2024年3月24日发(作者：世弘济)
阿基米德螺旋线凸轮零件的数控加工
随着机械不断朝着高速精密、 自动化方向发展 , 对凸轮机构 的转速
和精度也提出了更高的要求 , 因此利用计算机辅助设计和 数控机床加工
是很有必要的。
一、数控编程中的零件加工工艺分析
1.
数控加工工艺概述 无论是手工编程还是自动编程 , 在编程
前都要对所加工的零 件进行工艺分析 , 拟订工艺方案 , 选择合适的刀具 ,
确定切削用 量。在编程中 ,对一些工艺问题 ( 如对刀点 , 加工路线等 ) 也
需要作 一些处理。因此 , 数控编程的工艺处理是一项十分重要的工作。
(1) 数控加工的基本特点 : ①数控加工的工序内容比普通机 加工的
工序内容复杂。 ②数控机床加工程序的编制比普通机床工 艺规程的编制
复杂。 (2) 数控加工工艺的主要内容 : ①选择适合在 数控上加工的零件 ,
确定工序内容。 ②分析加工零件的图纸 , 明确 加工内容及技术要求 , 确
定加工方案 , 制定数控加工路线。 ③调整 数控加工工序的程序。 ④分配
数控加工中的容差。 ⑤处理数控机 床上部分工艺指令。
2.
常用数控加工方法
(1) 平面孔系零件。 常用点位、 直线控制数控机床 ( 如数控钻 床)
来加工 ,选择工艺路线时 , 主要考虑加工精度和加工效率两个 原则。(2)
旋转体类零件。常用数控车床或磨床加工。①考虑加 工效率 : 在车床上
加工时 ,通常加工余量大 , 必须合理安排粗加工 路线,以提高加工效率。
②考虑刀尖强度 : 数控车床上常用到低 强度刀具加工细小凹槽。 采用斜
向进刀 ,不宜崩刃。 (3) 平面轮廓 零件。常用数控铣床加工。应注意 : ①
切入与切出方向控制 : 径 向切入,工件表面留有凹坑；切向切入、切出，
工件表面光滑。② 一次逼近方法选择 : 只具有直线和圆弧插补功能的数
控机床在加 工不规则曲线轮廓时 , 需要用微小直线段或圆弧段去逼近被
加工 轮廓, 逼近时, 应该使工件误差在合格范围同时程序段的数量少 为
佳。
3.
对零件图纸进行数控加工工艺性分析
(1) 尺寸标注应符合数控加工的特点。在数控编程中 , 所有 点、线、
面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。零件图样上 最好直接给出坐
标尺寸 , 或尽量以同一基准引注尺寸。 (2) 零件 图的完整性与正确性分
析。在编程时 , 编程人员必须充分掌握构 成零件轮廓的几何要素参数及
各几何要素间的关系。 (3) 零件技 术要求分析。零件的技术要求主要指
尺寸精度、形状精度、位置 精度、表面粗糙度及热处理等 , 这些要求在
保证零件使用性能的 前提下 , 应经济合理。 (4) 零件材料分析。在满足
零件功能的前 提下, 应选用廉价、切削性能好的材料 ; 材料选择应立足国
内 , 不 要轻易选择贵重或紧缺的材料。 (5) 定位基准选择。 在数控加工 中,
加工工序往往较集中 , 以同一基准定位十分重要 , 有时需要设 置辅助基
准 , 特别是正、 反两面都采用数控加工的零件 , 其工艺基 准的统一是十
分必要的。
4.
数控加工工艺路线的设计
根据数控加工的特点 , 数控加工工序的划分一般可按下列方 法进
行 :(1) 以一次安装、 加工作为一道工序。 这种方法适合于加 工内容较
少的零件 ,加工完后就能达到待检状态。 (2) 以同一把刀 具加工的内容划
分工序。但程序不宜太长 , 一道工序的内容也不 宜太多 (3) 以加工部位
划分工序。 (4) 以粗、精加工划分工序。一 般来说,凡要进行粗、精加工
的过程 , 都要将工序分开。
二、平面凸轮的加工
目前, 凸轮机构已成为许多高速、高效、高精度自动机、半 自动机和
自动生产线中不可缺少的关键部件 , 作为凸轮机构中的 主要零件――凸轮
的加工精度就显得
尤为重要 , 如何加工出符合精度
要求的凸轮 ?下面以一批平面
凸轮(如图 1 所示)的加工为例 予以介绍。
1.
2.
平面凸轮零件轮廓图
工艺分析
(1) 凸轮曲线分别由几段圆弧组成 , 内孔为设计基准 , 故取 内孔和一
个端面为主要定位面，在连接孔© 20的一个孔内增加 削边销, 在端面用
螺母垫圈压紧。 因孔为设计和定位基准 , 所以对 刀点选在孔中心线与端
面的交点上 , 这样很容易确定刀具中心与 零件的相对位置。 (2) 中心孔
与连接孔的加工。该凸轮零件的中 心孔为© 20,是个设计定位基准，要
与凸轮轴配合，其尺寸精度求 较高, 连接孔其精度与中心孔一样 , 故都用
钻―扩―铰―精铰的 加工方案。 (3) 凸轮轮廓加工。由于该凸轮轮廓是由几
段圆弧组 成, 普通机床难以对其加工 , 可选用数控铣床或线切割机床对
其 加工。由于选用线切割机床对其加工 , 虽然能保证尺寸精度 , 但是 该
方法所需要的时间长 , 加工成本高 , 选用数控铣床对其加工 , 不 但能保
证尺寸精度 , 而且加工效率高 , 故选用数控铣床来加工该 凸轮轮廓。
3.
加工顺序 整个凸轮零件的加工顺序的拟定要按照“基面先
行 , 先精后 粗”的原则确定。 因此要首先加工用做定位基准的 A 端面及
其与 之平行的另一面。其次加工作为定位和设计基准的内孔 , 最后进 行
凸轮轮廓的铣削加工。
加工步骤：⑴ 坯料选择。选用100X100X25的HT200的板料 作为
加工对象。 (2) 两平行端面的加工。 选用平面磨床 , 以互为基 准的方式
将坯料加工到图示尺寸。 (3) 中心孔及连接孔的加工。 用两块40X40X20
的平行垫铁将工件垫起，以A平面为定位面，根 据工件的基准边 , 用百
分表将工件找正后用压板将工件压紧。用 偏心碰触寻边器对刀 , 将零件
的基准设为工件零点 , 工件上表面 为 Z 向 0。 (4) 零件轮廓铣削加工。
4.
数学处理
该凸轮为阿基米德螺旋线凸轮 ,基圆直径为 40; 左边凸轮每 旋转 10
度升程为 1 毫米 , 升程误差值每 10 度不能超过 0.1 毫米 ; 右边凸轮每旋
转 10度升程为 2毫米, 升程误差值每 10度不能超 过 0.1 毫米。根据加
工要求 , 现将两边凸轮轮廓分解成由 18 段圆 弧段组成 , 并计算出各点坐
标值。
用公式
一 :X(t)=(20+0.1*(t-90))*cos(t) Y( t)=(20+0.1*(t-90))*s in(
t) 和用公式
二:X(t)=(20+0.2*(90-t))*cos(t) Y( t)=(20+0.2*(90-t))*s in(
t) 计算出的各点坐标值为 ( 如表 1):
5.
凸轮的加工程序
凸轮加工的程序及程序说明如下 :
O0001
N10G90G54G00Z100.000
N20S1000M03
N30X0.000Y0.000Z100.000
N40X58.533Y-24.808
N50Z10.000
N60G01Z0.000F100
N70X56.277Y-34.550F800
N80G02X48.791Y-22.552I2.256J9.742
N90G03X49.757Y-5.161I-49.525J11.471F1000
N100 G03X44.396Y11.792I-46.622J-5.418
N110 G03X32.454Y25.637I-37.518J-20.288
N120 G03X14.887Y32.872I-22.795J-30.406
N130 G01X14.874Y32.874
N140 G03X-1.288Y30.961I-4.406J-32.016
N150 G03X-12.505Y30.499I-4.326J-31.369
N160 G01X-12.573Y30.484
N170 G03X-25.947Y24.088I7.612J-33.097
N180 G03X-35.295Y13.065I22.333J-28.414
N190 G03X-39.698Y-0.368I33.608J-18.455
N200 G03X-39.120Y-14.243I39.988J-5.282
N210 G03X-34.076Y-26.964I41.216J8.981
N220 G03X-25.441Y-37.339I37.792J22.671
N230 G03X-14.223Y-44.618I30.104J34.111
N240 G01X-14.211Y-44.624
N250 G03X-10.500Y-46.128I19.876J43.709
N260 G01Y-56.000
N270 G03X2.110Y-66.286I10.500J-0.000
N280 G03X17.763Y-60.911I-12.980J63.277
N290 G01X17.764Y-60.910
N300 G03X31.606Y-51.491I-26.962J54.503
N310 G03X42.356Y-38.437I-38.811J42.913
N320 G03X48.791Y-22.552I-46.582J28.117
N330 G02X60.783Y-15.056I9.744J-2.248F800
N340 G01X58.535Y-24.800
N350 Z10.000F100
N360 G00Z100.000
N370 X0.000Y0.000
N380 M05
N390 M30 该凸轮零件加工过程中 , 涉及了坯料的选择、加工顺序
的确 定、机床选用、装夹方式的选择、刀具选用、走刀路线安排、切 削
参数的设定等工艺内容。 工艺设计的好坏直接影响到加工的尺 寸精度和
表面粗糙度、加工时间的长短、材料和人工的耗费 , 甚 至直接影响到加
工的安全性。 数控加工工艺分析与处理数控编程 是前提和依据 ,没有符
合实际的科学合理的数控加工工艺 , 就不 可能有真正可行的数控加工程
序。
2024年3月24日发(作者：世弘济)
阿基米德螺旋线凸轮零件的数控加工
随着机械不断朝着高速精密、 自动化方向发展 , 对凸轮机构 的转速
和精度也提出了更高的要求 , 因此利用计算机辅助设计和 数控机床加工
是很有必要的。
一、数控编程中的零件加工工艺分析
1.
数控加工工艺概述 无论是手工编程还是自动编程 , 在编程
前都要对所加工的零 件进行工艺分析 , 拟订工艺方案 , 选择合适的刀具 ,
确定切削用 量。在编程中 ,对一些工艺问题 ( 如对刀点 , 加工路线等 ) 也
需要作 一些处理。因此 , 数控编程的工艺处理是一项十分重要的工作。
(1) 数控加工的基本特点 : ①数控加工的工序内容比普通机 加工的
工序内容复杂。 ②数控机床加工程序的编制比普通机床工 艺规程的编制
复杂。 (2) 数控加工工艺的主要内容 : ①选择适合在 数控上加工的零件 ,
确定工序内容。 ②分析加工零件的图纸 , 明确 加工内容及技术要求 , 确
定加工方案 , 制定数控加工路线。 ③调整 数控加工工序的程序。 ④分配
数控加工中的容差。 ⑤处理数控机 床上部分工艺指令。
2.
常用数控加工方法
(1) 平面孔系零件。 常用点位、 直线控制数控机床 ( 如数控钻 床)
来加工 ,选择工艺路线时 , 主要考虑加工精度和加工效率两个 原则。(2)
旋转体类零件。常用数控车床或磨床加工。①考虑加 工效率 : 在车床上
加工时 ,通常加工余量大 , 必须合理安排粗加工 路线,以提高加工效率。
②考虑刀尖强度 : 数控车床上常用到低 强度刀具加工细小凹槽。 采用斜
向进刀 ,不宜崩刃。 (3) 平面轮廓 零件。常用数控铣床加工。应注意 : ①
切入与切出方向控制 : 径 向切入,工件表面留有凹坑；切向切入、切出，
工件表面光滑。② 一次逼近方法选择 : 只具有直线和圆弧插补功能的数
控机床在加 工不规则曲线轮廓时 , 需要用微小直线段或圆弧段去逼近被
加工 轮廓, 逼近时, 应该使工件误差在合格范围同时程序段的数量少 为
佳。
3.
对零件图纸进行数控加工工艺性分析
(1) 尺寸标注应符合数控加工的特点。在数控编程中 , 所有 点、线、
面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。零件图样上 最好直接给出坐
标尺寸 , 或尽量以同一基准引注尺寸。 (2) 零件 图的完整性与正确性分
析。在编程时 , 编程人员必须充分掌握构 成零件轮廓的几何要素参数及
各几何要素间的关系。 (3) 零件技 术要求分析。零件的技术要求主要指
尺寸精度、形状精度、位置 精度、表面粗糙度及热处理等 , 这些要求在
保证零件使用性能的 前提下 , 应经济合理。 (4) 零件材料分析。在满足
零件功能的前 提下, 应选用廉价、切削性能好的材料 ; 材料选择应立足国
内 , 不 要轻易选择贵重或紧缺的材料。 (5) 定位基准选择。 在数控加工 中,
加工工序往往较集中 , 以同一基准定位十分重要 , 有时需要设 置辅助基
准 , 特别是正、 反两面都采用数控加工的零件 , 其工艺基 准的统一是十
分必要的。
4.
数控加工工艺路线的设计
根据数控加工的特点 , 数控加工工序的划分一般可按下列方 法进
行 :(1) 以一次安装、 加工作为一道工序。 这种方法适合于加 工内容较
少的零件 ,加工完后就能达到待检状态。 (2) 以同一把刀 具加工的内容划
分工序。但程序不宜太长 , 一道工序的内容也不 宜太多 (3) 以加工部位
划分工序。 (4) 以粗、精加工划分工序。一 般来说,凡要进行粗、精加工
的过程 , 都要将工序分开。
二、平面凸轮的加工
目前, 凸轮机构已成为许多高速、高效、高精度自动机、半 自动机和
自动生产线中不可缺少的关键部件 , 作为凸轮机构中的 主要零件――凸轮
的加工精度就显得
尤为重要 , 如何加工出符合精度
要求的凸轮 ?下面以一批平面
凸轮(如图 1 所示)的加工为例 予以介绍。
1.
2.
平面凸轮零件轮廓图
工艺分析
(1) 凸轮曲线分别由几段圆弧组成 , 内孔为设计基准 , 故取 内孔和一
个端面为主要定位面，在连接孔© 20的一个孔内增加 削边销, 在端面用
螺母垫圈压紧。 因孔为设计和定位基准 , 所以对 刀点选在孔中心线与端
面的交点上 , 这样很容易确定刀具中心与 零件的相对位置。 (2) 中心孔
与连接孔的加工。该凸轮零件的中 心孔为© 20,是个设计定位基准，要
与凸轮轴配合，其尺寸精度求 较高, 连接孔其精度与中心孔一样 , 故都用
钻―扩―铰―精铰的 加工方案。 (3) 凸轮轮廓加工。由于该凸轮轮廓是由几
段圆弧组 成, 普通机床难以对其加工 , 可选用数控铣床或线切割机床对
其 加工。由于选用线切割机床对其加工 , 虽然能保证尺寸精度 , 但是 该
方法所需要的时间长 , 加工成本高 , 选用数控铣床对其加工 , 不 但能保
证尺寸精度 , 而且加工效率高 , 故选用数控铣床来加工该 凸轮轮廓。
3.
加工顺序 整个凸轮零件的加工顺序的拟定要按照“基面先
行 , 先精后 粗”的原则确定。 因此要首先加工用做定位基准的 A 端面及
其与 之平行的另一面。其次加工作为定位和设计基准的内孔 , 最后进 行
凸轮轮廓的铣削加工。
加工步骤：⑴ 坯料选择。选用100X100X25的HT200的板料 作为
加工对象。 (2) 两平行端面的加工。 选用平面磨床 , 以互为基 准的方式
将坯料加工到图示尺寸。 (3) 中心孔及连接孔的加工。 用两块40X40X20
的平行垫铁将工件垫起，以A平面为定位面，根 据工件的基准边 , 用百
分表将工件找正后用压板将工件压紧。用 偏心碰触寻边器对刀 , 将零件
的基准设为工件零点 , 工件上表面 为 Z 向 0。 (4) 零件轮廓铣削加工。
4.
数学处理
该凸轮为阿基米德螺旋线凸轮 ,基圆直径为 40; 左边凸轮每 旋转 10
度升程为 1 毫米 , 升程误差值每 10 度不能超过 0.1 毫米 ; 右边凸轮每旋
转 10度升程为 2毫米, 升程误差值每 10度不能超 过 0.1 毫米。根据加
工要求 , 现将两边凸轮轮廓分解成由 18 段圆 弧段组成 , 并计算出各点坐
标值。
用公式
一 :X(t)=(20+0.1*(t-90))*cos(t) Y( t)=(20+0.1*(t-90))*s in(
t) 和用公式
二:X(t)=(20+0.2*(90-t))*cos(t) Y( t)=(20+0.2*(90-t))*s in(
t) 计算出的各点坐标值为 ( 如表 1):
5.
凸轮的加工程序
凸轮加工的程序及程序说明如下 :
O0001
N10G90G54G00Z100.000
N20S1000M03
N30X0.000Y0.000Z100.000
N40X58.533Y-24.808
N50Z10.000
N60G01Z0.000F100
N70X56.277Y-34.550F800
N80G02X48.791Y-22.552I2.256J9.742
N90G03X49.757Y-5.161I-49.525J11.471F1000
N100 G03X44.396Y11.792I-46.622J-5.418
N110 G03X32.454Y25.637I-37.518J-20.288
N120 G03X14.887Y32.872I-22.795J-30.406
N130 G01X14.874Y32.874
N140 G03X-1.288Y30.961I-4.406J-32.016
N150 G03X-12.505Y30.499I-4.326J-31.369
N160 G01X-12.573Y30.484
N170 G03X-25.947Y24.088I7.612J-33.097
N180 G03X-35.295Y13.065I22.333J-28.414
N190 G03X-39.698Y-0.368I33.608J-18.455
N200 G03X-39.120Y-14.243I39.988J-5.282
N210 G03X-34.076Y-26.964I41.216J8.981
N220 G03X-25.441Y-37.339I37.792J22.671
N230 G03X-14.223Y-44.618I30.104J34.111
N240 G01X-14.211Y-44.624
N250 G03X-10.500Y-46.128I19.876J43.709
N260 G01Y-56.000
N270 G03X2.110Y-66.286I10.500J-0.000
N280 G03X17.763Y-60.911I-12.980J63.277
N290 G01X17.764Y-60.910
N300 G03X31.606Y-51.491I-26.962J54.503
N310 G03X42.356Y-38.437I-38.811J42.913
N320 G03X48.791Y-22.552I-46.582J28.117
N330 G02X60.783Y-15.056I9.744J-2.248F800
N340 G01X58.535Y-24.800
N350 Z10.000F100
N360 G00Z100.000
N370 X0.000Y0.000
N380 M05
N390 M30 该凸轮零件加工过程中 , 涉及了坯料的选择、加工顺序
的确 定、机床选用、装夹方式的选择、刀具选用、走刀路线安排、切 削
参数的设定等工艺内容。 工艺设计的好坏直接影响到加工的尺 寸精度和
表面粗糙度、加工时间的长短、材料和人工的耗费 , 甚 至直接影响到加
工的安全性。 数控加工工艺分析与处理数控编程 是前提和依据 ,没有符
合实际的科学合理的数控加工工艺 , 就不 可能有真正可行的数控加工程
序。