淺析普通銑床加工凸輪時的數控改造

（天津機電工藝學院，天津 300000）

[摘 要] 數控機床要求精密，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，在控制系統設計時，選取存儲器及主控制器，通過對銑床加工中數控改造設計的原理和方法；通過凸輪在加工編制設計中，對數據參數的轉變；通過凸輪零件的數控加工，來探究如何提高普通銑床加工凸輪的數控改造技術。

[關 鍵 詞] 銑床改造；凸輪加工；數控改造

[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控改造時的加工方法、加工過程和改進手段。

一、數控凸輪軸銑床

數控凸輪軸銑床設計新穎、構思巧妙、性能優良、結構簡單。采用三數控系統多通用型，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，并能實現切削、裝夾全部自動化。數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控銑床的加工原理。

凸輪槽形的內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。根據以上分析，凸輪槽的Φ20及內外輪廓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動的數控機床。材料選的是切削加工效果比較好的鑄鐵，零件圖樣在數控銑削加工前，工件已經經過了加工，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）數控銑床：粗銑凸輪槽內外輪廓。（4）數控銑床：精銑凸輪槽內外輪廓。（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，不與銑刀發生干涉。小型凸輪可以用心軸定位，用壓板螺栓壓緊。根據下圖所示凸輪：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進給兩部分路線。對平面內進給線路，是指對內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。對于兩軸聯動的數控銑床，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

幾何參數和銑刀材料主要是根據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，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定的深度。

（六）確定切削用量

凸輪槽內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（倒數第三、四條程序段），抬刀至安全位置（倒數第二、三條程序段），平移到工件裝卸位置（倒數第一、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（倒數第三、四條程序段）。程序結束，用M30在倒數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的動作。

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