槽型凸轮数控加工工艺论文

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槽型凸轮数控加工工艺论文

摘要：本文主要研究平面槽型凸轮的数控加工工艺和加工方法，通过计算，分析以及实际的加工经验，确定出合理的工艺和方法，并利用Master CAM对其进行了建模、造型和仿真，并生成了NC加工代码，通过数控铣床进行实际的加工，证实了基于Master CAM软件的数控加工工艺，提高了凸轮的工艺设计效率、加工精度、加工效率，满足了生产发展的需要。

关键词：数控加工工艺;平面槽型凸轮;实体建模;Master CAM仿真中图分类号：TH6文献标识码：A文章编号：1006-4311(2012)08-0020-02

0引言

目前许多设备中使用凸轮机构进行控制，其中关键零件凸轮的加工一直是机械加工的难点。

传统的凸轮加工的方法是采用分度头铣削或靠模法加工，加工难度大、周期长、加工精度低、对操作工人技术水平要求高，因此传统的加工方法不能满足生产的需要[1][2]。

利用配备了数控分度头的数控铣床加工凸轮代替了传统的加工方法，在很大程度上提高了凸轮的加工精度和效率，但以前一直采用手工编程，使加工精度受到很大的影响，本文采用Master CAM软件，先对凸轮建模、仿真加工，最后生成数控代码，输入到数控铣床，这样加工出的零件可靠性高、精度高，满足了工业对凸轮的需求。

1MasterCAM软件介绍

MasterCAM是一种功能强大的CAD/CAM软件由CAD和CAM两大部分组成，并分成造型(Design)，铣削加工(Mill)，车削加工(Lathe)和线切割(Wire)4个功能模块。

集设计与制造于一体[3]。

MasterCAM采用图形交互方式自动编程。

编程人员根据屏幕提示的内容于计算机对话，选择菜单目录或回答计算机的提问，直至将所有问题回答完毕，然后即可自动生成NC程序。

NC程序的自动产生是受软件的后置处理功能控制的，不同的加工模块和不同的数控系统对应于不同的后处理文件[4]。

2槽型零件加工工艺分析

该槽型零件如图1，此零件有两个孔，且精度较高，可以作为工艺孔进行定位，基准面A作为定位面，采用一面两孔的组合定位方式。

由于两个孔的要求较高，最后一道工序必须采用铰削方式，对于8槽的加工，采用铣削方式完成。

3槽型凸轮加工工艺

3.1 装夹方案的确定

3.2 加工顺序及走刀路线的确定①应先加工用作定位基准的两个孔，然后再加工凸轮槽内外轮廓表面。

为了保证加工精度，粗、精加工应该分开。

其中两孔的加工采用钻孔扩孔粗铰精铰的方案。

②平面进给时，外凸轮廓从切线方向切入，内凹轮廓从过渡圆弧切入。

为使凸轮槽表面具有较好的表面质量，采用顺铣。

深度进给有两种方法：一种是在XZ平面来回铣削，逐渐进刀到既定深度;另一种方法是先打工艺孔，然后从工艺孔进刀到既定深度。

本文采用的是来回切削的方法。

3.3 刀具的选择通常铣削毛坯表面或进行孔的粗加工时，可选用镶硬质合金的玉米铣刀进行强力切削。

但由于此零件的加工材料为HT200，HB为170左右，此硬度不适合进行强力切削，所以改用19.6和11.6的钻头进行孔的粗加工，精加工使用与孔直径相同的铰刀进行。

通常铣削凸台或凹槽时，选择高速钢立铣刀，如果加工余量小，并且表面粗糙值较小，采用镶立方氮化硼刀片的端铣刀。

根据所要加工的零件的结构特点，铣削凸轮槽内、外轮廓时，铣刀直径受槽宽的限制，取为6毫米。

粗加工选用直径为6毫米的高速钢立铣刀，精加工选用直径为6毫米的镶立方氮化硼刀片的端铣刀。

应注意的是，零件内槽圆角半径不宜过小，因为工件圆角的大小决定着刀具直径的大小。

如果刀具直径过小，在加工平面时，进给次数会相应增多，影响生产率和加工质量。

所以，凸轮槽内外轮廓的底圆角为R0.5。

4MasterCAM数控加工流程

通过对所设计的零件进行加工工艺分析，并绘制几何图形及建模，以合理的加工步骤得到刀具路径，再通过程序的后处理生成数控加工指令代码，输入到数控机床既可完成加工。

4.1 零件的二维或三维建模通过对凸轮的参数化建模，得出凸轮的轮廓曲线方程，并由轮廓曲线方程得到凸轮的模型图，然后利用二次开发工具Pro/Toolkit，用户只需要输入凸轮的参数，即可自动生成所需要的三维实体，结果准确无误[6]。

用户也可以根据需要，只修改参数，就可以生成满足要求的凸轮三维实体图，从而缩短研发周期，提高工作效率。

可见该系统具有良好的实际应用价值。

按设计要求，建立零件的模型是实现数控加工的基础，可以利用四大模块中的任何一个模块来进行二维或三维的零件建模。

在进行零件的建模时，要注意：对数控加工指令代码只需建立零件模型，即只需画出零件上用来确定刀具路径的轮廓线，无需画出整个零件的模型来，加工尺寸、形位公差及配合公差可不标出。

二维或三维建模时应根据零件的实际尺寸来绘制，以保证计算生成的刀具路径坐标的正确性;对于复杂、加工表面较多的零件，要充分利用MasterCAM中图层的功能，进行刀具选取和确定刀具路径时，根据图层的打开、关闭或隐藏功能，方便地选择加工需要的轮廓线。

4.2 零件工艺参数的确定和刀具的选取在运用MasterCAM软件对零件进行数控加工编程前，要保证零件的表面粗糙度和加工精度。

加工零件的几何模型生成后，接下来要进行数控加工的规划。

首先要对零件进行加工工艺分析，确定合理的加工顺序。

要充分考虑零件的形状、尺寸、加工精度及零件刚度，尽量减少换刀次数，提高加工效率。

在刀具的选择当中，一般应遵循以下原则：平面应用平底刀加工，少用球刀加工，以减少加工时间;加工尺寸大的工件，为提高刀具的加工效率和刚性，应尽可能使用大直径的刀具。

工件太厚时，应分层用不同长度的刀粗加工，为保证余量一致后再光刀，应先用大刀粗加工后，再用小刀清除余料;粗精加工时，可选择不同的加工刀具;刀具要尺寸稳定，安装调整方便，选择精度高、刚性好、耐用度好的刀具。

4.3 加工零件的刀具路径确定刀具选择好后，确定工件坐标系与机床坐标系的相对尺寸，正确选择工件坐标原点，也就是建立工件坐标系统，做到先加工基准面后加工其它表面、先加工主要表面后加工次要表面、先粗加工后精加工。

具体路径和有关几何尺寸的计算，要避免产生累计误差，尽量考虑零件形位公差的要求。

刀具路径的生成应注意：正确设置有关辅助功能，如重要尺寸的加工中检测，切削液的启停等等;减少电脑对刀具路径的算术运算和逻辑运算处理时间，合理设置公差，以平衡加工精度;减少空程刀具路径，尽量走简单的刀路避免生成多余的刀具路径;生成的刀具路径应满足零件的精度和表面粗糙度要求。

4.4 零件的模拟数控加工设置好刀具加工路径后，利用MasterCAM系统提供的零件加工模拟功能，能够观察切削加工的过程，可用来检测工艺参数的设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是否正确，实际零件是否符合设计要求[7]。

同时在数控模拟加工中，系统会给出有关加工过程的报告。

这样可以在实际生产中省去试切的过程，可降低材料消耗，提高生产效率。

4.5 数控指令代码的输出通过计算机模拟数控加工，确认符合实际加工要求时，就可以利用MasterCAM的后置处理程序来生成NCI文件或NC数控代码，MasterCAM系统本身提供了百余种后置处理PST程序。

对于不同的数控设备，其数控系统可能不尽相同，选用的后置处理程序也就有所不同。

对于具体的数控设备，应选用对应的后置处理程序，后置处理生成的NC数控代码经简单适当修改后，如能符合所用数控设备的要求，就可以输出到数控设备，进行数控加工。

5结语

采用MasterCAM软件能方便的建立零件的几何模型，对复杂零件的数控程序编制，可大大提高程序的正确性，迅速自动生成数控代码，缩短编程时间，降低生产成本，提高工作效率，保证程序的安全性。

参考文献：

[1]TANG Qian, PEI Lin-qing, XIAO Han-song.Numerical and experimental analysis of quenching process for cam manufacturing. J. Cent. South Univ. Technol. (2010) 17: 529-536.

[2]程伟，张跃明，卜凡华.弧面分度凸轮数控加工工艺研究.机械设计与制造，2011.03.

[3]Tesar, Matthew G K. The dynamic synthesis, analysis, and design of modeled cam system. Lexington Boods,2003.

[4]A D Holowenko，A s Hall.Cam design by puter.Machine Design，2005.

[5]Fan Y.Chen.Mechanics and design of cam mechanisms.Pergamon Press,2001.

[6]James V.Valentino. Introduction to puter Numerical Control. Higher Education Press.2008.2.