凸輪計算方法

1、凸輪計算方法圖片： 自動車床主要靠凸輪來控制加工過程，能否設(shè)計出一套好的凸輪，是體現(xiàn)自動車床師傅的技術(shù)高低的一個標(biāo)準(zhǔn)。凸輪設(shè)計計算的資料不多，在此，我將一些基本的凸輪計算方法送給大家。凸輪是由一組或多組螺旋線組成的，這是一種端面螺旋線，又稱阿基米德螺線。其形成的主要原理是：由A點作等速旋轉(zhuǎn)運動，同時又使A點沿半徑作等速移動，形成了一條復(fù)合運動軌跡的端面螺線。這就是等速凸輪的曲線。凸輪的計算有幾個專用名稱：  1、 上升曲線凸輪上升的起點到最高點的弧線稱為上升曲線  2、 下降曲線凸輪下降的最高點到最低點的弧線稱為下降曲線  3、 升角從凸輪的上升起點到最高點的角度

2、，即上升曲線的角度。我們定個代號為。  4、 降角從凸輪的最高點到最低點的角度，即下降曲線的角度。代號為1。  5、 升距凸輪上升曲線的最大半徑與最小半徑之差。我們給定代號為h，單位是毫米。  6、 降距凸輪下降曲線的最大半徑與最小半徑之差。代號為h1。  7、 導(dǎo)程即凸輪的曲線導(dǎo)程，就是假定凸輪曲線的升角（或降角）為360°時凸輪的升距（或降距）。代號為L，單位是毫米。  8、 常數(shù)是凸輪計算的一個常數(shù)，它是通過計算得來的。代號為K。  凸輪的升角與降角是給定的數(shù)值，根據(jù)加工零件尺寸計算得來的。  凸輪的常數(shù)等于

3、凸輪的升距除以凸輪的升角，即K=h/。由此得hK。  凸輪的導(dǎo)程等于360°乘以常數(shù)，即L360°K。由此得L360°h/。  舉個例子：  一個凸輪曲線的升距為10毫米，升角為180°，求凸輪的曲線導(dǎo)程。(見下圖)  解：L360°h/=360°×10÷180°20毫米  升角(或降角)是360°的凸輪，其升距(或降距)即等于導(dǎo)程。    這只是一般的凸輪基本計算方法，比較簡單，而自動車床上的凸輪，有些比較簡單，有些則比較復(fù)

4、雜。在實際運用中，許多人只是靠經(jīng)驗來設(shè)計，用手工制作，不需要計算，而要用機床加工凸輪，特別是用數(shù)控機床加工凸輪，卻是需要先計算出凸輪的導(dǎo)程，才能進行電腦程序設(shè)計走心機生產(chǎn)率的計算和凸輪設(shè)計公式的分析  車削球面圓弧零件的凸輪設(shè)計計算CM1107機床調(diào)整卡及凸輪設(shè)計CM1107機床調(diào)整卡及凸輪設(shè)計自動車床在投入生產(chǎn)之前，必須做好以下幾項生產(chǎn)準(zhǔn)備工作：1擬訂零件的加工工藝過程，選用適當(dāng)?shù)那邢饔昧?標(biāo)準(zhǔn)刀具和輔具，必要時設(shè)計特殊的刀 輔具；2根據(jù)零件的加工工藝，擬訂機床調(diào)整卡；3根據(jù)調(diào)整卡的數(shù)據(jù)，設(shè)計并制造凸輪；4按照調(diào)整卡調(diào)整機床 下面以零件“輪軸”的加工為例（見表2-2）說明擬訂工藝過

5、程的注意事項，調(diào)整卡的制定方法和凸輪曲線的繪制方法。（一）零件的加工工藝過程的擬訂加工工藝是指定調(diào)整卡和設(shè)計凸輪的基礎(chǔ)，合理的加工工藝是發(fā)揮機床效能和提高產(chǎn)品質(zhì)量的有力保證。擬訂加工工藝時，除了應(yīng)遵循機械制造工藝學(xué)和金屬切削原理和刀具課程中所指出的一般原則外，還應(yīng)當(dāng)考慮單軸縱切自動車床的特點，注意下列幾點：1盡量采用多刀同時加工，力求工序重合，以縮短加工時間CM1107型 由于結(jié)構(gòu)上的原因，No1和No2兩個刀架不能同時參加切削。No 3 與No 4刀架之間和No 4與No 5之間，因距離較近，同時工作可能會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。所以不能安排它們同時參加切削。2盡量減少空行程對單件加工時間的影響?？墒?/p>

6、空行程與工作行程重合，或讓 空行程和空行程重合。在加工實例中，采用No 3刀架退回與No 1刀架快進重合：No 2刀架退回與No 5刀架倒角No 3刀架切斷三者重合，以縮短單間工時。3選擇適當(dāng)?shù)牡都軈⒓忧邢鳈C床的五個刀架中，No 1刀架是靠彈簧的拉力進給，并用鋼性擋快限制其行程終點位置，他能完成較精確的縱向車削，但不宜做切削力較大的徑向切入。No 2刀架由凸輪推動進給，剛性較好，宜用于較寬的刀刃做成型切削，或做帶徑向切入的縱向切削。No 3刀架的杠桿傳動比較小，加工精度低，常用它來切斷。No 4和No 5號刀架一般用于加工次要的外圓面和切槽倒角等。實例中，因3外圓要求精確，所以用No1刀架加工

7、；為了減少空行程，5外圓也由No1刀架車削。2刀架做帶徑向切入的縱向切削，加工4，6外圓。倒角和切斷分別有No5和No3刀架來完成。4、 每個工作行程之后，均須安排“停留”工步在個工作行程之后，讓刀架或主軸箱在原處稍事停留，實現(xiàn)短時間的無進給切削，目的是為了得到較準(zhǔn)確的尺寸和較好的光潔表面。“停留”工步在凸輪上所占的圓心角通常取2°，其凸輪半徑等于工作行程曲線終點的半徑。5、工藝過程的第一步是“切斷刀退回”因為機床采用切斷刀作為擋料裝置，所以，工藝過程的第一步應(yīng)當(dāng)安排切斷刀退回。實例的加工工藝過程可參看表2-2的“工步內(nèi)容”欄*（二）機床調(diào)整卡的制定機床調(diào)整卡是調(diào)整機床和設(shè)計凸輪曲線

8、必不可少的工藝文件。在調(diào)整卡中通常包括下列主要內(nèi)容：1、 被加工零件圖；2、加工工藝過程，刀具布置圖（或工步簡圖）和各工步所需刀具，輔具；3、各工步采用的切削用量及工作行程長度；4、加工一個零件所要的時間，掛輪的齒數(shù)及皮帶輪的直徑；5、設(shè)計凸輪幾調(diào)整擋塊位置所必須的數(shù)據(jù)。包括：每個擋塊的位置；每個凸輪工作行程和空行程曲線的升程以及它們在凸輪圓周上的起止度數(shù)和起止半徑等。表2-2是“輪軸”的調(diào)整卡實例。下面結(jié)合實例中的部分內(nèi)容，說明制定調(diào)整卡的主要步驟和方法：1、確定主軸速及主運動變速帶輪的直徑（1）選擇切削速度v根據(jù)加工方式和工件及刀具材料，按自動車床切削用量選擇切削速度v（機床說明書內(nèi)通常附

9、有這些資料）。（2）確定主軸轉(zhuǎn)速n和主運動皮帶輪直徑A和B                  n=    r/min式中d-加工表面的直徑（mm）；    v-切削速度（m/min）.實例中，d=7mm，v=40m/min,所以              n= =1819  r/min按表2-5，可選主軸轉(zhuǎn)速n=1810r/min,皮帶輪直徑A=100mm ,  B=210mm

10、.2.選取各工步的進給量f各工步的進給量一般按照自動車床常用切削量選?。C床說明書內(nèi)通常有該資料，實例的各工步進給量見表2-2）。3確定各工步的工作行程長度L工作行程包括刀具行程和主軸箱行程。刀具行程的大小取決于工件加工表面的半徑或長度和刀具的起始位置。在刀具有快速趨近工件轉(zhuǎn)為工作進給時，為了避免刀具快速碰撞到工件表面上，應(yīng)在刀刃距加工表面一定距離時，就轉(zhuǎn)入工作進給。此距離稱為切入留量，通常，縱向車削時切入留量取0.5-1mm，徑向車削時取0.2-0.5mm。實例中各刀具的進給起始位置取在刀刃距棒料外徑0.5mm處，所以，各刀尖的進給起始位置布置在8的圓周位置上。主軸箱的行程長度與工件的加工長

11、度及刀具的軸向位置有關(guān)。若以中心架支承套前端為基準(zhǔn)面，切斷刀的切斷面到基準(zhǔn)面的距離，通常取1-2mm（實例中取2mm）。因為No1刀架不宜作徑向切入，故其刀刃到切削表面之間應(yīng)保留0.5mm的軸向間隙。主軸箱后退進行送料的長度，決定于工件的長度和切斷刀的寬度。而切斷刀的寬度由棒料直徑?jīng)Q定，通常可按表2-3選取 根據(jù)以上所述，實例中刀具和主軸箱的部分行程長度計算如下（參看表2-2工步簡圖）：工步1   No3刀架的切斷刀退回                 L1 = +0.5 = 4.5m

12、m式中，8為No3刀刃進給起始位置的直徑。0.5是切斷刀的刀刃越過主軸中心線的距離，即過切量，其目的是保證切斷面光潔平整，切斷刀的行程如圖2-30所示工步2  No1刀架的外圓車刀快進至3                      L2 =  =2.5mm工步3   主軸箱進給，由No1刀架車3 外圓面                    

13、60; L3 = 7+0.5= 7.5mm式中，7為工件3 外圓的加工長度。0.5是No 1與No 3刀具主切削刃軸向位置的差值（見表2-2工步簡圖中工步1與工步2。即2.5-2=0.5）。工步10   主軸箱快進（7外圓為不加工面）                      L10 = 5+1= 6mm式中，5為工件7外圓的長度，1是No2與No1刀具主切削刃軸向位置的差值（即3.5-2.5=1）。因為工步11為No2刀架徑向切入加工6外圓，而No2與No1刀具主

14、切削刃在軸向有1mm差值，所以主軸箱多進給1mm的長度。工步 19  No5刀架的倒角刀進給至1                      L19 = = 3.5mm式中。8為No5刀尖進給起始位置的直徑。1是No5刀尖進給至終點位置時的直徑，其值可由圖2-31求出。因為被加工零件全部倒角為0.5*45°，若采用90°雙邊倒角刀加工，設(shè)：倒角刀進給至終點位置時，刀尖到軸心的距離為k，3外圓倒角后2外圓至刀尖的距離為a，4外圓倒角后3外圓至刀尖的距離為b。

15、    圖2-31 倒角由此即求出b=1，a=0.5，k=0.5，k為半徑值，直徑為1。工步23 主軸箱向后退的距離，即送料長度，它應(yīng)等于工件長度與切斷刀寬度之和，也等于主軸箱各行程長度之和。     L23=22+1.5=23.5    mm或   L23=L3+L7+L10+L13+L17式中，22是工件長度，1.5是切斷刀寬度。4計算各工步所需要的主軸轉(zhuǎn)數(shù)N i              計算各工步所需的主軸轉(zhuǎn)數(shù)，是為了求各工步所

16、需時間而進行的統(tǒng)一折算。各工步所需轉(zhuǎn)數(shù)的多少，取決于每個工步的行程長度Li和Fi。每個工步所需的主軸轉(zhuǎn)數(shù)可按下方式進行計算：                    Ni =Li / Fi   r調(diào)整卡中“工步主軸轉(zhuǎn)數(shù)”欄內(nèi)有兩個數(shù)據(jù)。其中，“本工步”欄內(nèi)填寫的是完成本工步所需轉(zhuǎn)數(shù)，而“計算工步”欄內(nèi)的數(shù)值，只填寫本工步中影響工件加工時間長短的那一部分主軸轉(zhuǎn)數(shù)，其值應(yīng)視本工步與其他工步有無重合而定。   例如：實例中工步3，  L3 = 7.5mm

17、，F(xiàn)3 = 0.01mm/r                        N3 =7.5 / 0.01=750    r在“工步主軸轉(zhuǎn)數(shù)”欄下“本工步”內(nèi)填寫750。因本工步與其他工步無重合，故“計算工步”也填750。   又如： 工步19   L19=3.5mm，F(xiàn)10 = 0.01 mm/r                 

18、;     N19 =3.5 / 0.01 = 350   r在“工步主軸轉(zhuǎn)數(shù)”欄下“本工步”欄填寫350，但因本工步與工步17重合，而工步17所需主軸轉(zhuǎn)數(shù)大于本工步所需主軸轉(zhuǎn)數(shù)，即本工步與17完全重合，所以，該工步的“計算工步”欄內(nèi)的數(shù)值是零。在求得各工步所需主軸轉(zhuǎn)數(shù)后，就可以計算出加工一個工件時間內(nèi)用于工作行程所需的主軸轉(zhuǎn)數(shù)和Ni。實例中Ni=750+100+150+150+200+100+200+500+450=2600  r 。5杠桿傳動比的選擇傳動各刀架和主軸箱的杠桿，其傳動比都是可以調(diào)整的。傳動比的大小，一般根據(jù)加工精度要求來選擇。

19、杠桿比大時，反映到工件上的凸輪制造誤差就可以縮小，對于提高加工精度有利，但空行程損失也將增大。通常，對于加工精度要求高的尺寸，取大傳動比；對于加工精度要求不高的尺寸，取小的傳動比。CM1107單軸縱切自動車床的凸輪杠桿比見圖2-32。圖中D為凸輪毛胚最大直徑。d1是凸輪允許的最小直徑，R1是分度圓弧中心點軌跡的半徑，R2是分度圓弧半徑。No5刀架上有兩個觸頭，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整觸頭的位置，可以用同一把車刀切出兩個要求稍高的外圓面，所以他有兩組杠桿傳動比。  6、確定工作行程和空行程曲線在凸輪上所占的角度凸輪的輪廓由工作形成曲線和空行程曲線兩部分組成。工作行程曲線主要控制主軸箱和刀架切削加工的

20、工作行程。它除了要保證行程長度和位置以外，還應(yīng)保證按規(guī)定的進給速度進行切削?？招谐糖€主要控制各機構(gòu)的輔助運動，如刀架的快進，快退，夾料夾頭的夾緊，松開等。它應(yīng)保證在不產(chǎn)生沖擊和不使機構(gòu)受力過大的情況下，盡量減少空行程所占的時間。機床完成一個自動工作循環(huán)，分配軸轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)。這時凸輪跳過360°。所以，各凸輪的毛坯 按360°等分劃線。如果一個凸輪的空行程曲線所占的角度總和用i表示。則工作行程曲線所占的角度總和ai可用下式求得：                     

21、     ai=360-i加工時，機床主軸等速旋轉(zhuǎn)。各工作行程曲線在凸輪上應(yīng)占的角度可由下式求出：                                     式中，Ni第i工步所需主軸轉(zhuǎn)數(shù)；      ai第i工步工作行程曲線所占的角度。    各空行程曲線在凸輪上所占的角度，通常是根據(jù)試驗或經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定的，一般在機床說明書中有這些

22、數(shù)據(jù)。表2-4為CM1107型機床空行程曲線角度值表，表中列出了各凸輪空行程曲線上升或下降1mm時所占的角度。此數(shù)值還與生產(chǎn)率A值有關(guān)。A值通常可根據(jù)工件尺寸，精度要求及復(fù)雜程度粗略估計；也可以用下式粗略估算（t為加工一個零件所需時間）：              t  =Ni/n    min實例中，t  =2600/1810=1.4min。每分鐘加工零件的數(shù)量A8 件/分在工步2中L2=2.5mm，所以No1刀架的杠桿比u=3：1，空行程曲線上升H2=L2，u=2.5*3=7.5m

23、m。從表2-4可查得A8件/分 時凸輪曲線每下降1mm占角度為0.5°。所以。工步2所占角度2=7.5*0.5=3.75°為便于凸輪制造圓整為整數(shù)。取2 =4°。調(diào)整卡“空行程角度”欄，除可工步1，18和20是重合工步外，其余各工步的“本工步”與“計算工步”的數(shù)值都相同（見表2-2）將各空行程“計算工步”的角度相加i=77°，在求得i以后便可計算出ai，                ai=360°-i=360°-77°=283°由Ni

24、，Ni和ai便可計算出各工作行程所占角度ai。計算所得的各工作行程所占角度總和應(yīng)當(dāng)與上式計算的Ni想等，如果不等應(yīng)當(dāng)作必要的修正。  調(diào)整卡“工作行程角度”欄也分為“本工步”和“計算工步”兩項。例如工步3兩項值都是81°。而對于工步19，因為它與工步17相重合，所以工步19的“本工步”項數(shù)值為38°，“計算工步”項數(shù)值為零。重合工步雖然不影響單件工時，但對繪制凸輪曲線和調(diào)整機床，這些數(shù)據(jù)是不可缺少的 。所以，也必須分別計算出來并填入調(diào)整卡。  “凸輪曲線數(shù)據(jù)”欄中，角度的起止數(shù)值，應(yīng)按工步的順序，根據(jù)各工步空行程和工步行程所占的角度依次遞增地填入，重合工

25、步的角度，按其重合位置填寫。例如，工步1與工步2空行程所占角度1=4°，2=4°，雖然工步1與工步2重合，但他們分別由凸輪C和凸輪B控制，所以“凸輪曲線數(shù)據(jù)”的“角度”都是“起-0°”，“止-4°”，工步3工作行程所占角度a3 =81°，其“角度”為：“起-4°”，“終-85°”，同理，依次可以計算出其余各工步凸輪曲線的起止角度。從0°開始一直計算到360°為止。7、凸輪曲線半徑的確定凸輪曲線的半徑，主要決定于工作行程長度L、杠桿比u以及凸輪毛坯的有關(guān)尺寸參數(shù)。在確定凸輪半徑時，應(yīng)盡量采用較大的半徑。因為

26、在凸輪曲線的升程和圓心角一定時，凸輪半徑愈小，壓力角愈大，整個工作機構(gòu)的工作條件就愈差。為了減小壓力角，在可能的情況下，盡量使凸輪曲線的最大半徑等于毛坯的半徑。這樣，刀具或主軸箱進給到終點時，杠桿的觸銷位于凸輪毛坯的圓周上，這也有利于凸輪的制造。通常凸輪工作的最大半徑選它等于毛坯的半徑，最小半徑不小于允許值（凸輪允許的最小值見圖2-32d1）下面以實例中主軸箱凸輪為例，說明凸輪半徑的確定方法。首先定出凸輪的最大工作半徑，由表2-2的工步簡圖可知，當(dāng)加工進行到工步17終了時，主軸箱移動到最前端位置，與此位置對應(yīng)的凸輪曲線半徑應(yīng)為最大，故取工步17終點的凸輪曲線半徑等于凸輪毛坯半徑，即80mm。其

27、它各工步凸輪曲線的起止半徑，就可以從最大半徑開始按曲線的升降值計算出來。例如：工步17 凸輪曲線的終止半徑R17終=80mm工作行程L17=5mm，杠桿傳動比U=2：1。凸輪曲線升程H17=L17* u=5*2=10mm，凸輪曲線的起點半徑R17起=80-10=70mm 。工步23 R23起=R17終=80mm，L23=23.5mm,H23=L23*u=23.5*2=47mm. R23終=80-47=33mm。工步13 R13終=R17起=70mm，L13=2mm，H13=L13*u=2*2=4mm，R15起=70-4=66mm依次類推，可以計算出主軸箱凸輪其他各工步的R起和R終。天平刀架做擺

28、動進給，為了使刀架兩邊擺動的幅度基本一致，取凸輪的最大半徑與最小半徑的中間值為基準(zhǔn)半徑，使凸輪在基準(zhǔn)半徑時，刀架處于水平位置，由基準(zhǔn)半徑開始，再行上升或下降。由圖2-32知，天平刀架凸輪最大半徑為60mm，最小半徑為35mm。則基準(zhǔn)半徑應(yīng)為35+ =47.5mm。為使計算方便起見，取它等于48mm。工步2是No1刀架快進，取R2起=48mm，L2=2.5mm，u=3：1、H2=L2*u=2.5*3=7.5mm。R2終=48-7.5=40.5mm。工步11是No2刀架進給，R11起=48mm，L11=1mm，H11=L11*u=1*3=3mm，R11終=48+3=51mm同理，可以計算出其他凸輪

29、曲線的起止半徑（見表2-2）。8、確定機床的生產(chǎn)率，交換齒輪齒數(shù)和帶輪直徑（1）計算機床的生產(chǎn)率機床的生產(chǎn)率A，是指單位時間內(nèi)機床加工出來的工件數(shù)量。它取決于機床所采用的主軸轉(zhuǎn)數(shù)n，以及加工一個工件所需要主軸轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)N，（2）選定交換齒輪齒數(shù)和皮帶輪直徑計算出生產(chǎn)率A值，也就是定出了要求的分配軸轉(zhuǎn)速。即可選取交換齒輪a、b的齒數(shù)，以及圖2-5中軸與軸之間的三角帶輪直徑。通常，可由機床說明書中查得，表2-5是CM1107型機床生產(chǎn)率表。表中列出了機床生產(chǎn)率A值（表中列出的是分配軸轉(zhuǎn)數(shù)r/min），因為分配軸轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)加工出一個零件，所以分配軸轉(zhuǎn)數(shù)值與生產(chǎn)率A值相等），以及與A值相對應(yīng)的a=38，b=80，三角帶輪代號為D、H（由圖2-5可知D=146、H=117）。由表2-5查得實際的A值后，便可計算出加工一個零件實際所需要的時間T。