淺析普通銑床加工凸輪時的數(shù)控改造

（天津機電工藝學院，天津 300000）

[摘 要] 數(shù)控機床要求精密，因此在設計時必須要考慮它的剛度及抗振性，以及它能承受的各種外力。主要從床身的厚度、材料、機構等方面進行了設計，在控制系統(tǒng)設計時，選取存儲器及主控制器，通過對銑床加工中數(shù)控改造設計的原理和方法；通過凸輪在加工編制設計中，對數(shù)據(jù)參數(shù)的轉變；通過凸輪零件的數(shù)控加工，來探究如何提高普通銑床加工凸輪的數(shù)控改造技術。

[關 鍵 詞] 銑床改造；凸輪加工；數(shù)控改造

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）12-0166-02

數(shù)控凸輪軸銑床是加工凸輪廓形的專用機床，可以加工各種圓柱凸輪和平面。凸輪機構廣泛應用在各種儀器、自動化機械、操作控制裝置中。凸輪的結構緊湊、簡單，凸輪的加工方式對器械的精度也在不斷提高，本文注重探討研究普通銑床對加工凸輪的數(shù)控改造時的加工方法、加工過程和改進手段。

一、數(shù)控凸輪軸銑床

數(shù)控凸輪軸銑床設計新穎、構思巧妙、性能優(yōu)良、結構簡單。采用三數(shù)控系統(tǒng)多通用型，不需要靠模，可以適應各種不同種類的凸輪廓形、凸輪軸的半精加工，并能實現(xiàn)切削、裝夾全部自動化。數(shù)控凸輪軸銑床存在以下特點：（1）高速砂輪液體動靜壓主軸單元，采用立方碳化硼（CBN）砂輪實現(xiàn)80m/s～120m/s高速磨削。（2）采用靜壓絲杠部件和閉式安裝靜壓導軌的砂輪架部件，使動態(tài)剛性高，運動換向靈敏，其運動軌跡偏差可達到0.1μm，機床的壽命能大大延長。（3）采用自主研法高精度的軸床頭部件。（4）開發(fā)設計了快換定位卡箍和閉式輔助支撐中心架，方便、準確地進行凸輪軸定位和裝卸。（5）擁有自主知識產(chǎn)權的控制軟件及凸輪磨削編程，加工使用可靠、方便。

二、平面凸輪零件的數(shù)控銑削工藝

平面凸輪零件屬于平面輪廓的零件加工中的重要零件，平面凸輪零件的輪廓主要包括圓弧和直線。

（一）零件圖樣工藝性分析

該零件的結構比較簡單，外部的輪廓也可以由普通的銑床來加工，孔可以由鉆床來加工，槽需要采用數(shù)控的銑床來進行加工。但是除了底面外，其輪廓也可以在一次性的夾中銑出，所以除了底面外，其余的外部輪廓都采用了數(shù)控銑床的加工原理。

凸輪槽形的內(nèi)外輪廓都是由直線和圓弧共同組成的，幾何元素之間的關系描述得非常完整和清楚，槽側凸輪面與Φ20、兩個表面粗糙度的內(nèi)孔要求比較高，Ra為1.6。凸輪槽底面與Φ20孔有垂直度，HT200為零件材料，加工切削性能比較好。根據(jù)以上分析，凸輪槽的Φ20及內(nèi)外輪廓Φ12兩個孔，這兩個孔的加工可以分為精加工和粗加工兩個階段，這樣可以達到表面粗糙度的要求。而且以底面來定位，可以提高裝夾的剛度，達到垂直度的要求。

平面凸輪零件作為數(shù)控銑削加工的重要零件，平面凸輪零件的輪廓構成主要有：圓弧和圓弧、直線和曲線、非圓曲線、圓弧和非圓曲線等。

（二）零件圖樣制定工藝過程

零件圖樣制定工藝的過程選用的是平面槽行凸輪，零件的輪廓由圓弧和直線、過渡圓弧所組成的兩軸聯(lián)動的數(shù)控機床。材料選的是切削加工效果比較好的鑄鐵，零件圖樣在數(shù)控銑削加工前，工件已經(jīng)經(jīng)過了加工，并且還含有兩個直徑為φ280mm的基準孔、厚度為18mm的一個圓盤。定位基準可以選用圓盤的底面A和φ35G7孔和φ12H7孔，這樣就不用再作其他工藝孔的定位。如果要在編輯時很容易就求得坐標基點，就必須搞清楚凸輪槽組成的幾何元素的關系，而且條件必須充分。零件圖樣制作工藝過程包括：（1）普通銑床：銑底平面。（2）立式鉆床：鉆中心孔，鉆、鏜Φ20、Φ12兩個孔。（3）數(shù)控銑床：粗銑凸輪槽內(nèi)外輪廓。（4）數(shù)控銑床：精銑凸輪槽內(nèi)外輪廓。（5）鉗工：矯平底面、表面光整、尖邊倒角。（6）表面處理。

（三）確定裝夾方案

通常操作中所需要的大型凸輪都在工作臺上墊上高墊塊，然后用壓板螺栓在凸輪的孔上壓緊。凸輪的輪廓尺寸要比外輪廓的平面盤形凸輪的墊板大，不與銑刀發(fā)生干涉。小型凸輪可以用心軸定位，用壓板螺栓壓緊。根據(jù)下圖所示凸輪：裝夾方案就是采用“一面兩孔”的方式來定位的，設計“一面兩銷”的專用夾具。用一塊墊塊，尺寸標準為：320mm×320mm×40mm，在墊塊上可以用兩個孔來定位，定位孔的中心連接線要和機床的x軸相平行，墊塊的平面必須要保證和工作臺面相平行，是否平行需要用百分表進行檢查。圖為凸輪零件確定裝夾方案的示意圖。

（四）確定進給路線

凸輪確定進給路線主要包括的是凸輪深度進給和平面內(nèi)進給兩部分路線。對平面內(nèi)進給線路，是指對內(nèi)凹是輪廓要從過渡圓弧處切入，但是外凸輪廓要從切線方向處切入。對于兩軸聯(lián)動的數(shù)控銑床，深度進給的方法有兩種：一種方法是xz（或yz）平面通過銑削逐漸進刀使深度達到既定標準；第二種方法是通過先打的一個工藝孔，從工藝孔進刀銑削達到規(guī)定的深度。圖為平面槽形凸輪的確定進給路線示意圖。

（五）選擇刀具及切削用量

幾何參數(shù)和銑刀材料主要是根據(jù)切削零件材料的加工性、零件材料的表面的幾何形狀、零件材料的尺寸大小等方面的因素；切削用量主要是根據(jù)零件材料特點、零件材料的刀具性能、零件材料的加工精度。一般情況下要提高切割的效率必須要選擇大直徑的銑刀；側刀選擇的直徑一般為二分之一到三分之二；進給速度和切削速度都必須通過實驗的方法來選擇，而且刀具壽命和效率的相互搭配才是綜合的最佳值。本例選用的零件材料是鑄鐵，鑄鐵屬于一般的零件材料，合金立銑刀選用φ18mm硬質(zhì)，速取150r/min～235r/min的主軸轉，選取30mm/min～60mm/min的進給速度。槽深達到14mm，分三次完成銑削余量，第一次選擇8mm的背吃刀量，第二次選擇5mm的背吃刀量，第三次選擇剩下的1mm為背吃刀量。各留0.5mm～0.7mm精銑余量在凸輪槽兩側面。

1.平面進給

內(nèi)凹輪廓是通過過渡圓弧切入的，外凸輪廓是通過切線方向切入的，采用順銑方式進行銑削，可以使凸輪槽的表面質(zhì)量更加好看。

2.深度進給

深度進給有兩種方法：第一種方法是在YZ平面（或XZ平面）進行來回的銑削，并且逐漸銑削進刀到規(guī)定的深度；第二種方法是先打一個工藝孔，然后從工藝孔逐漸銑削進刀到規(guī)定的深度。

（六）確定切削用量

凸輪槽內(nèi)外輪廓確定切削用量，必須先留銑削量為0.1mm；選擇進給速度和主軸轉速，再根據(jù)切削用量的標準手冊，來確定切削的速度和每次切削的進給量，最后計算出進給速度和主軸轉速。

三、結論

本文主要是介紹普通銑床加工凸輪，在取消長度刀具補償和半徑刀具補償時，主軸抬刀、關冷卻液、停止。主要內(nèi)容為：要取消補償徑向刀具，必須在加工完畢后，把徑向刀具設置的補償取消。要取消補償長度刀具，必須要取消G49指令的程序段。刀具在結束部分時的運動路線主要是退刀。一般先切出、移出工件（倒數(shù)第三、四條程序段），抬刀至安全位置（倒數(shù)第二、三條程序段），平移到工件裝卸位置（倒數(shù)第一、二條程序段）。主軸停止、冷卻液關閉，用M05停止主軸，M09關冷卻液（倒數(shù)第三、四條程序段）。程序結束，用M30在倒數(shù)第一條程序段結束程序。另外，鉆鏜孔程序還要取消固定循環(huán)的動作。

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