平面凸轮数控铣工艺分析及程序编制

平面凸轮数控铣工艺分析及程序编制一，本课题来源及研究的目的和意义。

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。

二，本课题所涉及的问题在国内外研究及分析。

1．国外数控机床的发展趋势1.1 高速化随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。

（1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000r/min；进给率：在分辨率为0.01μm时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工；运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障，由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1μm、0.01μm时仍能获得高达24～240m/min的进给速度；（2）换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。

德国Chiron公司其刀到刀的换刀时间仅0.9s。

1.2 高精度化数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。

（1）提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC 控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法；（2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。

（3）采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量.1.3 功能复合化复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。

根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。

工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。

采用复合机床进行加工，减少了误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。

1.4 控制智能化随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。

具体体现在以下几个方面：（1）加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态，（2）加工参数的智能优化与选择：将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的；（3）智能故障自诊断与自修复技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法实现故障的快速准确定位；智能故障回放和故障仿真技术：1.5 信息交互网络化对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。

既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程诊断、维护等）。

1.6 体系开放化向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期；1.7 高可靠性数控机床与传统机床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大；工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故障时间在2万小时以上。

1.8 加工过程绿色化随着日趋严格的环境与资源约束，制造加工的绿色化越来越重要，而中国的资源、环境问题尤为突出。

因此，近年来不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发展当中。

在21世纪，绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展，占领更多的世界市场。

2 . 我国数控机床发展现状及思考我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。

特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，1998～2004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%34.9%。

尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，但进出口逆差严重，国产机床市场占有率连年下降，1999年是33.6%，2003年仅占27.7%。

1999年机床进口额为8.78亿美元（7624台），2003年达27.1亿美元（23320台），相当于同年国内数控机床产值的2.7倍。

国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。

由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。

我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之间的差距。

三，本课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析，1.任务要求(1)任务要求：明确数控机床加工零件的工艺性分析完成数控铣床加工凸轮路线的拟定以及数控铣削加工工序的设计（如夹具、刀具切削用量的选择、装刀、对刀等）编写平面图论得数控加工工艺的文件最后完成平面凸轮数控程序编制。

无论是普通加工还是数控加工，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，以及对一些特殊工艺问题，如对刀点、刀具轨迹路线设计等，做一些处理。

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，2.预期目标的可行性分析；(1)零件加工工艺分析1.零件结构精度分析零件的凸轮轨迹由曲线构成，零件的外形由曲线组成，形状复杂，加工精度高。

零件外形轨迹公差尺寸易保证。

按照零件凸轮轮廓的加工精度是加工进行的关键零件的下平面是数控铣削加工的定位基准。

2.加工刀具分析在零件凸轮外形轨迹铣削加工中，为保证零件加工轨迹的连续性先用铣刀粗銑再精銑，预留銑削的加工余量。

还要保证轨迹尺寸和表面粗糙度。

3.毛坯余量分析毛坯零件外轮廓的切学余量不均匀意在切削中变形。

4.结构工艺性分析零件被加工表面的最大高度和零件轮廓的加工高度均小于8毫米。

其切削工艺性好。

但从零件形状可以判定，其装夹不理想。

5.零件装夹方式分析零件的装夹结构不理想限制铣刀的在加工中的运行，难以在零件的一次装夹定位中完成零件轨迹的銑削加工。

6.定位基准分析利用零件下平面作为定位基准。

(2)工艺处理1.数控加工前的零件与加工其目的是切除零件大部分余量为数控铣削加工共需提供可靠的装夹工艺基准。

2.数控铣削加工3.数控加工后的零件加工(3)数控铣削加工工艺文件1.数控铣削加工的数控编程任务书、2.数控铣削加工安装方式利用零件的下平面作为定位基准，采用专用垫片压板进行零件的装夹。

3.数控铣削加工工序数控铣削加工分为半精加工和精加工二次切削进行。

(1)零件内形加工，(2)零件外形加工，4.数控铣削加工刀具在粗加工，半精加工和精加工分别使用不同规格尺寸的刀具。

利用刀具半径的变化，来调节尺寸偏差加工余量。

5.变成参数的计算。

6.加工外形轨迹机床刀具轨迹运行。

7.程序编制。

8.数控加工操作说明。

四，本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路。

1，研究的问题；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。

2，关键的问题及解决的思路：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。

五，完成本课题所必需的工作条件及解决的办法，1，工作条件；必须有数控机床，加工物料，凡是要手动的都由数控机床，在程序控制下完成。

2，关键的问题；1.机床的插补原理，直线插补和圆弧插补，插补和插补方法。

2.数控机床的坐标系，坐标系的确定确定X/Y/Z/，坐标进给。

3.对刀，确定对刀点，刀具与工件之间的距离方向为运动方向。

终点判别。

4.数据处理，5.程序管理。

3.加工路线的确定1.最短空行程路线，2.最短切削进给路线。

4，加工工艺的内容 1 对零件图纸进行数控加工艺分析。

2 图形的数学处理及编程尺寸设定，3 数控加工艺方案的制定，4.工步及仅给路线的确定，5 选择数控机床类型 6.刀具、夹具、量具的选择7 切削参数的确定8加工程序的编写、校验和修改。