槽形凸轮加工工艺及夹具设计

槽形凸轮加工工艺及夹具设计内容摘要：

凸轮槽内轮廓加工走刀路线 凸轮槽内轮廓加工路线为：先用 216。 18 高速钢立铣刀对槽进行粗加工 —— 用216。 18 硬质合金立铣刀进行精加工，其走刀路线如图 24 示： 13 凸轮表面轮廓加工走刀路线 19 和切削用量的确定 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。 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 DR 应 小 于零 件 内轮 廓 面 的最 小 曲率 半 径 minR ，一般取m i n( ~ )DRR。 14 凸轮槽内轮廓加工走刀路线 20 2)零件的加工高度 (1 / 6 ~ 1 / 4) DHR ，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 D 可按下 (11)计算： 112 sin 21 sin 2DD   (11) 式中 1D —— 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； 1 —— 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 eR R r ，即直径为 2 2( )ed R R r  ，编程时 取刀具 半径为( )eR R r。 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。 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  CBN 、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适用加 21 工硬度 450HBW 的冷硬铸铁、合金结构钢、工具钢、高速钢、轴承钢以及硬度350HBS 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 根据以上要求所选铣刀及其几何尺寸见表 数控加工刀具卡： 表 槽形凸轮的数控加工刀具卡片 产品名称或代号 零件名称 平面凸轮零件 零件图号 A 3 序号 刀具号 刀 具 加工表面 备 注 规格名称 数量 刀长 /mm 1 T01 216。 5 中心钻 1 钻 216。 5 中心孔 2 T02 216。 20 钻头 1 45 216。 20 孔粗加工 3 T03 钻头 1 30 216。 12 孔粗加工 4 T04 216。 25 镗刀 1 45 216。 20 孔精加工 5 T05 216。 10 镗刀 1 30 216。 12 孔精加工 6 T06 90。 倒角铣刀 1 216。 20 孔倒角 45。 7 T07 216。 18 高速钢立铣刀 1 20 粗加工凸轮槽内外轮廓 底圆角 . 8 T08 216。 18 硬质合金立铣刀 1 20 精加工凸轮槽内外轮廓 编制 马进 审核 马进 批准 08年 12月 6日 共 1页 第 1页 加工参数的选择 数控加工切削用量的选择与通常机床切削用量的选择基本相同，即是根据切削原理规定中的方法以及机床的性能和规定的语序切值、刀具耐用度来选择和计算，并结合时间经验确定。 切削用量包括主轴转速（切削速度），切削深度或宽度，进给速 度（进给量）等等。 切削用量的大小对切削力，切削功率，刀具磨损，加工质量和加工成本均有显著影响。 合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生 22 产效率为主，但刀考虑经济性和加工成本；半精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率，经济性和加工成本。 ○1切削用量则根据零件材料刀具性能及加工精度要求确定，通常为提高切削效率要尽量选择大直径的铣刀，背吃刀量应大于冷硬层，切削速度因刀具的耐用度决定。 在选择切削用量时要保证刀具能加工完一个零件。 ○2切削 深度主要受机床、工件和刀具的刚度限制，在刚度允许的情况下，尽可能使切削深度等于零件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。 从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。 由于吃刀量对刀具耐用度影响最小，背吃刀量和侧吃刀量的确定只要根据机床、夹具、刀具、工件的刚度和被加工零件的精度要求来决定。 如果零件精度要求不高，在工艺系统刚度允许的情况下，最好一次切净加工余量，即背吃刀量或侧吃刀量等于加工余量，以提高加工效率 ；如果零件精度要求高，为保证表面粗糙度和精度，只好采用多次走刀。 在工件表面粗糙度值要求为 ，如果圆周铣削的加工余量小于 5mm，端铣的加工余量小于 6mm，粗铣一次进给就可以到达要求。 但在余量比较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足的时候，可以分两次进给完成。 在工件表面粗糙度值要求为 时，可分粗铣和半精铣两步进行。 粗铣刀时背吃刀量或侧吃刀量选取同前，粗铣后留 余量，在半精铣时切除。 在工件表面粗糙度值要求为 时，可分粗铣、半 精铣、精铣三步进行。 半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取 ；精铣时圆周铣侧吃刀量取 ，面铣刀背吃刀量取。 由上确定各工序中背吃刀量和侧吃刀量详细参数见工序卡表 、表。 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。 23 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： ①一般情况下，粗铣取大值，精铣取小值。 ②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。 ③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给量，以免刀刃在冷硬层上切削，以致加速刀刃的磨损。 ④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。 ⑤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。 进给量 f 与进给速度 F 则是数控铣床加工切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度，加工精度要求，刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取，通过选取每齿进给量 fz，再根据公式 f=Zfz（ Z为铣刀齿数）计算。 工件材料强度和硬度越高， fz 越小；反之则越大。 硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速刚铣刀。 工件表面粗糙度要求越高， fz就越小。 其相关系式如下； ( / )zF f zn mm s 式中： F进给率 Z齿数 fz每齿进给量 n铣刀转数 按照各工步应用进给量见工序卡（表 、表 ）。 24 主轴转速 n（ r/min）要根据允许的切削速度 Vc(m/min)来确定： 1000 / v D () 其中 D铣刀直径，单位 mm Vc切削速度，单位 m/min 主轴转速 n要根据计算值在机床说明书中选取标准值，并填入程序单中，如表、表。 表 槽形凸轮的数控加工工序卡片 单位名称 株洲职业技术学院 产品名称或代号 零件名称 零件图号 平面槽行凸轮 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 01 O0001 螺旋压板 Xk5025/4 数控中心 工步号 工步内容 刀具号 刀具规格 /mm 主轴转速/r*min 进给速 /mm*min 背吃刀量 /mm 备注 1 A 面定位钻 216。 5中心孔（ 2 处） T01 216。 5 755 2 钻 216。 20 孔 T02 216。 20 402 40 3 钻 孔 T03 402 40 4 铣 216。 35 孔 T07 216。 18 1100 40 4 5 镗 216。 35 孔 T04 216。 25 130 20 6 铰 216。 12 孔 T05 216。 10 130 20 编制 贺林 审核 贺林 批准 年 月 日 共 1页 第 1 页 表 槽形凸轮的数控加工工序卡片 25 单位名称 株洲职业技术学院 产品名 称或代号 零件名称 零件图号 平面槽行凸轮 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 02 O0002 螺旋压板 Xk5025/4 数控中心 工步号 工步内容 刀具号 刀具规格 /mm 主轴转速/r*min 进给速/mm*min 背吃刀量 /mm 备注 1 1 一面两孔定位粗铣凸轮槽外轮廓 （能铣吗。 装夹方式 选择错） T7 216。 18 1100 40 4 2 粗铣凸轮槽内轮廓 T7 216。 18 1100 40 4 3 精铣凸轮槽内轮廓 T8 216。 18 1495 20 14 4 精 铣凸轮槽外轮廓 T8 216。 18 1495 20 14 5 翻面装夹，铣216。 20 孔另一侧倒角 45。 T6 90。 402 20 5 编制 贺林 审核 贺林 批准 年月日 共 2页 第 2页。