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        淺談平面凸輪的加工及工藝

        2013-10-21 09:40:41王軍
        卷宗 2013年12期
        關(guān)鍵詞:切削用量凸輪夾具

        王軍

        摘 要:數(shù)控加工生活中需要加工各種的零部件,在生產(chǎn)加工過程中,我們會遇到一些凸輪類零件,凸輪零件在生活中的應(yīng)用隨處可見,我們要如何加工凸輪類零件呢?我們應(yīng)該慎重的選擇切削參數(shù),刀具,性能好的機(jī)床和合適的銑削方式以達(dá)到要求的位置精度,形狀精度和尺寸精度,并且要知道加工過程中發(fā)生欠切和過切現(xiàn)象的分析和解決方法。

        關(guān)鍵詞:凸輪;夾具;切削用量

        凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的工件,凸輪的主要功能是使從動桿按照工作需求完成各種復(fù)雜的運(yùn)動,包括直線運(yùn)動、擺動,等速運(yùn)動和不等速運(yùn)動。

        凸輪一般可分為三大類:

        盤形凸輪:凸輪為繞固定軸線轉(zhuǎn)動且有變化直徑的盤形構(gòu)件。

        移動凸輪:凸輪相對機(jī)架做直線運(yùn)動的構(gòu)件。

        圓柱凸輪:凸輪是圓柱體,可以看做是將移動凸輪卷成一個圓柱體。

        按從動件的形狀分四類:①平底式從動件。頂尖式從動件。②曲底式從動件。③滾子式從動件。④頂尖式從動件。

        按凸輪與從動件維持運(yùn)動副接觸的方式分兩類:①幾何形封閉方式。②力封閉方式。

        本文舉例的凸輪按規(guī)格分別屬于盤形凸輪、平底式從動件和幾何封閉方式。我們從拿到圖紙和毛坯到成品的完成需經(jīng)以下步驟:零件圖紙的閱讀;確定裝夾方案;確定進(jìn)給路線;選擇刀具及切削用量;編制程序,加工和測量檢測;加工后的處理。

        1 工藝分析

        1.1 零件圖分析

        凸輪由于本身運(yùn)動規(guī)律和傳遞力的特殊性,在各種自動機(jī)械、儀表及自動控制裝置中被廣泛應(yīng)用。該凸輪工件是一種平面槽形凸輪,槽寬28mm,工作表面粗糙度為Ra1.6um,材料為HT300。

        工件在數(shù)控銑削加工前,φ35G7和φ12H7的兩個基準(zhǔn)孔及凸輪槽之外的其他尺寸已加工,半產(chǎn)品為一圓盤。

        1.2 確定裝夾方案

        一般大型凸輪可以采用等高墊鐵墊在工作臺上,中心孔找正后,確定坐標(biāo)原點(diǎn),然后用壓板螺絲在凸輪的工藝孔上壓住。外輪廓平面盤形凸輪的墊塊要小于凸輪的輪廓尺寸,不與銑刀發(fā)生干涉。對于小型凸輪,一般用心軸定位、壓緊即可。

        根據(jù)本文的凸輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用一面兩孔定位,以圓盤底面和φ35G7、φ12H7的兩孔作定位基準(zhǔn),并設(shè)計(jì)一個一面兩銷的專用夾具。用一塊320mmx320mmx40mm的墊塊,在墊塊上分別精鏜φ35及φ12兩個定位銷安裝孔,并配定位銷,孔距為80±0.05mm,墊板的平面度為0.05,加工前先固定墊板,使兩定位銷孔的中心線與機(jī)床的X軸平行,墊板的平面要保證與工作臺面平行,并用百分表檢查。采用兩個螺母夾緊,以提高裝夾剛性,防止銑削時產(chǎn)生震動。

        1.3 確定進(jìn)給路線

        該平面槽型凸輪銑削的深度進(jìn)給方法有兩種:一是按照凸輪槽的輪廓現(xiàn)狀,沿斜線下刀,逐漸到達(dá)既定深度;二是先打一個工藝孔,再從工藝孔進(jìn)刀到既定深度。本例中采用斜線下刀,當(dāng)?shù)竭_(dá)既定深度后,刀具在XY平面內(nèi)運(yùn)動,銑削凸輪輪廓。但要注意,螺旋或斜線的深度等于每次槽深度進(jìn)刀量。

        為保證凸輪的工作表面有較好的表面質(zhì)量,采用順銑方式走刀。

        1.4 選擇刀具及切削用量

        該工件材料為鑄鐵,是典型的脆性材料,切削時生成崩碎切屑,由于切削與刀具前面的接觸長度短,切削力和切削熱集中在刃區(qū)。雖然切削層單位面積切削力比切削剛時小的多(約為0.6倍),切削溫度也底很多(約比切剛低20%-30%),但切削鑄鐵時刀具切削刃處溫度最高且有很高壓應(yīng)力,再加上切削過程中被切削的金屬層頻繁的無規(guī)則斷裂,使切削過程不太穩(wěn)定,對刀刃有很大的沖擊。因此就要求刀具材料具有較高的強(qiáng)度和沖擊韌度。

        通常為提高切削效率要盡量選用大直徑的銑刀;側(cè)吃刀量取刀具直徑的1/3-1/2,背吃刀量應(yīng)大于冷硬層厚度;切削速度和進(jìn)給速度應(yīng)通過試驗(yàn)選取效率和刀具壽命的綜合最佳值,可以根據(jù)刀具廠家提供的刀具手冊參考取值。本例中選用20mm高速剛立銑刀進(jìn)行粗、精加工。

        5.工件坐標(biāo)系

        按照設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝加工基準(zhǔn)相一致的原則,一般選取較長的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為工件坐標(biāo)系的X軸。安裝凸輪前,找正墊板35mm定位銷孔,以其圓心右邊40mm處為工件坐標(biāo)系XY原點(diǎn);Z方向原點(diǎn)取凸輪槽上表面。

        在加工前需注意檢查工件的裝夾方向是否同電腦中的圖形方向相同。

        2 制定加工工藝

        根據(jù)加工的特點(diǎn)以及加工工序的劃分,一般可按下列方法進(jìn)行:

        1.以一次安裝、加工作為一道工序。

        2.以同一把刀具加工的內(nèi)容劃分工序。

        3.以加工部位劃分工序。

        4.以粗、精加工劃分工序。

        根據(jù)以上原則,該零件的加工工藝如下:

        選用直徑為φ20mm的立銑刀,根據(jù)先粗后精的原則,因此要首先粗加工,留有一定余量。然后再用φ20mm的立銑刀再進(jìn)行精加工。這樣不僅保證了加工精度又節(jié)約了加工時間。

        3 程序編制

        凸輪不僅可以用傳統(tǒng)手工編程方法來進(jìn)行編寫程序,然而我們也可以用一些軟件來對其進(jìn)行自動編程,下面是利用UG軟件來進(jìn)行自動編程。它的特點(diǎn)是編程速度較快,加工效率高,加工路線優(yōu)化。但是后處理是采用的指令代碼較為單一,生成程序較長,所以加工時間較長。首先繪圖,然后刀具,然后加工,生成程序。

        UG生成并經(jīng)修改后可以直接使用的程序:

        %

        O0001

        G0 G90 G54 X55.9839 Y29.4222 S500 M03

        Z5

        G3 X68.2318 Y41.8762 Z-3.4 I4.5747 J7.7506 K2.4115

        X66.0882 Y45.1783 I-64.8217 J-39.7332 F250.

        ……… ………

        I7.5 J0.0 F250.

        G1 X-37.5

        Z-32.

        G0 Z5.

        M02

        %

        4 加工和測量檢測

        4.1 加工

        需要指出的是,這個程序采用螺旋下刀和自動換刀功能。采用螺旋下刀是保證下刀時不會對工件造成振動的影響,以及達(dá)到保護(hù)刀具的作用。采用自動換刀是由于這樣能夠節(jié)省時間,方便加工,同時避免了反復(fù)手工換刀造成的偏差。

        加工中我們采用氣槍吹氣來代替切削液沖洗,因?yàn)椴捎眯∏猩?,高轉(zhuǎn)速,所以用氣槍就可以達(dá)到散熱和保持工件表面清潔的目的。同時也能防止工件由于切削液澆注造成的生銹的情況。

        4.2 測量檢測

        工件完成后先不將工件卸下,拿塞規(guī)的通止端分別在槽內(nèi)走動,如果通規(guī)走的很順暢,止規(guī)走的很艱難,說明工件尺寸正確。如果通止端都走的很順暢,那就用游標(biāo)卡尺量一下是否在公差范圍之內(nèi)。如果通規(guī)走的很艱難,說明尺寸還應(yīng)余量,用卡尺量一下,然后再半徑和長度磨耗里將補(bǔ)償改到位。

        5 加工后的處理

        加工工件后,在確認(rèn)尺寸和位置精度沒有錯誤的前提下將工件卸下。刀具由于磨損會造成工件銑削的地方產(chǎn)生毛刺,毛刺過多則會影響到精度。所以在毛刺產(chǎn)生時,要用刮刀將切口邊緣沿同一方向刮一圈,以保證尺寸的正確和邊緣的光滑度,不至于劃破手,再將工件擦拭干凈。

        工件卸下后,將夾具卸下。將工作臺打掃干凈,關(guān)閉計(jì)算機(jī)和機(jī)床。

        6 平面槽形凸輪加工中的過切和欠切

        過切的現(xiàn)象即使在各種參數(shù)設(shè)定和CAD圖形都正確的情況下,過切也有可能發(fā)生,最主要的檢查方法是將刀具路徑模擬一遍,在頂視圖、邊視圖上反復(fù)檢查外形銑削時的情況,下刀位置選擇不當(dāng),也會過切。

        平面槽形凸輪工作表面粗糙度要求較高,在加工過程中常會遇到凸輪起點(diǎn)和終點(diǎn)的過切和欠切現(xiàn)象。進(jìn)刀和退刀位置不重合,造成欠切。

        7 結(jié)束語

        本文針對平面槽型凸輪的加工做了介紹以及過切欠切現(xiàn)象的分析。 UG軟件的自動加工減少了勞動強(qiáng)度,提高了效率,在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用,希望大家對UG能有更多的了解,更大限度的發(fā)揮UG軟件在實(shí)際生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn)

        [1]主編 侯放 《機(jī)床夾具》 中國勞動社會保障出版社

        [2]張曉紅 《數(shù)控加工工藝與編程》 武漢大學(xué)出版社 2009

        [3]于萬成 《數(shù)控加工工藝與編程基礎(chǔ)》人民郵電出版社 2010

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