数控铣削加工平板凸轮.doc

案例2 数控铣削加工平板凸轮一、案例内容数控铣削加工平板凸轮。平板凸轮的外形如图2-2-1所示。二、案例要求平板凸轮为进口锦纶布机上的易损零件，零件图如图222所示。零件的外形轨迹为曲线连接，零件的凸轮槽形轨迹为列表曲线，不仅加工难度大，而且轨迹的精度要求高。其他要求同案例1。三、案例加工使用的设备、辅具与材料1此案例在SIEMENS数控系统的立式数控铣床上进行实际调试和加工。2配备零件毛坯一件，材料：45钢。3配备专用垫铁、专用压板、螺栓等相关装夹工装辅具。4配备：16mm立铣刀1把，用于粗铣加工； 20mm立铣刀l把，用于精铣加工。四、案例解析1零件加工工艺分析零件结构精度分析 该零件的凸轮槽形轨迹由列表曲线构成，零件的外形由曲线组成，形状复杂，加工精度高。零件槽形轨迹的列表曲线尺寸公差为0.03mm，槽宽尺寸公差为0.033mm；零件外形轨迹公差相对容易保证。按照列表曲线的要求，来控制零件凸轮轮廓的加工精度，是进行加工的关键，零件下平面，是实现数控铣削加工的定位基准，必须予以保证。加工刀具分析 在零件凸轮曲线槽和外形轨迹的数控铣削加工中，为保证零件加工轨迹的连续性，先使用16立铣刀进行粗铣加工，再使用20立铣刀进行精铣加工。如此配备刀具的好处在于：粗精加工可以共用相同的加工程序进行铣削加工，利用刀具半径尺寸的变化，预留出铣削的加工余量。粗、精加工使用不同的铣刀有利于曲线轨迹尺寸和表面粗糙度的保证。图-2-2 平板凸轮零件图毛坯余量分析 毛坯零件外轮廓的切削余量不均匀，且零件较薄，容易在切削过程中产生变形。因此，应该先进行粗加工。结构工艺性分析 零件被加工表面轮廓的最大高度和零件轮廓的加工高度均小于8mm，从零件的加工来说，其铣削工艺性较好。但从零件形状可以判定，其装夹结构不理想，由于零件装夹的限制，制约了加工中的铣刀运行空间。零件装夹方式分析 由于零件的装夹结构不理想，限制了铣刀在加工中的运行，难于在零件的一次装夹定位中完成零件轨迹的铣削加工。另外，由于零件较薄，在加工中的稳定性较差，因此需要设置专用垫铁和专用压板。(加工凸轮曲线槽用)专用垫铁的内腔形状和专用压板的形状同于零件的外轮廓，其尺寸较零件轮廓尺寸小23mm； (加工凸轮零件外形用)专用垫铁的形状就是零件曲线槽形状的凸块，利用曲线槽形状的凸块与零件曲线槽配合，来实现零件快捷准确的定位装夹。专用压板的形状与零件的外轮廓相同。将零件装夹在专用垫铁和专用压板的中间，使用螺栓等夹紧零件。先以零件外形(粗基准)装夹定位后加工曲线槽；再以曲线槽(精基准)定位装夹后加工零件外形。为保证零件的加工精度，在数控铣削加工曲线槽前增加零件平面磨削工序，磨削零件上下平面，以确保定位基准的可靠性和保证凸轮曲线槽轨迹与零件下平面的垂直度要求。定位基准分析 利用零件下平面作为定位基准，定位平面大，有利于定位基准的保证，但应注意的是，由于零件较薄容易在加工中引起振动，这是采用专用压板解决上述不足的目的。零件装夹采用互为基准。在保证装夹定位基准与设计基准重合的同时，敞开了加工中铣刀运行的空间。2工艺处理数控加工前的零件预加工 其目的是切除零件大部余量，为数控铣削加工工序提供可靠的装夹工艺基准。其工艺内容如下。a毛坯气割下料；板厚8mm，周边余量56mm。b调质处理。c铣(或刨)削零件上下平面，见平即可。d样板划线，划出216mm进刀引孔位置。e 在曲线槽两端处钻削加工进刀引孔216mm，也可将此工序设置在数控加工中进行。f 平面磨床上磨削零件上下两平面，凸轮零件两平面见光即可。数控铣削加工 其工艺内容见下述数控工艺文件。数控加工后的零件加工 其工艺内容是：平板凸轮轮廓型面的高频淬火。具体要求详见零件图技术要求。3数控铣削加工工艺文件数控铣削加工的数控编程任务书(略)。数控铣削加工安装方式 利用零件下平面作为定位基准，采用专用垫铁和专用压板进行零件的装夹。本案例将零件曲面圆弧的中心作为工件坐标系的原点。零件外形和内形曲线槽安装和零点设定卡见表2-2-1。数控铣削加工工序 数控铣削加工分半精加工和精加工二次切削进行。其工序如下。a零件内形加工 先使用16mm立铣刀，粗铣加工零件曲线槽轨迹形状；再使20mm立铣刀，精铣加工零件曲线槽轨迹形状，最后钻削加工212孔。b零件外形加工 先使用16mm立铣刀，粗铣加工零件外形轨迹形状；再使用20mm立铣刀，精铣加工零件外形轨迹形状。数控加工工序卡和切削用量选择见表2-2-2。数控铣削加工刀具 在粗加工、半精加工和精加工分别使用不同规格尺寸的铣刀。利用刀具半径的变化，来调节尺寸偏差和加工余量。T116mm立铣刀，用于粗铣加工；T220mm立铣刀，用于精铣加工。 编程参数的计算 零件曲线槽为列表曲线，由图222就可直接得到相关数据。零件周边圆弧交点与切点坐标如图223所示。计算如下。 42.4148 20.209965 所以O2(45.98，88.80)在O1O2O3中 124.596315 故 P5 (107.58，34.58)在原点坐标系中 故P4(97.94，189.15)在原点坐标系中 故P4(51.96，100.345)在圆心坐标系中 故P5(28.56，9.18)在圆心坐标系中。加工外形轨迹机床刀具轨迹运行图见表2-2-4，加工槽形轨迹机床刀具运行轨迹图见表2-2-5。程序编制 平板凸轮零件外形轨迹加工程序单见表2-2-6。零件曲线槽加工程序单见表2-2-7。数控加工操作说明。a必须按照数控加工工件安装和零点设定卡(见表2-2-1)安装工件。b当粗铣16立铣刀(T1)加工完毕后重新回到工件的加工起点时，程序中设置了暂停，以便于人工手动换刀；此时，应首先垂直降下铣床工作台，再手动更换精铣20立铣刀(T2)；然后垂直上升铣床工作台，再启动数控系统继续进行加工。数控编程辅助参数的确定(刀号、刀补、间隙补偿等)。a.刀具：T16立铣刀； T220立铣刀。b.刀补值未设置(加工中未使用刀具补偿)。c.刀偏值未设置(在加工中运用程序起始点处换刀)。d.间隙补偿值设置为使用机床的间隙测量值。e.快速运行值采用数控系统默认值。数控加工刀具的安装 16、20立铣刀的装刀同案例1。具体参见图2-1-3。专用工装与工件的装夹 工件的装夹见图2-2-4。专用工装装于数控铣床工作台上。专用底板上部的形状同于零件外形，零件装于专用底板上部。在零件上部安装形状同于零件外形的专用压板，并用3XM6螺栓紧固。待首件零件加工完成后，专用压板、专用底板上部的形状与零件完全相同，更有利于其他零件的安装定位。专用工装与工件的找正 使专用底板外边与数控铣床X向平行。找正时将百分表固定在数控铣床垂直导轨上，使百分表测头接触专用底板外边平面，往复移动数控铣床X向，使得百分表示值相同，操作方法如图2-2-5所示。如百分表示值不同，则调整专用工装，再往复移动数控铣床X向，直到百分表示值相同为止。数控加工的对刀。 a在数控铣床机用虎钳上夹装零件。b工件坐标系设定参见表2-2-1。铣削加工周边时20立铣刀刀心A点在工件坐标系的坐标为：A(000，000，1500)。e在数控铣削加工中，是以铣刀中心进行编程计算的，因此在对刀时，对刀尺寸应该加上对刀时使用的铣刀半径10。对刀时可首先在刀柄上装夹20标准圆柱棒替代铣刀进行对刀操作，待X向、Y向对刀完成后，再更换20立铣刀进行Z向对刀。dX向对刀，参见图2-2-6。首先启动铣床主轴，铣刀右边刃沿X向接触专用垫铁左端面，此时铣刀中心在X轴方向上距工件坐标系原点距离为160+10170mm，继续沿X轴正方向移动铣刀170mm，即完成X方向的对刀。完成后记下此时的位置刻度。eY向对刀，参见图2-2-6。首先启动铣床主轴，铣刀下边刃沿Y向接触专用垫铁内端面，此时铣刀中心在Y轴方向上距工件坐标系原点距离为8420-18+1076.20mm，继续沿Y轴负方向移动铣刀76.20mm，即完成Y方向的对刀。完成后记下此时的位置刻度。f Z向对刀，参见图2-2-6。启动铣床主轴，铣刀底刃沿Z向接触工件上端面，再沿Z轴正方向移动铣刀15-87mm，即完成Z方向的对刀。完成后记下此时的位置刻度。g当使用札6立铣刀加工型面时，换刀后在Z轴正(或负)方向移动16立铣刀与20立铣刀的长度差，就完成了Z轴的对刀操作。h最终确定工件加工起点同案例1。五、案例总结1是否应该向案例所示那样进行平板凸轮零件的数控铣削加工?2请概括本案例加工轨迹数学计算方法的优劣