圆柱凸轮加工程序

7.4.1 圆柱凸轮加工程序

如图7-36所示的圆柱凸轮，本例用Mastcam 8.0自动编程加工。

图7-36 圆柱凸轮

1．工艺分析

所谓圆柱凸轮，就是在圆柱面上加工出按一定规律环绕的曲线沟槽，或在其端面上加工出特殊曲面。这些沟槽可以是首尾相连封闭式的，也可以是首尾不相连开式的。凸轮沟槽可以是等宽的，也可以是不等宽的，但通常深度是相同的。 圆柱凸轮机构可以实现任意复杂的运动形式，从动件运动机构在行程中可停留或等速运动，同时具有结构简单、体积小的优点，广泛应用在内燃机、包装机械、纺织机械、计算机外围设备以及自动控制系统等众多领域。

0.04本例圆柱凸轮的材料为40Cr，其基圆直径为32mm，槽宽为12+mm，工作面粗糙度+0.02

Ra为1.6μm，凸轮槽展开线如图7-37所示（包括凸轮槽中心线及上下轮廓线）。两端面的平行度误差不大于0.01mm，φ32H7孔的尺寸精度为0.025mm、圆跳动度不大于0.01mm，外圆与内孔的同轴度精度为0.01mm。

本例圆柱凸轮的加工工序如表7-13所示。凸轮槽的数控加工是圆柱凸轮加工的关键。 对圆柱凸轮槽的数控铣削加工必须满足以下要求，以确保滚子在圆柱凸轮槽中平稳运动：

① 圆柱凸轮槽的工作面即两个侧面的法向截面线必须严格平行。

② 圆柱凸轮槽在工作段必须等宽。 圆柱凸轮槽宽度不大时，通常选择相应直径的立铣刀沿槽腔中心线进行加工，可比较容易加工出符合上述要求的圆柱凸轮槽。

编制圆柱凸轮的程序是以其展开线为依据的。 2．确定数控加工装夹及刀具

三坐标数控铣床只具有X、Y、Z3个直线移动坐标，无法加工圆柱凸轮类零件。为在三坐标数控铣床上铣削圆柱凸轮，需要增加数控分度头，通过回转轴和直线轴的联动实现凸轮槽的加工。

加工圆柱凸轮前，要先加工一个带有台阶的心轴，台阶端面上配一定位销，并使之和凸轮端面上的定位孔相配合，或者在心轴上加工一键槽，通过键与圆柱凸轮连接，本例采用键连接的方法。心轴的小端车有螺纹和中心孔，通过螺母、垫圈压紧凸轮。心轴粗端装-在数控分度头的三爪卡盘上，小端用尾座顶尖和其中心孔配合紧固。

铣加工前，先用钻头在凸轮槽中心线铣刀起始位置上预钻一工艺孔，并用φ11.7mm平底钻修整底部。

由于凸轮槽的公差较小，表面粗糙度较小，加工时粗精加工分开进行，首先用φ10mm立铣刀沿凸轮槽中心线切削，深度分层，然后利用该刀具对凸轮的上下轮廓线进行半精加工，留精加工余量。精加工刀具选用φ12mm立铣刀，以保证尺寸公差及表面粗糙度。

精加工刀具半径应小于凸轮的展开线拐角半径，否则需要清角加工。

尽管凸轮槽已预钻一工艺孔，原则上不需要采用键槽铣刀，但实际加工中精加工最好仍采用键槽铣刀，否则槽底将不平而上凸，刀具越大，上凸越大。

3．确定刀具路径

铣削深度方向的进给，要在旋转轴静止不动时一次进给到所需的加工深度，如果边旋转边沿深度方向进给，将在侧面上形成明显的螺旋切痕。

4．自动编程

图7-38 串联凸轮槽中心线的展开线

预钻孔的加工件在数控机床上找正位置后，手动方式加工，不需再编程。以下为铣加工的程序编制过程。 （1）粗加工

选择Too1paths→contour选项，串联凸轮槽中心线的展开线，如图7-38所示。单击Done

按钮，进入Contour（轮廓铣削）对话框。Too1pathparamcters（刀具参数）设置如图7-39所示。单击Rotary axis（旋转轴）按钮，出现如图7-40所示对话框，用来设置工件的旋转轴，选择X轴为旋转轴。

图7-40 旋转轴设置对话框

Contour parameters（轮廓加工参数）选择如图7-41所示。

单击“确定”按钮。选择Nc utils→Backplot选项，单击Display按钮，设置显示参数，可以拟。

显示刀具路径模

]

选取带旋转轴的后置处理器，即*.pst文件第6行“4-axis/Axis subs.”参数值为“YES”状态的后置处理器，如Mpfan.pst，生成的数控加工程序如下。

％ O760

（PROGRAM NAME-圆柱凸轮）

（DATE=DD-MM-YY-10-10-03 TIME=HH∶MM-11∶30） N100 G21

N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90

（UNDEFINED TOOL-1 DIA. OFF. -1 LEN. -1 DIA. -10.） N104 T1M6

N106 G0 G90 G54 X0. Y10. A-390.09 S600 M3 N108 G43 H1Z32.

N110 G1 Y10.05 A-388.299 F60. N112 Y10.161 A-385.26 N114 Y10.304 A-382.768 N116 Y10.33 A-382.416 N118 Y10.556 A-379.918 N120 Y10.88 A-377.198 ……

N192 Y10.333 A-157.806 N194 Y10.33 A-157.765 N196 Y10.207 A-155.855 N198 Y10.083 A-152.94

N200 Y10. A-150.09 N202 A-30.09 N204 M5

N206 G91 G0 G28 Z0. N208 G28 X0. Y0. A0. N210 M30 ％

其中A为旋转轴坐标，系统是根据等误差方式计算走刀路径的，若要求线性化精度更高，可以将图7-41轮廓加工参数选项卡中Linearization tolerance（线性化误差）值取得更小。

图7-42 2D轮廓精加工刀具参数选择对话框

（2）半精加工

半精加工采用与粗加工相同的数控程序和刀具，用靠铣的方法加工上下工作表面。在机床手动方式下，将原来对刀后的数据中的Y坐标加、减0.85mm，即偏移上、下轴线0.85mm加工工作表面，还留有0.15mm的精加工余量。切削参数通过机床操作面板上的倍率调整开关修调。

（3）精加工

如果精加工按粗加工相同的方式，则刀具在进／退刀位置会留下明显切痕，因此，将凸轮槽中心线的展开线平移一次，即将原来的展开线的起点平移至终点形成两条展开线。选择Toolpaths→Contour命令，串联凸轮槽中心线的两条展开线。

设置2D轮廓加工Tool parameters（刀具参数）如图7-41所示，Contour parameters（轮廓加工参数）选择如图7-42。

精加工实际上是沿凸轮槽中心线走了两刀，这样可减小φ12键槽铣刀进／退刀对加工表面的影响。

自学指导

加工中心主要用于加工形状复杂、工序多、精度要求高、需要多种类型机床经过多次装夹才能完成加工的零件。在进行加工中心零件加工编程时，首先要熟练掌握所用机床的的操作系统和机床的结构，认真分析所加工零件的加工工艺，合理选择刀具和夹具，采用正确的装夹、定位方式，选择合适的切削用量，然后针对不同的机床、系统、零件和加工工艺，编织出相适应的加工程序。

数控机床编程一般分为手工编程和自动编程两种。加工中心的编程也不例外，尤其是加工中心常常需要加工形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面组成的零件，用手工编程就有一定困难，出错的概率增大，有时甚至无法编出程序，所以自动编程的方法在这时就显得尤为重要。

加工中心常常利用数控分度头进行零件的分度定位，以实现多次回转加工，保证各面之间的垂直度和某些孔的同轴度要求。 数控加工中心将数控铣床、数控钻床和数控镗床的功能集于一身，并装有刀具库及自动换刀装置，所以加工中心程序的编制比功能单一的数控机床要复杂得多，加工中心是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计和制造业的水平，在国内外企业界都高度重视。