走心机凸轮设计

前言

自动车床，以其无可替代的加工手段的优势，正在为越来越多的厂家所青睐。而自动车床

使用的凸轮的设计，则成为使用此类机床的厂家所必须要掌握的一门技术。自动车床凸轮的设

计，即编写凸轮调整卡，对于不了解其本来面貌的人来讲，神秘、深奥；当对它有了稍微粗浅

了解的人 ，又会觉得不过如此而已，稍学即会。其实，此项技术和其他任何门类的技术一样，“会易精难”。依据机床说明书的提示来编写完成的凸轮设计调整卡，不一定是好的设计作品。一个优秀的设计作品，包括以下内容：一，合理的工步编排。二，合理的设定走刀量。三，能

得出较高的生产率。此外，还应在制造凸轮、调整机床时易于操作。

也可以这样说，要想作出一件比较优秀的设计作品，前提是能够深刻体味各个设计步骤的

实质性的意义。只有这样才能做到，你的设计作品与机床说明书中提示的方法相比较，不只是

形似，而是神似，甚至比其更优秀。

考核一个设计作品的优劣，最重要的标准是其最后得出的生产率的高低；生产率的高低，

取决于工作角度总和的大小；而工作角度总和的大小，则取决于工步编排得是否合理。由此看

来，合理的编排工步，在整个设计过程中，具有着相当重要的作用。要想做好工步编排 ，一

是要有相当时间的工作经验的积累；二是要有丰富的想象力，这一点尤其重要。

一、生产率是怎样计算的

作为投资人，都希望在尽可能短的时间内，得到尽可能高的效益；作为生产过程的组织者，都希望机床能生产数量和品种都尽可能多的产品，以缓解交货期代来的时间压力；作为操作工，都希望机床能够优质高产，以获得较高的收入。所以说，希望优质高产是所有与机床有关联的

人的共同愿望。那麽，现在就分析一下下面的这个公式，就可以知道机床的生产率究竟是怎样

形成的了。

N 不难看出，这是一个多元一次分式方程式。在这一公式里，

A=———————— 函括了整个设计过程的全部计算内容。

Σn工÷Σa工×360° 式中： A=生产率 单位=件/分

N=主轴转数 单位=转/分

n工=某切削工步工作时的主轴转数

α工=某切削工步工作时占用的角度

∑： 希腊字母。表示在计算过程中某项数值的累计总和。

首先，介绍几个在设计中使用的专用名词：

工步—— 生产过程中每一个动作称做一个工步。

切削时主轴转数—— 完成某一切削工步时主轴转过的圈数。

工作角度—— 完成某一切削工步时所占用的角度。

在“车”加工中，无论使用的是哪种类型车床，在切削前都要先确定 ：①主轴转

数。②每

次进刀多少毫米（进刀深度）。③走刀时的速度（走刀量）。这就是平常所说的“切削三要素”。自动车加工时的主轴转数，是由被加工材料的种类和直径决定的。例：切削直径10毫米A3棒

料时（此钢种属低碳钢），根据说明书中切削速度表给出的数值，是60m/分。即： 60×1000

/（10×3.1416）≈1910（转） 据此，就可确定机床最接近此数值的主轴转数。

准确的选择主轴转数，是保持零件加工时工艺尺寸稳定的关键，这一点往往容易被忽略。

如果主轴转数过快，直接影响刀具的使用寿命；而主轴转数过慢，又会因切削速度不够而造成

加工的零件工艺尺寸不稳定、光洁度不高等等缺陷。其他类型的车床，在加工零件时，一般是

一次加工一个零件，每个部位可能会分若干次进刀，当尺寸发生变化时可随时采取措施。自动

车床就不同了，它一经启动，零件就会不断产出。主轴转数设定的准确与否，直接影响的就是、生产效率。也可以这样讲，当我们确定了所要生产的产品，也就同时确定了主轴转数。

综上所述，我们在进行凸轮设计时，可以把主轴转数N当作一个常量来设定；无疑，

（Σn工/Σα工）×360°是一个变量。 N

设：（Σn工/Σα工）×360°=W。 公式则可成为为： A= ——

W

根据数学的计算法则，A的值与W的值成反比。只有W的值尽可能的小，A的值才能尽

可能的大。

那么，怎样才能使W即（Σn工/Σα工）×360°的值尽可能的小呢？

二、设计公式的分析

在一篇凸轮设计调整卡中，工步编排得是否完美，直接影响着（Σn工÷Σα工）×360°值

的大小。也就是说，（Σn工÷Σα工）×360°的值，是编排完工步后计算的结果。前面提到，作

好工步编排，既需要相应的工作经验，更需要丰富的想象力。这一点，充分体显在凸轮设计开

始前，对每把刀所要加工的部位的设定上。合理的使用每一把刀，是使一件设计作品尽可能完

美的前提。本文后面有几篇范例，都是经工作实践检验证明是较为成功的作品，读者可作为设

计时的参考。下面只从计算的角度分析一下：怎样才能使（Σn工÷Σα工）×360°的值尽可能

的小。 Σn工

公式 ：Σn工÷Σα工×360° = W 即：—————×360° = W

Σα工

公式中 ① Σn工——累计切削工步主轴转数的总和。 n工是完成某一切削工步时的主轴

转数，是根据公式 n工= L / S 得来的。 其中：L= 刀具切削时的工作行程。（即实际加工尺

寸加0.2～0.5的提前量） S = 为被加工部位设定的走刀量，其值的大小可根据工艺要求的尺

寸精度，参照

说明书中给的参数设定就行了。

②Σα工——累计切削工步所用角度的总和。α工是完成某一切削工步所占用的

角度。是根据公式：α工 =[（360°－Σα空）/Σn工]×n工得来的。其中，Σα空= 累计空

行程角度总和（所有不切削的动作都称为空行程）。

毫无疑问，公式中的360°是个常量。所以，只需让Σn工/Σα工的比值尽可能的小就可

以了。数学法则告诉我们，在Σn工/Σα工中，Σn工值尽可能的小，或Σα工值尽可能的大，都能够使公式的比值尽可能的小。也就是说，一、计算每一个n工值时，设定走刀量S 要合理，不能精度过剩（S值过小）；二、计算每一个α空值时，空行程动作要尽可能重合。这两点做

好了，目的也就达到了。

前文提到的公式：n工=L / S 向我们表达了什么信息呢？它表达的是：n工是当完成某一切

削动作时，主轴转过的圈数。

例1：切断Φ10棒料。 （ 切断刀宽 = 2mm ） （刀具距棒料的提前量 = 0.2）

L= 10/2＋2＋0.2=7.2㎜ S=0.02㎜ ∴ n工= 7.2 / 0.02 = 360（转）

例2：车外径走刀行程为12㎜。 （刀具距棒料的提前量 = 0.2）

L = 12＋0.2=12.2㎜ S=0.008 ∴ n工= 12.2 / 0.008 = 1525（转）

这里，S=0.02 、 S=0.008 分别是这两个动作的走刀量，也就是主轴每转一圈刀具移动的距

离。把所有完成切削动作时的主轴转数相加，就是Σn工。（切削工步总和）。

本文至此，凡是涉及到设计编写凸轮调整卡时使用公式及其含义，都做了简略的介绍。即

：无论是纵切自动车，还是横切自动车，设计过程都是相同的；所要遵循的动作编排原则是相

同的（工作行程不能重合），应用的各种技术参数也是相同的。

三、工步是这样编排的

凸轮设计调整卡是体现设计者的设计思路的一种文件，它又是凸轮制造、机床调整、凸轮

磨损后的修复的唯一依据。在许多公司或生产单位，设计、制造、使用分别在不同的部门，所

以说，设计者要想把自己的设计思路准确、完整的表达出来，编写凸轮设计调整卡时，必须要

严格遵循此文件所特定的格式，调整卡所涉及到的内容一定要无一疏漏。凸轮设计调整卡所包

括的内容有：㈠. 填写所要加工的零件名称，并画出零件的加工工艺图；㈡ .设定各号刀的加

工部位并画出排刀图；㈢ .根据要加工的零件所需的棒料材质及其直径，计算出主轴转数；㈣.

根据每个加工部位的精度要求设定走刀量及杠杆比。㈤. 按照设定的加工动作的顺序.编写出每

一动作的工步。

（一）填写所要加工的零件名称，并画出零件的工艺图：

因为所要加工的零件的几何形状的原因，往往需要多道工序加工来完

成。这就产生了若干

种根据各工序的加工内容而绘制的工艺图。许多人可能不很了解零件的工艺图和正式的零件图

之间有那些区别，它们之间的区别在于零件图要准确完整的画出零件本身的全貌，所有的数据

包括形状公差和位置公差都要表述清楚。而工艺图只需把本工序最后要完成的结果画出并标上

相关数据就可以了。

（二）设定各号刀的加工部位并画出各号刀的几何形状及排刀图：

设定各号刀的加工部位必须要了解各号刀架的加工特点。大多数型号的机床，一号刀都具

有刚性挡块机构，均为弹性进给，车削外径时可保证很高的精度，但一般不能作横进切削动作

。其它各号刀可用来进行切槽、成型、切断等动作，切断刀的宽度根据被加工材料的种类和直

径以及经验来决定。

切断刀宽度表 （毫米） （参考）

Ф2 Ф3 Ф4 Ф5 Ф6 Ф7 Ф8 Ф10 Ф12 Ф14 Ф16 Ф18 Ф20

钢 0.8 1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 2 2.2 2.5 2.8

铜 0.6 0.7 0.8 1 1.1 1.2 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 2 2.2

（三）根据要加工的零件所需的棒料材质及其直径，计算出主轴转数：

前文已经介绍，自动车加工时的主轴转数，是由被加工材料的种类和直径决定的。不同的

材料种类和直径，有着不同的切削速度，从而也就计算出了不同的主轴转数。

切削速度表 （m / 分） （参考）

材料 合金钢 高碳钢 中碳钢 低碳钢 黄铜

切削速度 15～30 20～35 30～50 40～60 50～100

（四）设定合理的走刀量及杠杆比：

当我们所要生产的产品有若干个部位需要加工时，根据每个部位尺寸不同的精度要求，设

定不同的走刀量。在这里需要强调的是，走刀量设定的是否合理，会直接决定着生产率的高低

。当走刀量设定过大时，会出现尺寸精度不稳定且变化毫无规律，甚至会造成刀具经常的损坏；当走刀量设定过小时，又会造成生产率无实际意义的偏低，浪费生产工时。所以说，根据每个

部位尺寸不同的精度要求，能否恰当的设定走刀量，是考核一篇设计作品完美程度的重要依据

之一。根据每个部位尺寸不同的精度要求设定恰当的走刀量，除了要参照表中列出的数值，还

要在实际工作中积累经验，不断修正，以求完美。

走刀量表 （mm / 转） （参考）

高碳钢 中碳钢 低碳钢 黄铜

纵向切削 粗 0.02—0.04 0.03—0.06 0.06—0.08 0.08—0.20

精 0.01—0.02 0.02—0.04 0.04—0.06 0.04—0.10

切断、切槽 粗 0.01—0.02 0.02—0.03 0.02—0.04 0.02—0.06

精 0.005—0.01 0.01—0.015 0.01—0.02 0.01—0.03

钻孔直径 ∠2.5 0.01—0.025 0.015—0.035 0.02—0.05 0.02—0.10

2.5～5 0.015—0.04 0.025—0.05

0.02—0.07 0.05—0.15