平面槽型凸轮的设计Word文件下载.docx
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学生姓名：
专业机电一体化（数控）年级06级
毕业设计（论文）题目：
评阅人：
指导教师：
（签字）年月日
成绩：
系（科）主任：
毕业设计（论文）及答辩评语：
摘要
制造业是我国入世后为数不多的有竞争优势的行业之一。
机械制造业的发展直接决定着我国经济的发展。
进入二十一世纪我国的机械制造加工等发生了翻天覆地的变化。
在吸取西方发达国家先进技术的前提下，努力开拓创新，现在我们国家的机械加工已逐步向数控加工方面发展。
我们作为新世纪的大学生很荣幸的选择了这个专业，在大学的日子里得到辅导老师的亲切指导，使我们逐成熟，在临近毕业之时还不辞辛劳的辅导我们做毕业设计，使我们在以后的工作岗位上更得心应手。
本次设计为平面槽形凸轮的加工与制造，分为七章。
在设计中不仅介绍了凸轮的有关知识及如何加工，还就数控加工，数控工艺方面做了深入的介绍，可谓把机械制造与数控加工有机的结合在一起。
对自己来说，这次毕业设计不仅使自己对以往知识的再次回顾，而且把所学内容整体的系统的结合，理论与实践结合起来，从中得到不少收益。
关键词：
机械、数控、加工、制造
第一章凸轮概述……………………………………………………………………3
第二章数控加工概述……………………………………………………………5
第三章数控加工工艺………………………………………………………………6
1、工艺分析…………………………………………………………………
2、零件结构工艺性…………………………………………………………
3、分析毛坯的装夹适应性…………………………………………………
第四章工件的定位与装夹…………………………………………………………8
1、定位基准分析………………………………………………………………
2、装夹………………………………………………………………
第五章加工工艺参数与切削用量…………………………………………………9
1、主轴转速的确定………………………………………………………………
2、确定进给速度的原则；
………………………………………………………
3、背吃刀量确定………………………………………………………………
第六章工件的工艺分析与加工工序………………………………………………10
1、工艺处理………………………………………………………………………
2、数控铣削加工安装方式………………………………………………………
3、数控铣削加工工序……………………………………………………………
4、铣削的加工工序………………………………………………………………
5、加工路线的确定………………………………………………………………
6、数控铣削加工刀具……………………………………………………………
7、刀具的选择……………………………………………………………………
第七章工件的加工程序………………………………………………………………
结论…………………………………………………………………………………26
参考文献……………………………………………………………………………27
致谢…………………………………………………………………………………27
第一章凸轮概述
1、凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件．一般可分为三类：
1）盘形凸轮：
凸轮为绕固定轴线转动且有忘化直径的盘形构件；
2）移动凸轮：
凸轮相对机架作真线移动；
3）圆柱凸轮：
凸轮是圆柱体，忯以看房是将移动凸轮忷房一圆柱体。
凸轮机构一般是由凸轮，从动件和机架三个构件组房的高副机构。
凸轮通常作连续等速转动，从动件根濮使用覿求设计使它获得一定规律的运动。
凸轮机构能实现夿濂的迿动覿求，广泛用于忄秿自动化和忊自动化机械装置中。
2、在各种机械，特别是自动化机械中，广泛地应用着各种类型的凸轮机构，原因是凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单，紧凑。
但凸轮机构中因凸轮轮廓与推杆之间为点接触或线接触，故易于磨损，所以所用于受力不大的场合。
1）按凸轮的形状来分
①盘形凸轮机构
②移动凸轮机构
③圆柱凸轮机构
2）按从动轮的端部形式分
①尖顶从动杆凸轮机构
②滚子从动杆凸轮机构
③平底从动杆凸轮机构
3）按锁合方式分
①力锁合法
②几何锁合法
选择零件平面A及其ø
35G7，ø
12H7两孔作为定位基准。
组成凸轮槽几何元素的关系清楚，条件充分，程序编制时所需基点和编程参数转换容易求得。
凸轮槽内外轮廓对A面的垂直度要求，利用提高平面凸轮的装家精度，使零件A面与铣刀轴线保持垂直即可保证；
ø
35G7对A面的垂直度要求由前道车削工序予以保证。
确定零件的装夹方案
Ø
对于大型的凸轮零件，可以采用等高垫块垫在铣床的工作台上，然后利用压板螺栓在凸轮的孔上压紧，并使得外轮廓平面盘形凸轮的垫块应该小于凸轮零件的轮廓尺寸，在加工中所有装夹部件均不能与铣刀发生干涉。
对于小型凸轮零件，一般心轴定位和压紧即可。
根据凸轮零件的结构特点，采用“一面两孔”定位方式，设计“一面两销”的专用夹具。
夹具设计与加工安装如下：
加工——320mm×
320mm×
mm的垫块，在垫块上分别精镗ø
35mm和ø
12mm两定位销安装孔，孔距为80±
0.015±
mm,垫块平面度为0.05mm。
安装时先在铣床工作台面上固定垫块，并使得两定位孔的中心连线与数控铣床的X轴平行，垫块的平面安装后应该与铣床工作台平行，使用百分表检查。
凸轮零件与夹具的安装装夹参见图6-27所示，采用双螺母夹紧，能够提高零件的装夹刚性，分子铣削加工时由于螺母松动而引起的振动。
N110G01G41X#3Y#4D02F50；
（建立刀具半径补偿，切削椭圆轮廓）
N120#4=#4+1；
（极角增加1º
）
N130#5=#1*#1*SIN[#4]*SIN[#4]；
（计算中间数据）
N140#6=#2*#2*COS[#4]*COS[#4]；
N150#3=#1*#2*SQRT[1/[#5+#6]]；
（根据极角计算相应极径）
N160END1；
N170G00G40X0YO；
（取消刀具半径补偿）
N180G15；
（取消极坐标方式）
N190G00Z100M05；
N200X100Y100；
N210M30；
第二章数控加工概述
数控加工的概念
数控技术上20世纪40年代后期发展起来的一种自动化加工技术，它综合了计算机，自动控制，电机，电气传动，测量，监控和机械制造等学科的内容，目前在机械制造业中已得到广泛的应用。
数控与数控机床
数控简称NC是以数字化信号对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
数控机床是指应用数控技术对加工过程进行控制的机床。
数控加工的内容
在数控机床加工前，先考虑操作内容和动作，如工步的划分和顺序，走刀路线，位移量和切削参数等等，按规定的代码形式编排程序，再将程序输入到数控机床的数控系统中，使数控机床按所编程序运动，从而自动加工出所要求的零件轮廓。
一般来说，数控加工主要包括以下几方面内容。
1确定零件上需要数控加工的表面
2对零件图纸进行数控加工的工艺分析
3数控加工的工艺设计
4编制加工程序
5输入加工程序
6对加工程序进行校验和修改
7运行加工程序对零件进行加工
数控加工的特点
数控加工与普通加工相比具有以下特点；
①工零件的精度高数控机床在整体设计中考虑了整机刚度和零件的制造精度，又采用高精度的滚珠丝杠传动副，机床的定位精度和重复定位精度都很高。
特别是有的数控机床具有加工过程自动检测和误差补偿等功能，因此能可靠地保证加工精度和尺寸的稳定性。
②生产效率高数控机床在加工中零件的装夹次数少，一次装夹可加工出很多表面，省去了划线找正和检测等许多中间环节。
加工复杂工件时，效率可以提高5—10倍。
③特别适合加工复杂的轮廓表面如复杂的回转表面和空间曲面
④有利于实现计算机辅助制造目前在机械制造行业中，CAD/CAM已经广泛应用，数控机床及其加工技术正是计算机辅助制造系统的基础。
⑤初始投资大，加工成本高数控机床的价格一般是普通机床的若干倍，机床备件的价格也高；
另外，加工首件需要进行编程，调试程序和试加工，时间较长，因此使零件的加工成本高于普通机床。
第三章数控加工工艺
1、工艺分析
制定制订零件的数控铣削加工工艺时,首先要对零件图进行工艺分析,其只要内容是数控铣削加工的选择.数控铣床的工艺范围比普通铣床宽,但其价格交普通铣床高得多,因此,选择数控铣床加工内容时,应从实际需要的经济两个方面考虑.通常选择下列加工部位为其加工内容:
（1）零件上的曲线轮廓,特别是由数学表达式描绘的非圆曲线和列表曲线等曲线轮廓.
（2）已给能安装中顺带铣出来的简单表面.在一次出数学模型的空间曲线.
（3）形状复杂,尺寸繁多,划线与检测困难的部位.
（4）用通用铣床加工难以观察,测量和控制进给的内外凹槽.
（5）以尺寸协调的高精度空或面.
（6）采用数控铣削或能成倍提高生产率,大大减轻体力劳动强度的一般交工内容.
2、零件结构工艺性
零件的结构工艺性是指根据加工工艺特点，对零件的设计所产生的要求，也就是说零件可能影响或决定工艺性的好坏。
根据铣削加工特点，我们从以下几方面来结构工艺性特点。
1）零件图样尺寸的正确标注
2）保证获得要求的加工精度
3）尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸
4）保证基准统一
5）分析零件的变形情况
除了上面所说的有关零件的结构工艺性外，有时尚要考虑毛坯的结构工艺性，因为在数控铣削加工零件时，加工过程是自动的，毛坯余量的大小，如何装夹等问题在选择毛坯时就要仔细考虑好，否则，一旦毛坯不适合数控铣削，加工将很难进行下去。
根据经验，确定毛坯的余量和装夹应注意一下两点；
毛坯加工余量应充足和尽量均匀
毛坯主要指锻件，铸件。
因锻模时的欠压量与允许的错模量会造成余量的不等；
铸造时也会因砂型误差，收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量的不等。
此外，锻造，铸造后，毛坯的挠曲与挠曲变形量的不同也会造成加工余量的不充分，不稳定。
因此除板料外，不论是锻件，铸件还是型材，只要准备采用数控加工，其加工面均应有较充分的余量。
3、分析毛坯的装夹适应性
主要考虑毛坯在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便在一次安装中加工出尽量多的表面。
对于不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另外增加装夹余量和工作凸台，工艺凸耳等辅助基准。
第四章工件的定位与装夹
1、定位基准分析
定位基准有粗基准和精基准两种，用未加工过的毛坯表面作为定位基准称为粗基准。
除第一道工序采用粗基准外，其余工序都使用精基准。
选择定位基准要遵循基准重合原则，即力求设计基准。
工艺基准和编程基准统一，这样做可以减少基准不重合产生的误差和数控编程的计计算量，并且能有效的减少装夹次数。
2、装夹
在确定装夹方案时，只需根据已选定的加工表面和定位基准确定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具，此外，主要考虑一下几点；
1）夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开。
要求夹持工件后
夹具等一些组件不能与刀具运动轨迹发生干涉。
2）必须保证最小的夹紧变形。
工件在加工时，切削力大，需要的夹紧力也
大，但又不能把工件夹压变形。
因此，必须慎重选择夹具的支撑点，定位点和夹紧点。
3）装卸方便，辅助时间尽量短。
由于加工中心技工效率高，装夹工件的辅
助时间对加工效率影响较大，所以要求配套夹具在使用中也要快而方便。
4）对小型零件或工序时间不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件
进行加工，以提高效率。
5）夹具结构应力求简单。
由于零件在加工中心上加工大都采用工序集中的
原则，加工的部位较多，同时批量较小，零件更换周期短，夹具的标准化，通用化和自动化对加工效率的提高及加工费用的降低有很大影响。
因此，对批量小的零件因优先选用组合夹具。
对形状简单的单件小批量生产的零件，可选用通用夹具，如三爪卡盘，台钳等。
只有对批量较大，且周期性投产，加工精度要求较高的关键工序才设计专用夹具，以保证加工精度和提高装夹效率。
6）夹具应便于与工作台及工件定位表面间的定位元件连接。
加工中心工作
台面上一般都有基准T型槽，转台中心有定位圈，台面侧面有基准挡板等定位元件。
固定方式一般用T型槽螺钉或工作台面上的紧固螺孔用螺栓或压板压紧。
夹具上用于紧固的孔和槽的位置想对应。
第五章加工工艺参数及切削用量
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并用指令的性形式写入程序。
切削用量包括主轴转速，背吃刀量及进给速度等。
对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。
。
切削用量的选择原则是；
保证零件加工精度和表面粗糙度充分发挥刀具的切削性能，保证合理的刀具耐用度并充分发挥机床的性能，最大限量的提高生产率，降低成本。
1、主轴转速的确定
主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）的直径来选择。
其计算公式为；
n=1000V/（лD）
式中；
V为切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；
为主轴转速，单位为r/min；
为工件直径或刀具直径，单位为mm；
计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较近的转速
进给速度的确定
2、确定进给速度的原则
1）当工件的质量要求能够得到保证时，为了提高生产率，可选择较高的
进给速度。
一般在100-200mm/min范围内选取。
2）在切断，加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，
一般在20-50mm/min范围内选取。
3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在
20-50mm/min范围内选取。
4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统
给定的最高进给速度
3、背吃刀量确定
背吃刀量根据机床，工件和刀具的刚度来确定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。
为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般留0.2-0.5mm。
总之，切削用量的具体数值应根据机床性能，相关的书册并结合实际经验用类比方法确定。
总之，使主轴转速，切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。
切削用量的选择可参考下表；
切削用量的选择（高速钢立铣刀，粗铣）
工件材料铸铁铝钢
刀具刀转速进给速度转速进给速度转速进给速度
直径槽
（mm）数切削速度每齿进给量切削速度每齿进给量切削速度每齿进给量
82110011550005001000100
280.051260.05250.05
900110410049082082
102
280.061290.06260.05
122770105345047069084
290.071300.07260.06
142660100300044060080
290.071320.07260.07
16260094265042053076
300.081330.08270.07
第六章工件的工艺分析及加工工序
1、工艺处理
成型凸轮为纺织机械上的易损件，其零件图见图6-26，由于凸轮的轨迹曲线复杂，精度要求高，加工难度大，所以选择在数空铣床上进行加工。
1）工前的零件预加工
零件毛坯在热处理前先进行粗加工，为数控铣削加工提供可靠的工艺基准，用三爪卡盘装夹零件，粗车ø
35G7的内孔，ø
65的外圆，ø
280的外圆以及两端面均留5mm-6mm的余量；
经调质处理后再进行的精车加工工序中，先使用三爪卡盘装夹凸轮右端ø
280外圆少许及所在端面，精车加工到ø
280外圆及凸轮左端面；
再掉头，用三爪卡盘装夹凸轮零件
左端，精车加工ø
280外圆及倒角；
然后用四爪卡盘装夹ø
280外圆及（已加工完的）凸轮零件左端面，精车加工另一端面以及ø
35G7内孔，ø
65外圆及端面与倒角；
然后在钻床上完成M6-7H钻孔攻螺纹加工。
数据编程任务书见表18-1
数控编程任务书年月日
工艺处
数控编程任务书
产品零件图号
02001-30
任务书编号
零件名称
槽型凸轮
x-f-2001-3
使用控件设备
数控铣床
共一页第一页
主要工艺说明技术要求:
1.数控铣削加工零件上轨迹曲线槽的精度达到图纸要求,详见产品工艺卡片.
2.技术要求见零件图
收到编程时间
月日
经手人
编制
审核
编程
批准
表18-1
2、数控铣削加工安装方式
为了保证加工精度,凸轮零件在圆盘工作台上采用专用定心心轮进行安装.凸轮以一端面及ø
35G7的内孔定位,凸轮端面固定在圆盘工作台的台面上,凸轮内孔固定在定心心轮上:
定心心轮的下端锥面与圆盘工作台的锥孔配合连接,利用凸轮上端面面外沿,应用螺栓,压板将凸轮零件安装固定在圆盘工作台的台面上。
数控加工工件安装和零件设定卡见表18-2
数控加工工件安装和零点设定卡年月日
零件图号
数控加工工件安装和零件设定卡
工序号
装夹次数
1次
编制日期
批准（日期）
第页
序号
夹具名称
夹具图号
共页
定心心轴
表18-2
3、数控铣削加工工序
数控铣削加工分三次切削进行加工。
使用ø
30mm的圆柱铣刀，加工轮廓厚度为36mm的凸轮轮廓形状。
数控铣削加工分两次进行，第一次使用ø
10mm的键槽铣刀，加工宽度为10mm、深度为13mm的轨迹曲线槽：
第二次使用ø
28mm的圆柱铣刀，加工宽度为30mm、深度为13.9mm的轨迹曲线槽；
第三次使用ø
30mm的圆柱铣刀，加工宽度为30mm、深度为14mm的轨迹曲线槽。
4、铣削的加工工序
加工工序（又称工序）通常包括切削加工工序，热处理工序和辅助工序等，工序安排的科学与否直接影响零件的加工质量，生产率和加工成本。
切削加工工序通常按以下原则安排。
1）先粗后精
当加工零件精度要求较高时都要经过粗加工，半精加工，精加工阶段，如果精度要求更高，还包括光整加工的几个阶段。
2）基准面先行原则
用做精基准的表面应先加工，任何零件的加工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。
3）先面后孔
对于箱体，支架等零件。
平面尺寸轮廓比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故应先加工平面，然后加工孔。
4）先主后次
即先加工主要表面，然后加工次要表面。
在考虑以上原则的基础上还应该考虑；
*1减少换刀次数，节省辅助时间。
一般情况下，每换1新的刀具后，应通过移动坐标，回转工作台等方法将该刀具切削的所有表面全部完成。
*2每道工序尽量减少刀具的空行程移动量，按最短路线安排加工表面的加工工序。
*3安排加工顺序时可参照采用粗铣大平面-粗镗孔，半精镗孔-立铣刀加工—加工中心孔-钻孔-攻螺纹-平面和孔精加工（精铣，铰，镗等）的加工工序。
5、加工路线的确定
在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向成为加工路线。
即刀具从对刀点开始运动起，直至加工结束所经过的路径，包括切削加工的路径，包括切削加工的路径及刀具引入，返回等非切削空行程。
加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。
下面分析数控机床较高零件时常用的较高路线。
1）轮廓铣削加工路线的分析
对于连续铣削轮廓，特别是加工圆弧时，要注意安排好刀具的切入，切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的界限痕迹。
2）位置精度要求高的孔加工路线的分析
对于位置要求精度较高的孔系加工，特别要注意注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。
3）铣削曲面的加工路线的分析
铣削曲面时，常用球头刀采用行切法进行激光。
对于边界敞开的曲面可采用两种加工路线。
以上通过分析了数控机床中常用的加工路线，实际生产中，加工路线的确定要根据零件的具体结构特点，综合考虑，灵活运用。
而确定加工路线的总原则是；
在保证零件加工精度和表面质量的条件下，尽量缩短加工路线，以提高生产率。
6、数控铣削加工刀具
d1=10mm的键槽铣刀；
d2=28mm的圆柱铣刀；
d2=30mm的圆柱铣刀。
数控刀具卡如下图所示，10mm的键槽铣刀、28mm的圆柱铣刀的数控刀具结构同此。
表18-4数控加工刀具卡
刀具名称
数控加工刀具卡
设备
02001-30
圆柱铣刀
刀具编号
TX30
换刀方式
手动
程序编号
%0210
编号
规格
数量
备注
刀
具
组
成
1
铣夹头
北京机床附件厂产
2
刀柄
3
定位锁紧套
4
导夹套
5~20
12
圆柱棒铣刀
30
表18-5数控刀具明细表
材料
数控刀具明细表
车间
使用设备
45
机5
刀具号
刀位号
刀具图号
刀具
刀补地址
加工部位
直径
长度
自动/手动
设定
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