I 凸輪軸的數(shù)控加工工藝設計 摘 要 數(shù) 控 加 工 需 要 輸 入 加 工 程 序 ， 當 零 件 過 于 復 雜 時 ， 程 序 會 很 多 ， 手 動 輸 入 程 序 會 很 繁 雜 ， 而 用 UG 進 行 編 程 加 工 ， 再 自 動 生 成 程 序 ， 可 減 少 不 必 要 的 時 間 浪 費 ， 也 可 以 了 解 加 工 過 程 中 的 易 錯 之 處 ， 而 UG 就 提 供 一 個 數(shù) 控 加 工 模 擬 與 仿 真 的 平 臺 。 UG 具 有 實 體 造 型 、 曲 面 造 型 、 工 程 圖 的 生 成 和 拆 模 等 功 能 。 通 過 UG 三 維 造 型 、 編 程 仿 真 加 工 可 以 比 手 動 繪 圖 、 手 動 編 程 來 的 簡 便 、 也 可 以 提 早 發(fā) 現(xiàn) 問 題 、 降 低 錯 誤 幾 率 。 本 論 文 主 要 利 用 UG 軟 件 對 凸 輪 軸 零 件 進 行 了 三 維 造 型 ， 同 時 制 定 了 加 工 工 藝 路 線 ， 并 應 用 UG 軟 件 對 關鍵數(shù)控加工工序的仿真加工。 關鍵詞：U G 三 維 造 型 ；凸輪軸；數(shù)控工藝；加工仿 真 II Abstract Nc machining process needed for input, when parts are too complex, the program will be a lot of, manually enter the program will be very complex, and programming process, using UG to automatically generate the program again, can reduce the unnecessary waste of time, can also understand the easy wrong place, in the process of machining and UG is to provide a numerical control processing simulation and the simulation platform.UG is the generation of entity modeling, surface modeling, engineering drawing and mold, and other functions.By UG three-dimensional modeling, programming, simulation process can be easier than manual drawing, manual programming, also can find problems early, to reduce the error probability.This thesis mainly by using UG software CAM shaft parts for the 3 d modelling, formulated the processing craft route at the same time, and used UG software for the key processing of nc machining process simulation. Key words: UG three-dimensional modeling;The camshaft.Numerical control technology;Machining simulation III 目 錄 摘 要 .1 Abstract .2 前 言 .3 第一章 緒 論 .4 1.1 數(shù)控加工技術的發(fā)展趨勢 .4 1.2 UG 軟件在行業(yè)中的應用 .4 1.2.1 CAD/CAM 的國內(nèi)外發(fā)展 .4 1.2.2 UG 的優(yōu)點 .5 第二章 基于 UG 的三維造型設計 .6 2.1 凸輪軸結(jié)構形狀 .6 2.2 凸輪軸三維造型設計 .7 2.2.1 進入初始界面 .7 2.2.2 新建模型 .7 2.2.3 繪制步驟 .8 第三章 零件的工藝規(guī)程設計 .12 3.1 毛坯的選擇 .12 3.2 定位基準的選擇 .12 3.3 裝夾方式的選擇 .12 3.4 工藝路線的確定 .12 3.5 機床的選擇 .14 3.6 刀具的選擇 .15 3.7 冷卻液的選擇 .16 3.8 切削用量的選取 .16 3.9 切削用量的計算 .17 3.10 加工工序卡片 .19 第四章 數(shù)控編程與仿真加工 .21 4.1 手動編程程序 .21 4.2 自動編程與仿真 .25 結(jié) 論 .29 致 謝 .30 參考文獻 .31 1 前 言 畢業(yè)設計，它是對我的一次鍛煉，我認為數(shù)控機床集計算機技術、自動控 制、傳感測量、機械制造、網(wǎng)絡通信技術于一體，是一種典型的機電一體化產(chǎn) 品。它的發(fā)展和運用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn) 業(yè)結(jié)構、管理方式，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大變化。 在制造業(yè)領域廣泛采用數(shù)控技術，有利于提高制造能力和水平，提高對動 態(tài)市場的適應能力和競爭能力?；诂F(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，大批產(chǎn)業(yè)工人和技能 工人也發(fā)展起來了，數(shù)控專業(yè)就是為了適應現(xiàn)代制造業(yè)而誕生的新興專業(yè)，作 為一名數(shù)控專業(yè)的學生要想成為一名合格工人，就必須真正懂得數(shù)控與普通加 工的差異，并掌握現(xiàn)代技術。數(shù)控加工與普通機床加工的差異，在于數(shù)控加工 具有自動化程度高，具有加工復雜形狀的能力，生產(chǎn)準備周期短，加工精度高， 質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，易于建立計算機通信網(wǎng)絡的特點。 畢業(yè)設計在我大學生活和學習中占有極其重要的位置。它是對我?guī)啄陮W習 的一次綜合的全方位的考核，尤其是對專業(yè)知識的一次鞏固和提高。同時畢業(yè) 設計區(qū)別與課程設計的是側(cè)重于與實際的相連。在設計的制作過程中需要查閱 大量資料，還要把所學知識與實踐緊密地聯(lián)系起來，它是走入工作崗位前的一 次演練，是一次很好的鍛煉機會。因此，要格外重視設計，同時還要注意理論 聯(lián)系實際。通過這次畢業(yè)設計我學到了很多東西，同時培養(yǎng)了解決實際問題的 能力，為自己以后在工作中奠定了堅實的基礎。 畢業(yè)設計所涉及到的方面很多，而且內(nèi)容也很多。第一，繪制所加工零件 的零件圖（A3） ；第二，零件三維建模；第三，分析所給零件加工工藝，包括： 材料加工性能；主要型面，主要尺寸的加工過程及保證措施，零件工藝路線； 第四，詳細工藝規(guī)程（含：加工基準，加工設備，切削參數(shù)，裝夾方案等） ，列 出數(shù)控加工工序走刀路線，加工程序；第五，關鍵數(shù)控加工工序的仿真加工； 這次的畢業(yè)設計正是檢驗我們在這三年中是否真正學到了知識，是否真正 學到了本領，是否真正學到了技能的一次絕好機會。這不僅是自我檢驗的機會， 更是自我展示的機會，用我們所學過的東西去展示自我。 2 第一章 緒 論 NX 是 UGS PLM 新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅(qū) 動產(chǎn)品革新。NX 獨特之處是其知識管理基礎，它使得工程專業(yè)人員能夠推動 革新以創(chuàng)造出更大的利潤。UG 可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識，根據(jù)已知準則 來確認每一設計決策。 UG 建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗基礎之上，這些解 決方案可以全面地改善設計過程的效率，削減成本，并縮短進入市場的時間。 在產(chǎn)品設計方面。UG 具有高性能的機械設計和制圖功能，為制造設計 提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設計任何復雜產(chǎn)品的需要。 在仿真、確認和優(yōu)化方面。UG 允許制造商以數(shù)字化的方式仿真、確認 和優(yōu)化產(chǎn)品及其開發(fā)過程。制造商可以改善產(chǎn)品質(zhì)量，同時減少或消除對于物 理樣機的昂貴耗時的設計、構建，以及對變更周期的依賴。 1.1 數(shù)控加工技術的發(fā)展趨勢 這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。隨著人工智能在計算機領 域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。 應用自適應控制技術 數(shù)控系統(tǒng)能在運行過程中檢測一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關參數(shù)， 達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。 引入專家系統(tǒng)指導加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工 藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 引入故障診斷專家系統(tǒng) 在設備故障診斷系統(tǒng)中借助多種數(shù)學原理和系統(tǒng)理論，形成了多種不同的 診斷方法。 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置 可以通過自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行狀 態(tài)。 1.2 UG 軟件在行業(yè)中的應用 1.2.1 CAD/CAM 的國內(nèi)外發(fā)展 隨著 CAD/CAM 軟件加工及快速成型等先進制造技術的不斷發(fā)展，以及這 3 些技術在數(shù)控加工行業(yè)中的普及應用，數(shù)控加工領域正發(fā)生著一場深刻的技術 革命。在這場技術革命中，逐步掌握三 CAD/CAM 軟件的使用，并用于模具的 數(shù)字化設計與制造是其中的關鍵。 我國模具工業(yè)發(fā)展前景非常廣闊。國內(nèi)外模 具及模具加工設備廠商己普遍看好中國市場。隨著對模具設計質(zhì)量與制造要求 的不斷提高，以及 CAD/CAM 技術在模具制造業(yè)中的大規(guī)模推廣應用，急需大 批熟悉 CAD/CAM 技術應用的數(shù)控加工的技術人才。 1.2.2 UG 的優(yōu)點 UG 具有以下優(yōu)點： 具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)了 CAD/CAE/CAM 等各模塊之間的無數(shù) 據(jù)交換的自由切換，可施行并行工程。 采用復合建模技術，可將實體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建 模與參數(shù)化建模融為一體。 基于特征（如：孔、凸臺、型腔、溝槽、倒角等）的建模和編輯方法作 為實體造型的基礎，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設計方法，并能用參數(shù)驅(qū) 動。 曲線設計采用非均勻有理 B 樣線條作為基礎，可用多樣方法生成復雜 的曲面造型，特別適合于汽車、飛機、船舶、汽輪機葉片外形設計等外形復雜 的曲面造型。 出圖功能強，可以十分方便地從三維實體模型直接生成二維工程圖。能 按 ISO 標準標注名義尺寸、尺寸公差、形位公差漢字說明等，并能直接對實體 進行局部剖、旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸測圖挖切生成各種剖視圖，增強了繪圖功能 的實用性。 以 Parasolid 為 實 體 建 模 核 心 ， 實 體 造 型 功 能 處 于 領 先 地 位 。 目 前 著 名 的 CAD/CAE/CAM 軟 件 均 以 此 作 為 實 體 造 型 的 基 礎 。 提 供 了 界 面 良 好 的 二 次 開 發(fā) 工 具 GRIP(GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING)和 UFUNC(USER FUNCTION)， 并 能 通 過 高 級 語 言 接 口 ， 使 UG 的 圖 形 功 能 與 高 級 語 言 的 計 算 機 功 能 緊 密 結(jié) 合 起 來 。 具 有 良 好 的 用 戶 界 面 ， 絕 大 多 數(shù) 功 能 都 可 以 通 過 圖 標 實 現(xiàn) ， 進 行 對 象 操 作 時 ， 具 有 自 動 推 理 功 能 ， 同 時 在 每 個 步 驟 中 ， 都 有 相 應 的 信 息 提 示 ， 便 于 用 戶 作 出 正 確 的 選 擇 。 4 第二章 基于 UG 的三維造型設計 2.1 凸輪軸結(jié)構形狀 下圖 2-1 所示為凸輪軸的二維圖，圖 2-2 所示為凸輪軸的三維圖 圖 2-1 CAD 零件圖 圖 2-2 零件三維圖 該零件從圖中可以簡單看出其結(jié)構由以下內(nèi)容構成： M12 的外螺紋、螺紋退刀槽、18mm 外圓柱面、24mm 的外圓柱面、 R20mm 的圓弧、50mm 的外圓柱面、40mm 和 30mm 的槽、規(guī)則的四方 5 圓弧、8mm 的孔。 2.2 凸輪軸三維造型設計 首先我們要建立新文件，文件名只能是英文和數(shù)字組成。建好新文件后， 分別對零件進行線架造型。 2.2.1 進入初始界面 首先點擊 UG 進入 UG 界面。如圖 2-3 所示 圖 2-3 UG 界面 2.2.2 新建模型 點擊新建右上角 先創(chuàng)建一個模型，并輸入文件名 3D，文件名不允許 出現(xiàn)中文件了。在應用欄中點擊模型按鈕。如圖 2-4 所示。 圖 2-4 新建模型 6 2.2.3 繪制步驟 點擊草繪按鈕 ，創(chuàng)建草圖。如圖 2-5 所示。 圖 2-5 進入草圖按鈕 點擊確定按鈕，繪制草圖，按圖約束，得到 2-6 圖所示。 圖 2-6 繪制草圖 點擊 回轉(zhuǎn)指令，對剛才的繪制的草圖進行回轉(zhuǎn)，如下圖 2-7 所示 圖 2-7 拉伸草圖 7 點擊 倒斜角指令，對回轉(zhuǎn)后的圖進行倒角操作，首先倒螺紋角 C1.5， 如下圖 2-8 所示 圖 2-8 再點擊 倒斜角指令，對回轉(zhuǎn)后的圖進行倒角操作，再到圓柱面是的斜 角 C1，如圖 2-9 所示 圖 2-9 在零件左端的表平面上即 XCYC 平面上創(chuàng)建草圖，并繪制草圖，如下圖 2-10 所示 圖 2-10 繪制圖標 點擊 拉伸指令，對繪制的草圖進行拉伸并且求差操作，如圖 2-11 所示 8 圖 2-11 對繪制的草圖進行再進行拉伸并且求差，如圖 2-12 所示 圖 2-12 點擊 鉆孔指令，對零件的左端進行鉆孔操作，如圖 2-13 所示 圖 2-13 9 在工具欄中點擊“插入” ，選擇“設計特征 ”，選擇“螺紋” ，對零 件進行繪制 M12 外螺紋操作，如圖 2-14 所示 圖 2-14 最后得到三維圖，如圖 2-15 所示 圖 2-15 10 第三章 零件的工藝規(guī)程設計 3.1 毛坯的選擇 該零件為軸類零件，故其毛坯選擇為棒料，毛坯材料為 45 鋼，根據(jù)零件的 形狀選擇毛坯尺寸為 5588mm 的圓棒料。 3.2 定位基準的選擇 選擇工件的定位基準，實際上是確定工件的定位基面。根據(jù)選定的基面加 工與否，又將定位基準分為粗基準和精基準。在起始工序中，只能選擇未經(jīng)加 工的毛坯表面作為定位基準，這種基準稱為粗基準。用加工過的表面作為定位 基準，則稱為精基準。 精基準的選擇原則，根據(jù)其原則，確定該零件的精基準為零件的 50mm 外輪廓及零件左端面。粗基準的選擇原則，根據(jù)其原則，確定該零 件的粗基準為毛坯外圓及端面。 3.3 裝夾方式的選擇 在機床上加工，為保證加工精度，必須先使工件在機床上占據(jù)一個正確位 置，即定位；然后將其壓緊壓牢，使其在加工中保持這一正確位置不變，即夾 緊。從定位到夾緊的全過程稱為工件的裝夾。 經(jīng)分析，該零件需要進行三道主要的加工工序方能完成零件的加工。在第 一和第二道工序裝夾為車削和鉆削，此次裝夾時以毛坯外輪廓定位，采用三爪 卡盤進行裝夾；第三道工序裝夾為銑削，夾持工件的外輪廓面，加工零件四方 圓弧，同意采取三爪卡盤進行裝夾，如圖 3-1 所示。 圖 3-1 3.4 工藝路線的確定 （1）工藝路線方案一 工序一：下料 5588mm 的圓棒料 11 工序二：夾持毛坯外圓，伸出 45mm 加工零件的左端 工步 1：粗車端面、外圓輪廓 50mm，徑向留 0.5mm 余量、軸向留 0.2mm 的精加工余量 工步 2：精加工端面、外圓輪廓 50mm 工步 3：切槽 306mm 和 405mm 工步 4：鉆孔 8mm 深 17mm 工序三：夾持外圓輪廓 50mm，加工零件的右端 工步 1：粗車端面、M12 的外螺紋圓柱面、18mm 外圓柱面、 24mm 的外圓柱面、R20mm 的圓弧、50mm 端面，徑向 留 0.5mm 余量、軸向留 0.2mm 的精加工余量 工步 2：精加工工步 1 內(nèi)容 工步 3：加工螺紋退刀槽 10 x3mm 工步 4：車外螺紋 M12 工序四：銑四方圓弧 工步 1：粗銑四方外圓弧，側(cè)部留 0.2mm 的精加工余量 工步 2：粗銑四方內(nèi)圓弧，底部和側(cè)部留 0.2mm 的精加工余量 工步 3：精銑四方外圓弧 工步 4：精銑四方內(nèi)圓弧 工序五：去毛刺 工序六：檢驗 工序七：入庫 （2）工藝路線方案二 工序一：下料 5588mm 的圓棒料 工序二：夾持毛坯外圓，伸出 50mm 加工零件的右端 工步 1：粗車端面、M12 的外螺紋圓柱面、18mm 外圓柱面、 24mm 的外圓柱面、R20mm 的圓弧、50mm 端面，徑向 留 0.5mm 余量、軸向留 0.2mm 的精加工余量 工步 2：精加工工步 1 內(nèi)容 工步 3：加工螺紋退刀槽 10 x3mm 工步 4：車外螺紋 M12 12 工序三：夾持外圓輪廓 24mm，加工零件左端 工步 1：粗車端面、外圓輪廓 50mm，徑向留 0.5mm 余量、軸向留 0.2mm 的精加工余量 工步 2：精加工端面、外圓輪廓 50mm 工步 3：切槽 306mm 和 405mm 工步 4：鉆孔 8mm 深 17mm 工序四：銑四方圓弧 工步 1：粗銑四方外圓弧，側(cè)部留 0.2mm 的精加工余量 工步 2：粗銑四方內(nèi)圓弧，底部和側(cè)部留 0.2mm 的精加工余量 工步 3：精銑四方外圓弧 工步 4：精銑四方內(nèi)圓弧 工序五：去毛刺 工序六：檢驗 工序七：入庫 在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對于工件運動的軌跡稱為加工路線。加工路 線的確定原則： 加工路線因保證被加工零件的精度、表面粗糙度，且效率高。 使數(shù)值計算簡單，減少編程工作量。 應使加工路線最短，這樣既可以減少程序段，又可以減少空刀時間。 從以上方案對比分析可知，方案一將加工零件的左端放在第一道工序加工， 銑四方圓弧放在最后，這樣有利于進行裝夾的加工，并且符合加工的原則，如 果把加工零件的右端放在第一道工序，導致掉頭加工零件的左端裝夾位很少， 容易出現(xiàn)裝夾不緊固問題，所以綜合考慮選擇方案一進行加工。 3.5 機床的選擇 由于該零件屬于單件小批量生產(chǎn)，因此不用考慮生產(chǎn)效率等問題，只要在 能夠保證其精度要求的前提下選擇相應的設備進行加工即可，但為了減少人為 的換刀量，根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)控機床，機床選擇的原則： 要保證加工零件的技術要求，加工出合格的產(chǎn)品。 有利于提高生產(chǎn)率。 13 盡可能降低生產(chǎn)成本(加工費用)。 根據(jù)毛坯的材料和類型、零件輪廓形狀復雜程度、尺寸大小、加工精度、 工件數(shù)量、生產(chǎn)條件等要求，車削選用廣州數(shù)控機床 CAK6140 數(shù)控車床， 980TDB 系統(tǒng)。 3.6 刀具的選擇 車刀的選擇 數(shù)控機床上用的刀具應滿足安裝調(diào)整方便、剛性好、精度高、耐用度好等 要求。數(shù)控車床兼作粗精車削，粗車時吃刀深、進給快，要求車刀有足夠的強 度，能一次進給車去較多的余量；精車時要達到圖樣要求的尺寸精度和較小的 表面粗糙度，車去的余量較少，要求車刀鋒利，切削刃平直光潔，必要時還可 磨出修光刃。為減少換刀時間、方便對刀、提高生產(chǎn)效率，便于實現(xiàn)機械加工 的標準化，在數(shù)控車削加工時，應盡量采用機夾刀和機夾片刀，機夾片刀常采 用可轉(zhuǎn)位車刀。 根據(jù)零件的外形結(jié)構，車削加工需要如下刀具： 車刀卡片 刀具名稱 刀具號 刀具規(guī)格 刀片材料 加工表面 刀具數(shù)量 外圓粗車刀 T0101 90刀尖 YT15 外圓面及端面 1 外圓精車刀 T0202 60刀尖 YT15 精車外圓 1 外切槽刀 T0303 3mm 刀寬 YT15 車外槽 1 外螺紋車刀 T0404 60 YT15 車外螺紋 1 麻花鉆 T0505 8mm 高速鋼 鉆孔 1 銑刀的選擇 （1）銑刀剛性要好。銑刀剛性要好的目的有二：一是為提高生產(chǎn)效率而采 用大切削用量的需要；二是為適應數(shù)控銑床加工過程中難以調(diào)整切削用量的特 點。 （2）銑刀的耐用度要高。尤其是當一把銑刀加工的內(nèi)容很多時，如刀具不 耐用而磨損較快，不僅會影響零件的表面質(zhì)量與加工精度，而且會增加換刀引 起的調(diào)刀與對刀次數(shù)，也會使工作表面留下因?qū)Φ墩`差而形成的接刀臺階。除 上述兩點之外，銑刀切削刃的幾何角度參數(shù)的選擇及排屑性能等也非常重要。 根據(jù)零件的外形結(jié)構，銑削加工需要如下刀具： 銑刀卡片 刀具名稱 刀具規(guī)格 刀具號 刀具材料 14 立銑刀 ED10 T01 硬質(zhì)合金 3.7 冷卻液的選擇 為了刀具和工件的溫度，不僅要減少切削熱的產(chǎn)生，而且要改善散熱條件， 使用切削液可以有效的降低溫度還可以防止切削層金屬的變形。減少切削與刀 具前面的摩擦和工件與刀具后面的摩擦，現(xiàn)有冷卻液分為：水溶液、乳化液和 切削油三大類。根據(jù)零件材料和刀具材料分析，為了得到較高的表面質(zhì)量和精 度，并且減少水與鋁的化學反應。所以選取 10乳化液效果較好。 3.8 切削用量的選取 合理的選擇切削用量，對保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高銷量，降低加工成本具有重 要作用。切削用量的選擇主要根據(jù)工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求進 行，同時還要兼顧刀具的耐用度、工藝系統(tǒng)的剛度和機床功率等條件，其基本 原則是：在工藝系統(tǒng)剛性允許時，應首先選擇一個盡可能大的背吃刀量（ ） ，pa 其次選擇一個較大的進給量（ ） ，最后在刀具耐用度和機床功率允許條件下選f 擇一個合理的切削速度（ ） 。最后通過公式 n=1000 / d 計算出主軸轉(zhuǎn)速。cvcv （1） 的選擇pa 主要根據(jù)加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度確定。 1）粗加工時，在留下精加工、半精加工的余量后，盡可能一次走刀將剩下 的余量切除；若余量過大不能一次切除，也應按縣多后少的不等余量法加工。 第一刀的 應盡可能大些，使刀口在里層切削，避免工件表面不平及有硬皮的pa 鑄造件。 2）當沖擊載荷較大或工藝系統(tǒng)剛度較差時，可適當降低 ，使切削力減pa 小。 3）精加工時， 應根據(jù)粗加工留下的余量確定，采用逐漸降低 的方法，pa p 逐步提高加工精度和表面質(zhì)量。 4）一般精加工時，取 =0.050.8mm；半精加工時，取p =1.03.0mm。pa （2） 的選擇f 1）粗加工時， 主要受刀桿、刀片、機床、工件等強度和剛度所承受的切f 15 削力限制一般根據(jù)剛度選擇。Go 工藝系統(tǒng)剛度好時，可用大些的 ，適當降低f 。f 2）精加工、半精加工時， 應根據(jù)工件的表面粗糙度要求選擇。表面粗糙f 度要求小，取較小的 ，但不能過小，因為 過小，切削厚度過薄，表面粗糙f f 度值反而會增大，切刀具磨損加劇。 （3） 的選擇cv 主要根據(jù)工件材料、刀具材料和機床功率來選擇。 1）刀具材料好， 可選擇高些。cv 2）表面粗糙度要求小的要避開積屑瘤、鱗刺產(chǎn)生的 ，高速鋼刀去小 ，cvcv 硬質(zhì)合金取較高的 。c 3）表面有硬皮或斷續(xù)切削時，應適當降低 。c 4）工藝系統(tǒng)剛性差的， 應減小cv 3.9 切削用量的計算 （1）粗車端面、外圓輪廓 粗車端面、外圓時，選取 Vc=150m/min，f=0.2mm/r，ap=1.5mm，粗加工 時取 55mm。 則：主軸轉(zhuǎn)速：n =1000Vc/d =（1000150）/（3.1450）r/min=955.41r/min 取 950r/min 進給速度：F =fn =（ 0.2950）mm/min=190mm/min （2）精車端面、外圓輪廓 精車端面、外圓時，選取 Vc=180m/min，f=0.1mm/r，ap=0.25mm，精加工 時取 50mm。 則：主軸轉(zhuǎn)速：n =1000Vc/d =（1000180）/（3.1450）r/min=1146.5r/min 取 1100r/min 進給速度：F =fn=0.11100mm/min=110mm/min 16 （3）車槽 車槽時，選擇 Vc=50m/min，f=0.1mm/r，車槽時直徑為 30mm。 則：主軸轉(zhuǎn)速：n =1000Vc/d =（100050）/（3.1430）r/min=530.8r/min 取 500r/min 進給速度：F =fn=（0.1500）mm/min=50mm/min 同理 40mm 的槽 n 取 450 r/min F 取 50mm/min 同理 10mm 的螺紋退刀槽 n 取 600 r/min F 取 40mm/min （4）鉆孔 鉆孔，選取 Vc=30m/min， f=0.05mm/r，ap=0.25mm，麻花鉆直徑為 8mm 則：主軸轉(zhuǎn)速：n =1000Vc/d =（100030）/（3.148）r/min=1194.3r/min 取 1200r/min 進給速度：F =fn=0.051200mm/min=60mm/min （5）車螺紋 車螺紋時，主軸轉(zhuǎn)速 n（1200/P）k，k 為安全系數(shù)，一般取 80。 則：n（1200/2）-80/r/min=700r/min （6）粗銑四方圓弧 粗銑四方圓弧，選取 Vc=40m/min，f=0.1mm/r，ap=1mm，刀具直徑為 10mm 則：主軸轉(zhuǎn)速：n =1000Vc/d =（100040）/（3.1410）r/min=1273.9r/min 取 1300r/min 進給速度：F =fn=0.11300mm/min=130mm/min （7）精銑四方圓弧 精銑四方圓弧，選取 Vc=50m/min，f=0.1mm/r，ap=0.2mm，刀具直徑為 10mm 則：主軸轉(zhuǎn)速：n =1000Vc/d 17 =（100050）/（3.1410）r/min=1592.4r/min 取 1600r/min 進給速度：F =fn=0.21600mm/min=320mm/min 3.10 加工工序卡片 確定刀具和加工工序后，根據(jù)加工要求，編寫數(shù)控加工工序卡片。具體的加 工工序卡片如下表所示。 數(shù) 控 加工工藝過程卡 機械加工工藝過程 產(chǎn)品名稱 凸輪軸 材料 45 鋼 毛坯尺寸 5588mm 序號 工序名稱 工序內(nèi)容 車間 設備 工裝 1 鍛造 下料 5588mm 的圓棒料 2 銑 夾持毛坯外圓，伸出 45mm 加工零件的左 端 金工 數(shù)控車床 三爪卡盤 3 銑 夾持外圓輪廓 50mm，加工零件的右端 金工 數(shù)控車床 三爪卡盤 4 銑 銑四方圓弧 金工 數(shù)控銑床 三爪卡盤 5 鉗工 去毛刺 銼刀 6 檢驗 檢驗圖上各尺寸 卡尺 7 入庫 工序二數(shù)控加工工序卡 產(chǎn)品名稱或 代號 零件名 稱 材料 零件圖號（工廠） 數(shù)控加工工序 卡 凸輪軸 45 鋼 工序號 程序編號 夾具名稱 夾具編號 使用設備 車間 三 O0002 三爪卡盤 數(shù)控車床 工 步 號 工步內(nèi)容 刀具 號 刀具 規(guī)格 /mm 主軸轉(zhuǎn) 速 /（r/m in） 進給速 度 /(mm/mi n) 背吃 刀量 /mm 備注 1 粗車端面、外圓輪廓 50mm，徑向留 0.5mm 余 量、軸向留 0.2mm 的精加工 余量 T0101 20 x20 950 190 1.5 自動 2 精加工端面、外圓輪廓50mm T0202 20 x20 110 110 0.25 自動 3 切槽 306mm T0303 3mm 寬 500 50 自動 18 切槽 405mm 450 40 4 鉆孔 8mm 深 17mm T0505 8mm 1200 60 自動 編制 審核 批準 共 3 頁 第 1 頁 工序三數(shù)控加工工序卡 產(chǎn)品名稱或 代號 零件名 稱 材料 零件圖號（工廠） 數(shù)控加工工序卡 凸輪軸 45 鋼 工序號 程序編號 夾具名稱 夾具編號 使用設備 車間 二 O0001 三爪卡盤 數(shù)控車床 工 步 號 工步內(nèi)容 刀具 號 刀具 規(guī)格 /mm 主軸轉(zhuǎn) 速 /（r/m in） 進給速 度 /(mm/mi n) 背吃 刀量 /mm 備注 1 粗車端面、M12 的外螺紋圓 柱面、18mm 外圓柱面、 24mm 的外圓柱面、 R20mm 的圓弧、50mm 端 面，徑向留 0.5mm 余量、軸 向留 0.2mm 的精加工余量 T0101 20 x20 950 190 1.5 自動 2 精加工工步 1 內(nèi)容 T0202 20 x20 110 110 0.25 自動 3 加工螺紋退刀槽 10 x3mm T0303 3mm 600 40 自動 4 車外螺紋 M12 T0404 60 700 自動 編制 審核 批準 共 3 頁 第 2 頁 工序四數(shù)控加工工序卡 產(chǎn)品名稱或 代號 零件名 稱 材料 零件圖號（工廠） 數(shù)控加工工序卡 凸輪軸 45 鋼 工序號 程序編號 夾具名稱 夾具編號 使用設備 車間 二 O0001 三爪卡盤 數(shù)控車床 工 步 號 工步內(nèi)容 刀具 號 刀具 規(guī)格 /mm 主軸轉(zhuǎn) 速 /（r/m in） 進給速 度 /(mm/mi n) 背吃 刀量 /mm 備注 1 粗銑四方外圓弧，側(cè)部留0.2mm 的精加工余量 T01 ED10 1300 130 1 自動 2 粗銑四方內(nèi)圓弧，底部和側(cè)部留 0.2mm 的精加工余量 T01 ED10 1300 130 1 自動 19 3 精銑四方外圓弧 T01 ED10 1600 320 0.2 自動 4 精銑四方內(nèi)圓弧 T01 ED10 1600 320 0.2 自動 編制 審核 批準 共 3 頁 第 3 頁 第四章 數(shù)控編程與仿真加工 編程是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主 運動和進給運動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉(zhuǎn)、冷卻液 開關、刀具夾緊松開等）加工信息。用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼， 按一定格式編寫成加工程序。 數(shù)控編程又可分為手工編程和自動編程兩類。 手工編程時，整個程序的編制過程是由人工完成的。這要求編程人員不僅 要熟悉數(shù)控代碼及編程規(guī)則，而且還必須具備有機械加工工藝知識和數(shù)值計算 能力。對于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件，數(shù)控編程計算較簡單，程序 段不多，手工編程即可實現(xiàn)。 自動編程是用計算機把人們輸入的零件圖紙信息改寫成數(shù)控機床能執(zhí)行的 數(shù)控加工程序，就是說數(shù)控編程的大部分工作有計算機來實現(xiàn)。 本次設計的凸輪軸使用到手動編程和自動編程。 4.1 手動編程程序 工序二數(shù)控加工工序走刀路線，及加工程序如下： 圖 4-1 車外 圖 4-2 圓切槽 20 程序 說明 O0001 程序號 M03S950T0101 啟動主軸，調(diào)用 1 號刀具 G0X55Z13 快速定位 G71U1R1 外圓車削循環(huán) G71P1Q2U0.5W0.2F190 外圓車削循環(huán) N1G01X0F110 靠近工件 Z0 靠近工件 X50 直線插補 Z-41 車外圓 50mm N2G01U1 直線插補 G0X100 退刀 Z100 退刀 S1100T0202 提高轉(zhuǎn)速精車 G0X55Z3 定位 G70P1Q2 精車循環(huán) G0X100 退刀 Z100 退刀 M30S500T0202 換 2 號切槽刀 G0X51Z1 定位 Z-16 定位 G01X30F50 X51 Z-13 X30 X50 Z-17 X48Z-16 X51 S450 Z-29 X40 X50 Z-27 切槽 40mm 和 30mm 21 X40 X50 Z-30 X48Z-28 X50 Z-23 X48Z-24 G0X100 退刀 Z100 退刀 M03S1200T0505 換刀，鉆孔 G0X0Z1 定位 G01Z-17F60 鉆孔 G0Z100 退刀 M30 程序結(jié)束 工序三數(shù)控加工工序走刀路線，及加工程序如下： 圖 4-2 車外圓 圖 4-3 切槽 圖 4-3 車螺紋 程序 說明 O0002 程序號 M03S950T0101 啟動主軸，調(diào)用 1 號刀具 22 G0X55Z3 定位 G71U1R1 外圓車削循環(huán) G71P1Q2U0.5W0.2F190 外圓車削循環(huán) N1G01X0F110 靠近工件 Z0 直線插補 X10 直線插補 X12W-1.5 倒角 Z-13 車 M12 外螺紋大徑 X16 直線插補 X18W-1 倒角 Z-19 車 18mm 外圓 X23 直線插補 X24W-1 倒角 Z-30.744 車 24mm 外圓 G03X39.6Z-55.7R20 圓弧插補車 R20 圓弧 G01X48 直線插補 X50W-1 倒角 G01U1 直線插補 G0X100 退刀 Z100 退刀 S1100T0202 換 2 號刀具精車，提高轉(zhuǎn)速 G0X55Z3 定位 G70P1Q2 精車循環(huán) G0X100 退刀 Z100 退刀 M03S600T0202 換刀切槽 G0X20Z-13 定位 G01X10F40 切槽 10mm G0X100 退刀 Z100 退刀 M03S700T0404 換刀車螺紋 G0X15Z3 定位 G92X11.5Z-11F1.5 X11 X10.7 螺紋車削循環(huán) 23 X10.6 X10.5 X10.5 G0X100 定位 Z100 程序結(jié)束 M30 螺紋 G76 切削循環(huán) 4.2 自動編程與仿真 通過草圖拉伸對毛坯進行設定，同時要確定毛坯中心在系統(tǒng)坐標系（繪圖 坐標系）中的坐標值。因為該例繪圖原點在圖形的底平面上，所以毛坯中心的 坐標值設定值為（0,0,0） 。注意對刀時，刀具找正毛坯中心后，要按該坐標值設 定毛坯中心。然后進入 UG 加工模塊，首先設定加工坐標系、工件加工的安全 平面，對工件進行加工。 1、建立坐標系 首先我們先建立基準坐標系，點擊幾何視圖按鈕，然后雙擊操作工具欄的 MCS，選擇工件上的坐標系。 圖 4-4 坐標系的建立 雙擊右邊導航器里的 WORKPIECE，進行設置加工工件與加工毛坯，如圖 4-5 所示。 24 圖 4-5 設置加工工件與毛坯 2、創(chuàng)建刀具 UG 課程的時候，老師說過做 UG 仿形加工有三個步驟：用什么刀具加工； 確定對零件件加工方法；選擇零件加工的操作命令。我現(xiàn)在創(chuàng)建操作平面 銑刀，選擇 ED/10 的立銑刀，如圖組 4-6 所示。 圖 4-6 創(chuàng)建粗加工立銑刀 3、創(chuàng)建編程操作步驟 創(chuàng)建外形輪廓銑操作，如圖 4-7 所示 25 圖 4-7 創(chuàng)建型腔銑操作 選擇加工表面，如圖 4-8 所示選擇。 圖 4-8 選擇加工表面 設置好切削用量、每一刀的進給量、切削方式，外面毛坯的距離，進刀方 式和安全距離，切削速度和進給。留 0.5 個 mm 的加工余量。然后生成刀軌，準 備進行粗加如圖 4-9 所示。粗加工編程完成，進行 2D 仿真模擬，如圖 4-10 所 示。 圖 4-9 生成刀軌 圖 4-10 粗加工完成 同理，加工四方內(nèi)圓弧編程創(chuàng)建操作，設置參數(shù)，生成刀具軌跡，和進行 仿真模擬，如下圖 4-11 和圖 4-12 所示 26 圖 4-11 圖 4-12 最后對該凸輪軸進行精加工，如下圖 4-13 所示 圖組 4-13 4、后處理生成程序 點擊后處理按鈕，設置單位公制。用來生成 NC 程序，如圖 4-14 所示 圖 4-14 后處理 生成 NC 程序，如圖 4-15 所示。 27 圖 4-15 經(jīng)過后處理生成的 NC 程序 結(jié) 論 經(jīng)過這段時間的堅持不懈，畢業(yè)論文終于達到了預期的要求，在此次設計 過程中，我查閱大量有關資料，與同學交流，經(jīng)驗和自學，并向老師請教，學 到了不少知識也找到了自己身上的不足。感受良多，獲益匪淺。 此次設計制作過程我遇到許多問題，諸如 UG 的使用不熟練、UG 的基本 操作、工藝和編程上的一些常見難處等方面的問題，最終在老師和書本的幫助 下，我終于完成了老師交給我的任務。在整個設計中我懂得了許多東西，諸如 工藝、質(zhì)保、設計的情況。培養(yǎng)了我獨立工作能力，樹立了對自己工作能力的 信心，相信會對今后的學習、工作、生活有很大的啟發(fā)。 這次設計，我深刻體會到，在動手設計以前，應該進行充分調(diào)查、研究， 28 根據(jù)所收集的資料進行系統(tǒng)分析，在腦海中形成一個具體的結(jié)構，再進行有計 劃的實施。 在畢業(yè)設計期間，我學到了很多書本上所沒有的知識，也對學習和生活有 了一些新的認識?？偨Y(jié)如下： 1、要勤于思考。只有把理論用于實踐，才能徹底的掌握，才能實現(xiàn)學習的 價值。 2、細心、耐心。只有一絲不茍的工作態(tài)度和不驕不燥的鉆研精神，才能在 所從事的工作中獲得成功。 3、要團結(jié)、謙虛、 “問道有先后，術業(yè)有專攻” 。每個人都有所長亦有所短， 只有大家互相幫助，共同學習，才能取得更大的進步。 4、 “業(yè)精于勤荒于嬉，行成于思毀于隨” 。只有不斷練習、不斷學習、不斷 進步，才會在社會和學習中強于別人。 最后，衷心感謝老師給予我人生、思想、生活上無微不至的幫助和學習中 的教誨。 致 謝 在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下 度過了。他們對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改 和改進。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多 方面的支持與幫助，在此向幫助和指導過我的各位老師表示最忠心的感謝！ 感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如 果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。感 謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多你問素材。還在論文的 撰寫和排版燈過程中提供熱情的幫助。 感謝我的指導教師老師，在畢業(yè)設計過程中，給予了精心的指導，并講解 了各項專業(yè)要領，提出了寶貴的專業(yè)意見。還要感謝曾經(jīng)的老師，是他讓我學 29 到了很多繪圖和加工知識，才使我的畢業(yè)設計能夠按期完成，感謝學校給予的 支持和幫助，感謝同學們的無私幫助。同時要感謝在百忙之中來參加我畢業(yè)答 辯的評審老師們。謝謝！ 參考文獻 1 吳國華 金屬切削機床第二版, 北京:機械工業(yè)出版社,2001.2. 2 余英良 數(shù)控加工編程及操作北京:高等教育出版社，2005.1 3 陸劍中 孫家寧 金屬切削原理與刀具北京: 機械工業(yè)出版社,2001.4 4 倪森壽 機械制造工藝基礎北京:教育出版社，2005.3 5 劉守勇 機械制造工藝與機床夾具北京: 機械工業(yè)出版社,2000.