阿基米德螺旋線凸輪零件的數控加工

陳 旭

摘要:本文分析了平面凸輪數控加工工藝,提出了平面凸輪的數控加工工藝方案,給出了平面凸輪數控加工程序的編制及加工方法。

關鍵詞:平面凸輪;數控;加工工藝;分析;程序編制

隨著機械不斷朝著高速精密、自動化方向發展,對凸輪機構的轉速和精度也提出了更高的要求,因此利用計算機輔助設計和數控機床加工是很有必要的。

一、數控編程中的零件加工工藝分析

1. 數控加工工藝概述

無論是手工編程還是自動編程,在編程前都要對所加工的零件進行工藝分析,擬訂工藝方案,選擇合適的刀具,確定切削用量。在編程中,對一些工藝問題(如對刀點,加工路線等)也需要作一些處理。因此,數控編程的工藝處理是一項十分重要的工作。

(1)數控加工的基本特點:①數控加工的工序內容比普通機加工的工序內容復雜。②數控機床加工程序的編制比普通機床工藝規程的編制復雜。(2)數控加工工藝的主要內容:①選擇適合在數控上加工的零件,確定工序內容。②分析加工零件的圖紙,明確加工內容及技術要求,確定加工方案,制定數控加工路線。③調整數控加工工序的程序。④分配數控加工中的容差。⑤處理數控機床上部分工藝指令。

2. 常用數控加工方法

(1)平面孔系零件。常用點位、直線控制數控機床(如數控鉆床)來加工,選擇工藝路線時,主要考慮加工精度和加工效率兩個原則。(2)旋轉體類零件。常用數控車床或磨床加工。①考慮加工效率:在車床上加工時,通常加工余量大,必須合理安排粗加工路線,以提高加工效率。 ②考慮刀尖強度:數控車床上常用到低強度刀具加工細小凹槽。采用斜向進刀,不宜崩刃。(3)平面輪廓零件。常用數控銑床加工。應注意: ①切入與切出方向控制:徑向切入,工件表面留有凹坑;切向切入、切出,工件表面光滑。②一次逼近方法選擇:只具有直線和圓弧插補功能的數控機床在加工不規則曲線輪廓時,需要用微小直線段或圓弧段去逼近被加工輪廓,逼近時,應該使工件誤差在合格范圍同時程序段的數量少為佳。

3. 對零件圖紙進行數控加工工藝性分析

(1) 尺寸標注應符合數控加工的特點。在數控編程中,所有點、線、面的尺寸和位置都是以編程原點為基準的。零件圖樣上最好直接給出坐標尺寸,或盡量以同一基準引注尺寸。(2) 零件圖的完整性與正確性分析。在編程時,編程人員必須充分掌握構成零件輪廓的幾何要素參數及各幾何要素間的關系。(3) 零件技術要求分析。零件的技術要求主要指尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度及熱處理等,這些要求在保證零件使用性能的前提下,應經濟合理。(4) 零件材料分析。在滿足零件功能的前提下,應選用廉價、切削性能好的材料;材料選擇應立足國內,不要輕易選擇貴重或緊缺的材料。(5) 定位基準選擇。在數控加工中,加工工序往往較集中,以同一基準定位十分重要,有時需要設置輔助基準,特別是正、反兩面都采用數控加工的零件,其工藝基準的統一是十分必要的。

4. 數控加工工藝路線的設計

根據數控加工的特點,數控加工工序的劃分一般可按下列方法進行:(1)以一次安裝、加工作為一道工序。這種方法適合于加工內容較少的零件,加工完后就能達到待檢狀態。(2)以同一把刀具加工的內容劃分工序。但程序不宜太長,一道工序的內容也不宜太多(3)以加工部位劃分工序。(4)以粗、精加工劃分工序。一般來說,凡要進行粗、精加工的過程,都要將工序分開。

二、平面凸輪的加工

目前,凸輪機構已成為許多高速、高效、高精度自動機、半自動機和自動生產線中不可缺少的關鍵部件,作為凸輪機構中的主要零件——凸輪的加工精度就顯得

尤為重要,如何加工出符合精度

要求的凸輪?下面以一批平面

凸輪(如圖1所示)的加工為例

予以介紹。

1.平面凸輪零件輪廓圖

2. 工藝分析

(1)凸輪曲線分別由幾段圓弧組成,內孔為設計基準,故取內孔和一個端面為主要定位面,在連接孔φ20的一個孔內增加削邊銷,在端面用螺母墊圈壓緊。因孔為設計和定位基準,所以對刀點選在孔中心線與端面的交點上,這樣很容易確定刀具中心與零件的相對位置。(2)中心孔與連接孔的加工。該凸輪零件的中心孔為φ20,是個設計定位基準,要與凸輪軸配合,其尺寸精度求較高,連接孔其精度與中心孔一樣,故都用鉆—擴—鉸—精鉸的加工方案。(3)凸輪輪廓加工。由于該凸輪輪廓是由幾段圓弧組成,普通機床難以對其加工,可選用數控銑床或線切割機床對其加工。由于選用線切割機床對其加工,雖然能保證尺寸精度,但是該方法所需要的時間長,加工成本高,選用數控銑床對其加工,不但能保證尺寸精度,而且加工效率高,故選用數控銑床來加工該凸輪輪廓。

3.加工順序

整個凸輪零件的加工順序的擬定要按照“基面先行,先精后粗”的原則確定。因此要首先加工用做定位基準的A端面及其與之平行的另一面。其次加工作為定位和設計基準的內孔,最后進行凸輪輪廓的銑削加工。

加工步驟:(1)坯料選擇。選用100X100X25的HT200的板料作為加工對象。(2)兩平行端面的加工。選用平面磨床,以互為基準的方式將坯料加工到圖示尺寸。(3)中心孔及連接孔的加工。用兩塊40X40X20的平行墊鐵將工件墊起,以A平面為定位面,根據工件的基準邊,用百分表將工件找正后用壓板將工件壓緊。用偏心碰觸尋邊器對刀,將零件的基準設為工件零點,工件上表面為Z向0。(4)零件輪廓銑削加工。

4. 數學處理

該凸輪為阿基米德螺旋線凸輪,基圓直徑為40;左邊凸輪每旋轉10度升程為1毫米,升程誤差值每10度不能超過0.1毫米;右邊凸輪每旋轉10度升程為2毫米,升程誤差值每10度不能超過0.1毫米。根據加工要求,現將兩邊凸輪輪廓分解成由18段圓弧段組成,并計算出各點坐標值。

用公式一:X(t)=(20+0.1*(t-90))*cos(t)Y(t)=(20+0.1*(t-90))*sin(t)和用公式二:X(t)=(20+0.2*(90-t))*cos(t)Y(t)=(20+0.2*(90-t))*sin(t)計算出的各點坐標值為(如表1):

5. 凸輪的加工程序

凸輪加工的程序及程序說明如下:

O0001

N10G90G54G00Z100.000

N20S1000M03

N30X0.000Y0.000Z100.000

N40X58.533Y-24.808

N50Z10.000

N60G01Z0.000F100

N70X56.277Y-34.550F800

N80G02X48.791Y-22.552I2.256J9.742

N90G03X49.757Y-5.161I-49.525J11.471F1000

N100 G03X44.396Y11.792I-46.622J-5.418

N110 G03X32.454Y25.637I-37.518J-20.288

N120 G03X14.887Y32.872I-22.795J-30.406

N130 G01X14.874Y32.874

N140 G03X-1.288Y30.961I-4.406J-32.016

N150 G03X-12.505Y30.499I-4.326J-31.369