弧形板凸轮的数控加工实践.doc

-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-弧形板凸轮的数控加工实践冯正奎毕长波（秦皇岛职业技术学院,，河北秦皇岛066000）摘要：阐述了在立式加工中心上，利用普通立铣刀加工带状曲面的工艺过程。包括UG/NX的曲面建模、生成曲面加工程序和工件的装夹与对刀方法等。解决了由于工件刚性差引起的切削振动、生产率低和刀具费用高等问题。关键词：弧形板凸轮UG/NX单向提刀切削NCMachiningPracticeforArcplateCamFENGZhengkui,BIChangbo(QinhuangdaoVocationalCollege,Qinhuangdao066000,CHN)弧形板凸轮（如图一所示）相当于圆柱凸轮的一部分。凸轮的工作面是一条带状曲面，包括左侧的上升部分、中间的平坦部分和右侧的下降部分，各部分之间有过渡圆弧。该凸轮为葡萄酒灌装机的主控凸轮，用来驱动酒瓶的升、降，从而使注酒管进入和退出酒瓶。加工凸轮工作面重点保证轮廓形状准确、表面光滑，从而保证凸轮机构的运动精度和平稳性；其次是保证曲面与从动件滚子的接触精度，滚子轴线沿凸轮径向布置，所以在曲面建模时要特别注意曲面法线的方向。凸轮工作曲面的加工工艺则重点研究：刀具选用、刀具路径、工件的装夹和对刀操作等。图一用不锈钢板卷制成钢圈作为工件的毛坯，经车削加工后，钢圈的内、外圆柱面和上、下端面都已达到零件图纸尺寸和表面质量要求（外径840mm，壁厚20mm，高136mm）。然后，将钢圈沿斜线切割，一个钢圈分割出三个零件毛坯。再经过进一步的切割，各斜面留310mm的加工余量。需要注意的是：由于钢圈经过卷板、焊接和车削加工，存在内应力。切割分开后，圆弧半径有变化，需要矫正，保证圆弧半径偏差在2mm之内，待切削加工后再进一步矫正。弧形板凸轮可以像一般圆柱凸轮一样，在四轴铣床上加工工作曲面，这种方法的加工原理、编程和机床运动各方面都很简单，而且容易保证曲面轮廓形状和-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-曲面法线方向。但是，该零件的弧板外径为840mm，很难找到这么大规格的四轴铣床。如此大型的弧形板凸轮的工作曲面只好在立式加工中心（或铣床）上加工。曲面加工的程序需要运用CAM软件生成。本文运用UG/NX4.0软件进行曲面建模和生成加工程序。一、创建凸轮的工作曲面1、创建空间曲线图二为展开的凸轮工作曲线的原始数据。图二进入UG/NX4.0建模界面，插入一个草图，在XZ面按照图二尺寸创建平面图形，然后将平面曲线缠绕在直接840mm的圆柱面上生成空间曲线。需要创建的圆柱略高于轮廓曲线高度（136），高度设为150，圆柱轴线沿着Z轴，放置在与平面曲线相切的位置。然后进行创建缠绕曲线操作：1）选择圆柱面；2）选择曲线所在的平面（草图平面）；3）逐段点取平面曲线（变成红色）。；“应用”后生成缠绕在柱面上的凸轮工作曲线（以下称空间曲线）。2、创建带状曲面凸轮的工作曲面是一条沿着空间曲线，宽度等于凸轮板厚度的带状曲面。一般三维软件采用“扫掠（描）”方法创建这样的曲面，即用一条过空间曲线端点的凸轮径向线段（长度等于凸轮板厚度）作为曲面的截面线，空间曲线作为导引线，扫掠生成带状曲面。而UG/NX4.0的“沿导引线扫掠”获得的曲面不正确，不通过比较，难以发现其错误：曲面上凸轮半径方向的素线与凸轮轴线不垂直，这样的曲面不能保证与从动件滚子很好地接触，影响凸轮机构的传动精度和使用寿命。UG/NX4.0的另一种扫掠方法“已扫掠”（汉化版称谓）可以创建正确的工作曲面。在创建过程中，软件提示曲面法向方向，即凸轮轴线方向。而软件的另一种创建曲面的方法“条带生成器”更适合本例。这种方法是利用空间曲线偏置出一条曲面，具体步骤如下：首先选择偏置曲线，即空间曲线，需要逐段点取；然后输入“偏置距离”25，即条状曲面的宽度（略大于弧形板厚度，目的是扩大切削范围，弥补毛坯形状误差），其它设置不变。接着激活第二步“偏置视图”。关于曲面的矢量方向：选择Z轴（向上），即凸轮轴线方向。注意偏置方向应指向内侧，否则“切换偏置侧”。“应用”生成带状曲面。-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-二、生成曲面加工程序凸轮的顶面已经车削加工，不需要铣削加工，只需加工凸轮的上升和下降两部分曲面，包括与顶面的圆弧过渡部分。所以需要将曲面分割出上升和下降两部分。首先在曲面上欲分割的部位画出两条分割线，并与曲面一起复制到20层和30层各一份备用。在第20层，进入“修剪片体”操作，第一步在欲保留的一侧（左侧上升段）点选曲面，自动进入下一步，点选分界直线，然后“应用”即修剪掉曲面右侧的大部分，只保留左侧少部分，如图三所示。同样，在第30层完成修剪操作，只保留右侧部分。打开20层和30层，同时显示两部分曲面。图三1、刀具的选择在立式加工中心上加工空间曲面，一般选用立铣刀或牛鼻刀进行粗加工和半精加工；然后选用球刀进行精加工。本零件虽然加工面积不大，但加工余量不均匀（在曲面上切割，毛坯的轮廓精度较低），在310mm之间；而且工件形状特殊，装夹刚度不足，加之不锈钢材料的切削性能较差，极易产生振动，所以不宜采用牛鼻刀进行强力切削。而采用10的普通高速钢立铣刀，刀刃锋利，切削力小；沿条状曲面的长度方向，自下而上单向提刀切削，立铣刀的端面刃不切削，只有刀具的侧刃工作，所以切削平稳，而且生产效率高。粗加工每次吃刀深度2mm，运用UG软件生成子程序，调用5次，完成粗加工，最后流0.3mm精加工余量。最后换一把新刀进行精加工。与粗加工一样，精加工仍采用单向提刀切削方法，只是刀路密集，以保证曲面加工质量。精加工时，平端立铣刀切削至曲面顶部圆弧过渡区，刀具端面刃起到修光作用，使圆弧与顶面的过渡十分光滑。所以，平端的立铣刀代替球刀进行精加工，生产效率高，加工质量好，刀具成本低。2、生成曲面加工程序进入UGNX4.0加工模块，选择“轮廓曲面区域（ContoursurfaceArea）”铣削方法。进入对话框，直接点选对话框中的“编辑参数”，进入“曲面驱动方式”对话框：首先选择驱动几何体，点选左侧一段曲面；出现三个箭头，其中，曲面法向方向的箭头应指向斜上方，否则点击“材料反向”。点击“切削方向”，-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-出现8个箭头，点选其中向上的箭头，确定刀具只沿着曲面长度方向向上提刀切削。其余选项如图四所示，粗加工只需10次走刀：“步进”选择“数字”，输入数字10，表示10次走刀完成一条宽25mm的曲面的加工。完成参数设定后，生成刀具路径，“确定”保存本次操作。在加工导航器中，将粗加工操作复制、粘贴得到另一个操作，作为曲面的精加工。只需将原来的“步进”选项的“数字”改为“残余波峰高度”，“残余高度”的值设为0.01。即两刀之间残留材料的高度为0.01mm。图四生成刀具路径后进入仿真，显示一个切削循环：刀具沿曲面长度方向自下向上切削从最高处返回到起刀点的上方落刀，然后开始下一个切削循环。通过仿真确认刀具路径无误后生成G代码程序，粗加工的G代码程序作为整个粗加工的子程序，主程序中改变刀具的长度刀补值（G43H#7），以实现逐层切削。三、工件的加工操作1、工件的装夹在VMC1000立式加工中心上进行单件小批量加工大型弧形板凸轮，使用通用夹具定位和夹紧工件。如图五所示，使用两台同规格的平口钳定位和加紧工件。首先使钳体相