自动车床凸轮设计教程_图文

自动车床凸轮设计教程_图文 1.自动车床主要靠凸轮来控制加工过程，能否设计出一套好的凸轮，是体现自动车床师傅的技术高低的一个。凸轮设计计算的资料不多，在此，我将一些基本的凸轮计算方法送给大家。 凸轮是由一组或多组螺旋线组成的，这是一种端面螺旋线，又称阿基米德螺线。其形成的主要原理是:由A点作等速旋转运动，同时又使A点沿半径作等速移动，形成了一条复合运动轨迹的端面螺线。这就是等速凸轮的曲线。 凸轮的计算有几个专用名称: 1、 上升曲线——凸轮上升的起点到最高点的弧线称为上升曲线 2、 下降曲线——凸轮下降的最高点到最低点的弧线称为下降曲线 3、 升角——从凸轮的上升起点到最高点的角度，即上升曲线的角度。我们定个代号为φ。 4、 降角——从凸轮的最高点到最低点的角度，即下降曲线的角度。代号为φ1。 5、 升距——凸轮上升曲线的最大半径与最小半径之差。我们给定代号为h，单位是毫米。 6、 降距——凸轮下降曲线的最大半径与最小半径之差。代号为h1。 7、 导程——即凸轮的曲线导程，就是假定凸轮曲线的升角(或降角)为360?时凸轮的升距(或降距)。代号为L，单位是毫米。 8、 常数——是凸轮计算的一个常数，它是通过计算得来的。代号为K。 凸轮的升角与降角是给定的数值，根据加工零件尺寸计算得来的。 凸轮的常数等于凸轮的升距除以凸轮的升角，即K=h/φ。由此得h,Kφ。 凸轮的导程等于360?乘以常数，即L,360?K。由此得L,360?h/φ。 举个例子: 一个凸轮曲线的升距为10毫米，升角为180?，求凸轮的曲线导程。(见下图) 解:L,360?h/φ=360?×10?180?,20毫米 升角(或降角)是360?的凸轮，其升距(或降距)即等于导程。 这只是一般的凸轮基本计算方法，比较简单，而自动车床上的凸轮，有些比较简单，有些则比较复杂。在实际运用中，许多人只是靠经验来设计，用手工制作，不需要计算，而要用机床加工凸轮，特别是用数控机床加工凸轮，却是需要先计算出凸轮的导程，才能进行电脑程序设计。 要设计凸轮有几点在开始前就要了解的. 在我们拿到产品图纸的时候,看好材料,根据材料大小和材质将这款产品的 主轴转速先计算出来. 计算主轴转速公式是[切削速度乘1000]除以材料直径. 切削速度是根据材质得来的，在购买材料时供应商提供.单位是米/分钟. 材料硬度越大,切削速度就越小,切的太快的话热量太大会导致材料变形, 所以切削速度已知的. 切削速度乘1000就是把米/分钟换算成毫米/分钟,在除以材料直径就是主 轴每分钟的转速了.材料直径是每转的长度,切削速度是刀尖每分钟可以移动的 距离. 主轴转速求出来了,就要将一个产品需要多少转可以做出来,这个转的圈数 求出来.主轴转速除以每个产品需要的圈数就是生产效率.[单位.个/分钟] 每款不同的产品,我们看到图纸的时候就先要将它的加工工艺给确定下来. 加工工艺其实就是加工方法,走芯机5把刀具怎么安排,怎么加工,哪把刀具 先做,按顺序将它安排,这样就是确定加工工艺. 确定加工工艺的时候有几点应该注意的地方. 一. 2把相邻的刀具最好不安排在一前一后顺序加工,应该错开刀具安排,这样 就容易避免刀具相撞. 二. 确定一条基准线,一般以切断刀的靠近中心架夹头的那个面为基准.其余的 4把刀具在靠近基准面时留有一点距离.后面会有例子. 三. 尽量不要安排2把刀同时加工,以免互相干扰,出现不稳定情况.当然也有些 例外的,比如2把倒角一起加工有时候是可以的. 四. 合理的安排刀具,在刀具够用的时候倒角可以用成型刀最好. 区分好行程和空行程的步骤. 行程就是刀具在加工的时候;空行程则是刀具在未加工的时候. 我们在这开始讲空行程的角度计算方法: 1. 凸轮开关夹,夹头弹开的时候的角度是10度,夹紧角度是15度. 2. 根据算得的生产效率来确定凸轮上升下降的空行程所要乘的比例系数. 当生产效率小于或者等于3的时候,凸轮上升角度比例系数是1比1,也就是 凸轮每上升1毫米,角度为1度.凸轮下降角度比例系数是1比0.7,也就是凸 轮每下降1毫米,角度为0.7度. 当生产效率小于等于8大于3的时候,凸轮上升角度比例系数是1比1.5,也 就是凸轮每上升1毫米,角度为1.5度.凸轮下降角度比例系数是1比1,也就 是凸轮每下降1毫米,角度为1度. 当生产效率小于等于14大于8的时候,凸轮上升角度比例系数是1比2,也就 是凸轮每上升1毫米,角度为2度.凸轮下降角度比例系数是1比1.3,也就是 凸轮每下降1毫米,角度为1.3度. 当生产效率大于14的时候,凸轮上升角度比例系数是1比2.5,也就是凸轮 每上升1毫米,角度为2.5度.凸轮下降角度比例系数是1比1.7,也就是凸轮 每下降1毫米,角度为1.7度. 生产效率实际指的就是凸轮轴每分钟转的圈数,而不是产品每分钟做的个 数,因为产品简单的时候我们设计的时候甚至可以每圈做2,3个产品,可能 更多. 空行程说清楚了也就是这两个要点. 凸轮空行程的凸轮上升下降角度可以根据第2点全计算出来. 由于纵切自动车床一般都具有五个刀架和附件装置，因此它的加工工艺范围比较广，许多复杂的轴类零件也可以用这种机床一次加工完成。 在纵切单轴自动车床上可以进行下列一些工作:车圆柱面、车倒角、车锥面、沉割加工、切断、车圆弧、打中心孔、钻孔、绞孔、镗孔、功内外螺纹、冲方孔等等其他工作。 前面我们讲完了空行程的计算方法,这里讲行程的计算方法. 凸轮设计里面除了行程剩下的全是空行程.在这也可以反过来用. 行程里面刀具加工的方法很多: 1. 左车外径 2. 右车外径 3. 成型刀倒角,圆弧,插槽等等 4. 切断 (1) 平面切断 (2) 圆弧切断 (3) 斜面切断 (4) 切断面往里面凹进去,也可以是产品后面打中心孔 5. 打中心孔(钩刀钩平底孔) 6. 根据凸轮和刀具配合移动走倒角,或者走圆弧 7. 沉割刀具清理外径根部圆角或者批锋 8. 钻孔 9. 功牙,套牙 10 冲方孔(孔是正多边型的) 自动车床，以其无可替代的加工手段的优势，正在为越来越多的厂家所青睐。而自动车床 使用的凸轮的设计，则成为使用此类机床的厂家所必须要掌握的一门技术。自动车床凸轮的设 计，即编写凸轮调整卡，对于不了解其本来面貌的人来讲，神秘、深奥;当对它有了稍微粗浅 了解的人 ，又会觉得不过如此而已，稍学即会。 其实，此项技术和其他任何门类的技术一样，“会易精难”。 依据机床说明书的提示来编写完成的凸轮设计调整卡，不一定是好的设计作品。 一个优秀的设计作品，包括以下内容: 一，合理的工步编排。 二，合理的设定走刀量。 三，能得出较高的生产率。 此外，还应在制造凸轮、调整机床时易于操作。 也可以这样说，要想作出一件比较优秀的设计作品，前提是能够深刻体味各个设计步骤的 实质性的意义。只有这样才能做到，你的设计作品与机床说明书中提示的方法相比较，不只是 形似，而是神似，甚至比其更优秀。 考核一个设计作品的优劣，最重要的标准是其最后得出的生产率的高低;生产率的高低， 取决于工作角度总和的大小;而工作角度总和的大小，则取决于工步编排得是否合理。由此看 来，合理的编排工步，在整个设计过程中，具有着相当重要的作用。要想做好工步编排 ，一 是要有相当时间的工作经验的积累;二是要有丰富的想象力，这一点尤其重要。 一、生产率的计算方法与作用 作为投资人，都希望在尽可能短的时间内，得到尽可能高的效益;作为生产过程的组织者，都希望机床能生产数量和品种都尽可能多的产品，以缓解交货期代来的时间压力;作为操作工，都希望机床能够优质高产，以获得较高的收入。所以说，希望优质高产是所有与机床有关联的人的共同愿望。 那麽，现在就分析一下下面的这个公式，就可以知道机床的生产率究竟是怎样 形成的了。 N 不难看出，这是一个多元一次分式方程式。在这一公式里， A=———————— 函括了整个设计过程的全部计算内容。 Σn工?Σa工×360? 式中: A=生产率 单位=件/分 N=主轴转数 单位=转/分 n工=某切削工步工作时的主轴转数 α工=某切削工步工作时占用的角度 ?: 希腊字母。示在计算过程中某项数值的累计总和。 首先，介绍几个在设计中使用的专用名词: 工步—— 生产过程中每一个动作称做一个工步。 切削时主轴转数—— 完成某一切削工步时主轴转过的圈数。 工作角度—— 完成某一切削工步时所占用的角度。 在“车”加工中，无论使用的是哪种类型车床，在切削前都要先确定 : ?主轴转数。 ?每次进刀多少毫米(进刀深度)。 ?走刀时的速度(走刀量)。 这就是平常所说的“切削三要素”。 自动车加工时的主轴转数，是由被加工材料的种类和直径决定的。 例:切削直径10毫米A3棒料时(此钢种属低碳钢)，根据说明书中切削速度表给出的数值，是60m/分。即: 60×1000/(10×3.1416)?1910(转) 据此，就可确定机床最接近此数值的主轴转数。 准确的选择主轴转数，是保持零件加工时工艺尺寸稳定的关键，这一点往往容易被忽略。 如果主轴转数过快，直接影响刀具的使用寿命;而主轴转数过慢，又会因切削速度不够而造成 加工的零件工艺尺寸不稳定、光洁度不高等等缺陷。其他类型的车床，在加工零件时，一般是 一次加工一个零件，每个部位可能会分若干次进刀，当尺寸发生变化时可随时采取措施。自动 车床就不同了，它一经启动，零件就会不断产出。主轴转数设定的准确与否，直接影响的就是、生产效率。也可以这样讲，当我们确定了所要生产的产品，也就同时确定了主轴转数。 综上所述，我们在进行凸轮设计时，可以把主轴转数N当作一个常量来设定;无疑， (Σn工/Σα工)×360?是一个变量。 N 设:(Σn工/Σα工)×360?=W。 公式则可成为为: A= —— W 根据数学的计算法则，A的值与W的值成反比。只有W的值尽可能的小，A的值才能尽 可能的大。 那么，怎样才能使W即(Σn工/Σα工)×360?的值尽可能的小呢, 二、设计公式的分析与使用 在一篇凸轮设计调整卡中，工步编排得是否完美，直接影响着(Σn工?Σα工)×360?值 的大小。也就是说，(Σn工?Σα工)×360?的值，是编排完工步后计算的结果。前面提到，作 好工步编排，既需要相应的工作经验，更需要丰富的想象力。这一点，充分体显在凸轮设计开 始前，对每把刀所要加工的部位的设定上。合理的使用每一把刀，是使一件设计作品尽可能完 美的前提。本文后面有几篇范例，都是经工作实践检验证明是较为成功的作品，读者可作为设 计时的参考。下面只从计算的角度分析一下:怎样才能使(Σn工?Σα工)×360?的值尽可能 的小。 Σn工 公式 :Σn工?Σα工×360? = W 即:—————×360? = W Σα工 公式中 ? Σn工——累计切削工步主轴转数的总和。 n工是完成某一切削工步时的主轴 转数，是根据公式 n工= L / S 得来的。 其中:L= 刀具切削时的工作行程。(即实际加工尺 寸加0.2,0.5的提前量) S = 为被加工部位设定的走刀量，其值的大小可根据工艺要求的尺 寸精度，参照说明书中给的参数设定就行了。 ?Σα工——累计切削工步所用角度的总和。α工是完成某一切削工步所占用的 - 角度。是根据公式:α工 =[(360?,Σα空)/Σn工]×n工得来的。其中，Σα空= 累计空 行程角度总和(所有不切削的动作都称为空行程)。 毫无疑问，公式中的360?是个常量。所以，只需让Σn工/Σα工的比值尽可能的小就可以了。 数学法则告诉我们，在Σn工/Σα工中，Σn工值尽可能的小，或Σα工值尽可能的大，都能够使公式的比值尽可能的小。也就是说，一、计算每一个n工值时，设定走刀量S 要合理，不能精度过剩(S值过小);二、计算每一个α空值时，空行程动作要尽可能重合。这两点做好了，目的也就达到了。 前文提到的公式:n工=L / S 向我们表达了什么信息呢,它表达的是:n工是当完成某一切 削动作时，主轴转过的圈数。 例1:切断Φ10棒料。 ( 切断刀宽 = 2mm ) (刀具距棒料的提前量 = 0.2) L= 10/2，2，0.2=7.2? S=0.02? ? n工= 7.2 / 0.02 = 360(转) 例2:车外径走刀行程为12?。 (刀具距棒料的提前量 = 0.2) L = 12，0.2=12.2? S=0.008 ? n工= 12.2 / 0.008 = 1525(转) 这里，S=0.02 、 S=0.008 分别是这两个动作的走刀量，也就是主轴每转一圈刀具移动的距 离。把所有完成切削动作时的主轴转数相加，就是Σn工。(切削工步总和)。 本文至此，凡是涉及到设计编写凸轮调整卡时使用公式及其含义，都做了简略的介绍。即 :无论是纵切自动车，还是横切自动车，设计过程都是相同的;所要遵循的动作编排原则是相 同的(工作行程不能重合)，应用的各种技术参数也是相同的。 三、工作步骤是怎样编排的 凸轮设计调整卡是体现设计者的设计思路的一种文件，它又是凸轮制造、机床调整、凸轮 磨损后的修复的唯一依据。在许多公司或生产单位，设计、制造、使用分别在不同的部门，所 以说，设计者要想把自己的设计思路准确、完整的表达出来，编写凸轮设计调整卡时，必须要 严格遵循此文件所特定的，调整卡所涉及到的内容一定要无一疏漏。凸轮设计调整卡所包 括的内容有:?. 填写所要加工的零件名称，并画出零件的加工工艺图;? .设定各号刀的加 工部位并画出排刀图;? .根据要加工的零件所需的棒料材质及其直径，计算出主轴转数;?. 根据每个加工部位的精度要求设定走刀量及杠杆比。?. 按照设定的加工动作的顺序.编写出每 一动作的工步。 (一)填写所要加工的零件名称，并画出零件的工艺图: 因为所要加工的零件的几何形状的原因，往往需要多道工序加工来完成。这就产生了若干 种根据各工序的加工内容而绘制的工艺图。许多人可能不很了解零件的工艺图和正式的零件图 之间有那些区别，它们之间的区别在于零件图要准确完整的画出零件本身的全貌，所有的数据 包括形状公差和位置公差都要表述清楚。而工艺图只需把本工序最后要完成的结果画出并标上 相关数据就可以了。 (二)设定各号刀的加工部位并画出各号刀的几何形状及排刀图: 设定各号刀的加工部位必须要了解各号刀架的加工特点。大多数型号的机床，一号刀都具 有刚性挡块机构，均为弹性进给，车削外径时可保证很高的精度，但一般不能作横进切削动作 。其它各号刀可用来进行切槽、成型、切断等动作，切断刀的宽度根据被加工材料的种类和直 径以及经验来决定。 切断刀宽度表 (毫米) (参考) Ф2 Ф3Ф4Ф5Ф6Ф7Ф8Ф10Ф12Ф14Ф16Ф18Ф20钢 0.811.21.31.41.51.61.71.822.22.52.8铜0.60.70.811.11.21.41.51.61.71.822.2 (三)根据要加工的零件所需的棒料材质及其直径，计算出主轴转数: 前文已经介绍，自动车加工时的主轴转数，是由被加工材料的种类和直径决定的。不同的 材料种类和直径，有着不同的切削速度，从而也就计算出了不同的主轴转数。 切削速度表 (m / 分) (参考) 材料合金钢高碳钢中碳钢低碳钢黄铜切削速度15,3020,3530,5040,6050,100 (四)设定合理的走刀量及杠杆比: 当我们所要生产的产品有若干个部位需要加工时，根据每个部位尺寸不同的精度要求，设定不同的走刀量。在这里需要强调的是，走刀量设定的是否合理，会直接决定着生产率的高低。 当走刀量设定过大时，会出现尺寸精度不稳定且变化毫无规律，甚至会造成刀具经常的损坏;当走刀量设定过小时，又会造成生产率无实际意义的偏低，浪费生产工时。所以说，根据每个部位尺寸不同的精度要求，能否恰当的设定走刀量，是考核一篇设计作品完美程度的重要依据之一。 根据每个部位尺寸不同的精度要求设定恰当的走刀量，除了要参照表中列出的数值，还要在实际工作中积累经验，不断修正，以求完美。 走刀量表 (mm / 转) (参考) 高碳钢中碳钢低碳钢黄铜纵向切削粗 0.02—0.040.03—0.060.06—0.080.08—0.20精 0.01—0.020.02—0.040.04—0.060.04—0.10切断、切槽粗 0.01—0.020.02—0.030.02—0.040.02—0.06精 0.005—0.010.01—0.0150.01—0.020.01—0.03钻孔直径? 2.50.01—0.0250.015—0.0350.02—0.050.02—0.102.5, 50.015—0.040.025—0.050.02—0.070.05—0 自动车床计算公式 国 际 标 准 一、挤牙丝攻内孔径计算公式: 公式:牙外径,1/2×牙距 例1:公式:M3×0.5,3,(1/2×0.5),2.75mm M6×1.0,6,(1/2×1.0),5.5mm 例2:公式:M3×0.5,3,(0.5?2),2.75mm M6×1.0,6,(1.0?2),5.5mm 二、一般英制丝攻之换算公式: 1英寸=25.4mm(代码) 例1:(1/4-30) 1/4×25.4,6.35(牙径) 25.4?30,0.846(牙距) 则1/4-30换算成公制牙应为:M6.35×0.846 例2:(3/16-32) 3/16×25.4,4.76(牙径) 25.4?32,0.79(牙距) 则3/16-32换算成公制牙应为:M4.76×0.79 三、一般英制牙换算成公制牙的公式: 分子?分母×25.4,牙外径(同上) 例1:(3/8-24) 3?8×25.4,9.525(牙外径) 25.4?24,1.058(公制牙距) 则3/8-24换算成公制牙应为:M9.525×1.058 四、美制牙换算公制牙公式: 例:6-32 6-32 (0.06+0.013)/代码×6,0.138 0.138×25.4,3.505(牙外径) 25.4?32,0.635(牙距) 那么6-32换算成公制牙应为:M3.505×0.635 1、 孔内径计算公式: 牙外径,1/2×牙距则应为: M3.505,1/2×0.635,3.19 那么6-32他内孔径应为3.19 2、挤压丝攻内孔算法: 下孔径简易计算公式1: 牙外径,(牙距×0.4250.475)/代码,下孔径 例1:M6×1.0 M6,(1.0×0.425),5.575(最大下孔径) M6,(1.0×0.475),5.525(最小) 例2:切削丝攻下孔内径简易计算公式: M6,(1.0×0.85),5.15(最大) M6,(1.0×0.95),5.05(最小) M6,(牙距×0.860.96)/代码,下孔径 例3:M6×1.0,6,1.0,5.0+0.05,5.05 五、压牙外径计算简易公式: 1(直径,0.01×0.645×牙距(需通规通止规止) 例1:M3×0.5,3,0.01×0.645×0.5,2.58(外径) 例2:M6×1.0,6,0.1×0.645×1.0,5.25(外径) 六、公制牙滚造径计算公式:(饱牙计算) 例1:M3×0.5,3,0.6495×0.5,2.68(车削前外径) 例2:M6×1.0,6,0.6495×1.0,5.35(车削前外径) 七、压花外径深度(外径) 外径?25.4×花齿距,压花前外径 例:4.1?25.4×0.8(花距),0.13 压花深度应为0.13 八、多边形材料之对角换算公式: 1(四角形:对边径×1.414,对角径 2(五角形:对边径×1.2361,对角径 3(六角形:对边直径×1.1547,对角直径 公式2: 1(四角:对边径?0.71,对角径 2(六角:对边径?0.866,对角径 九、刀具厚度(切刀):材料外径?10+0.7参考值 十、锥度的计算公式: 公式1:(大头直径,小头直径)?(2×锥度的总长),度数 等于查三角函数值 公式2:简易 (大头直径,小头直径)?28.7?总长,度数 前 言 自动机床上有一种特别的轴叫凸轮轴,由安装在凸轮轴上的凸轮实现自动化.凸轮的运动决定加工顺序、加工时间、工具的进刀、停止等,是不借助人力进行一系列加工的. 这样,在自动机床上凸轮发挥的作用就非常大了,凸轮设计的精确极大地影响作业效率和产品的品质.尤其工程顺序,主轴旋转数,进刀量三要素成为凸轮设计的根本,给作业效率、产品品质带来直接地很大地影响.为了决定这些,必须充分地研究产品的形状、精度材质等条件. 并且,该公司使用的自动机床一般是被叫作走心型自动机床.此文本凸轮设计需要的机械数据是以T-7为基准作成的. 目录 1. 一般说明 2. 凸轮的种类 3. 不切削运转 4. 切削运转 5. 尺寸调整 6. 设计书的作成 7. 凸轮设计的实例 (附表) 凸轮设计符号一览表 1. 一 般 说 明 1. 切削原理 走心型万能自动机床,刀具仅在半径方向运转,材料一边旋转一边和主轴台共同向轴方向运转.两个组合在一起运转,可以加工成各种各样的形状.以下是各种加工方式: 1.由刀具的移动切削(主轴台不动)如图1 2.由主轴台的运转切削(刀具不动)如图2 3.刀具和主轴台组合运动切削。如图3 图1 图2 图3 刀具台和主轴台,由各自的凸轮控制运转,通常,凸轮旋转一回就作成一个产品,因此凸轮的设计,计算刀具和主轴的正确运转及其绕主轴360?旋转的正确分布两个作业要大致地区分开来. 2. 运转的种类 刀具台和主轴台的旋转,包含以下几个意义. (1) 不切削运转 非生产角 刀具一点也不接触工作物的运转.刀具和主轴台从最初的作业位置向其他作业位置移动运转,主轴台为进刀作业前进，后退运转.弹簧的开闭伴随着此运转.这些运转和必要时间由机械的重要项目来决定. 不切削运转为了提高生产率,必须尽可能快速运转提速,把加工时间缩小到最小限度. (2) 切削运转 生产角 是由一个或两个以上的刀具进行加工的运转. 这跟工作物的材质,精加工精度,切削面粗糙度,使用刀具的材质等有直接联系. 3. 主轴台的运转 HS凸轮 主轴台的前进是从板凸轮主轴推动进行,后退由一根弹簧进行.对于主轴台的运转,凸轮的设计可以从1?1到1?3的任意值来设定. 为了减少不切削运转的时间,选择1?1更好,但是短的产品和要求特别高精度的部品则选定1?2或者1?3.高级精密的设计根据产品选1?2的多.该公司通常使用1?2. 4. 刀具台的运转 (1) 刀番号 标准刀具台有5个如图4 称为1号刀具台,..5号刀具台. (2) 天平刀架 1号刀具台和2号刀具台安装在摆动杆上.此刀具的运转是凸轮运转高度的1/3,构造方面也比其他刀具台好,所以主要用于精度较高的重要部分的精加工切削. 并且凸轮的上升有使2号刀具台前进切入,同时使1号刀具台后退的作用. 凸轮的下降有与其相反的效果.因此除了主轴台以及1号刀具台的其他所有的刀具台随凸轮上升而前进,(随凸轮)下降而后退. 但是,只有1号刀具台与此相反,1号刀具台前进凸轮下降,1号刀具台后退凸轮上升.这是在凸轮设计中必须要注意的事项. (3) VT刀架刀具台 3,4,5号刀具台能够由各自的凸轮单独前进、后退运转.这些VT刀架刀具台主要用于粗加工,倒角,突切等作业,必要的话也可以用于精加工切削.3号刀具台的杆比为 1?1(刀具和凸轮的运转相同),4,5号刀具台则变成1?2(刀具的运转是凸轮运转的1/2),根据情况调整杆比稍微变更也是可以的. 附件的杆比,除了特别的部品外一般为1?1. 主轴台 HS 1:1,1:3 天平刀架 NO。1 1:3 天平刀架 NO。2 1:3 VT刀架 NO。3 1:1 VT刀架 NO。4 1:2 VT刀架 NO。5 1:2 5. 原材料的选择 为了高效率地使用自动机床,原材料的选定是极为重要的.原材料的好坏支配着产品的精度、加工秒时、用具的寿命.自动机床部品的量产中必须首先研究加工部品的被削性和原材料精度. 为了保持良好的产品精度,原材料精度最好按下表的基准来选定.材料径为0.005~0.02,根据制造商不同而不同.该公司材料径精度为-0.005. 制品类别/材料胫 1,3 3,6 6,10 精密部品 0,-0.007 0,-0.008 0,-0.009 一般部品 0,-0.014 0,-0.018 0,-0.022 2. 凸 轮 的 种 类 1. 凸轮的安装位置 (1) 使用2个同种凸轮时,从靠近蜗轮开始分1.2(如H1,H2). (2) (图5)的附件凸轮为一例,使用其他附件的情况, 当然由不同的凸轮来变更. (3) 板凸轮的划线以轴承为界,左边的凸轮在左边描,右边的凸轮在右边描. (4) 在靠近中央部凸轮上安装装卸用的槽(打开). (5) 凸轮的材质富有耐磨耗性,使用特殊高级铸铁以及浸硫窒化处理.并且也进行SUj2和淬火等试验. 2. 凸轮的形状和尺寸 限定为以下3种类,3轴用(YWBB)的环形凸轮仅一个特别形状.如图6 KF--- 板凸轮--- 空白处不打开加工 KR--- 环凸轮--- 切割使用一部分 KB--- 碗凸轮 板凸轮 环凸轮 碗凸轮 3.凸轮的划线 为了刀具按照计算正确地旋转,凸轮的划线必须依照图7的表.为此预备凸轮划线装置作为特殊附属品.并且附件的横向运转用凸轮和前进后退用环形凸轮等不需要精确运转的, 不用圆弧直线划线更好.如图8 设计凸轮时,想刀具台在停止位置为水平的话,以95mm为天平刀架凸轮的平均径.并且对于比较短的轴方向精度严格的产品,主轴凸轮的平均径选100mm左右更好.(参照4的第5项). 3. 不 切 削 运 转 1. 凸轮上升 为了提高生产量,不切削凸轮的伸出最好尽可能快速倾斜,缩小角度α.另一方面,为了减少向上压力的损失, 必须缓慢倾斜减小角度β。如图9 这个思考方法虽然互相矛盾,但在实际的凸轮设计中,最小角度α.在表5~表12中。并且,以直接形状表现了所要的凸轮上升的样板在图11~图13中显示. <例> 生产量3个/分(凸轮轴3r.p.m) 让主轴台迅速前进5mm,但杠杆比例为1?2, 凸轮以70 mm为半径.主轴台前进5 mm凸轮要上升10 mm,所以如表5要求角度为9?.并且使用样板(图10)来描的话,同样要求角度为9?规定这个9?是以等速曲线连接,但实际上依照样板或者以此相近的圆弧更好. 3. 凸轮的下降 凸轮在下降的时候,常用弹簧向凸轮面压.因此为了减少下降所需要的时间,超过界限角度缩小α的话,顶尖就不依照凸轮面落下.这在凸轮旋转速度快,顶尖的下降运动赶不上凸轮的情况下也是一样的. 此限界角度大体以顶尖的角度θ决定,但要尽量避免为限界角度,顶尖和凸轮面之间要预先留5?,8?的空余.如图11 表5,表12中显示了α角的数值.b< 自动车床走芯机凸轮设计(一) 自动车床，以其无可替代的加工手段的优势，正在为越来越多的厂家所青睐。而自动车床 使用的凸轮的设计，则成为使用此类机床的厂家所必须要掌握的一门技术。自动车床凸轮的设 计，即编写凸轮调整卡，对于不了解其本来面貌的人来讲，神秘、深奥;当对它有了稍微粗浅 了解的人 ，又会觉得不过如此而已，稍学即会。其实，此项技术和其他任何门类的技术一样，“会易精难”。依据机床说明书的提示来编写完成的凸轮设计调整卡，不一定是好的设计作品。一个优秀的设计作品，包括以下内容:一，合理的工步编排。二，合理的设定走刀量。三，能 得出较高的生产率。此外，还应在制造凸轮、调整机床时易于操作。 也可以这样说，要想作出一件比较优秀的设计作品，前提是能够深刻体味各个设计步骤的 实质性的意义。只有这样才能做到，你的设计作品与机床说明书中提示的方法相比较，不只是 形似，而是神似，甚至比其更优秀。 考核一个设计作品的优劣，最重要的标准是其最后得出的生产率的高低;生产率的高低， 取决于工作角度总和的大小;而工作角度总和的大小，则取决于工步编排得是否合理。由此看 来，合理的编排工步，在整个设计过程中，具有着相当重要的作用。要想做好工步编排 ，一 是要有相当时间的工作经验的积累;二是要有丰富的想象力，这一点尤其重要。 一、生产率是怎样计算的 作为投资人，都希望在尽可能短的时间内，得到尽可能高的效益;作为生产过程的组织者，都希望机床能生产数量和品种都尽可能多的产品，以缓解交货期代来的时间压力;作为操作工，都希望机床能够优质高产，以获得较高的收入。所以说，希望优质高产是所有与机床有关联的 人的共同愿望。那麽，现在就分析一下下面的这个公式，就可以知道机床的生产率究竟是怎样 形成的了。 N 不难看出，这是一个多元一次分式方程式。在这一公式里， A=———————— 函括了整个设计过程的全部计算内容。 Σn工?Σa工×360? 式中: A=生产率 单位=件/分 N=主轴转数 单位=转/分 n工=某切削工步工作时的主轴转数 α工=某切削工步工作时占用的角度 ?: 希腊字母。表示在计算过程中某项数值的累计总和。 首先，介绍几个在设计中使用的专用名词: 工步—— 生产过程中每一个动作称做一个工步。 切削时主轴转数—— 完成某一切削工步时主轴转过的圈数。 工作角度—— 完成某一切削工步时所占用的角度。 在“车”加工中，无论使用的是哪种类型车床，在切削前都要先确定 :?主轴转数。?每 次进刀多少毫米(进刀深度)。?走刀时的速度(走刀量)。这就是平常所说的“切削三要素”。自动车加工时的主轴转数，是由被加工材料的种类和直径决定的。例:切削直径10毫米A3棒 料时(此钢种属低碳钢)，根据说明书中切削速度表给出的数值，是60m/分。即: 60×1000 /(10×3.1416)?1910(转) 据此，就可确定机床最接近此数值的主轴转数。 准确的选择主轴转数，是保持零件加工时工艺尺寸稳定的关键，这一点往往容易被忽略。 如果主轴转数过快，直接影响刀具的使用寿命;而主轴转数过慢，又会因切削速度不够而造成 加工的零件工艺尺寸不稳定、光洁度不高等等缺陷。其他类型的车床，在加工零件时，一般是 一次加工一个零件，每个部位可能会分若干次进刀，当尺寸发生变化时可随时采取措施。自动 车床就不同了，它一经启动，零件就会不断产出。主轴转数设定的准确与否，直接影响的就是、生产效率。也可以这样讲，当我们确定了所要生产的产品，也就同时确定了主轴转数。 综上所述，我们在进行凸轮设计时，可以把主轴转数N当作一个常量来设定;无疑， (Σn工/Σα工)×360?是一个变量。 N 设:(Σn工/Σα工)×360?=W。 公式则可成为为: A= —— W 根据数学的计算法则，A的值与W的值成反比。只有W的值尽可能的小，A的值才能尽 可能的大。 那么，怎样才能使W即(Σn工/Σα工)×360?的值尽可能的小呢, 二、设计公式的分析 在一篇凸轮设计调整卡中，工步编排得是否完美，直接影响着(Σn工?Σα工)×360?值 的大小。也就是说，(Σn工?Σα工)×360?的值，是编排完工步后计算的结果。前面提到，作 好工步编排，既需要相应的工作经验，更需要丰富的想象力。这一点，充分体显在凸轮设计开 始前，对每把刀所要加工的部位的设定上。合理的使用每一把刀，是使一件设计作品尽可能完 美的前提。本文后面有几篇范例，都是经工作实践检验证明是较为成功的作品，读者可作为设 计时的参考。下面只从计算的角度分析一下:怎样才能使(Σn工?Σα工)×360?的值尽可能 的小。 Σn工 公式 :Σn工?Σα工×360? = W 即:—————×360? = W Σα工 公式中 ? Σn工——累计切削工步主轴转数的总和。 n工 是完成某一切削工步时的主轴 转数，是根据公式 n工 = L / S 得来的。 其中:L= 刀具切削时的工作行程。(即实际加工尺 寸加0.2,0.5的提前量) S = 为被加工部位设定的走刀量，其值的大小可根据工艺要求的尺 寸精度，参照说明书中给的参数设定就行了。 ?Σα工——累计切削工步所用角度的总和。α工 是完成某一切削工步所占用的 角度。是根据公式:α工 =[(360?,Σα空)/Σn工]×n工得来的。其中，Σα空= 累计空 行程角度总和(所有不切削的动作都称为空行程)。 毫无疑问，公式中的360?是个常量。所以，只需让Σn工/Σα工的比值尽可能的小就可 以了。数学法则告诉我们，在Σn工/Σα工 中，Σn工值尽可能的小，或Σα工值尽可能的大，都能够使公式的比值尽可能的小。也就是说，一、计算每一个n工值时，设定走刀量S 要合理，不能精度过剩(S值过小);二、计算每一个α空值时，空行程动作要尽可能重合。这两点做 好了，目的也就达到了。 前文提到的公式:n工=L / S 向我们表达了什么信息呢,它表达的是:n工是当完成某一切 削动作时，主轴转过的圈数。 例1:切断Φ10棒料。 ( 切断刀宽 = 2mm ) (刀具距棒料的提前量 = 0.2) L= 10/2，2，0.2=7.2? S=0.02? ? n工 = 7.2 / 0.02 = 360(转) 例2:车外径走刀行程为12?。 (刀具距棒料的提前量 = 0.2) L = 12，0.2=12.2? S=0.008 ? n工 = 12.2 / 0.008 = 1525(转) 这里，S=0.02 、 S=0.008 分别是这两个动作的走刀量，也就是主轴每转一圈刀具移动的距 离。把所有完成切削动作时的主轴转数相加，就是Σn工。(切削工步总和)。 本文至此，凡是涉及到设计编写凸轮调整卡时使用公式及其含义，都做了简略的介绍。即 :无论是纵切自动车，还是横切自动车，设计过程都是相同的;所要遵循的动作编排原则是相 同的(工作行程不能重合)，应用的各种技术参数也是相同的。 三、工步是这样编排的 凸轮设计调整卡是体现设计者的设计思路的一种文件，它又是凸轮制造、机床调整、凸轮 磨损后的修复的唯一依据。在许多公司或生产单位，设计、制造、使用分别在不同的部门，所 以说，设计者要想把自己的设计思路准确、完整的表达出来，编写凸轮设计调整卡时，必须要 严格遵循此文件所特定的格式，调整卡所涉及到的内容一定要无一疏漏。凸轮设计调整卡所包 括的内容有:?. 填写所要加工的零件名称，并画出零件的加工工艺图;? .设定各号刀的加 工部位并画出排刀图;? .根据要加工的零件所需的棒料材质及其直径，计算出主轴转数;?. 根据每个加工部位的精度要求设定走刀量及杠杆比。?. 按照设定的加工动作的顺序. 编写出每 一动作的工步。 (一)填写所要加工的零件名称，并画出零件的工艺图: 因为所要加工的零件的几何形状的原因，往往需要多道工序加工来完成。这就产生了若干 种根据各工序的加工内容而绘制的工艺图。许多人可能不很了解零件的工艺图和正式的零件图 之间有那些区别，它们之间的区别在于零件图要准确完整的画出零件本身的全貌，所有的数据 包括形状公差和位置公差都要表述清楚。而工艺图只需把本工序最后要完成的结果画出并标上 相关数据就可以了。 (二)设定各号刀的加工部位并画出各号刀的几何形状及排刀图: 设定各号刀的加工部位必须要了解各号刀架的加工特点。大多数型号的机床，一号刀都具 有刚性挡块机构，均为弹性进给，车削外径时可保证很高的精度，但一般不能作横进切削动作 。其它各号刀可用来进行切槽、成型、切断等动作，切断刀的宽度根据被加工材料的种类和直 径以及经验来决定。 切断刀宽度表 (毫米) (参考) Ф2 Ф3 Ф4 Ф5 Ф6 Ф7 Ф8 Ф10 Ф12 Ф14 Ф16 Ф18 Ф20 钢 0.8 1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 2 2.2 2.5 2.8 铜 0.6 0.7 0.8 1 1.1 1.2 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 2 2.2 (三)根据要加工的零件所需的棒料材质及其直径，计算出主轴转数: 前文已经介绍，自动车加工时的主轴转数，是由被加工材料的种类和直径决定的。不同的 材料种类和直径，有着不同的切削速度，从而也就计算出了不同的主轴转数。 切削速度表 (m / 分) (参考) 材料 合金钢 高碳钢 中碳钢 低碳钢 黄铜 切削速度 15,30 20,35 30,50 40,60 50,100 (四)设定合理的走刀量及杠杆比: 当我们所要生产的产品有若干个部位需要加工时，根据每个部位尺寸不同的精度要求，设 定不同的走刀量。在这里需要强调的是，走刀量设定的是否合理，会直接决定着生产率的高低 。当走刀量设定过大时，会出现尺寸精度不稳定且变化毫无规律，甚至会造成刀具经常的损坏;当走刀量设定过小时，又会造成生产率无实际意义的偏低，浪费生产工时。所以说，根据每个 部位尺寸不同的精度要求，能否恰当的设定走刀量，是考核一篇设计作品完美程度的重要依据 之一。根据每个部位尺寸不同的精度要求设定恰当的走刀量，除了要参照表中列出的数值，还 要在实际工作中积累经验，不断修正，以求完美。 走刀量表 (mm / 转) (参考) 高碳钢 中碳钢 低碳钢 黄铜 粗 0.02—0.04 0.03—0.06 0.06—0.08 0.08—0.20 纵向切削 精 0.01—0.02 0.02—0.04 0.04—0.06 0.04—0.10 粗 0.01—0.02 0.02—0.03 0.02—0.04 0.02—0.06 切断、切槽 精 0.005—0.01 0.01—0.015 0.01—0.02 0.01—0.03 ?2.5 0.01—0.025 0.015—0.035 0.02—0.05 0.02—0.10 钻孔直径 2.5,5 0.015—0.04 0.025—0.05 0.02—0.07 0.05—0.15 5 ,8 0.03—0.06 0.04—0.08 0.05—0.01 0.13—0.20 (五)按照已设定的动作顺序编排工步: 合理的编排工步，在整个设计过程中，具有着相当重要的作用。编排工步，是把在完成一 件产品的全过程中的每一个动作，无论是工作动作，还是非工作动作，都要按照动作顺序编号 ，并且要完整、明确的表述出来，每一个动作称之为一个工步。我们知道，分配轴每转动360?生产一件产品，编排工步的目的，就是为了让每一个动作，在360?里都能占有合理的角度区 域。这就要求做到?.不要忽略每一个动作;?.即使是可以重合的动作也要编入动作顺序;?. 对每个工步的表述要准确简捷;?.设定一个动作的结束作为0?点;(一般以夹头加紧为0?，同时也是生产上一个产品的360?)?.每一个工作动作完成后都要安排2?的停持工步，以消 除由于凸轮制造、安装、磨损等原因造成的误差。 前文提到，工步编排得是否合理，决定着一篇设计作品的完美程度，特别是对于一个初学 者来说，设定的每一个动作，采用或计算出的每一个数据都要做到反复推敲，再三斟酌。 四、解读凸轮设计调整卡 下面向读者介绍三篇较为简单的凸轮设计调整卡，演示编写凸轮设计调整卡的全程: [一] CG1107、NG1107机型实例: 材料:A3 未注倒角:C0.5 图一 当我们要为加工这一产品(图一)设计编写凸轮调整卡时，首先要仔细观察图形的特征， 一是确定它的加工方向，即从哪一端开始切削最为合理;二是设定每把刀所要加工的位置并画 出排刀图。(图二) 已知此件Ф5一端是与某零件铆接配合使用，所以应从Ф4一端开始切削，把Ф5长度完成 后切断。 (一)设定各号刀加工位置: N1. 加工前端的Ф4、Ф6轴颈 N2. 二号刀加工后端的Ф6、Ф5轴颈 N3. 车轴颈Ф4的倒角 N4. 切断 N5. 加工两个槽 图二 (二)设定杠杆比并根据机床的设计参数计算各空行程(不切削工步)角度 杠杆比(i):主轴箱— 1:1 天平刀架— 3:1 三号刀架1)5:1 四、五号刀架— 2:1 注:? 天平刀架的杠杆比是固定的，主轴箱和各号刀架的杠杆比可根据加工件的长度和 精度的要求来设定。长度较短(?20 )或精度要求高的(公差0.03以下)应选择较 大的杠杆比，如2:1或3:1，以保证工艺要求;反之应选择1:1的杠杆比，这样 可少占用空行程角度。公式:H = L?i 式中:H =凸轮的升降值 i =杠杆的值 ? 根据机床的设计参数计算各空行程(不切削工步)角度，因机床的型号不同，设 计参数也会不同，本例机床型号是CG—1107，主轴箱或各号刀架每向前移动1?为 1?，每后退1?为0.5?。 (三)编排工步，计算刀具行程: (单位:毫米) 1 . 四号刀退回 60–35=25 注:60是凸轮的最大半径，35是凸轮的最小 半径，25是刀具移动的距离。 2 .一号刀送进 (7–4)?2，0.5，1=3 注:0.5是一号刀切削外圆时，为了避免在空 行程时切入工件，刀架的顶销与凸轮的间 隙1是刀尖距棒料的距离。 3 . 主轴箱送车Ф4 2.8，0.5=3.3 注:0.5是为保证长度尺寸不因凸轮磨损发生 变化，在主轴箱送进杠杆顶销与凸轮最小 半径之间预留的间隙。 4 . 停持 注:为了保证工件表面的完整和补偿凸轮 在 制造、调整中出现的角度误差，故在每一 切削工步完成后，应增加停持工步，停持 角度一般取2?。 5. 三号刀送至Ф4 60,35,0.5=24.5 6. 倒角切入 0.5 7. 停持 8. 三号刀退回 24.5，0.5=25 9. 一号刀退 (6,4)?2=1 10.主轴箱送车Ф6 2.2 11. 停持 12. 一号刀退回 3,1=2 13. 主轴箱送进 24,4.1,2.8,3.7,7.4,2.2,2.8，0.7=1.7 14. 五号刀送至Ф7 60,35,2=23 15. 前槽切入 (7,4)?2，0.5=2 16. 停持 17. 五号刀退 2 注:退至棒料以外即可。 18. 主轴箱送进 7.4,0.7=6.7 19. 后槽切入 (7,4)?2，0.5=2 20. 停持 21. 五号刀退回 23，2=25 22. 主轴箱送进 3.7 23. 二号刀送进 1 24. 二号刀Ф6切入 (7,6)?2，0.5=1 25. 停持 26. 主轴箱送车Ф6 2.8 27. 停持 28. 二号刀Ф5切入 (6,5)?2=0.5 29. 停持 30. 主轴箱送车Ф5 4.1，1.5=5.6 注:1.5是切断刀的宽 31. 停持 32. 二号刀退回 2.5 33. 四号刀送进 60,35,5.5=39.5 34. 切断 7?2，1.5，0.5=5.5 注:切断刀贴着棒料一侧的部分要进到中 心或略超过中心。 35. 停持 36. 松夹头 37. 主轴箱退回 3.3，2.2，1.7，6.7，3.7，2.8，5.6=26 38. 紧夹头 (四)设定各空行程工步的本工步角度和计算角度，求出计算空行程角度总和Σa工: 注:本工步角度是实际使用的角度;计算角度是本工步角度减去可重合部分后的角度。 各空行程工步角度: 1. 13? 2. 5? 5. 25? 8. 13? 9. 3? 12. 6? 13. 4? 14. 46? 17. 1? 18. 14? 21. 13? 22. 8? 23. 3? 32. 4? 33. 40? 36. 10 37.13? 38. 15? 另:10次停持角度 = 20? 减去空行程工步中的可重合部分: ? 工步1、2 — 一号刀送进完全重合在四号刀退回的角度里;四号刀退出棒料后主轴 箱即可送进，不可重合部分约6?,8?。 ? 工步5 — 三号刀送进大部分重合在前面的工步里，不可重合部分约4?。 ? 工步8、9 — 只计算一号刀退回的角度。 ? 工步14 — 全部重合，可不作累计。 ? 工步21— 不可重合部分约占三分之一即不可重合部分约4?。 ? 工步23— 全部重合，可不作累计。 ? 工步33— 全部重合，可不作累计。 ? Σα工 = 360 —(8+4+6+6+4+1+14+4+8+4+10+13+15+20) = 360 — 117 =243 (五)按走刀量表为各切削工步设定走刀量，计算该工步主轴转数: 一号刀车Ф4、Ф6——0.04 二号刀切入Ф6、Ф5——0.02， 纵车Ф6、Ф5——0.04 三号刀车前倒角——0.04 四号刀切断——0.02 五号刀车两个槽——0.02 已知工作工步主轴转数公式: n工 = L / S 代入:3. n工 =3.3 / 0.04 6. n工 =0.5 /0.04 10. n工 =2.2/0.04 15、19. n工 =2/0.02 ?83 ?13 =55 =100 24. n工 = 1/0.02 26. n工 = 2.8/0.04 28. n工 = 0.5/0.02 30. n工 = 5.6/0.04 = 50 = 70 = 25 = 140 34. n工= 5.5/0.02 =275 ? Σn工 = 83+13+55+100+100+50+70+25+140+275 = 911 公式:α工 =Σα工 ?Σn工 ×n工 其中:Σα工 ?Σn工?0.27 注:先求出在切削过程中主轴每转一圈分配轴转动多少度，然后就可得出当n工转时， 分配轴转动多少度了。 代入公式: 3. α工 = 0.27×83?22 6. α工 = 0.27×13?4 10. α工 = 0.27×55?15 15. α工 = 0.27×100=27 19. α工 = 0.27×100=27 24. α工 = 0.27×50?13 26. 68α工 = 0.27×70?18 28. α工 = 0.27×25?7 30. α工 = 0.27×140?37 34.α工 = 0.27×275?73 求出总和:27+4+15+27+27+13+18+7+37+73=243 (六)计算主轴转数及机床生产率: 已知:棒料的直径是Ф7 ，材料为A3。 根据切削速度表可得出:60×1000/(7×3.1416)?2728(转) 注:这里的计算结果只是理论数值，实际操作时采用本机床最接近的转数就可以。 已知公式: N A = ———————— Σn工?Σa工×360? 代入: 2728 A = —————————— = 2 911?243×360? ? 每分钟生产2件产品。 把以上内容填入凸轮调整卡表。 见下页。