毕业设计（论文）平面凸轮数控铣工艺分析及程序编制

1、西 京 学 院毕 业 设 计 （论 文）成绩题 目: 平面凸轮数控铣工艺分析及程序编制姓 名: 徐大业 系（院）: 机电工程系 专 业: 数控技术 班 级: 0901 学 号: 0911010102 指导老师: 李春风 日 期: 2012年4月 教务处制摘 要本文主要研究了平面凸轮机构轮廓的数控铣削工艺以及在此基础上的数控铣床的程序编制。了解数控铣床在凸轮加工中的运用从而完成盘形凸轮数控铣工艺性分析及程序编制和槽形凸轮数控铣工艺性分析及编写数控加工工艺文件。数控编程技术是数控技术重要的组成部分。从数控机床诞生之日起，数控编程技术就受到了广泛关注，成为CAD/CAM系统的重要组成部分，各工业发达

2、国家业投入了大量的人力物力开发实用的数控编程系统。本文以数控编程中的加工工艺分析及设计为出发点，着力分析零件图，从数控加工的实际角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在了解数控加工铣削基础、数控铣床刀具的选用、数控加工工件的定位与装夹、拟定加工方案、确定加工路线和加工内容以及对一些特殊的工艺问题处理的基础上，控制数控编程过程中的误差，从而大大缩短了加工时间，提高了效率，降低了成本。因此，在编程中合理确定数控加工工艺对实现优质、高效和经济的数控加工具有极为重要的作用。关键词：数控铣削；数控加工工艺；盘形凸轮；槽形凸轮；编程目录前言1第一章 绪论21.1本文的研究背景及意

3、义21.2数控编程技术的历史3第二章 数控编程中的加工工艺分析及设计42.1数控加工工艺42.1.1分析零件图52.1.2数控加工工艺概念与工艺过程72.1.3数控铣床加工的工艺设计特点82.1.4数控铣床加工工艺的主要内容112.2加工方法选择及加工方案确定112.2.1数控机床的合理选用112.2.2加工方法的选择142.2.3加工方案设计的原则142.3数控加工工艺路线的设计142.3.1数控铣削加工零件的工序顺序142.3.2按零件装夹定位方式划分工序162.3.3数控铣削工序的各工步顺序182.3.4数控加工工序与普通加工工序的衔接182.4走刀路线的设计192.4.1铣削平面的加工

4、路线202.5确定零件的夹紧方法和夹具的选择212.5.1工件的定位与夹紧方案的确定212.5.2夹具的选择212.6刀具的选择232.6.1铣削用刀具及其选择242.6.2刀具材料应该满足零件的加工要求252.7铣削用量的确定262.7.1吃刀量的选择262.7.2每齿进给量的选择272.7.3主轴转速的确定28第三章 凸轮轮廓的数控铣加工283.1数控铣床在凸轮加工中的运用283.2平面凸轮零件的数控铣31第四章 盘形凸轮的数控铣削加工工艺及编程394.1盘形凸轮的数控铣床加工实例一：394.2盘形凸轮的数控铣床加工实例二：43总结50参考文献5153前言凸轮机构尤其是平面凸轮机构，由于本

5、身传递力的特殊性，因此广泛应用于各种机械设备,特别是自动机械和自动控制装置之中,以使实现各种运动规律。由于凸轮轮廓常含有非圆的平面曲线,以前受到设计和加工条件的限制，往往采用作图法设计凸轮轮廓和划线加工凸轮，往往难以保证加工质量和生产率。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。无论是普通加工还是数控加工，在编程前都要对所加工的零件进行工艺过程分析，拟定加工方案，确定加工路线和加工内容，选择合适的刀具和切削用量，设计合适的夹具及装夹方法，以及对一些特殊的工艺问题做一些处理。数控铣床上加工一个零件的程序,

6、不管是手工编程还是大多数的自动编程，首先遇到的都是工艺处理的问题，而且数控铣床的程序编制比普通铣床的工艺规程复杂得多。在普通机铣床上加工零件时是用工艺规程来规定每道工序得操作程序，其工艺规程对加工零件的过程可不必规定得很详细，可由操作人员自行决定。在数控铣床上加工零件的整个过程，则必须由编程人员在程序中预先予以安排。在编制数控加工程序时，要对数控铣床、工艺参数、切削规范、标准工夹具等都很熟悉，或有数控铣床使用说明书、切削用量表、标准工艺手册等相应的资料，做到编制的程序正确、合理，实现传统的机加工无法实现的合理、完整的工艺规划。第一章 绪论1.1本文的研究背景及意义 凸轮机构由于其本身传递力的特

7、殊性，因此广泛应用于各种机械设备,特别是自动机械和自动控制装置之中,以使实现各种运动规律。凸轮机构的制造包含众多内容,其中以凸轮轮廓加工最为重要。由于凸轮轮廓常含有非圆的平面曲线,以前受到设计和加工条件的限制，往往采用作图法设计凸轮轮廓和划线加工凸轮，包括采用划线铣削、靠模铣削(含磨削)等常规的方法,都难以保证加工质量和生产率。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。当今，在电子技术和计算机技术的高速发展的同时，制造业发生了根本性的变化，其中一个重要的标志就是数控技术的广泛应用。普通机床逐渐被高效率、

8、高精度的数控机床所代替，制造业正朝着高自动化、高智能化的方向发展。与普通机床相比，数控机床可显著提高加工效率和加工精度，例如凸轮轮廓中非圆的平面曲线，普通机床根本无法加工，或是加工精度很低，或是加工时间很长，而使用数控机床可以在很短的时间内加工出来，其加工精度和加工效率是普通机床所无法达到的。数控技术在短短几十年内得到了飞速发展，并己形成了巨大的生产力。数控编程技术是数控技术重要的组成部分。从数控机床诞生之日起，数控编程技术就受到了广泛关注，成为CAD/CAM系统的重要组成部分，各工业发达国家也投入了大量的人力物力开发实用的数控编程系统。正因为如此，国内外企业家和专家们已形成共识：今后相当一段

9、时间内，机械加工技术的发展和竞争，主要是数控技术的发展与竞争。1.2数控编程技术的历史零件加工程序的编制是数控加工的基础，国内外数控加工统计表明，造成数控设备空闲的原因大约2030是编程引起的，可见数控编程直接影响设备的使用效率。数控机床出现不久，计算机就被用来帮助解决复杂零件的加工，称为计算机辅助编程或自动编程。自动编程根据编程信息的输入与计算机对信息的处理方式不同，有数控语言自动编程和图形交互自动编程。语言自动编程就是利用计算机以专门的数控语言编写零件的源程序，来实现自动编制零件数控加工程序。近年来，计算机技术发展十分迅速，计算机的图形处理能力有了很大的增强。因而“图形交互自动编程”应运而

10、生，并在70年代以后，得到迅速的发展和推广应用。“图形交互自动编程”是一种计算机辅助编程技术，它是通过专用的计算机软件(如机械CAD软件)来实现。利用CAD软件的图形编辑功能，通过使用鼠标、键盘、数字化仪等将零件的几何图形绘制在计算机上，形成零件的图形文件，然后调用数控编程模块，采用人机交互的实时对话方式，在计算机屏幕上指定被加工的部位，再输入相应的加工参数，计算机便可以自动进行必要的数学处理并编制出数控加工程序，同时在计算机屏幕上动态地显示出刀具的加工轨迹。这种编程方法，不需要编制零件加工源程序，编程方法简单易学，与语言自动编程相比，具有速度快、直观性好、使用简单、便于检查等优点。因此，“图

11、形交互自动编程”已成为目前国内外先进的CAD/CAM软件所普遍采用的数控编程方法。二十世纪八十年代，在CAD/CAM一体化概念的基础上，出现了并行工程的概念。为了适应并行工程发展的需要，数控编程技术正向集成化和智能化方向发展。进入二十世纪九十年代，随着Web技术的不断发展，传统的产品设计、制造和生产模式正在发生深刻的变革，出现了协同设计制造、异地设计制造、全球制造等一系列新概念和新技术。将Web技术和CAM技术相结合，成为CAM系统的又一重要发展方向。目前正在研制的新一代CAM系统将采用面向对象、面向工艺特征的基本处理模式，系统的自动化水平、智能化程度将大大提高。系统结构将独立于CAD、CAP

12、P系统而存在，为CAPP的发展留下空间，更符合网络集成化的要求。第二章 数控编程中的加工工艺分析及设计2.1数控加工工艺数控铣床加工工艺过程一般是：先通过分析零件图样，明确工件适合在数控铣削的加工内容、加工要求，然后以此为出发点确定零件在数控铣削的加工工艺和过程顺序。接着确定数控加工的工艺装备，如：确定何种类型、规格、技术参数的机床；考虑工件如何装夹及装夹方案的拟定；选择适合加工的表面、结构特征和技术要求的刀具并进行调试，明确和细化工步的具体内容，包括对走刀路线、位移量和切削参数等的确定。数控铣床加工工艺过程如图2.1所示。图2.1 数控铣床加工工艺过程2.1.1分析零件图(1)分析零件的尺寸

13、标注在分析零件图时，除了考虑尺寸数据是否有遗漏或重复、尺寸标注是否模糊不清和尺寸是否封闭等因素外，还应该分析零件图的尺寸标注方法是否便于编程。无论是用绝对、增量、还是混合方式编程，都希望零件结构的形位尺寸从同一基准出发标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法，不仅便于编程，而且便于尺寸之间的相互协调，并便于保持设计、制造及检验基准与编程原点设置的一致性。不从同一基准出发标注的分散类尺寸，可以考虑通过编程时的坐标系变换的方法，或通过工艺尺寸链解算的方法变换为统一基准的工艺尺寸。此外，还有一些封闭尺寸，为了同时保证孔间距的公差，直接按名义尺寸编程是不行的，在编程时必须通过尺寸链的计算，对原孔位尺寸

14、进行适当的调整，保证加工后的孔距尺寸符合公差要求。实际生产中有许多与此相类似的情况，编程时一定要引起注意。 (2)分析加工的质量要求 检查零件加工结构的质量要求，如尺寸加工精度、形位公差及表面粗糙度在现有的加工条件下是否可以得到保证，是否还有更经济的加工方法或方案。虽然数控铣床的加工精度高，但对一些过薄的腹板和缘板零件应认真分析结构特点。这类零件在实际加工中因较大切削力的作用容易使薄板产生弹性退让变形，从而影响到薄板的加工精度，同时也影响到薄板的表面粗糙度。当薄板的面积较大而厚度又小于3mm时，就应充分重视这一问题，并采取相应措施来保证其加工的精度。如在工艺上，减小每次进刀的切削深度或切削速度

15、，从而减小切削力等方法来控制零件在加工过程中的变形，并利用CNC机床的循环编程功能减少编程工作量。在用同一把铣刀、同一个刀具补偿值编程加工时，由于零件轮廓各处尺寸公差带不同，很难同时保证各处尺寸在尺寸公差范围内。这时一般采取的方法是：兼顾各处尺寸公差，在编程计算时，改变轮廓尺寸并移动公差带，改为对称公差。采用同一把铣刀和同一个刀具半径补偿值加工。数控铣床是主要采用铣削方式加工工件的数控机床。它能够进行外形轮廓铣削、平面或曲面型铣削及三维复杂型面的铣削，如凸轮、模具、叶片、螺旋桨等。另外，数控铣床还具有孔加工的功能，通过特定的功能指令可进行一系列孔的加工，如钻孔、扩孔、铰孔、镗孔和攻螺纹等。数控

16、铣床加工工艺以普通铣床的加工工艺为基础，结合数控铣床的特点，综合运用多方面的知识解决数控铣床加工过程中面临的工艺问题，其内容包括金属切削原理与刀具、加工工艺、典型零件加工及工艺性分析等方面的基础知识和基本理论。2.1.2数控加工工艺概念与工艺过程1工艺过程 数控加工工艺是指采用数控机床加工零件时，所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。 数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。数控加工工艺过程是利用切削刀具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。 数控加工过

17、程是在一个由数控机床、刀具、夹具和工件构成的数控加工工艺系统中完成的。数控机床是零件加工的工作机械，刀具直接对零件进行切削，夹具用来固定被加工零件并使之占有正确的位置，加工程序控制刀具与工件之间的相对运动轨迹。工艺设计的好坏直接影响数控加工的尺寸精度和表面精度、加工时间的长短、材料和人工的耗费，甚至直接影响加工的安全性。所以掌握数控加工工艺的内容和数控加工工艺的方法非常重要。2数控加工工艺与数控编程的关系 (1)数控程序 输入机床，执行一个确定的加工任务的一系列指令，称为数控程序或零件程序。 (2)数控编程 即把零件的工艺过程、工艺参数及其他辅助动作，按动作顺序和数控机床规定的指令、格式，编成

18、加工程序，再记录于控制介质即程序载体(磁盘等)，输入数控装置，从而指挥机床加工并根据加工结果加以修正的过程。 (3)数控加工工艺与数控编程的关系 数控加工工艺分析与处理是数控编程的前提和依据，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。数控编程就是将制定的数控加工工艺内容程序化。2.1.3数控铣床加工的工艺设计特点 工艺规程是工人在加工时的指导性文件。由于普通铣床受控于操作工人，因此，在普通铣床上用的工艺规程实际上只是一个工艺过程卡，铣床的切削用量、进给路线、工序的工步等往往都是由操作工人自行选定。数控铣床加工的程序是数控铣床的指令性文件，数控铣床受控于程序指令，

19、加工的全过程都是按程序指令自动进行的，因此，数控铣床加工工艺与普通铣床工艺规程有较大差别，涉及的内容也较广。数控铣床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量、进给路线、刀具尺寸以及铣床的运动过程。工艺方案的好坏不仅会影响铣床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。正因为数控加工采用了计算机控制系统和数控机床，使得数控加工与普通加工相比具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生成效率高、周期短、设备使用费用高等特点。数控加工工艺上与普通加工工艺也具有一定的差异。 1数控加工工艺内容要求更加具体、详细 普通加工工艺：许多具体工艺问题，如工步的划分与安排、刀具的几何形状与尺寸、走刀

20、路线、加工余量、切削用量等，在很大程度上由操作人员根据实际经验和习惯自行考虑和决定，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定，零件的尺寸精度也可由试切保证。 数控加工工艺：所有工艺问题必须事先设计和安排好，并编入加工程序中。数控工艺不仅包括详细的切削加工步骤，还包括工夹具型号、规格、切削用量和其他特殊要求的内容，以及标有数控加工坐标位置的工序图等。在自动编程中更需要确定详细的各种工艺参数。 2数控加工工艺要求更严密、精确 普通加工工艺：加工时，可以根据加工过程中出现的问题，比较自由地进行人为调整。 数控加工工艺：自适应性较差，加工过程中可能遇到的所有问题必须事先精心考虑，否则导致严重的后

21、果。如攻螺纹时，数控机床不知道孔中是否已挤满切屑，是否需要退刀清理一下切屑再继续加工。又如非数控机床加工，可以多次“试切”来满足零件的精度要求；而数控加工过程，严格按规定尺寸进给，要求准确无误。因此，数控加工工艺设计要求更加严密、精确。 3制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算 编程尺寸并不是零件图上设计的尺寸的简单再现。在对零件图进行数学处理和计算时，编程尺寸设定值要根据零件尺寸公差要求和零件的形状几何关系重新调整计算，才能确定合理的编程尺寸。 4考虑进给速度对零件形状精度的影响 制定数控加工工艺时，选择切削用量要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响。在数控加工中，刀

22、具的移动轨迹是由插补运算完成的。根据插补原理分析，在数控系统已定的条件下，进给速度越快，则插补精度越低，导致工件的轮廓形状精度越差。尤其在高精度加工时，这种影响非常明显。 5强调刀具选择的重要性 复杂形面的加工编程通常采用自动编程方式。自动编程中，必须先选定刀具再生成刀具中心运动轨迹，因此对于不具有刀具补偿功能的数控机床来说，若刀具预先选择不当，所编程序只能推倒重来。6数控加工工艺的特殊要求 (1) 由于数控机床比普通机床的刚度高，所配的刀具也较好，因此在同等情况下，数控机床切削用量比普通机床大，加工效率也较高。 (2) 数控机床的功能复合化程度越来越高，因此现代数控加工工艺的明显特点是工序相

23、对集中，表现为工序数目少，工序内容多，并且由于在数控机床上尽可能安排较复杂的工序，所以数控加工的工序内容比普通机床加工的工序内容复杂。 (3)由于数控机床加工的零件比较复杂，因此在确定装夹方式和夹具设计时，要特别注意刀具与夹具、工件的干涉问题。 7数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容普通工艺中，划分工序、选择设备等重要内容，对数控加工工艺来说属于已基本确定的内容，所以制定数控加工工艺的着重点是整个数控加工过程的分析，关键在确定进给路线及生成刀具运动轨迹。复杂表面的刀具运动轨迹生成需借助自动编程软件，既是编程问题，当然也是数控加工工艺问题。这也是数控加工工艺与普通加工工艺最

24、大的不同之处。2.1.4数控铣床加工工艺的主要内容 根据实际应用需要，数控铣床加工工艺主要包括以下内容： 确定适合在数控铣床上加工的零件或加工内容。对拟定在数控铣床加工的零件或加工内容进行工艺分析。通过分析被加工零件的图样，针对零件加工结构内容及技术要求初步拟定适当的工艺措施。确定零件的总体加工方案。包括确定零件整个加工过程的工序划分、各工序间的顺序、数控铣床上加工工序与非数控加工工序的衔接等。 数控铣床上的加工工序的设计。如选取零件的定位基准、装夹方案的确定、工步的划分、刀具的选择和确定切削用量及确定加工路线等。确定数控加工前的调整方案。如对刀方案、换刀点、刀具预调和刀具补偿方案及确定加工路

25、线等。2.2加工方法选择及加工方案确定2.2.1数控机床的合理选用（1）根据被加工工件对数控铣床的类型进行选择 数控机床的种类繁多，不同类型的数控铣床其使用范围也有一定的局限性，只有在一定的工作条件下加工一定的工件才能达到最佳的效果。因此，确定要选择的铣床之前，应首先明确加工的对象、内容和要求。 每一种加工机床都有其最适宜加工的典型零件。如卧式铣床配合回转工作台适用于加工箱体、泵体、壳体有多面加工任务的零件。而立式CNC铣床适用于加工箱盖、壳体和平面凸轮等单面加工零件。对于已知的工件，数控铣床的类型选择不当将影响加工的质量和加工效率。如在卧式铣床上加工适合立式铣床加工的典型零件，则要对零件的多

26、个加工面、多工位加工需要更换夹具和倒换工艺基准，这样会降低加工精度和生产效率。又如将立式铣床的典型工件在卧式铣床上加工，则需要增加弯板夹具，降低工件加工工艺系统的刚性。（2）机床规格的选择 应根据被加工典型工件的大小尺寸选用相应规格的数控机床。数控机床的主要规格包括工作台尺寸、几个数控坐标的行程范围和主轴电动机功率。选用工作台尺寸应保证工件在其上面能顺利装夹，被加工工件的加工尺寸应在各坐标有效行程内。加工中心的工作台面尺寸和3个直线坐标行程都有一定比例关系，如机床的工作台为500mm×500mm，其X轴行程一般为700800mm，Y轴为550700mm，Z轴为500600mm，因此工

27、作台的大小基本确定了加工空间的大小。此外，选择数控机床时还应考虑工件与换刀空间的干涉及工作台回转时与护罩等附件干涉等一系列问题，而且还要考虑机床工作台的承载能力。对机床的主要技术参数了解是确定机床能否满足加工要求的重要依据。（3）机床精度的选择 选择机床的精度等级应根据被加工工件关键部位加工精度的要求来确定，批量生产的零件实际加工出的精度公差数值一般为机床定位精度公差数值的1520倍。数控铣床按精度分为普通型和精密型。普通型CNC机床可批量加工8级精度的工件，精密型CNC铣床加工精度可达56级，但对使用环境要求较严格且要有恒温等工艺措施。此外，普通型CNC铣床进给伺服驱动机构大都采用半闭环方式

28、，故对滚珠丝杠受温度变化引起的伸长无法检测，因此会影响工件加工精度。在一些要求较高的加工中心上，对丝杠伸长采取预拉伸措施，这不仅减少了丝杠热变形，也提高了传动刚度。CNC铣床的直线定位精度和重复定位精度综合反映了该轴各运动元部件的综合精度。尤其是重复定位精度，它反映了该控制轴在全行程内任意点的定位稳定性，这是衡量该控制轴能否稳定可靠工作的基本指标。 铣圆精度是综合评价CNC铣床有关数控轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的指标。由于数控机床具有一些特殊功能。因此，在加工中等精度的典型工件时，一些大孔径圆柱面和大圆弧面可以采用高切削性能的立铣刀铣削。测定每台机床的铣圆精度的方法是用一把精加工立

29、铣刀铣削一个标准圆柱试件，中小型机床圆柱试件的直径一般在200300mm左右。将铣削后加工得到的标准圆柱试件放到圆度仪上，测出加工圆柱的轮廓线，取其最大包络圆和最小包络圆，两者间的半径差即为其精度。2.2.2加工方法的选择机械零件的结构形状是多种多样的，但它们都是由平面、外圆柱面、内圆柱面或曲面、廓形面等基本表面组成的。加工方法的选择原则是保证加工表面的精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，应结合零件的结构形状、尺寸大小、材料及生产类型等因素全面考虑。2.2.3加工方案设计的原则 零件上的加工表面，常常是通过粗加工半精加工和精加工逐步达到

30、，对这些表面仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。2.3数控加工工艺路线的设计数控加工工艺路线设计是下一步工序设计的基础，其设计的质量会直接影响零件的加工质量与生产效率。设计工艺路线时应对零件图、毛坯图认真消化，结合数控加工的特点灵活运用普通加工工艺的一般原则，尽量把数控加工工艺路线设计得更合理一些。2.3.1数控铣削加工零件的工序顺序在数控铣床上加工零件，工序比较集中，在一次装夹中，尽可能完成全部工序。根据数控机床的特点，为了保持数控铣床的精度，降低生产成本，延长使用寿命，通常把零件的粗加工，特别是基准面、定位面的加工在普通机床上进行。零件的加

31、工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序(包括表面处理、清洗和检验等)，这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。因此，在设计工艺路线时，应合理安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序，并解决好工序间的衔接问题。 铣削加工零件划分工序后，各工序的先后顺序排定通常要考虑如下原则： (1)基面先行原则 用作精基准的表面应优先加工出来。 (2)先粗后精原则 各个表面的加工顺序按照粗加工半精加工精加工光整加工的顺序依次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。 (3)先主后次原则 零件的主要工作表面、装配基面应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。次要表面可穿

32、插进行，放在主要加工表面加工到一定程度后、最终精加工之前进行。 (4)先面后孔原则 对平面轮廓尺寸较大的零件，一般先加工平面，再加工孔和其他尺寸，这样安排加工顺序，一方面用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面在加工过的平面上加工孔，孔加工的编程数据比较容易确定，并能提高孔的加工精度，特别是钻孔时的轴线不易歪斜。 对于平面盘形凸轮来说，后3个原则很容易理解，不再叙述，下面重点讲述基面先行原则，对它的应用往往是排列工序的关键，也是难点。 定位基准的选择是决定加工顺序的重要因素。在安排加工工序之前，应先找出零件的主要加工表面，并了解它们之间主要的相互位置精度的要求。而定位基准的选择对零件各主要表面的

33、相互位置精度又有着直接的影响。一些彼此有较高精度要求的表面应尽量在一次安装中加工出来，这样可减少零件的安装误差对它们之间的相互位置精度的影响。用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。任何一个较高精度的表面在加工之前，作为其定位基准的表面必须已加工完毕。加工这些定位基准面时又必须以另外的表面来作为定位粗基准。因此当工艺分析时工序的精定位基准初步确定后，向前可推出加工定位精基准的工序，向后推出以工序的精定位基准加工的工序，这样便可以逐步得到整个工艺过程的加工顺序的大致轮廓。2.3.2按零件装夹定位方式划分工序由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也有所不同，所

34、以按加工时的定位方式划分工序，也就是以完成相同表面的那一部分工艺过程为一道工序。对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点(如内形、外形、曲面和平面等)划分成多道工序。一般加工外形时，以内形定位，加工内形时以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。图2.2 盘形凸轮（一）零件图如图2.2所示的盘状凸轮零件的加工。分析工艺路线的方法是：首先分析出零件的设计基准是中心孔的中心和A面(或B面)，精定位基准显然由一面两孔定位比较合适，因此可向前推出加工定位精基准中心孔的加工及另一个工艺孔的加工和A面(或B面)的加工工序第一阶段采用普通机床的加工工序，第二阶段采用数控机床的加工工序，由一面两孔定位

35、，加工凸轮的曲线轮廓表面。再插入适当的热处理工序和辅助的工序等，盘状凸轮零件整个工艺过程的加工顺序就基本明确了。 故在选择并做出决定时，应结合本单位的实际，如生产批量、生产周期、工序间周转情况等。总之，要尽量做到合理，立足于解决难题、攻克关键点和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。一般适合数控铣削加工零件的大致的加工顺序是： 加工精基准。 粗加工主要表面。 加工次要表面。 安排热处理工序。 精加工主要表面。 最终检查。2.3.3数控铣削工序的各工步顺序 由于数控机床集中工序加工的特点，在数控铣床上的一个加工工序，一般为多工步，使用多把刀具。因此在一个加工工序中应合理安排工步顺序，它直接影响到

36、数控铣床加工的精度、效率、刀具数量和经济性。安排工步时除考虑通常的工艺要求之外，还应考虑下列因素：以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的内容，最好接连进行，以减少刀具更换次数，节省辅助时间。在一次安装的工序中进行的多个工步，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。 工步顺序安排和工序顺序安排是类似的，如都遵循由粗到精的原则。先进行重切削、粗加工，去除毛坯大部分加工余量，然后安排一些发热小、加工要求不高的加工内容(如钻小孔、攻螺纹等)，最后再精加工。考虑走刀路线，减少空行程。如决定某一结构的加工顺序时，还应兼顾到邻近的加工结构的加工顺序，考虑相邻加工结构的一些相似的加工工步能否统一起来，用一把刀接连加

37、工，减少换刀次数和空行程移动量。2.3.4数控加工工序与普通加工工序的衔接 数控加工工序前后一般都穿插有其他普通工序，如果衔接的不好就容易产生矛盾，因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，应相互建立技术状态要求，如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，目的是达到相互能满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。关于手续问题，如果是在同一个车间，可由编程人员与主管该零件的工艺员共同协商确定，在制定工序工艺文件中互审会签，共同负责；如不是同一车间，则应用交接状态表进行规定，共同会签，然后反映在工艺规程中。 数控工艺路线的设计是下

38、一步走刀路线的设计基础，会对零件的加工质量与生产效率造成较大的影响，设计工艺路线时应认真分析零件图，结合数控加工的特点和实际经验来灵活运用普通加工工艺的一般原则，尽量把数控加工工艺路线设计得更趋合理。2.4走刀路线的设计 在数控加工中，刀具刀位点在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹称为走刀(加工)路线，它不但包括了工序的内容，而且也反映出工序的顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。因此，在确定走刀路线时最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去(包括进刀、退刀路线)，这样可为编程带来不少方便。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点： (1)加工路线应保证被加工零件的加工精度和表面粗糙度要

39、求，且效率要较高。 (2)应使加工路线最短，这样既可简化程序段，又可减少空走刀时间，以提高生产率。 (3)保证零件的工艺要求。 (4)利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。 另外确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床刀具的系统刚度等情况，确定是一次走刀还是多次走刀完成加工。2.4.1铣削平面的加工路线刀具切人工件时，应避免沿零件外廓的法向切入，而应沿外廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处由于法向力过大产生刀具的刻痕而影响表面质量，保证零件外廓曲线平滑过渡。同理，在切离工件时，在工件的轮廓处直接退刀，会造成进给停顿，使工件表面出现凹坑，因此也应该沿零件轮廓延长线的切向逐渐

40、切离工件。 为保证零件表面质量，对刀具的切入和切出程序需要精心设计。铣削外表面轮廓时，铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切人、切出。若内轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入、切出，此时刀具的切入、切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。当内部几何元素相切无交点时，为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口，刀具切入、切出点应远离拐角。此外，轮廓加工中应避免进给停顿。因为加工过程中的切削力会使工艺系统产生弹性变形并处于相对平衡

41、状态，进给停顿时，切削力突然减小会改变系统的平衡状态，刀具会在进给停顿处的零件轮廓上留下刻痕。 为提高工件精度和减小表面粗糙度，可以采用多次走刀的方法，精加工余量一般以为宜，而且精铣时宜采用顺铣，以减小零件被加工表面粗糙度的值。2.5确定零件的夹紧方法和夹具的选择2.5.1工件的定位与夹紧方案的确定 工件的定位基准与夹紧方案的确定，应遵循前面所述有关定位基准的选择原则与工件夹紧的基本要求。此外，还应该注意下列三点： (1)力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。 (2)设法减少装夹次数，尽可能做到在一次定位装夹中，能加工出工件上全部或大部分待加工表面

42、，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控机床的效率。 (3)避免采用占机人工调整方案，以免占机时间太多，影响加工效率。2.5.2夹具的选择数控铣床工件装夹一般都是以平面工作台为安装的基础，定位夹具或工件，并通过夹具最终定位夹紧工件，使工件在整个加工过程中始终与工作台保持正确的相对位置。数控加工用的夹具大都是通用性的，编程人员在大多数情况下不进行实际设计，而是选用。对专用的工夹具，编程人员可以参与设计方案的讨论和提出要求，由夹具设计人员进行设计。数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之

43、外，重点考虑以下几点： (1)单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他标准化通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用。 (2)在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 (3)零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间，减少辅助时间。 (4)为满足数控加工精度，要求夹具定位、夹紧精度高。 (5)夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位，夹紧元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)。 (6)夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上按程序操作。这样可以保证数控加工重复安装的一致性。 (7)夹紧应力求通过靠近支点附近。应力要靠近切削部

44、位，并在刚性较好的地方，尽量不要在被加工孔径上方，减小零件变形。当有条件时，应多采用气、液夹具。这种夹紧方式，动作快，工件变形均匀、加工部位敞开。此外为了提高数控加工的效率，还可以采用多工位夹具。根据数控铣床的特点和加工需要，目前常用的夹具类型有通用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具和专用夹具。一般的选择顺序是单件生产中尽量选用机床用平口虎钳、压板螺钉等通用夹具，批量生产时优先考虑组合夹具，其次考虑可调夹具，最后考虑选用成组夹具和专用夹具。选择时，要综合考虑各种因素，选择经济、合理的夹具形式。机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程

45、中保持这个位置不变。由夹具的基本组成，根据其功用一般可分为如下几部分： 定位元件或装置：用以确定工件在夹具中的位置，如圆柱销和菱形销。 刀具导向元件或装置：用以引导刀具或用以调整刀具相对于夹具的位置，如对刀块。 夹紧元件或装置：用以夹紧工件，如压板、螺母、螺栓等。 连接元件：用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接，如定位键、夹具底板等。 夹具体：用以连接夹具各元件及装置，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上，如夹具底板。其他元件或装置：除上述各部分以外的元件或装置，如某些夹具上的分度装置、防错装置和安全保护装置等。2.6刀具的选择 刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机

46、床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。 与传统加工方法相比，数控加工对刀具的要求，尤其在刚性和寿命方面更为严格。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：既要求精度高、强度大、刚性好、寿命长，又要求尺寸稳定，安装调整方便。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具的刚性。2.6.1铣削用刀具及其选择 数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具有关参数的经验数据如下： (1)铣刀半径应小于零件内轮廓面的最小曲率半径，一般取。(2)

47、零件的加工高度，以保证刀具有足够的刚度。(3)粗加工内轮廓时，铣刀最大直径可按下(2-1)计算： (2-1)式中 轮廓的最小凹圆角半径； 圆角邻边夹角等分线上的精加工余量； 精加工余量；圆角两邻边的最小夹角。(4)用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半径，即直径为，编程时取刀具半径为。此外对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。2.6.2刀具材料应该满足零件的加工要求当代所使用的金属切削材料主要有五类：高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石。 (1)根据数控加工对刀具的要求，选择刀具材料的一般原则是

48、尽可能选用硬质合金刀具。只要加工情况允许选用硬质合金刀具，就不用高速钢刀具。 (2)陶瓷刀具不仅用于加工各种铸铁和不同钢材料，也适用于加工有色金属和非金属材料。使用陶瓷刀片，无论什么情况都要用负前角。为了不易崩刃，必要时可将刃口倒钝。陶瓷刀具在下列情况下使用效果欠佳：短零件的加工；冲击大的断续切削和重切削；铍、镁、铝和钛等的单质材料及其合金的加工(易产生亲合力，导致切削刃剥落或崩刃)。 (3)金刚石和立方氮化硼都属于超硬刀具材料，它们可用于加工任何硬度的工件材料，具有很高的切削性能，加工精度高，表面粗糙度值小。一般可用切削液。聚晶金刚石刀片一般仅用于加工有色金属和非金属材料。立方氮化硼刀片一般

49、适用加工硬度的冷硬铸铁、合金结构钢、工具钢、高速钢、轴承钢以及硬度的镍基合金、钴基合金和高钴粉末冶金零件。 (4)从刀具的结构应用方面，数控加工应尽可能采用镶块式机夹可转位刀片，以减少刀具磨损后的更换和预调时间。 (5)选用涂层刀具，以提高耐磨性和寿命。2.7铣削用量的确定在铣削过程中，如果能在一定的时间内切除较多的金属，就会有较高的生产效率。显然提高背吃刀量、铣削速度和进给量均能增加金属的切除量。但是，影响铣刀使用寿命最显著的因素是铣削速度，其次是进给量，而背吃刀量的影响最小。所以，为了保证铣刀较长的使用寿命，应当优先采用较大的吃刀量，其次是选择较大的进给量，最后才是选择适宜的铣削速度。2.

50、7.1吃刀量的选择 当刀具铣削加工时，刀具切入工件包括两个方向和深度，即铣削深度和铣削宽度。（1）切削深度。(背吃刀量)切削深度也称为背吃刀量，在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，可以等于加工余量，即尽量做到一次进给铣去全部的加工余量，这是提高生产效率的一个有效措施。只有当表面粗糙度要求小于时，为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，才需要考虑留一定的余量进行精加工。 （2）切削宽度。(侧吃刀量)在编程软件中称为步距，一般切削宽度与刀具直径成正比。在粗加工中，步距取得大些有利于提高加工效率。使用平底刀进行切削时，一般的取值范围为：。而使用圆鼻刀进行加工，刀具直径应扣除刀尖的圆角部分，即 (为刀具直

51、径，为刀尖圆角半径)，而可以取到。而在使用球头刀进行精加工时，步距的确定应首先考虑所能达到的精度和表面粗糙度。（3）背吃刀量或侧吃刀量与表面质量的要求 在工件表面粗糙度要求为时，如果圆周铣削的加工余量小于，端铣的加工余量小于，粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大、工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次进给完成。 在工件表面粗糙度要求为时，可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量尽量做到一次进给铣去全部的加工余量，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次进给完成。粗铣后留余量，在半精铣时切除。 在工件表面粗糙度要求为时，可分粗铣、半精铣、精铣3步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀

52、量取；精铣时，圆周铣削的侧吃刀量取，面铣刀背吃刀量取。2.7.2每齿进给量的选择 粗铣时，限制进给量提高的主要因素是切削力，进给量主要是根据铣床进给机构的强度，刀杆的刚度，刀齿的强度及铣床、夹具、工件的工艺系统刚度来确定。在强度和刚度许可的条件下，进给量可以尽量选取得大一些。精加工时，限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。为了减少工艺系统的振动，减小已加工表面的残留面积高度，一般选取较小的进给量。每齿进给量的选择方法总结如下： 一般情况下，粗铣取大值，精铣取小值。 对刚性较差的工件，或所用的铣刀强度较低时，铣刀每齿进给量应适当减小。 在铣削加工不锈钢等冷硬倾向较大的材料时，应适当增大铣刀每齿进

53、给量，以免刀刃在冷硬层上切削，以致加速刀刃的磨损。 精铣时，铣刀安装后的径向及轴向圆跳动量愈大，则铣刀每齿进给量应相应适当地减小。 用带修光刃的硬质合金铣刀进行精铣时，只要工艺系统的刚性好，铣刀每齿进给量可适当增大，但修光刃必须平直，并与进给方向保持较高的平行度，这就是所谓的大进给量强力铣削，可以充分发挥铣床和铣刀的加工潜力，提高铣削加工效率。确定铣刀每齿进给量正后，进给速度可按下(2-2)计算： (2-2)式中：为每齿切削量，为铣刀的齿数，为转速。2.7.3主轴转速的确定主轴转速主要根据切削速度确定： (2-3)式中：为切削速度,单位；为刀具直径, 单位 。第三章 凸轮轮廓的数控铣加工3.1

54、数控铣床在凸轮加工中的运用图31为某厂生产的锻压机系列产品中的关键零部件，工作凸轮，材料为，硬度为，在每台锻压机上还有一件与之配合工作的回程凸轮。在没有采用有效的数控加工之前，凸轮的外轮廓一直在沿用传统的工艺，首先划线后在立铣粗铣加工，保留的加工余量。然后由钳工手工修磨加工，这种工艺明显存在着生产效率低和精度低的不足，到了90年代的中后期，这种零部件的外轮廓曲线加工这道工序开始由协作厂加工，但仅在加工中心和数控凸轮磨床这一项的单件加工费用就高达12千元左右(依工件的大小和重量不等)，尽管保证了设计的精度，但经济性不好，同时也不利于此类零件在普通数控机床上的大力推广。图3.1 锻压机中的工作凸轮

55、随着工厂订货量的剧增，仅仅依赖和迷信于高精尖设备以不能满足和充分保障生产任务的完成和生产进度的要求，经联合工艺攻关和对凸轮的服役工作关系进行分析研究。在不降低图纸技术要求的前提下，在精心安排各道工序的同时，大胆地启用普通数控铣加工凸轮的外轮廓曲线。然后进行相关工件模拟试验的工艺方案， 解决了这一困扰相关协作厂多年的工艺难题，几年来的生产实践证明，这种工艺方案不但节省了制造经费，更重要的是为此类零件提供了一个极有价值的工艺方案参考。该工作凸轮在普通数控铣床上的加工及相关工艺如下：1.锻造 退火后，先对坏料进行粗车。2.半精车直径至，半径为。外圆留加工量，直径为和直径、外圆及各端面至图要求。3.划线并在普通立铣上加工凸轮的外轮廓(保留的加工余量)。4.划线并钻铰直径为的工艺孔。5.以直径的中心为原点对凸轮的外轮廓曲线进行数控编程(在CAXA制造工程师中进行自动编程，然后依据所用的铣床的数控系统指令，进行相应的手工修改)。6.数控铣凸轮外轮廓至尺寸。方法为：左端面朝下，通过孔，利用通用工装卡具夹紧定位(找正直径为的工艺孔并夹紧以保证工件在平面绕主轴转动的位置不变)，用千分表找正直径为外圆在内这时工件的回转中心与机床主轴的