阿基米德螺旋線凸輪零件的數(shù)控加工

陳 旭

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

關(guān)鍵詞:平面凸輪;數(shù)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(fā)展,對凸輪機構(gòu)的轉(zhuǎn)速和精度也提出了更高的要求,因此利用計算機輔助設(shè)計和數(shù)控機床加工是很有必要的。

一、數(shù)控編程中的零件加工工藝分析

1. 數(shù)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(shù)控編程的工藝處理是一項十分重要的工作。

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

2. 常用數(shù)控加工方法

(1)平面孔系零件。常用點位、直線控制數(shù)控機床(如數(shù)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(zhuǎn)體類零件。常用數(shù)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(shù)控車床上常用到低強度刀具加工細(xì)小凹槽。采用斜向進刀,不宜崩刃。(3)平面輪廓零件。常用數(shù)控銑床加工。應(yīng)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(shù)控機床在加工不規(guī)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(yīng)該使工件誤差在合格范圍同時程序段的數(shù)量少為佳。

3. 對零件圖紙進行數(shù)控加工工藝性分析

(1) 尺寸標(biāo)注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點。在數(shù)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(zhǔn)的。零件圖樣上最好直接給出坐標(biāo)尺寸,或盡量以同一基準(zhǔn)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(gòu)成零件輪廓的幾何要素參數(shù)及各幾何要素間的關(guān)系。(3) 零件技術(shù)要求分析。零件的技術(shù)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(yīng)經(jīng)濟合理。(4) 零件材料分析。在滿足零件功能的前提下,應(yīng)選用廉價、切削性能好的材料;材料選擇應(yīng)立足國內(nèi),不要輕易選擇貴重或緊缺的材料。(5) 定位基準(zhǔn)選擇。在數(shù)控加工中,加工工序往往較集中,以同一基準(zhǔn)定位十分重要,有時需要設(shè)置輔助基準(zhǔn),特別是正、反兩面都采用數(shù)控加工的零件,其工藝基準(zhǔn)的統(tǒng)一是十分必要的。

4. 數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計

根據(jù)數(shù)控加工的特點,數(shù)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(nèi)容較少的零件,加工完后就能達到待檢狀態(tài)。(2)以同一把刀具加工的內(nèi)容劃分工序。但程序不宜太長,一道工序的內(nèi)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(gòu)已成為許多高速、高效、高精度自動機、半自動機和自動生產(chǎn)線中不可缺少的關(guān)鍵部件,作為凸輪機構(gòu)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(nèi)孔為設(shè)計基準(zhǔn),故取內(nèi)孔和一個端面為主要定位面,在連接孔φ20的一個孔內(nèi)增加削邊銷,在端面用螺母墊圈壓緊。因孔為設(shè)計和定位基準(zhǔn),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(shè)計定位基準(zhǔn),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(shù)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(shù)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(shù)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(zhǔn)的A端面及其與之平行的另一面。其次加工作為定位和設(shè)計基準(zhǔn)的內(nèi)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(zhǔn)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(jù)工件的基準(zhǔn)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(zhǔn)設(shè)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(shù)學(xué)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jù)加工要求,現(xiàn)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(biāo)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(biāo)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