空间圆柱凸轮槽的数控加工及编程实例

空间圆柱凸轮槽的数控加工及编程实例

摘要:圆柱凸轮机构在日常生产生活中应用广泛,本文以加工典型的圆柱凸轮机构为实例,根据其结构特点,主要针对窄槽的圆柱凸轮槽的手工数控编程方法进行了详细阐述,指出了在数控机床上加工圆柱凸轮槽的普遍数控编程方法。通过本文可以使读者在数控加工及编程过程中举一反三。

关键词:数控编程圆柱凸轮槽加工工艺

1 圆柱凸轮机构的结构特点

圆柱凸轮机构与平面凸轮机构相比,体积小、结构紧凑、刚性好、转动扭矩大等优点。但圆柱凸轮机构属于空间凸轮机构,数控程序的编写及加工工艺比平面凸轮要复杂。平面凸轮一般用3轴数控铣床(或2轴半)加工即可,也可用线切割机床加工。圆柱凸轮应在4轴以上数控机床上加工。

圆柱凸轮槽的数控铣削加工必须满足以下要求:(1)圆柱凸轮槽的工作面即两个侧面的法截面线必须严格平行;(2)圆柱凸轮槽在工作段必须等宽。这是保证滚子在圆柱凸轮槽中平稳运动的必要条件。

2 以往加工圆柱凸轮的方法

先用CAD软件画出圆柱凸轮轮廓的二维展开曲线图形,利用CAD功能捕捉基点坐标,直接编写刀具中心的移动轨迹。在具体编写

程序时,有两种处理方法:

(1)当圆柱凸轮槽宽度不大时,可以找到相应直径的立铣刀沿槽腔中心线进行加工。编程轨迹就是圆柱凸轮轮廓的二维展开曲线图形轨迹,不考虑刀具半径补偿。

(2)对于槽宽尺寸较大的圆柱凸轮槽,很难找到直径与槽宽相等的标准刀具。即使有相应的刀具,还要考虑机床主轴输出功率及主轴和工装夹具刚度的限制,特别是机床主轴结构对刀具的限制。这是我们需采用多个走刀加工,可先中间开槽,然后再分别加工两侧面,如果在编写程序时,不使用刀具半径补偿,那么加工槽腔两个侧表面的刀位点的编程轨迹是变化的,每次都需重新计算基点坐标。因此,对于宽槽宽圆柱凸轮的加工,在手工编程时需采用刀具半径补偿。

3 手工编程加工窄槽空间圆柱凸轮

加工如图1所,示圆柱凸轮零件上的槽,其它表面轮廓已加工完,零件材料为45。

手工编程过程如下所述。

3.1 工艺分析

3.1.1 零件图工艺分析

该零件为空间圆柱凸轮轮廓。凸轮槽宽13 mm,公差0.08 mm,及

表面质量的要求,最后一道工步可采用直径为13的精铣立铣刀加工保证。为保证圆柱表面轮廓槽的位置要求,防止铣刀在铣削的过程中由于凸轮轮槽的一侧是逆铣加工；另一侧是顺铣加工,这样使刀具受到的切削力不等,使槽存在位置误差。采用先使用直径小于槽宽的键槽刀如直径为10 mm粗加工,再用直径为12 mm的3齿立铣刀半精加工,分层加工槽,最后用直径为13 mm的精铣刀径向一次完成精加工。

3.1.2 确定加工方案

在四轴联动的立式加工中心或数控铣床上加工。

3.1.3 工件的装夹方式

根据如图2示零件的结构特点,根据图纸上的尺寸要求,及加工过程中避免刀具和卡爪的干涉情况,夹紧长度 5 mm,另一端用后顶尖支撑。

3.1.4 确定走刀路线及工步安排

走刀路线是刀具刀位点在整个加工工序中的运动轨迹。加工凸轮槽的刀位轨迹就是沿槽腔的中心线,编程轨迹是就是圆柱凸轮展开成平面后绘制的其展开轮廓曲线槽的中心线。整个凸轮槽的加工工步按照先粗后精的原则确定,具体分三个工步,见如下简易表1。对于凸轮槽的深度加工,采用分层加工,为了防止刀具的损坏,可以先打一个工艺孔,然后从工艺孔进刀到既定深度。

3.2 程序编写

以西门子SINUMERIK 802D sl系统为例,程序如下: …

X9.8 A38.82 CR=29 F50; //凸轮槽开始加工

G03 X8.75 A63.38 CR=27.25;

G01 X8.75 A69.83 F60;

G03 X12.28 A102.17 CR=27.25 F50;

G01 X18.24 A128.88 F60;

G02 X20.25 A149 CR=17.75F50;

G01 X20.25 A195.05F60;

G02 X18.71 A212.98 CR=17.75 F50;

G01 X13.08 A239.96 F60;

G03 X11.25 A258.89 CR=17.75 F50;

G01 X11.25 A304.78 F60;

X13.25 A344.01;

A360;// 凸轮槽开始结束

…

4 结语

圆柱凸轮槽是环绕在圆柱面上的等宽槽,其加工时沿圆周表面铣削的范围往往大于360°,适于用带有数控回转台的立式数控加工中心进行加工。对于圆柱凸轮槽宽度不大时,可以找到相应直径的立铣刀沿槽腔中心线进行加工,比较容易加工出符合上述要求的圆柱凸轮槽,数控程序的编写采用手工编程完成。本方法在西门子立式加工中心(四轴)对圆柱凸轮进行样件加工,满足图纸要求,可以采用。建议在实际生产过程具体的工艺内容要进行调整,以满足工件的加工精度和生产效率的需求。

参考文献

[1]于万成,王桂莲.数控加工工艺与编程基础[M].2版.人民邮电出版社,2010.

[2]白娟娟,符兴承.数控设备与编程[M].北京理工大学出版社,2009.