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槽型凸輪數(shù)控加工工藝論文
槽型凸輪數(shù)控加工工藝論文
摘要： 本文主要研究平面槽型凸輪的數(shù)控加工工藝和加工方法，通過計算，分析以及實際的加工經(jīng)驗，確定出合理的工藝和方法，并利用Master CAM對其進(jìn)行了建模、造型和仿真，并生成了NC加工代碼，通過數(shù)控銑床進(jìn)行實際的加工，證實了基于Master CAM軟件的數(shù)控加工工藝，提高了凸輪的工藝設(shè)計效率、加工精度、加工效率，滿足了生產(chǎn)發(fā)展的需要。
關(guān)鍵詞： 數(shù)控加工工藝;平面槽型凸輪;實體建模;Master CAM仿真中圖分類號：TH6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311(2012)08-0020-02
0引言
目前許多設(shè)備中使用凸輪機構(gòu)進(jìn)行控制，其中關(guān)鍵零件凸輪的加工一直是機械加工的難點。
傳統(tǒng)的凸輪加工的方法是采用分度頭銑削或靠模法加工，加工難度大、周期長、加工精度低、對操作工人技術(shù)水平要求高，因此傳統(tǒng)的加工方法不能滿足生產(chǎn)的需要[1][2]。
利用配備了數(shù)控分度頭的數(shù)控銑床加工凸輪代替了傳統(tǒng)的加工方法，在很大程度上提高了凸輪的加工精度和效率，但以前一直采用手工編程，使加工精度受到很大的影響，本文采用Master CAM軟件，先對凸輪建模、仿真加工，最后生成數(shù)控代碼，輸入到數(shù)控銑床，這樣加工出的零件可靠性高、精度高，滿足了工業(yè)對凸輪的需求。
1MasterCAM軟件介紹
MasterCAM是一種功能強大的CAD/CAM軟件由CAD和CAM兩大部分組成，并分成造型(Design)，銑削加工(Mill)，車削加工(Lathe)和線切割(Wire)4個功能模塊。
集設(shè)計與制造于一體[3]。
MasterCAM采用圖形交互方式自動編程。
編程人員根據(jù)屏幕提示的內(nèi)容于計算機對話，選擇菜單目錄或回答計算機的提問，直至將所有問題回答完畢，然后即可自動生成NC程序。
NC程序的自動產(chǎn)生是受軟件的后置處理功能控制的，不同的加工模塊和不同的數(shù)控系統(tǒng)對應(yīng)于不同的后處理文件[4]。
2槽型零件加工工藝分析
該槽型零件如圖1，此零件有兩個孔，且精度較高，可以作為工藝孔進(jìn)行定位，基準(zhǔn)面A作為定位面，采用一面兩孔的組合定位方式。
由于兩個孔的要求較高，最后一道工序必須采用鉸削方式，對于Φ8槽的加工，采用銑削方式完成。
3槽型凸輪加工工藝
3.1 裝夾方案的確定
3.2 加工順序及走刀路線的確定①應(yīng)先加工用作定位基準(zhǔn)的兩個孔，然后再加工凸輪槽內(nèi)外輪廓表面。
為了保證加工精度，粗、精加工應(yīng)該分開。
其中兩孔的加工采用鉆孔→擴孔→粗鉸→精鉸的方案。
�、谄矫孢M(jìn)給時，外凸輪廓從切線方向切入，內(nèi)凹輪廓從過渡圓弧切入。
為使凸輪槽表面具有較好的表面質(zhì)量，采用順銑。
深度進(jìn)給有兩種方法：一種是在XZ平面來回銑削，逐漸進(jìn)刀到既定深度;另一種方法是先打工藝孔，然后從工藝孔進(jìn)刀到既定深度。
本文采用的是來回切削的方法。
3.3 刀具的選擇通常銑削毛坯表面或進(jìn)行孔的粗加工時，可選用鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀進(jìn)行強力切削。
但由于此零件的加工材料為HT200，HB為170左右，此硬度不適合進(jìn)行強力切削，所以改用Φ19.6和Φ11.6的鉆頭進(jìn)行孔的粗加工，精加工使用與孔直徑相同的鉸刀進(jìn)行。
通常銑削凸臺或凹槽時，選擇高速鋼立銑刀，如果加工余量小，并且表面粗糙值較小，采用鑲立方氮化硼刀片的端銑刀。
根據(jù)所要加工的零件的結(jié)構(gòu)特點，銑削凸輪槽內(nèi)、外輪廓時，銑刀直徑受槽寬的限制，取為6毫米。
粗加工選用直徑為6毫米的高速鋼立銑刀，精加工選用直徑為6毫米的鑲立方氮化硼刀片的端銑刀。
應(yīng)注意的是，零件內(nèi)槽圓角半徑不宜過小，因為工件圓角的大小決定著刀具直徑的大小。
如果刀具直徑過小，在加工平面時，進(jìn)給次數(shù)會相應(yīng)增多，影響生產(chǎn)率和加工質(zhì)量。
所以，凸輪槽內(nèi)外輪廓的底圓角為R0.5。
4MasterCAM數(shù)控加工流程
通過對所設(shè)計的零件進(jìn)行加工工藝分析，并繪制幾何圖形及建模，以合理的加工步驟得到刀具路徑，再通過程序的后處理生成數(shù)控加工指令代碼，輸入到數(shù)控機床既可完成加工。
4.1 零件的二維或三維建模通過對凸輪的參數(shù)化建模，得出凸輪的輪廓曲線方程，并由輪廓曲線方程得到凸輪的模型圖，然后利用二次開發(fā)工具Pro/Toolkit，用戶只需要輸入凸輪的參數(shù)，即可自動生成所需要的三維實體，結(jié)果準(zhǔn)確無誤[6]。
用戶也可以根據(jù)需要，只修改參數(shù)，就可以生成滿足要求的凸輪三維實體圖，從而縮短研發(fā)周期，提高工作效率。
可見該系統(tǒng)具有良好的實際應(yīng)用價值。
按設(shè)計要求，建立零件的模型是實現(xiàn)數(shù)控加工的基礎(chǔ)，可以利用四大模塊中的任何一個模塊來進(jìn)行二維或三維的零件建模。
在進(jìn)行零件的建模時，要注意：對數(shù)控加工指令代碼只需建立零件模型，即只需畫出零件上用來確定刀具路徑的輪廓線，無需畫出整個零件的模型來，加工尺寸、形位公差及配合公差可不標(biāo)出。
二維或三維建模時應(yīng)根據(jù)零件的實際尺寸來繪制，以保證計算生成的刀具路徑坐標(biāo)的正確性;對于復(fù)雜、加工表面較多的零件，要充分利用MasterCAM中圖層的功能，進(jìn)行刀具選取和確定刀具路徑時，根據(jù)圖層的打開、關(guān)閉或隱藏功能，方便地選擇加工需要的輪廓線。
4.2 零件工藝參數(shù)的確定和刀具的選取在運用MasterCAM軟件對零件進(jìn)行數(shù)控加工編程前，要保證零件的表面粗糙度和加工精度。
加工零件的幾何模型生成后，接下來要進(jìn)行數(shù)控加工的規(guī)劃。
首先要對零件進(jìn)行加工工藝分析，確定合理的加工順序。
要充分考慮零件的形狀、尺寸、加工精度及零件剛度，盡量減少換刀次數(shù)，提高加工效率。
在刀具的選擇當(dāng)中，一般應(yīng)遵循以下原則：平面應(yīng)用平底刀加工，少用球刀加工，以減少加工時間;加工尺寸大的工件，為提高刀具的加工效率和剛性，應(yīng)盡可能使用大直徑的刀具。
工件太厚時，應(yīng)分層用不同長度的刀粗加工，為保證余量一致后再光刀，應(yīng)先用大刀粗加工后，再用小刀清除余料;粗精加工時，可選擇不同的加工刀具;刀具要尺寸穩(wěn)定，安裝調(diào)整方便，選擇精度高、剛性好、耐用度好的刀具。
4.3 加工零件的刀具路徑確定刀具選擇好后，確定工件坐標(biāo)系與機床坐標(biāo)系的相對尺寸，正確選擇工件坐標(biāo)原點，也就是建立工件坐標(biāo)系統(tǒng)，做到先加工基準(zhǔn)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。
具體路徑和有關(guān)幾何尺寸的計算，要避免產(chǎn)生累計誤差，盡量考慮零件形位公差的要求。
刀具路徑的生成應(yīng)注意：正確設(shè)置有關(guān)輔助功能，如重要尺寸的加工中檢測，切削液的啟停等等;減少電腦對刀具路徑的算術(shù)運算和邏輯運算處理時間，合理設(shè)置公差，以平衡加工精度;減少空程刀具路徑，盡量走簡單的刀路避免生成多余的刀具路徑;生成的刀具路徑應(yīng)滿足零件的精度和表面粗糙度要求。
4.4 零件的模擬數(shù)控加工設(shè)置好刀具加工路徑后，利用MasterCAM系統(tǒng)提供的零件加工模擬功能，能夠觀察切削加工的過程，可用來檢測工藝參數(shù)的設(shè)置是否合理，零件在數(shù)控實際加工中是否存在干涉，設(shè)備的運行動作是否正確，實際零件是否符合設(shè)計要求[7]。
同時在數(shù)控模擬加工中，系統(tǒng)會給出有關(guān)加工過程的報告。
這樣可以在實際生產(chǎn)中省去試切的過程，可降低材料消耗，提高生產(chǎn)效率。
4.5 數(shù)控指令代碼的輸出通過計算機模擬數(shù)控加工，確認(rèn)符合實際加工要求時，就可以利用MasterCAM的后置處理程序來生成NCI文件或NC數(shù)控代碼，MasterCAM系統(tǒng)本身提供了百余種后置處理PST程序。
對于不同的數(shù)控設(shè)備，其數(shù)控系統(tǒng)可能不盡相同，選用的后置處理程序也就有所不同。
對于具體的數(shù)控設(shè)備，應(yīng)選用對應(yīng)的后置處理程序，后置處理生成的NC數(shù)控代碼經(jīng)簡單適當(dāng)修改后，如能符合所用數(shù)控設(shè)備的要求，就可以輸出到數(shù)控設(shè)備，進(jìn)行數(shù)控加工。
5結(jié)語
采用MasterCAM軟件能方便的建立零件的幾何模型，對復(fù)雜零件的數(shù)控程序編制，可大大提高程序的正確性，迅速自動生成數(shù)控代碼，縮短編程時間，降低生產(chǎn)成本，提高工作效率，保證程序的安全性。
參考文獻(xiàn)：
[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]程偉，張躍明，卜凡華.弧面分度凸輪數(shù)控加工工藝研究.機械設(shè)計與制造，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 computer.Machine Design，2005.
[5]Fan Y.Chen.Mechanics and design of cam mechanisms.Pergamon Press,2001.
[6]James V.Valentino. Introduction to Computer Numerical Control. Higher Education Press.2008.2.
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