毕业设计（论文）平面凸轮线路的拟定及编制

XX学院毕业设计题目平面凸轮线路的拟定及编制所属系部机械工程系所属专业数控技术所属班级学号学生姓名指导教师起讫日期2011年X月2011年X月XX学院毕业设计开题报告姓名学号指导教师专业教学系机械工程系毕业设计题目平面凸轮加工工艺路线拟定及编程开题报告（阐述课题的目的、意义、国内外现状、研究内容、研究方案、预期结果等）课题目的、意义本课题为平面凸轮加工工艺路线拟定及编程。通过对零件的结构分析、加工工艺分析、加工路线拟定、相关参数设定、到最后由软件生成加工程序，将使我们对整个数控加工过程有了比较明确的思路。同时整个过程将运用到我在大学三年所学到的各门学科的知识。通过完成这次毕业设计，培养了自己综合运用专业知识分析和解决平面凸轮的工艺分析和程序的编制，进一步将自己学到的理论知识运用到实际问题当中去，使所学的理论知识得到巩固、扩大、加深和系统化。学会利用软件绘图、建模，然后生成加工程序，从而使数控加工变得简单化。学会和同学们一起互相合作，互相探讨，培养团队合作精神。对我个人而言，也希望通过这次毕业设计，巩固、加深和拓宽所学的知识，培养自我分析和解决问题的能力，使自我获得一次全面的综合性训练，为今后从事技术和科研工作打下基础。国内外现状随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。自2005年时国外机械设备的数控化率已达到85以上，而我国的机械设备的数控化率还在1520之间，随着我国机制行业新技术的应用，我国世界制造业加工中心地位形成，数控机床的使用、维修、维护人员在全国各工业城市都非常紧缺，再加上数控加工人员从业面非常广，可在现代制造业的模具、钟表业、五金行业、中小制造业、从事相应公司企业的电脑绘图、数控编程设计、加工中心操作、模具设计与制造、电火花及线切割工作，所以目前现有的数控技术人才无法满足制造业的需求，而且人才市场上的这类人才储备并不大，企业要在人才市场上寻觅合适的人才显得比较困难，以至于导致模具设计、CAD/CAM工程师、数控编程、数控加工等已成为我国各人才市场招聘频率最高的职位之一。在2005年的中国国情研究所的数据也显示，全国数控工人技师缺口60万人；高级程序编写员缺口42万人；高级模具工缺口40万人。上海市工业发展咨询公司最近的调查更是佐证了这一数据，调查称长三角16个城市120多万家制造企业，高级技工、高级技师缺口竟高达68。来自国际劳工组织的统计资料，也反映出我国的技工结构令人担忧。世界发达国家技术工人中，高级技工占40，中级技术工人占15，初级技工占10，而我国的技术工人中，高级技师和技师仅占15，高级技工占35，中级技工占35，初级技工占60。这表也明，我国的高级技师和技工在未来510年内仍会有大量的人才缺口。随着产业布局、产品结构的调整，就业结构也将发生变化。企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加。而借助国外的发展经验来看，当进入产业布局、产品结构调整时期，与产业结构高度化匹配、培养相当数量的具有高等文化水平的职业人才，成为迫切要求。而对于数控加工专业，不仅要求从业人员有过硬的实践能力，更要掌握系统而扎实的机加理论知识。因此，既有学历又有很强操作能力的数控加工人才更是成为社会较紧缺、企业最急需的人才。研究内容分析平面凸轮零件的数控铣削加工工艺；合理选择数控机床；确定各工序的加工路线与定位方式；选择相应的工装及刀具；利用CAD/CAM技术画图并根据图样自动生成加工程序，然后传送到数控铣床。研究方案首先查阅相关资料，了解并掌握各种凸轮机构的结构、工作原理等基本知识。再参考相关凸轮机构的数控加工方案。通过实验的方法的方法，利用MASTERCAM仿真加工，分析结果。最终确定出平面凸轮的数控加工路线。计划进度、预期进展和预期成果序号内容时间分配（周）1设计准备工作12查阅相关资料13零件图的分析24零件图绘制15工艺路线的安排与制定26程序的编制27编写设计说明书28答辩准备19合计12学生签名年月日指导教师意见指导教师签名年月日专业答辩委员会意见专业答辩委员主任签字年月日专业所在系的意见系主任签名年月日目录1绪论12平面凸轮加工工艺分析221零件简图222零件图的工艺分析223毛坯的选择及热处理224各表面加工方法的选择625拟订并确定加工工艺方案73数控加工工序设计1131进给路线的确定1132夹具的选择1333刀具的选择1434机床的选择1535切削用量的选择1736量具、及冷却液的选用254数控仿真加工2741刀具路径生成与数控仿真加工2742平面凸轮的数控加工工艺过程285数控仿真程序的效验4151平面凸轮精加工上表面的程序效验4152平面凸轮钻孔24H8至22MM仿真加工的程序效验4253平面凸轮精铣凸轮外轮廓仿真加工的程序效验43结束语45参考文献461绪论凸轮机构由于其本身传递力的特殊性，因此广泛应用于各种机械设备,特别是自动机械和自动控制装置之中,以使实现各种运动规律。凸轮机构的制造包含众多内容,其中以凸轮轮廓加工最为重要。由于凸轮轮廓常含有非圆的平面曲线,以前受到设计和加工条件的限制，往往采用作图法设计凸轮轮廓和划线加工凸轮，包括采用划线铣削、靠模铣削含磨削等常规的方法,都难以保证加工质量和生产率。随着机械不断朝着高速精密、自动化方向发展，对凸轮机构的转速和精度也提出了更高的要求，因此利用计算机辅助设计和数控机床加工是很有必要的。同过去的传统加工相比，数控不仅加工自动化程度高，在数控机床加工零件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都是由机床自动完成。而且，数控加工精度高，加工质量稳定。数控加工尺寸精度通常在000501MM之间。数控加工对象比较广泛，生产的效率也比较高一方面自动化程度高，在一次装夹中能完成较多表面，省去了划线，多次装夹，检测等工序；例如平面凸轮零件在加工过程中，先把刀对好，再利用数控编程技术使加工深度逐渐的加深，这样既能不损坏刀具，又能达到加工要求，这样就提高了效率。2平面凸轮加工工艺分析21零件简图图2122零件图的工艺分析主要从凸轮轮廓形状、尺寸和技术要求、定位基准及毛坯等方面对零件图进行分析。该凸轮工作轮廓是由圆弧、直线、及过渡圆弧所组成，可用两轴联动的数控铣床加工。平面凸轮轮廓表面与内孔表面248H粗糙度要求较高为，凸轮左右表面粗糙度为，因而RA16MRA3M需要通过粗精加工来完成。凸轮轮廓表面与孔对左端面有垂直度要求，需要提高装夹精度，使左端面与铣刀轴线垂直，即可保证。整体零件精度要求一般，零件材料为45钢，切削加工性能良好。凸轮工作表面为其表面，要求具有较好的硬度和耐磨性，应对其进行良好的热处理。凸轮表面需进行高频感应加热淬火。23毛坯的选择及热处理231确定毛坯的制造形式数控铣床加工时，由于是自动化加工，除要求毛坯的余量要充分、均匀，毛坯装夹要方便、可靠外，还应注意到数控铣床中最难保证的是加工面与非加工面之间的尺寸。该零件为平面凸轮，其形状较简单，但要表面求具有高硬度、高强度、高耐磨性、适当的韧性、热处理不变形或少变形及淬火时不易开裂等性能。铸造适用于形状较复杂的零件，而锻造适用于强度较高、形状较简单的零件，最终根据该零件结构各特点的考虑，确定毛坯的制造形式为锻造。根据机械加工工艺手册表26可查得优质碳素结构钢，牌号为45。综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用正火处理。主要用于制造强度高的运动件，如涡轮机叶轮、压缩机活塞、轴、齿轮、齿条、蜗杆等。高频加热表面淬火后用于制造高硬度、耐磨的零件。根据金属机械加工工艺人员手册表310查得优质碳素结构钢45，推荐热处理正火850淬火840回火600。抗拉强度为600MPA。232毛坯形状和尺寸的选择选择毛坯形状和尺寸的总的要求是减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。因此，毛坯形状要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量。本零件毛坯为45钢锻件。由数控加工工艺书P101页查得，自由锻件单边余量2517MM。根据本零件结构特点，取单边余量3MM并将24H8内孔锻出。233毛坯的热处理一般说来，45钢锻造空冷后需要重新加热正火（850），以便细化晶粒、消除应力、均匀组织和改善切削加工性能。因该零件表面有很高的耐磨性要求，所以机械加工后应进行表面硬化热处理。234凸轮表面硬化热处理平面凸轮是在自动和半自动机械装置中传递复杂运动的机构，由于凸轮表面反复受到大的表面压力，因此必须对表面进行硬化处理。有两种处理方法，一是提高表面硬度，二是提高润滑性或在表面上形成一层阻止薄膜。表面硬化法主要是增加硬度和提高耐磨性。在表面上附着硫化层可提高耐磨性，氮化层既能增加硬度，又能提高耐磨性。一般情况下，凸轮破坏的主要原因多是发生在表面上的疲劳，因此，硬化表面，提高表面特性是重要的，见表21。表22所示为物理表面硬化法，化学表面硬化法和表面覆盖法三种表面硬化方法。这些表面硬化方法各有所长，应根据物品的实际需要选择适合的表面硬化方法。对于凸轮而言，常用物理表面硬化方法和化学表面硬化法，最常用的是高频感应加热淬火、渗碳淬火和氮化处理。根据平面凸轮的材料为45钢和其使用条件，我选择表面高频感应加热淬火。表21热处理特征适用钢种高频感应加热淬火这是高频加热的表面硬化方法，适用于许多钢种中碳钢以上软氮化气体氮化，通过短时间处理，能提高耐磨性、耐烧伤性（盐浴软氮化）38CRMOALML42CRMO离子氮化调整氮化能力，通过盐38CRMOALML42CRMO浴软氮化处理，增加氮化层深度渗碳淬火表面渗碳淬火，从而得到外硬内软的钢组织20表22大分类大分类内容小分类物理表面硬化法不改变表面化学组织的硬化方法1表面淬火，高频感应加热淬火，激光淬火2表面加工硬化，喷丸硬化化学表面硬化法通过许多元素扩散改变表面化学组织的扩散硬化法1处理温度在钢的相变温度以上渗碳，渗碳氮化，渗硼，金属渗透法。2处理温度在相变温度之下，氮化，软氮化表面覆盖法用与母材化学组织无关的其他材料覆盖硬化法物理蒸镀（PUD），化学蒸镀（CUD）电镀，喷镀，补贴235热处理缺陷及其对策为了最大限度地凸轮的性能，正确的选择凸轮材料和热处理方法是极为重要的。下面将有针对性的介绍凸轮热处理缺陷及其应对措施。高频感应加热淬火产生的缺陷、原因和对策1）硬度不足和硬度不均。这主要是因为材料选择不合适、冷却不当或者高频感应加热淬火的高频发生器功率不足等原因造成的。钢材料的含碳量（质量分数）必须在03以上，否则硬度500HV是不可能的。如果冷却不当，应考虑喷水孔是否堵塞，喷水口大小、数量、水压和冷却液等问题。2）淬裂。淬裂原因有材料不合适、淬火温度过高、冷却方法不正确等。当材料的含量（质量分数）超过04时容易脆裂。如果含碳量较高，在淬火之前应进行碳化物球化处理；如果是合金钢，则不用水冷，采用油冷或合成树脂水溶液冷却。为了不使淬火温度超高，应该进行预热处理，并断续通电慢慢加热到正常淬火温度时进行淬火。关于冷却方法，应考虑到喷水量、水压、水温、喷水时间、喷嘴数量、喷嘴位置调整，并使物品旋转等问题。3）磨削裂纹。为了不产生磨削裂纹，应在120180温度条件下回火后进行磨削，或者在300时回火后磨削。4）剥离。解决不产生剥离的方法是，预热增加硬化深度。但是，硬化深度增加，最容易产生淬裂。因此，要求适当增加硬化深度即可。5）淬火变形。解决淬火变形方法是在淬火之前首先使用物品向着变形相反方向变形，并夹紧固定后进行淬火。24各表面加工方法的选择241平面的加工方案凸轮上下（左右）表面精度要求不高，表面粗糙度为，RA32M查机械加工技师综合手册表53可以确定。加工方案粗车半精车，或粗铣半精铣。242平面凸轮凸台加工方案凸台公差等级为IT12，表面粗糙度为，查机械加工技6RA32M师综合手册表53可以确定。加工方案粗车半精车，或粗铣精铣。243平面凸轮轮廓表面加工方案平面凸轮轮廓表面公差等级为IT12，表面粗糙度为，RA16M查机械加工技师综合手册表53可以确定。加工方案粗铣精铣。244孔的加工方案内孔公差等级为IT8，表面粗糙度为，毛坯孔已H8A16锻出，孔为工艺孔，根据图纸要求未注公差等级按IT12加工，10其内孔表面粗糙度为，钻孔前应先打中心孔。查机械加工技师RA32M综合手册表52可以确定。孔加工方案钻扩铰，或粗4H镗半精镗；孔加工方案钻中心孔钻铰。245孔内键槽加工方案孔内键槽公差等级为IT9，表面粗糙度为，孔内键槽的H8RA32M加工方法有插削法、刨削法、拉削法等。但刨削法效率低，拉削法拉刀制造成本高，由于本零件内孔键槽精度要求不高，故选用插削法。25拟订并确定加工工艺方案251拟订加工方案根据零件图及相关技术要求和工艺、工步划分的原则来确定二个加工工艺方案并选其较合理的一个作为最终加工方案。两个加工方案的加工工艺如下方案一序号工序名称工序内容设备及工装1锻锻造毛坯，除凸轮外表面，各部留单边余量35MM2热处理正火3车夹右端面，粗车左端面，留余量05MM普通车床C61324钳划凸台加工线465车（1）上三爪卡盘夹左端，按线找正，粗车台阶，留余量05MM5（2）粗镗孔至H823M（3）精车台阶，倒R2圆角，461确保RA（4）夹右端，精车左端面，确保2M（5）精镗孔及倒角C1至尺8寸要求（5）调头装夹，精车右端面及倒孔另一侧倒角4H普通车床C61326钳划孔加工线107钻（1）钻中心孔2M（2）将孔钻成孔98（3）铰孔至尺寸钻床Z358铣（1）粗铣凸轮外轮廓径向余量留05（2）精铣凸轮外轮廓至尺寸数控铣床502XKA9钳划孔的键槽加工线4H810插按工件端面的划线找正对刀后，插削键槽普通插床502B11钳去毛刺12热处理表面高频感应加热淬火13检验按图检查。并做记录方案一中的主要工序都是在普通车床上加工完成。因凸轮表面比较特殊可将毛坯锻造成阶梯轴样式，采用三爪卡盘，以外圆表面定位，10定位基准为孔的轴心线，以先粗后精、先面后孔的原则加工平面凸轮248H的左右端面、凸轮凸台、及孔。在通过钻床上加工出两个工艺孔248H，最后采用“一面两孔”方式定位，即以加工好的左端面和10、两孔为定位基准，在铣床上粗、精铣凸轮外轮廓，符合基准重合原则。但由于工序分散，设备及操作人多，占地面积大，加工效率低。方案二序号工序名称工序内容设备及工装1锻锻造毛坯，各部留单边余量35MM2热处理正火3铣粗、精铣凸轮左（下）表面，粗铣上表面留05MM余量普通铣床6120XB4钳划全线，检查5铣（1）精铣轮右（上）端面，确保32RA（2）钻中心孔10M（3）钻孔至4H82（4）钻孔至9（5）扩孔至3（6）铰孔至尺寸（7）铰至尺寸10（8）孔倒角24（9）一面两孔定位，粗铣凸轮凸台浅平面（10）粗铣凸轮凸台径向余量留05MM，轴向余量留03MM（11）粗铣凸轮外轮廓径向余量留05MM（12）精铣凸轮凸台至尺寸（13）精铣凸轮外轮廓至尺寸（14）翻面装夹铣孔另一侧24H8倒角数控铣床502XKA6钳划孔的键槽加工线2487插按工件端面的划线找正对刀后，插削键槽普通插床502B8钳工去毛刺9热处理表面高频感应加热淬火10检验按图检查。并做记录方案二中，工序3在普通铣床上粗、精铣凸轮下表面，粗铣上表面，符合互为基准原则。工序5在数控铣床上，以下表面定位采用螺旋压板机构夹紧，加工凸轮上表面、孔、孔及倒角，符合先248H10248H面后孔原则。随后采用“一面两孔”方式定位，即以加工好的下表面和、两孔为定位基准，在铣床上粗、精铣凸轮凸台和凸轮外轮248H10廓，符合先粗后精、基准重合原则。再翻面装夹，加工孔另一侧倒角。其余辅助、热处理工序基本与方案一一致。方案二加工工序相对集中，加工效率较高。252比较并确定最终加工工艺方案通过上述分析，方案一中加工工序分散。主要采用普通机床加工，使用的设备及工艺装备比较简单，调整和维修方便；但效率较低，适合于单件小批量生产。因在车床上加工，锻造毛坯所留余量不均匀，加工精度底。方案二中加工工序相对集中。主要在数控铣床上完成加工，虽三次装夹，但装夹方便、简单。一次装加工多个表面，易于保证各表面间的相互位置精度，并且在数控铣床中可以使用MASTERCAMX编程，实现快速自动，便于达到精度要求。综上所述，方案二较方案一更为合理，所以我选择方案二为最终的加工工艺方案。3数控加工工序设计31进给路线的确定确定进给路线时，要在保证加工零件获得良好的加工精度和表面质量的前提下，力求计算容易，走到路线短，空刀时间少。进给路线的确定与工件的表面状况、要求的零件表面质量、机床进给机构的间隙、刀具耐用度以及零件轮廓形状有关。311确定走刀路线走刀路线包括平面进给和深度进给两部分。平面进给时，铣削凸轮凸台时，刀具应避免沿零件外轮廓的法向切入应安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕，也应避免在工件的外轮廓处直接退刀，而应让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向退出，以避免在取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞造成工件报废，如图31。图31铣削凸轮轮廓表面时，可以从过渡圆弧切入，如图32。深度进给有两种方法一种是在XZ平面（或者YZ平面）来回铣削，逐渐进给到给定深度，另一种方法是先打一个工艺孔，然后从工艺孔进刀到给定深度。图3232夹具的选择321数控加工对夹具的要求数控加工对夹具的总的要求是要充分发挥数控机床的高速度、高精度和自动化的效能，还应该有相应的夹具进行配合。鉴于数控加工的特点，对其使用的夹具提出了两个基本要求一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，还应重点考虑以下几点（1）夹具应具有较高的定位精度，尽可能做到定位基准与设计基准重合，以减小定位误差；各夹具元件应具有较好的精度保持性，以利于长期可靠地使用。（2）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。（3）夹具上的各零部件不应妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走到（如产生碰撞等）（4）排屑要方便顺畅，以免切屑聚集破坏工件的定位和切屑带来的大量热量引起热变形，影响加工质量。（5）为发挥数控加工的效率，批量较大的零件加工尽可能采用多工位、气动或液压夹具。322装夹方案的确定根据零件的结构特点，宜采用组合夹具。加工凸轮上下表面、孔、孔及倒角时，以下表面定位，采用螺旋压板机构248H10M248H夹紧。加工凸轮外轮廓时，采用“一面两孔”方式定位，即以底面和、248H两孔为定位基准，并用螺母夹紧，提高装夹刚性，防止铣削时振动。凸10轮外轮廓加工的装夹示意图如图33所示。加工凸轮孔另一侧倒角时，248以上表面定位，采用螺旋压板机构夹紧。33刀具的选择331刀具材料选择。图33平面凸轮装夹示意图1开头垫圈2压紧螺母3带螺纹圆柱销4削边销5工件6垫块刀具的材料的选择很重要，刀具的切削性能的优劣，直接影响着生产效率、加工质量和生产成本。而刀具的切削性能，首先取决于切削部分的材料；其次是几何形状及刀具结构的选择和设计是否合理。在切削过程中，刀具的切削部分不仅要承受很大的切削力，而且要承受切削变形和摩擦产生的高温。要保持刀具的切削能力，刀具应具备如下的切削性能高硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、良好的导热性和耐热性、良好的工艺性。此外，刀具材料还应具有较好的经济性，一般于推广使用。同时，还应该注意多采用国内生产的材料。国内长见的几种刀具材料高速钢、硬质合金、非金属材料刀具；我选择高速钢和硬质合金材料作为刀具材料。332铣刀的选择数控铣床可以进行铣、镗、钻、扩、铰等多工序加工，所涉及到的刀具种类较多，常用的铣刀的有以下几类面铣刀、成型铣刀和球头铣刀等。综上所述和该零件的结构特点及零件的材料为45刚锻件，切削加工性能较好。铣平面时，在粗铣过程中为降低切削力，铣刀直径应小些，但又不能太小，以免影响加工的效率；在精铣中为减少接刀痕迹，铣刀直径应大些。由于该凸轮零件的上下平面不同。上表面为R46的圆面，下表面为几段圆弧与直选组成的平面。加工上表面时选择粗铣、精铣的铣刀直径大于平面的一半即可，直接取硬质合金面铣刀；加工下表面时用硬质合金面铣刀；加工凸24M34M轮凸台及凸轮外轮廓时，粗加工选用加工选用粗齿四刃立铣刀（高速钢）10，精加工选用细齿四刃立铣刀（硬质合金），当加工凸轮凸台浅平面时，10应有R2的圆弧倒角，选用圆鼻铣刀。加工孔用中心钻、10M直柄麻花钻、直柄麻花钻、直柄麻花钻、铰刀、29823824H8铰刀、倒角铣刀（硬质合金）。所选刀具及其加工表面见附录B表2110平面凸轮数控加工刀具卡。34机床的选择选择机床要考虑以下因素1、机床规格应与工件的外形尺寸相适应；2、机床加工精度应与工件加工精度要求相适应；3、机床的生产效率应与工件的生产类型相适应；4、与现有条件相适应；5、机床的加工范围。341普通机床的选择在保证产品质量的前提下尽量提高生产率和降低成本的原则，不一定全部都是由数控机床加工，简单的表面应该由普通机床来完成。根据零件的特点选择普通铣床加工平面凸轮上下表面；普通插床加工孔内键槽。普通铣床的类型很多，主要有卧式铣床、立式铣床、龙门铣床、工具铣床等，在机械加工外表面常用卧式铣床和立式铣床，根据凸轮的外形特征宜采用型立式铣床。该机床的相关技术参数如下6120XB（1）工作台最大纵向行程500MM；（2）工作台工作面积，宽长200MM900MM；（3）表面粗糙度；平面度002MM；25M（4）主电动机功率3KW；342普通插床的选择插床是一种利用插刀的竖直往复运动插削键槽和型孔的直线运动机床。其机床类型主要有普通插床、键槽插床、龙门插床和移动式插床等几种。根据凸轮内孔键槽特征选择普通插床。该机床的相关技术参数如下502B（1）工件最大尺寸，长高485MM200MM；（2）直线度0015MM；垂直度002MM；工件表面粗糙度32M（3）最大插削长度200MM；（4）主电动机功率3KW；（3）最大插削长度200MM；343数控铣床的选择根据工件的尺寸、精度要求、工件的加工类型等所选的数控铣床的型号为的数控立式升降台铣床。该机床的技术参数、规XK502A格见下表单位M技术参数规格矩形工作台面积（宽长）2501主轴端面至工作台面距离40390主轴锥孔BT4纵向50横向26工作台行程垂向1/37级数8主轴转速范围/（）RMIN2003000定位精度02/3机床精度重复定位15主电动机功率/KW4电动机电动机总功率/6毛重180重量/KG净重5外形尺寸长宽高47生产厂黄山皖南机床有限公司35切削用量的选择切削用量包括主轴转速、背吃刀量、切削宽度及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量。切削用量的选择原则是粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，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。351铣削加工凸轮的切削用量选择1粗铣凸轮上下表面的切削用量选择（1）选择背吃刀量由于该凸轮上下表面精度要求不高，糙度要求为RA32M，铣削可分粗铣、精铣二个阶段进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量取2MM。（2）选择进给速度在加工的时候，快进的进给速速一般为机床允许的最大进给速度。工进的进给速度ZNF注铣刀每齿进给量，单位MM/齿，可以参考附录A表11选择ZFZ铣刀齿数N铣刀转速（3）选择切削速度由于该凸轮的材料为45钢锻件，硬度3034HRC，在选择铣刀为硬质合金钢铣削的切削速度参考附录A表12和13可以选择为100M/MIN。（4）选择主轴转速主轴转速可以通过一下公式求的可以得出转速CV10DNC其中D为刀具最大直径。综上，粗铣凸轮上表面时选择刀具为24MM硬质合金面铣刀，齿数可以选择为4齿。主轴转速NDVC1010241330R/MIN由此可以知道铣刀的转速为1330R/MIN。故工进的进给速度01541330798MM/MINZNFF1当粗铣凸轮下表面时选择刀具为34MM硬质合金面铣刀，齿数可以选择为4齿；参考附录A表12和13取切削速度为110M/MIN。主轴转速NDVC010341030R/MIN由此可以知道铣刀的转速为1030R/MIN。故工进的进给速度01041030412MM/MINZNFF1综上所述粗加工凸轮上表面时背吃刀量为2MM，切削速度为100M/MIN，主轴转速为1330R/MIN，进给速度为798MM/MIN；粗加工凸轮下表面时背吃刀量为2MM，切削速度为110M/MIN，主轴转速为1030R/MIN，进给速度为412MM/MIN。2精铣凸轮上下表面的切削用量选择1选择背吃刀量由于该凸轮零件的上下表面粗糙度要求为RA32M,铣削时可分粗铣、精铣二个阶段进行。精铣时，余量为05MM直接取背吃刀量05MM。2选择切削速度80MM/MINCV10DN3选择主轴转速1060R/MINNDVC1080244选择进给速度00641060254MM/MINVZNF综上所述精加工凸轮上表面背吃刀量为05MM，进给速度为254MM/MIN，切削速度为80M/MIN，主轴转速为1060R/MIN；同理可知精加工凸轮下表面背吃刀量为05MM，进给速度为374MM/MIN，切削速度为100M/MIN，主轴转速为936R/MIN。3粗铣凸轮凸台浅平面的切削用量1选择背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）由于凸轮凸台表面粗糙度为32M，铣削凸轮凸台表面需进行粗、精铣二个阶段。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量取15MM。2选择切削速度30MM/MINCV3选择主轴转速950R/MINNDVC10304选择进给速度0144950532MM/MINVZNF4粗铣凸轮凸台的切削用量选择1选择背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）由于凸轮凸台表面粗糙度为32M，铣削凸轮凸台表面需进行粗、精铣二个阶段。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量取2MM。2选择切削速度30MM/MINCV3选择主轴转速950R/MINNDVC10304选择进给速度0124700456MM/MINVZNF5精铣凸轮凸台的切削用量选择1选择背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）由于凸轮凸台表面粗糙度为32M，铣削凸轮凸台表面需进行粗、精铣二个阶段。凸轮凸台表面精铣时背吃刀量或侧吃刀量背吃刀量取05MM。2选择切削速度95MM/MINCV3选择主轴转速3000R/MINNDVC10954选择进给速度012430001440MM/MINVZNF6粗铣凸轮轮廓表面的切削用量1选择背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）由于凸轮轮廓表面粗糙度为16M，但精度要求不高，可分粗、精铣二个阶段。凸轮轮廓表面粗铣时背吃刀量或侧吃刀量背吃刀量取15MM。2选择切削速度30MM/MINCV3选择主轴转速950R/MINNDVC10304选择进给速度0154950570MM/MINVZNF7精铣凸轮轮廓表面的切削用量1选择背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）由于凸轮轮廓表面粗糙度为16M，但精度要求不高，可分粗、精铣二个阶段。凸轮轮廓表面精铣时背吃刀量或侧吃刀量背吃刀量取05MM。2选择切削速度80MM/MINCV3选择主轴转速2550R/MINNDVC10804选择进给速度012425501224MM/MINVZNF8钻24H8孔至22MM的切削用量选择1选择背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）由于24H8精度等级为IT8，需进行钻、扩、铰完成，钻孔时的背吃刀量取015MM。2选择切削速度20MM/MINCV3选择主轴转速290R/MINNDVC10204选择进给速度0292300168MM/MINVZNF9扩24H8孔至238MM的切削用量选择1选择背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）由于24H8精度等级为IT8，需进行钻、扩、铰完成，扩孔时的背吃刀量取035MM。2选择切削速度15MM/MINCV3选择主轴转速200R/MINNDVC10152384选择进给速度072200280MM/MINVZNF10铰24H8孔至尺寸的切削用量选择1选择背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）由于24H8精度等级为IT8，需进行钻、扩、铰完成，铰孔时的背吃刀量取006MM。2选择切削速度25MM/MINCV3选择主轴转速330R/MINNDVC102544选择进给速度042330264MM/MINVZNF11铣24H8孔倒角的切削用量选择1选择背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）由于24H8孔倒角精度要求不高，粗铣即可，粗铣时背吃刀量或侧吃刀量背吃刀量取05MM。2选择切削速度20MM/MINCV3选择主轴转速650R/MINNDVC10204选择进给速度0124650312MM/MINVZNF12钻210孔至98MM的切削用量选择1选择背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）由于210孔为工艺孔精度等级不高，表面粗糙度为16M，需进行钻、铰完成，钻孔时的背吃刀量取045MM。2选择切削速度15MM/MINCV3选择主轴转速490R/MINNDVC1015984选择进给速度0152490147MM/MINVZNF13铰210孔至尺寸的切削用量选择1选择背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）由于210孔为工艺孔精度等级不高，表面粗糙度为16M，需进行钻、铰完成，铰孔时的背吃刀量取005MM。2选择切削速度15MM/MINCV3选择主轴转速470R/MINN10CVD154选择进给速度022470188MM/MINVZNF36量具、及冷却液的选用361量具的选用量具是指来测量或检验零件尺寸形状的工具，结构比较简单。这种工具能直接指示出零件的长度与角度。例如量块、角尺、卡尺、千分尺、钢直尺和游标卡尺等。数控铣削加工零件的检测，一般常规尺寸仍可使用普通的量具进行测量，如游标卡尺、内径百分表、万能角度尺、高度游标卡尺等，曲线曲面可以采用样板或自制检具；而高度精度尺寸、空间位置尺寸、复杂轮廓和曲面的检验测只有采用三坐测量机才能完成。根据本零件的特点选择的量具有三种，见表31。表31序号量具种类量具规格/MM数量1游标卡尺015012深度千分尺010013内径百分尺501251362冷却液的选择由于在切削加工过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的热切削热。大量的切削热被工件吸收930、切屑吸收5080、刀具吸收410，其余由周围介质传出，而在钻削时切削热有52传入麻花钻。由于热胀冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量，工件和刀具产生变形最终影响加工精度。如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏造成“烧刀”的现象。为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。而且对不同的加工材料使用的冷却液不尽相同。通过查询资料知道常用的冷却液主要有三种，见表32。表32常用冷却液冷却液名称主要成份主要作用水溶液水、防锈添加剂冷却、清洗乳化液水、油、乳化剂冷却、润滑、清洗、防锈切削油矿物油、动植物油、及压添加剂或油性润滑、防锈从工件材料考虑，考虑到冷却液作用和价格，选择乳化液可以满足要求。从刀具材料考虑，硬质合金刀具一般采用乳化液作为冷却液，其冷却效果很好。综合以上的种种分析，采用乳化液作为冷却液效果很好。它的主要作用冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。4数控仿真加工MASTERCAM软件是美国CNCSOFTWARE公司开发的PC平台CAD/CAM软件。它集二维绘图、三维建模、曲面设计、体素拼合、刀具路径模拟、数控仿真等功能于一体，对系统运行环境要求低。在此先利用MASTERCAM软件中绘图功能绘制三维线架图，根据零件特点，拟定数控加工工艺，输入加工参数，利用MASTERCAM软件中的CAM模块自动生成数控加工程序，同时进行数控仿真加工。41刀具路径生成与数控仿真加工在现代化工件加工中，工件的内部结构也变得越来越复杂。本文阐述新的设计制造工艺方法利用MASTERCAM等先进的CAD/CAM软件进行产品的2D图形设计；然后根据产品的特点设计模具结构，对实体进行加工确定方案；再在MASTERCAM中根据模具型腔的特点绘制CNC数控加工工艺图，拟定数控加工工艺路线，输入加工参数，生成刀具路径；最后进行三维加工动态仿真，生成NC程序代码，并输送到数控铣床进行自动加工。以下就以一个平面类零件的加工，重点体说明这一加工流程。42平面凸轮的数控加工工艺过程根据平面凸轮的图形在MASTERCAM中绘制三维线架图，如下图41所示。图41421对平面凸轮加工步骤如下所示（1）精铣凸轮上表面至尺寸，采用24的平底铣刀（2）钻210MM中心孔，采用3中心钻（3）钻24H8孔至22MM，采用22的直柄麻花钻（4）钻10MM孔至98MM，采用98的直柄麻花钻（5）扩24H8孔至238MM，采用238的直柄麻花钻（6）铰10MM孔至尺寸，采用10的铰刀（7）铰24H8孔至尺寸，采用24H8的铰刀（8）铣24H8孔倒角，采用倒角铣刀（9）粗铣凸轮凸台浅平面，采用10高速钢立铣刀（10）粗铣凸轮凸台，10圆鼻铣刀（11）粗铣凸轮外轮廓，10高速钢立铣刀（12）精铣凸轮凸台至尺寸，10圆鼻铣刀（13）精铣凸轮外轮廓至尺寸，10硬质合金立铣刀（14）铣24H8孔另一侧倒角，采用倒角铣刀145M下面分别予以介绍1工步一（1）材料参数设定由于工件毛坯已锻造成类似零件，所以直接画出毛坯图将其设为材料。如图42所示。图42（2）刀具参数采用24的平底铣刀；进给量为254MM/MIN；提刀速率为3000MM/MIN；主轴转速1060R/MIN。刀刃数4。（3）精铣平面凸轮上表面加工参数安全高度绝对坐标45，参考高度绝对坐标31；进给下刀位置增量坐标20；工件表面高度绝对坐标255，深度05，不分层铣削。切削方式为双向，两切削间的位移方式为高速回圈。（4）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图43所示。图43图44（5）加工效果如图44。2工步二（1）刀具参数采用3中心钻；刀尖角度118；刀肩角度90；进给量48MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速400R/MIN；刀刃数2。（2）钻中心孔加工参数参考高度绝对坐标31；工件表面绝对坐标105；深度绝对坐标9598709；暂留时间2S。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图45所示。图45图46（4）加工效果如下图46。3工步三（1）刀具参数采用22的直柄麻花钻；刀尖角度1180；进给量168MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速290R/MIN；刀刃数2。（2）钻孔加工参数参考高度绝对坐标31；工件表面绝对坐标255；深度绝对坐标6609467；暂留时间2S。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图47所示。图47图48（4）加工效果如图48所示。4工步四（1）刀具参数采用98的直柄麻花钻，进给量147MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速490R/MIN；刀刃数2。（2）钻孔加工参数参考高度绝对坐标31；工件表面绝对坐标105；深度绝对坐标2944217；暂留时间2S。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图49所示。图49图410（4）加工效果如图410所示。5工步五（1）刀具参数采用238的直柄麻花钻；进给量280MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速200R/MIN；刀刃数2。（2）扩孔加工加工参数参考高度绝对坐标31；工件表面绝对坐标25；深度绝对坐标7150241；暂留时间2S。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图411所示。图411图412（4）加工效果如图412所示。6工步六（1）刀具参数采用24H8的铰刀；进给量264MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速330R/MIN；刀刃数2。（2）铰孔加工参数参考高度绝对坐标31，工件表面绝对坐标25、深度绝对坐标7210327，暂留时间2S。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图413所示。图413图414（4）加工效果如图414所示。7工步七（1）刀具参数采用10的铰刀；锥度角450；进给量188MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速470R/MIN；刀刃数2。（2）铰孔加工参数参考高度绝对坐标31，工件表面绝对坐标105，深度绝对坐标3004303，暂留时间2S。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图415所示。图415图416（4）加工效果如图416。8工步八（1）刀具参数采用25的倒角铣刀，锥度角为45；进给量210MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速450R/MIN；刀刃数4。（2）24H8孔倒角加工参数参考高度绝对坐标31；进给下刀位置增量坐标20；工件表面高度绝对坐标25；加工深度绝度坐标24。倒角加工宽度1，尖部补偿1，校刀长位置为刀尖；补正方向为左补正。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图417所示。图417图418（4）加工效果如图418所示。9工步九（1）刀具参数采用10的高速钢立铣刀；进给量532MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速950R/MIN；刀刃数4。（2）粗铣凸轮凸台浅平面加工参数参考高度绝对坐标31；进给下刀位置增量坐标2；工件表面绝度坐标105；深度05，XY方向的预留量0；刀径百分比的进刀量75；实际进刀量7。选择加工方向为逆铣。粗切，切削方为式平行环切，切削间距（直径）75，切削间距（距离）75，刀具补正方式电脑，精修外边界，不提刀，粗切角选择自动计算。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图419所示。图419图420（4）加工效果如图420所示。10工步十（1）刀具参数采用10的圆鼻铣刀，刀鼻半径2；进给量456MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速950R/MIN；刀刃数4。（2）粗铣凸轮凸台加工参数参考高度绝对坐标31；进给下刀位置增量坐标30；工件表面高度绝对坐标255；加工面预留量05。T整体误差过滤的比率11，过滤的误差005，切削方向的误差005，整体的误差01；Z轴最大进给量15；采用逆铣；进刀采用螺旋式下刀最小半径1006，最大半径3018，Z方向开始螺旋位10，进刀角度30，方向逆时针；切削深度的设定绝对坐标最高位置105。粗切削方式等距环切；切削间距650；刀具半径间距39。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图421所示。图421图422（4）加工效果如图422所示。11工步十一（1）刀具参数采用10高速钢立铣刀；刀尖角度1180；进给量570MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速950R/MIN；刀刃数4。（2）粗铣凸轮外轮廓加工参数参考高度绝对坐标31；进给下刀位置增量座标30；XY方向预留量05，Z方向预留量03。T整体误差过滤的比率11，过滤的误差005，切削方向的误差005，整体的误差01；分层铣削，不提刀，Z轴最大进给量15；封闭式轮廓的方向为逆铣；两区段间的路经过渡方式为打断；开放式轮廓的方向为单向；切削深度绝对坐标0。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图423所示。图423图424（4）加工效果如图424所示。12工步十二（1）刀具参数采用10的圆鼻铣刀；刀尖角度1180；进给量1440MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速3000R/MIN；刀刃数4。（2）精铣凸轮凸台加工参数参考高度绝对坐标31；进给下刀位置增量座标30；加工面预留量0。T整体误差过滤的比率11，过滤的误差005，切削方向的误差005，整体的误差01；Z轴最大进给量15；封闭式轮廓的方向为顺铣；两区段间的路经过渡方式为打断；开放式轮廓的方向为单向；切削深度绝对坐标10。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图425所示。图425图426（4）加工效果如图426所示。13工步十三（1）刀具参数采用10硬质合金立铣刀；进给量1224MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速2550R/MIN；刀刃数4。（2）精铣凸轮外轮廓加工参数参考高度绝对坐标31；进给下刀位置增量座标30；XY方向预留量0，Z方向预留量0。T整体误差过滤的比率11，过滤的误差005，切削方向的误差005，整体的误差01；Z轴最大进给量15；封闭式轮廓的方向为逆铣；两区段间的路经过渡方式为打断；开放式轮廓的方向为单向；切削深度绝对坐标0；分层铣削不提刀。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图427所示。图427图428（4）加工效果如图428所示。14工步十四（1）刀具参数采用25的倒角铣刀，锥度角为45；进给量210MM/MIN；提刀速率3000MM/MIN；主轴转速450R/MIN；刀刃数4。（2）24H8孔倒角加工参数参考高度绝对坐标31；进给下刀位置增量坐标20；工件表面高度绝对坐标25；加工深度绝度坐标24。倒角加工宽度1，尖部补偿1，校刀长位置为刀尖；补正方向为左补正。（3）刀具路径设置完所有参数后，在GEOMETRY中选取所有加工面，加工边界选取图所示的外形边界。无须选择检查面。刀具的加工路径如下图429所示。图429图430（4）加工效果如图430所示。5数控仿真程序的效验随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控程序已成为数控加工中的关键问题之一，数控程序的正确与否将直接影响到工件的加工。本章内容主要是对MASTERCAMX2仿真加工中自动生成的数控程序进行效验，通过效验数控自动生成的程序可以清晰的反应在本次设计是否合理，是否正确。51平面凸轮精加工上表面的程序效验程