弧形板凸輪的數(shù)控加工實(shí)踐.doc

-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-弧形板凸輪的數(shù)控加工實(shí)踐馮正奎畢長(zhǎng)波（秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院,，河北秦皇島066000）摘要：闡述了在立式加工中心上，利用普通立銑刀加工帶狀曲面的工藝過(guò)程。包括UG/NX的曲面建模、生成曲面加工程序和工件的裝夾與對(duì)刀方法等。解決了由于工件剛性差引起的切削振動(dòng)、生產(chǎn)率低和刀具費(fèi)用高等問(wèn)題。關(guān)鍵詞：弧形板凸輪UG/NX單向提刀切削NCMachiningPracticeforArcplateCamFENGZhengkui,BIChangbo(QinhuangdaoVocationalCollege,Qinhuangdao066000,CHN)弧形板凸輪（如圖一所示）相當(dāng)于圓柱凸輪的一部分。凸輪的工作面是一條帶狀曲面，包括左側(cè)的上升部分、中間的平坦部分和右側(cè)的下降部分，各部分之間有過(guò)渡圓弧。該凸輪為葡萄酒灌裝機(jī)的主控凸輪，用來(lái)驅(qū)動(dòng)酒瓶的升、降，從而使注酒管進(jìn)入和退出酒瓶。加工凸輪工作面重點(diǎn)保證輪廓形狀準(zhǔn)確、表面光滑，從而保證凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性；其次是保證曲面與從動(dòng)件滾子的接觸精度，滾子軸線沿凸輪徑向布置，所以在曲面建模時(shí)要特別注意曲面法線的方向。凸輪工作曲面的加工工藝則重點(diǎn)研究：刀具選用、刀具路徑、工件的裝夾和對(duì)刀操作等。圖一用不銹鋼板卷制成鋼圈作為工件的毛坯，經(jīng)車削加工后，鋼圈的內(nèi)、外圓柱面和上、下端面都已達(dá)到零件圖紙尺寸和表面質(zhì)量要求（外徑840mm，壁厚20mm，高136mm）。然后，將鋼圈沿斜線切割，一個(gè)鋼圈分割出三個(gè)零件毛坯。再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的切割，各斜面留310mm的加工余量。需要注意的是：由于鋼圈經(jīng)過(guò)卷板、焊接和車削加工，存在內(nèi)應(yīng)力。切割分開(kāi)后，圓弧半徑有變化，需要矯正，保證圓弧半徑偏差在2mm之內(nèi)，待切削加工后再進(jìn)一步矯正?；⌒伟逋馆喛梢韵褚话銏A柱凸輪一樣，在四軸銑床上加工工作曲面，這種方法的加工原理、編程和機(jī)床運(yùn)動(dòng)各方面都很簡(jiǎn)單，而且容易保證曲面輪廓形狀和-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-曲面法線方向。但是，該零件的弧板外徑為840mm，很難找到這么大規(guī)格的四軸銑床。如此大型的弧形板凸輪的工作曲面只好在立式加工中心（或銑床）上加工。曲面加工的程序需要運(yùn)用CAM軟件生成。本文運(yùn)用UG/NX4.0軟件進(jìn)行曲面建模和生成加工程序。一、創(chuàng)建凸輪的工作曲面1、創(chuàng)建空間曲線圖二為展開(kāi)的凸輪工作曲線的原始數(shù)據(jù)。圖二進(jìn)入U(xiǎn)G/NX4.0建模界面，插入一個(gè)草圖，在XZ面按照?qǐng)D二尺寸創(chuàng)建平面圖形，然后將平面曲線纏繞在直接840mm的圓柱面上生成空間曲線。需要?jiǎng)?chuàng)建的圓柱略高于輪廓曲線高度（136），高度設(shè)為150，圓柱軸線沿著Z軸，放置在與平面曲線相切的位置。然后進(jìn)行創(chuàng)建纏繞曲線操作：1）選擇圓柱面；2）選擇曲線所在的平面（草圖平面）；3）逐段點(diǎn)取平面曲線（變成紅色）。；“應(yīng)用”后生成纏繞在柱面上的凸輪工作曲線（以下稱空間曲線）。2、創(chuàng)建帶狀曲面凸輪的工作曲面是一條沿著空間曲線，寬度等于凸輪板厚度的帶狀曲面。一般三維軟件采用“掃掠（描）”方法創(chuàng)建這樣的曲面，即用一條過(guò)空間曲線端點(diǎn)的凸輪徑向線段（長(zhǎng)度等于凸輪板厚度）作為曲面的截面線，空間曲線作為導(dǎo)引線，掃掠生成帶狀曲面。而UG/NX4.0的“沿導(dǎo)引線掃掠”獲得的曲面不正確，不通過(guò)比較，難以發(fā)現(xiàn)其錯(cuò)誤：曲面上凸輪半徑方向的素線與凸輪軸線不垂直，這樣的曲面不能保證與從動(dòng)件滾子很好地接觸，影響凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度和使用壽命。UG/NX4.0的另一種掃掠方法“已掃掠”（漢化版稱謂）可以創(chuàng)建正確的工作曲面。在創(chuàng)建過(guò)程中，軟件提示曲面法向方向，即凸輪軸線方向。而軟件的另一種創(chuàng)建曲面的方法“條帶生成器”更適合本例。這種方法是利用空間曲線偏置出一條曲面，具體步驟如下：首先選擇偏置曲線，即空間曲線，需要逐段點(diǎn)??；然后輸入“偏置距離”25，即條狀曲面的寬度（略大于弧形板厚度，目的是擴(kuò)大切削范圍，彌補(bǔ)毛坯形狀誤差），其它設(shè)置不變。接著激活第二步“偏置視圖”。關(guān)于曲面的矢量方向：選擇Z軸（向上），即凸輪軸線方向。注意偏置方向應(yīng)指向內(nèi)側(cè)，否則“切換偏置側(cè)”?！皯?yīng)用”生成帶狀曲面。-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-二、生成曲面加工程序凸輪的頂面已經(jīng)車削加工，不需要銑削加工，只需加工凸輪的上升和下降兩部分曲面，包括與頂面的圓弧過(guò)渡部分。所以需要將曲面分割出上升和下降兩部分。首先在曲面上欲分割的部位畫(huà)出兩條分割線，并與曲面一起復(fù)制到20層和30層各一份備用。在第20層，進(jìn)入“修剪片體”操作，第一步在欲保留的一側(cè)（左側(cè)上升段）點(diǎn)選曲面，自動(dòng)進(jìn)入下一步，點(diǎn)選分界直線，然后“應(yīng)用”即修剪掉曲面右側(cè)的大部分，只保留左側(cè)少部分，如圖三所示。同樣，在第30層完成修剪操作，只保留右側(cè)部分。打開(kāi)20層和30層，同時(shí)顯示兩部分曲面。圖三1、刀具的選擇在立式加工中心上加工空間曲面，一般選用立銑刀或牛鼻刀進(jìn)行粗加工和半精加工；然后選用球刀進(jìn)行精加工。本零件雖然加工面積不大，但加工余量不均勻（在曲面上切割，毛坯的輪廓精度較低），在310mm之間；而且工件形狀特殊，裝夾剛度不足，加之不銹鋼材料的切削性能較差，極易產(chǎn)生振動(dòng)，所以不宜采用牛鼻刀進(jìn)行強(qiáng)力切削。而采用10的普通高速鋼立銑刀，刀刃鋒利，切削力??；沿條狀曲面的長(zhǎng)度方向，自下而上單向提刀切削，立銑刀的端面刃不切削，只有刀具的側(cè)刃工作，所以切削平穩(wěn)，而且生產(chǎn)效率高。粗加工每次吃刀深度2mm，運(yùn)用UG軟件生成子程序，調(diào)用5次，完成粗加工，最后流0.3mm精加工余量。最后換一把新刀進(jìn)行精加工。與粗加工一樣，精加工仍采用單向提刀切削方法，只是刀路密集，以保證曲面加工質(zhì)量。精加工時(shí)，平端立銑刀切削至曲面頂部圓弧過(guò)渡區(qū)，刀具端面刃起到修光作用，使圓弧與頂面的過(guò)渡十分光滑。所以，平端的立銑刀代替球刀進(jìn)行精加工，生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量好，刀具成本低。2、生成曲面加工程序進(jìn)入U(xiǎn)GNX4.0加工模塊，選擇“輪廓曲面區(qū)域（ContoursurfaceArea）”銑削方法。進(jìn)入對(duì)話框，直接點(diǎn)選對(duì)話框中的“編輯參數(shù)”，進(jìn)入“曲面驅(qū)動(dòng)方式”對(duì)話框：首先選擇驅(qū)動(dòng)幾何體，點(diǎn)選左側(cè)一段曲面；出現(xiàn)三個(gè)箭頭，其中，曲面法向方向的箭頭應(yīng)指向斜上方，否則點(diǎn)擊“材料反向”。點(diǎn)擊“切削方向”，-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-出現(xiàn)8個(gè)箭頭，點(diǎn)選其中向上的箭頭，確定刀具只沿著曲面長(zhǎng)度方向向上提刀切削。其余選項(xiàng)如圖四所示，粗加工只需10次走刀：“步進(jìn)”選擇“數(shù)字”，輸入數(shù)字10，表示10次走刀完成一條寬25mm的曲面的加工。完成參數(shù)設(shè)定后，生成刀具路徑，“確定”保存本次操作。在加工導(dǎo)航器中，將粗加工操作復(fù)制、粘貼得到另一個(gè)操作，作為曲面的精加工。只需將原來(lái)的“步進(jìn)”選項(xiàng)的“數(shù)字”改為“殘余波峰高度”，“殘余高度”的值設(shè)為0.01。即兩刀之間殘留材料的高度為0.01mm。圖四生成刀具路徑后進(jìn)入仿真，顯示一個(gè)切削循環(huán)：刀具沿曲面長(zhǎng)度方向自下向上切削從最高處返回到起刀點(diǎn)的上方落刀，然后開(kāi)始下一個(gè)切削循環(huán)。通過(guò)仿真確認(rèn)刀具路徑無(wú)誤后生成G代碼程序，粗加工的G代碼程序作為整個(gè)粗加工的子程序，主程序中改變刀具的長(zhǎng)度刀補(bǔ)值（G43H#7），以實(shí)現(xiàn)逐層切削。三、工件的加工操作1、工件的裝夾在VMC1000立式加工中心上進(jìn)行單件小批量加工大型弧形板凸輪，使用通用夾具定位和夾緊工件。如圖五所示，使用兩臺(tái)同規(guī)格的平口鉗定位和加緊工件。首先使鉗體相