槽型凸轮数控加工工艺论文

数控毕业论文 时间:2018-01-19 我要投稿

  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Φ8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Φ19.6和Φ11.6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 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.

相关推荐