面曲线展开图图53：刀具起刀点采用普通平底立铣刀（这里采用16平底铣刀）加工的关键是计算出偏置加工的刀具轨迹，如图七所示：为使问题清晰将圆柱凸轮槽柱面中心曲线展开图分为oabcdefo各段，其中b,e分别为圆弧各过度段的拐点。计算的基本思路是在某一切削层，依圆柱凸轮转角Bi求出偏置轨迹的坐标Xi、Yi、Zi。依次计算每一切削层。设第i切削层的Z坐标为Zi;切削层宽为wi刀具半径为R,以左偏置大局轨迹为例计算如下：1）oa段，此段为直线段，凸轮槽法向截面与圆柱凸轮轴线方向平行，即使刀具左右偏置之后刀轴矢量也与刀具在中心时平行，所以； B=Bi (0BiBa)；Xi=X-(R+W2+W3+Wi)+R=X-(W2+W3+Wi)=X； Y=Yi=0； Z=Zi； 其中Wi=W-Zi（W/2-M/2）/H。2）ab段，此段为圆弧，凸轮槽法向截面与圆柱凸轮轴线不平行，为使刀具偏置后刀轴法向矢量仍好晚刀具在中心线事平行，必须仍然与圆柱凸轮中心柱面曲线为计算依据进行计算，基本思路是把每一切削层的X、Y、Z、B坐标与中心柱面曲线坐标联系起来，因此： B=Bi=Ba+Bi= Ba+QiSIN()360/D； Xi=X+X=X-(W2+W3+Wi)+Q+W2+W3+Wi-(Q+W2+W3+Wi)COS； Y=Yi=（D/2）SIN =（D/2）SIN(W2+W3+Wi) SIN（）360/D； Z=Zi；其中Wi第i切削层宽；Qi第i切削层圆弧半径；Q圆柱凸轮槽柱面中心曲线圆弧半径；为Y所对应的圆柱凸轮转角；从0以1递增到, =arc sin(Bc-Ba) D/(3602Q)；当递增时即可求出圆弧上个点的B、X、Y、Z坐标。3）bc段此段也为圆弧，计算方法和ab段类似：B=Bi=Bc- QiSIN()360/D； Xi=X+S-(W2+W3+Wi)- X； = X-(W2+W3+Wi)+S-(W2+W3+Wi)-Q-（W2+W3+Wi）- Q-( W 2+W3+Wi) COS = X-(W2+W3+Wi)+S+Q-Q-( W2+W3+Wi) COS；Y=Yi=-（D/2）SIN =-（D/2）SIN（W2+W3+Wi） SIN（）360/D； Z=Zi；其中为Bi所对应的圆柱凸轮转角；从以1递减的0；Qi为第i切削层所对应的圆弧半径；Q圆柱凸轮槽柱面中心曲线圆弧半径；递减即可求出圆弧上个点的B、X、Y、Z坐标。4）cd段与oa段类似所以：B=Bi (BcBiBd)；Xi=X+S=X-（W2+W3+Wi）+S；Y=Yi=0；按照上述方法，可以列出de端,ef段，fo段的B、X、Y、Z坐标。令Zi下降一个深度，重新计算上诉各段，直到凸轮槽深，便可完成计算，右偏置刀具轨迹的计算方法与左偏置刀具轨迹的计算方法相同。5.5.2程序框图5.5.3程序设计按照上述计算方法编程如下：主程序：%O0001G17G21G40G49G80； (初始化)M26； (初始化)G00G90G54G43Z100H01； (快速定位)X0Y0B0M03S800； （快速定位，主轴正转）G65P0116A79.251B100.74886D320F100H29M39.85Q35R8S34U259.250V280.75W49.85X48 ； (调用宏程序)M30；% （程序结束）宏程序主体%O0116G00G90G54GZ100； （快速定位）M26； （松开第四轴）X0Y0B0； （快速定位）#26=0； （#26赋初值，第一层深度）#27=-#11+0.15； (凸轮槽深)#29=1； （增量）WHILE#26GE#27DO1； （当#26大于等于#27时继续技工下一层） #28=ABS#26*#23/2-#13/2/11； （切削层宽度递减量，Zi（W/2-M/2）/H）#20=#24-#23/2+#18+#28； （计算X）G00X#20Y-3*#18； （快速定位起刀点，切向进刀）G01Z10F1000；Z#26F300； （下刀）M25； （锁紧第四轴）Y0F#9； （Y向进刀）M26； （松开第四轴）G01X#20B#1F#9； （加工到a点，#1为Ba点圆柱凸轮中心线展角）#10=360/3.14*#7； （单位展开长度对应的凸轮转角，#7为圆柱凸轮直径D）#4=#2-#1/#10； （ac两点间的展开长度，#2为Bc点的展角）#5=ASIN#4/2*#17； （求角）#6=#17+#23/2-#18-#28； （ab段刀具轨迹圆弧半径，#6=Qi）#8=2*#17-#6； （bc段刀具轨迹圆弧半径，#8=2Q-Qi）#30=#6-#17； （ab段刀具轨迹到中心曲线的法向距离）#31=#17-#8； (bc段刀具轨迹到中心曲线的法向距离)#3=0； （加工ab段赋初值0）WHILE#3LT#5DO2； （当#3小于#5时循环继续，加工ab段）G01X#20+#6-#6*COS#3Y#7/2*SIN#30*SIN#3*#10B#1+#17*SIN#3*#10； （加工加工ab段）#3=#3+#29； （赋初值）END2； （加工ab段结束）G01X#20+#6-#6*COS#5Y#7/2*SIN#30*SIN#5*#10B#1+#17*SIN#5*#10； （加工到b点）#12=#5； （加工bc段，赋初值=#5）WHILE#12GT0DO3； （当#12大于0 时循环继续，加工bc段）G01X#20+#19-#8+#8*COS#12 (#20=X,#19=S)Y#7/2*SIN#31*SIN#12*#10 (Bi弧长所对应的Yi)B#2-#17*SIN#12*#10； （加工bc段）#12=#12-#29； （递减）END3； （bc段结束）G01X#20+#19Y0B#2；B#21； （加工到d点，#21为Bd点展角）#14=0； （加工de段，赋初值）WHILE#14LT#5DO3； （当#14小于#5时循环继续，加工de段）G01X#20+#19-#8+#8*COS#14Y-#7/2*SIN#31*SIN#14*#10B#21+#17*SIN#14*#10； （加工de段）#14=#14+#29； （递增）END3； （de段结束）G01X#20+#19-#8+#8*COS#5Y-#7/2*SIN#31*SIN#5*#10B#21+#17*SIN#5*#10； （加工到e点）#15=#5； （加工ef段,赋初值）WHILE#15GT0DO3； （当#15大于0 时循环继续加工ef段）G01X#20+#6-#6*COS#15Y-#7/2*SIN#30*SIN15*#10B#22-#17*SIN#15*#10； （加工ef段）#15=#15-#29； （递减）END3； (ef段结束)G01X#20Y0B#22； （加工到f点）B365； （加工到B365位置，重叠5度）G00G90G54Z100； （提刀）B0； （回位，为下一层做准备）M01； （选择停止）#26=#26-0.15； （Z向下降，凸轮槽深）END1； （一层加工结束）M99； （返回主程序）%各参数含义如下：B0：0点展角（）；Ba：a点展角（）；Bb：b点展角（）；Bc：c点展角（）；Bd：d点展角（）；Be：e点展角（）；Bf：f点展角（）；D：圆柱凸轮直径（mm）；F：进给速度（mm/min）；H：梯形槽截面高度（mm）；M：梯形槽截面下底宽度（mm）；W梯形槽截面上底宽度（mm）；Q：圆柱凸轮槽中心展开曲线圆弧半径（mm）；Qi：第i切削层刀具轨迹展开曲线半径；R：刀具半径（mm）；S：