浅谈平面凸轮的加工及工艺

描述：数控加工生活中需要加工各种的零部件，在生产加工过程中，我们会遇到一些凸轮类零件，凸轮零件在生活中的应用随处可见，我们要如何加工凸轮类零件呢？我们应该慎重的选择切削参数，刀具，性能好的机床和合适的铣削...

摘要：数控加工生活中需要加工各种的零部件，在生产加工过程中，我们会遇到一些凸轮类零件，凸轮零件在生活中的应用随处可见，我们要如何加

工凸轮类零件呢？我们应该慎重的选择切削参数，刀具，性能好的机床和合适的铣削方式以达到要求的位置精度，形状精度和尺寸精度，并且要知道加工过程中发生欠切和过切现象的分析和解决方法。

凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的工件，凸轮的主要功能是使从动杆按照工作需求完成各种复杂的运动，包括直线运动、摆动，等速运动和不等速运动。

凸轮一般可分为三大类：

盘形凸轮：凸轮为绕固定轴线转动且有变化直径的盘形构件。

移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动的构件。

圆柱凸轮：凸轮是圆柱体，可以看做是将移动凸轮卷成一个圆柱体。

按从动件的形状分四类：①平底式从动件。顶尖式从动件。②曲底式从动件。

③滚子式从动件。④顶尖式从动件。

按凸轮与从动件维持运动副接触的方式分两类：①几何形封闭方式。②力封闭方式。

本文举例的凸轮按规格分别属于盘形凸轮、平底式从动件和几何封闭方式。我们从拿到图纸和毛坯到成品的完成需经以下步骤：零件图纸的阅读；确定装夹方案；确定进给路线；选择刀具及切削用量；编制程序，加工和测量检测；加工后的处理。

1 工艺分析

1.1 零件图分析

凸轮由于本身运动规律和传递力的特殊性，在各种自动机械、仪表及自动控制装置中被广泛应用。该凸轮工件是一种平面槽形凸轮，槽宽28mm，工作表面粗糙度为Ra1.6um，材料为HT300。

工件在数控铣削加工前，φ35G7和φ12H7的两个基准孔及凸轮槽之外的其他尺寸已加工，半产品为一圆盘。

1.2 确定装夹方案

一般大型凸轮可以采用等高垫铁垫在工作台上，中心孔找正后，确定坐标原点，然后用压板螺丝在凸轮的工艺孔上压住。外轮廓平面盘形凸轮的垫块要小于凸轮的轮廓尺寸，不与铣刀发生干涉。对于小型凸轮，一般用心轴定位、压紧即可。

根据本文的凸轮结构特点，采用一面两孔定位，以圆盘底面和φ35G7、φ12H7的两孔作定位基准，并设计一个一面两销的专用夹具。用一

块320mmx320mmx40mm的垫块，在垫块上分别精镗φ35及φ12两个定位销安装孔，并配定位销，孔距为80±0.05mm，垫板的平面度为0.05，加工前先固定垫板，使两定位销孔的中心线与机床的X轴平行，垫板的平面要保证与工作台面平行，并用百分表检查。采用两个螺母夹紧，以提高装夹刚性，防止铣削时产生震动。

1.3 确定进给路线

该平面槽型凸轮铣削的深度进给方法有两种：一是按照凸轮槽的轮廓现状，沿斜线下刀，逐渐到达既定深度；二是先打一个工艺孔，再从工艺孔进刀到既定深度。本例中采用斜线下刀，当到达既定深度后，刀具在XY平面内运动，铣削凸轮轮廓。但要注意，螺旋或斜线的深度等于每次槽深度进刀量。

为保证凸轮的工作表面有较好的表面质量，采用顺铣方式走刀。

1.4 选择刀具及切削用量

该工件材料为铸铁，是典型的脆性材料，切削时生成崩碎切屑，由于切削与刀具前面的接触长度短，切削力和切削热集中在刃区。虽然切削层单位面积切削力比切削刚时小的多（约为0.6倍），切削温度也底很多（约比切刚低20%-30%），但切削铸铁时刀具切削刃处温度最高且有很高压应力，再加上切削过程中被切削的金属层频繁的无规则断裂，使切削过程不太稳定，对刀刃有很大的冲击。因此就要求刀具材料具有较高的强度和冲击韧度。

通常为提高切削效率要尽量选用大直径的铣刀；侧吃刀量取刀具直径的

1/3-1/2，背吃刀量应大于冷硬层厚度；切削速度和进给速度应通过试验选取效率和刀具寿命的综合最佳值，可以根据刀具厂家提供的刀具手册参考取值。本例中选用20mm高速刚立铣刀进行粗、精加工。

5.工件坐标系

按照设计基准和工艺加工基准相一致的原则，一般选取较长的设计基准为工件坐标系的X轴。安装凸轮前，找正垫板35mm定位销孔，以其圆心右边40mm

处为工件坐标系XY原点；Z方向原点取凸轮槽上表面。

在加工前需注意检查工件的装夹方向是否同电脑中的图形方向相同。

2 制定加工工艺

根据加工的特点以及加工工序的划分，一般可按下列方法进行：

1.以一次安装、加工作为一道工序。

2.以同一把刀具加工的内容划分工序。

3.以加工部位划分工序。

4.以粗、精加工划分工序。

根据以上原则，该零件的加工工艺如下：

选用直径为φ20mm的立铣刀发表论文网，根据先粗后精的原则，因此要首先粗加工，留有一定余量。然后再用φ20mm的立铣刀再进行精加工。这样不仅保证了加工精度又节约了加工时间。

3 程序编制

凸轮不仅可以用传统手工编程方法来进行编写程序，然而我们也可以用一些软件来对其进行自动编程，下面是利用UG软件来进行自动编程。它的特点是编程速度较快，加工效率高，加工路线优化。但是后处理是采用的指令代码较为单一，生成程序较长，所以加工时间较长。首先绘图，然后刀具，然后加工，生成程序。

UG生成并经修改后可以直接使用的程序：

%

O0001

G0 G90 G54 X55.9839 Y29.4222 S500 M03

Z5

G3 X68.2318 Y41.8762 Z-3.4 I4.5747 J7.7506 K2.4115

X66.0882 Y45.1783 I-64.8217 J-39.7332 F250. ………………

I7.5 J0.0 F250.

G1 X-37.5

Z-32.

G0 Z5.

M02

%

4 加工和测量检测

4.1 加工

需要指出的是，这个程序采用螺旋下刀和自动换刀功能。采用螺旋下刀是保证下刀时不会对工件造成振动的影响，以及达到保护刀具的作用。采用自动换刀是由于这样能够节省时间，方便加工，同时避免了反复手工换刀造成的偏差。