论文部分内容阅读
【摘要】本文分析了圆柱分度凸轮数控加工工艺，提出了圆柱分度凸轮螺旋曲线槽的数控加工工艺方案，给出了圆柱分度凸轮数控加工程序的编制及加工方法。
【关键词】圆柱分度凸轮；数控加工；程序编制
【中图分类号】：TG659 【文献标识码】：A 【文章编号】：1009-9646（2008）07-0000-01
目前，凸轮分度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，作为凸轮分度机构中的主要零件——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？下面以一批圆柱分度凸轮（如图1所示）的加工为例予以介绍。
1零件的结构及要求
该零件结构简单，材料采用40Cr，凸轮曲面要求氮化处理，HV=558~574，氮化层深度0.2mm，调质处理HB=240~280，毛坯为Φ130mm棒料，锻件，单件小批量生产，凸轮螺旋曲线槽的加工精度较高。
2 零件工艺分析
根据该零件的结构及要求，其要点是凸轮螺旋曲线槽的加工，而为保证凸轮螺旋曲线槽加工精度，须先作好定位基准——端面、内孔和键槽的加工，确定的加工工艺方案如下：
a) 粗车外形、加工内孔（采用普通车床，卡盘用三爪，一夹一顶定位装夹方式），切削液采用低浓度乳化液；
b) 调质热处理HB240~280（提高凸轮的综合机械性能）；
c) 精车外形、半精加工内孔，留余量0.04~0.08mm，加工M16-7H深30螺纹底孔（Φ14H7）；
d) 精加工内孔（用研磨棒人工研磨内孔）；
e）线切割加工键槽（采用DK7740或HCK×400线切割机床，切削液采用DX-I线切割乳化液，以Φ14H7孔定位找正保证角度）；
f）采用四轴联动的数控铣床或立式加工中心粗、精加工凸轮螺旋曲线槽，切削液采用高浓度乳化液（采用芯轴定位找正保证精度；编程基准选择在工件右端面和孔中心交叉处，Z轴考虑实际对刀情况，则换算在工件外圆表面上）；
g）氮化处理。
3 凸轮螺旋曲线槽的加工
3.1定位装夹
a）以工件右端面、内孔和键槽定位（键槽中心为旋转轴编程原点），定位元件使用芯轴和键如图2所示，
b）编程基准(即工件坐标系原点)选择在设计基准和安装基准重合位置如图2所示
图2定位芯轴
芯轴与内孔配合间隙0.01~0.02mm，将工件安装在数控分度头上，采用一夹一顶定位装夹方式。
3.2凸轮螺旋曲线槽的加工步骤
a）用φ16的铣刀粗铣凸轮螺旋曲线槽，铣刀第一层切削加工槽宽27mm，深9mm深，第二层切削加工槽宽27mm，9.5 mm深，共四次走刀粗铣成槽深18.5mm，槽宽27 mm，铣削方法是先顺铣后逆铣；
b）用φ28的铣刀共两次走刀半精铣凸轮螺旋曲线槽，使槽宽为29.5 mm，槽深18.5mm；
c）用φ30的铣刀共两次走刀精铣凸轮螺旋曲线槽，使槽宽达到 mm，槽深18.5mm；
3.3加工凸轮螺旋曲线槽的设备
加工凸轮螺旋曲线槽，至少需要四轴三联动的机床（工件的旋转和X方向的移动，刀具的旋转和进给，但刀具的进给只在开始时一次进给，加工过程中不变）；采用数控机床加工，可以使用DXK45数控铣床或XH71—46立式加工中心等四轴三联动或四轴四联动数控机床。
3.4加工凸轮螺旋曲线槽的数控程序编制及加工
3.4.1凸輪螺旋曲线槽的轮廓程序生成及传输程序
（1）在MasterCam软件中绘制摆线曲线图形，并保存为IGES文件格式；
（2）在MasterCam软件中生成G代码，生成的G代码如下：
（3）通过DNC传输软件MasterCam进行传输，应用RS232接口连接传输电缆，进行程序的通信传送。传送时，首先在机床未上电前连接好RS232传输电缆，在计算机上打开MastCam画面，通过功能主菜单选取点击F（档案）；再选取点击N（下一页）；再选取点击C（传输）；再设置参数选取（如果和FANUC-0i系统的数控铣床通讯，计算机和数控机床参数设置见后）和选择机床的参数保持一致。在计算机上打开所传输的程序名则进行传输或保存。其次在机床上通过编辑功能选取读取（或存入）的程序名，按软件?找到输入[READ]或输出 [PUNCH]，再按[EXEC]则进行输入或输出所需程序。一般给机床或计算机传输程序，先使机床或计算机等待接受信号，然后再从计算机或机床发送信号。
3.4.2计算机通讯参数设置
在显示的页面上进行设置，具体设置为：波特率：9600 ；奇偶检验：偶检验；数据位：七位；停止位：二位；端口：COM2；反馈字符：无；握手方式：XON/XOFF 结束代码：有；输入结束代码：20；换行符的确定：输入换行符LP；自动传输中收发过程时间间隔：0；DNC1：17；DNC2：19。
3.4.3DXK45数控铣床或XH71—46立式加工中心参数设置
机床上参数的设置根据机床控制系统。例如：FANUC-0i系统的数控铣床设置参数过程，选取按下SYSTEM，按软件?箭头翻页，找到[ALLIO]并按下，选取[MACRO]按下后则进入参数设置页面，对于XH71—46立式加工中心参数设置为：I/O为0；DEV为0； BAV为9600；STOP为2；NULL为NO；TVCH为OFF； PUN为ISO；INP为EIA/ISO；FEED为NO FEED；EOB为LF。
3.4.4DXK45数控铣床或XH71—46立式加工中心程序编制
粗加工主程序编制和说明如下：
（1）粗加工主程序的编制。因考虑刀具耐用度和实际加工效率的情况，将粗加工和半精加工、精加工分开，单独在一次装夹中统一完成零件的粗加工。
（2）主程序01111用φ16的立铣刀粗加工走刀以及在机床中刀具半径的设置值如下：
半精加工和精加工程序编制和说明如下：
（1）在一次装夹中完成零件的半精加工、精加工。
（2）用φ28的立铣刀半精加工，两次铣成槽深18.5mm，槽宽29.5mm，T3刀具。
（3）用φ30的立铣刀精加工，两次铣成槽深18.5mm，使槽宽达到 mm，T5刀具。
（4）主程序02222中半精和精加工中走刀以及在机床中刀具偏置值如下：
保证槽宽的尺寸精度
（5）02222（半精加工、精加工主程序）
N10G90 G40 G80 G49 G00 G17；
N20G54；
N25M06 T3 ;(该句在加工中心用)
N30G43 Z200 H03；(H03对刀Z值)
N40G01 X-15 Y-150 A0 M03 S300 F2000；
N50Z10；
N60Z-18.5 M08 F200；
N70G41 Y-120 D03 F2000；（半精第一刀）
N80Y-90.769 F100；
N90M98 P1234；
N100Z10 F1000；
N110G01 G40 X-15 Y-150 A0 F2000；
N120Z-18.5 F200；
N130G41 Y-120 D04 F2000；（半精第二刀）
N140Y-90.769 F100；
N150M98 P1234；
N160Z10 M05 F1000；
N170G49 Z200 M09 F2000；
N180G01 G40 X-15 Y-150 A0；
N185M00；(数控铣中用来手动换刀)
N190M06 T5; (该句只在加工中心用)
N200G43 Z200 H05；(H05对刀Z值)
N210Z-18.5 M03 S350 F200；
N220G41 Y-120 D05 F2000；（精加第一刀）
N230X-15 Y-90.769 M08 F80；
N240M98 P1234；
N250Z10 F1000；
N260G01 G40 X-15 Y-150 A0 F2000；
N270Z-18.4 F200；
N280G41 Y-120 D06 F2000；（精加第二刀）
N290Y-90.769 F80；
N300M98 P1234；
N310Z10F1000 M09；
N320G49 Z250 F2000 M05；
N330G40 Y140 A0；
N340M30；
半精、精加工程序采用调子程序的主程序结构形式，所用子程序和粗加工中子程序相同。
3.4.5 在DXK45數控铣床或XH71—46立式加工中心建立工件坐标系
(1)利用百分表进行找正芯轴；
(2)执行各轴机械回零操作（X轴、Y轴、Z轴和A轴的回零）；
(3)利用百分表找出Y轴和旋转A轴（键槽的对称中心）的原点，在程序设定的坐标系（G54）中建立相对应轴的机械坐标值，可利用机床的测量功能进行。
(4)安装工件和刀具，均要保证加紧牢靠；
（5）用切削的刀具对X轴和Z轴进行试切对刀，并同样记住各轴在所设定坐标系中的机械坐标值。
最后，程序传输完毕，进行程序模拟校验，调整机床，加工试切和检测。即可加工出符合图纸要求的圆柱分度凸轮。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
【关键词】圆柱分度凸轮；数控加工；程序编制
【中图分类号】：TG659 【文献标识码】：A 【文章编号】：1009-9646（2008）07-0000-01
目前，凸轮分度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，作为凸轮分度机构中的主要零件——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？下面以一批圆柱分度凸轮（如图1所示）的加工为例予以介绍。
1零件的结构及要求
该零件结构简单，材料采用40Cr，凸轮曲面要求氮化处理，HV=558~574，氮化层深度0.2mm，调质处理HB=240~280，毛坯为Φ130mm棒料，锻件，单件小批量生产，凸轮螺旋曲线槽的加工精度较高。
2 零件工艺分析
根据该零件的结构及要求，其要点是凸轮螺旋曲线槽的加工，而为保证凸轮螺旋曲线槽加工精度，须先作好定位基准——端面、内孔和键槽的加工，确定的加工工艺方案如下：
a) 粗车外形、加工内孔（采用普通车床，卡盘用三爪，一夹一顶定位装夹方式），切削液采用低浓度乳化液；
b) 调质热处理HB240~280（提高凸轮的综合机械性能）；
c) 精车外形、半精加工内孔，留余量0.04~0.08mm，加工M16-7H深30螺纹底孔（Φ14H7）；
d) 精加工内孔（用研磨棒人工研磨内孔）；
e）线切割加工键槽（采用DK7740或HCK×400线切割机床，切削液采用DX-I线切割乳化液，以Φ14H7孔定位找正保证角度）；
f）采用四轴联动的数控铣床或立式加工中心粗、精加工凸轮螺旋曲线槽，切削液采用高浓度乳化液（采用芯轴定位找正保证精度；编程基准选择在工件右端面和孔中心交叉处，Z轴考虑实际对刀情况，则换算在工件外圆表面上）；
g）氮化处理。
3 凸轮螺旋曲线槽的加工
3.1定位装夹
a）以工件右端面、内孔和键槽定位（键槽中心为旋转轴编程原点），定位元件使用芯轴和键如图2所示，
b）编程基准(即工件坐标系原点)选择在设计基准和安装基准重合位置如图2所示
图2定位芯轴
芯轴与内孔配合间隙0.01~0.02mm，将工件安装在数控分度头上，采用一夹一顶定位装夹方式。
3.2凸轮螺旋曲线槽的加工步骤
a）用φ16的铣刀粗铣凸轮螺旋曲线槽，铣刀第一层切削加工槽宽27mm，深9mm深，第二层切削加工槽宽27mm，9.5 mm深，共四次走刀粗铣成槽深18.5mm，槽宽27 mm，铣削方法是先顺铣后逆铣；
b）用φ28的铣刀共两次走刀半精铣凸轮螺旋曲线槽，使槽宽为29.5 mm，槽深18.5mm；
c）用φ30的铣刀共两次走刀精铣凸轮螺旋曲线槽，使槽宽达到 mm，槽深18.5mm；
3.3加工凸轮螺旋曲线槽的设备
加工凸轮螺旋曲线槽，至少需要四轴三联动的机床（工件的旋转和X方向的移动，刀具的旋转和进给，但刀具的进给只在开始时一次进给，加工过程中不变）；采用数控机床加工，可以使用DXK45数控铣床或XH71—46立式加工中心等四轴三联动或四轴四联动数控机床。
3.4加工凸轮螺旋曲线槽的数控程序编制及加工
3.4.1凸輪螺旋曲线槽的轮廓程序生成及传输程序
（1）在MasterCam软件中绘制摆线曲线图形，并保存为IGES文件格式；
（2）在MasterCam软件中生成G代码，生成的G代码如下：
（3）通过DNC传输软件MasterCam进行传输，应用RS232接口连接传输电缆，进行程序的通信传送。传送时，首先在机床未上电前连接好RS232传输电缆，在计算机上打开MastCam画面，通过功能主菜单选取点击F（档案）；再选取点击N（下一页）；再选取点击C（传输）；再设置参数选取（如果和FANUC-0i系统的数控铣床通讯，计算机和数控机床参数设置见后）和选择机床的参数保持一致。在计算机上打开所传输的程序名则进行传输或保存。其次在机床上通过编辑功能选取读取（或存入）的程序名，按软件?找到输入[READ]或输出 [PUNCH]，再按[EXEC]则进行输入或输出所需程序。一般给机床或计算机传输程序，先使机床或计算机等待接受信号，然后再从计算机或机床发送信号。
3.4.2计算机通讯参数设置
在显示的页面上进行设置，具体设置为：波特率：9600 ；奇偶检验：偶检验；数据位：七位；停止位：二位；端口：COM2；反馈字符：无；握手方式：XON/XOFF 结束代码：有；输入结束代码：20；换行符的确定：输入换行符LP；自动传输中收发过程时间间隔：0；DNC1：17；DNC2：19。
3.4.3DXK45数控铣床或XH71—46立式加工中心参数设置
机床上参数的设置根据机床控制系统。例如：FANUC-0i系统的数控铣床设置参数过程，选取按下SYSTEM，按软件?箭头翻页，找到[ALLIO]并按下，选取[MACRO]按下后则进入参数设置页面，对于XH71—46立式加工中心参数设置为：I/O为0；DEV为0； BAV为9600；STOP为2；NULL为NO；TVCH为OFF； PUN为ISO；INP为EIA/ISO；FEED为NO FEED；EOB为LF。
3.4.4DXK45数控铣床或XH71—46立式加工中心程序编制
粗加工主程序编制和说明如下：
（1）粗加工主程序的编制。因考虑刀具耐用度和实际加工效率的情况，将粗加工和半精加工、精加工分开，单独在一次装夹中统一完成零件的粗加工。
（2）主程序01111用φ16的立铣刀粗加工走刀以及在机床中刀具半径的设置值如下：
半精加工和精加工程序编制和说明如下：
（1）在一次装夹中完成零件的半精加工、精加工。
（2）用φ28的立铣刀半精加工，两次铣成槽深18.5mm，槽宽29.5mm，T3刀具。
（3）用φ30的立铣刀精加工，两次铣成槽深18.5mm，使槽宽达到 mm，T5刀具。
（4）主程序02222中半精和精加工中走刀以及在机床中刀具偏置值如下：
保证槽宽的尺寸精度
（5）02222（半精加工、精加工主程序）
N10G90 G40 G80 G49 G00 G17；
N20G54；
N25M06 T3 ;(该句在加工中心用)
N30G43 Z200 H03；(H03对刀Z值)
N40G01 X-15 Y-150 A0 M03 S300 F2000；
N50Z10；
N60Z-18.5 M08 F200；
N70G41 Y-120 D03 F2000；（半精第一刀）
N80Y-90.769 F100；
N90M98 P1234；
N100Z10 F1000；
N110G01 G40 X-15 Y-150 A0 F2000；
N120Z-18.5 F200；
N130G41 Y-120 D04 F2000；（半精第二刀）
N140Y-90.769 F100；
N150M98 P1234；
N160Z10 M05 F1000；
N170G49 Z200 M09 F2000；
N180G01 G40 X-15 Y-150 A0；
N185M00；(数控铣中用来手动换刀)
N190M06 T5; (该句只在加工中心用)
N200G43 Z200 H05；(H05对刀Z值)
N210Z-18.5 M03 S350 F200；
N220G41 Y-120 D05 F2000；（精加第一刀）
N230X-15 Y-90.769 M08 F80；
N240M98 P1234；
N250Z10 F1000；
N260G01 G40 X-15 Y-150 A0 F2000；
N270Z-18.4 F200；
N280G41 Y-120 D06 F2000；（精加第二刀）
N290Y-90.769 F80；
N300M98 P1234；
N310Z10F1000 M09；
N320G49 Z250 F2000 M05；
N330G40 Y140 A0；
N340M30；
半精、精加工程序采用调子程序的主程序结构形式，所用子程序和粗加工中子程序相同。
3.4.5 在DXK45數控铣床或XH71—46立式加工中心建立工件坐标系
(1)利用百分表进行找正芯轴；
(2)执行各轴机械回零操作（X轴、Y轴、Z轴和A轴的回零）；
(3)利用百分表找出Y轴和旋转A轴（键槽的对称中心）的原点，在程序设定的坐标系（G54）中建立相对应轴的机械坐标值，可利用机床的测量功能进行。
(4)安装工件和刀具，均要保证加紧牢靠；
（5）用切削的刀具对X轴和Z轴进行试切对刀，并同样记住各轴在所设定坐标系中的机械坐标值。
最后，程序传输完毕，进行程序模拟校验，调整机床，加工试切和检测。即可加工出符合图纸要求的圆柱分度凸轮。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”