自动车床凸轮设计.docx

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自动车床凸轮设计

自动车床凸轮设计

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标准。

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。

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：

①主轴转数。

②每次进刀多少毫米（进刀深度）。

③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

  ①Σn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。

②Σα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：

㈠.填写所要加工的零件名称，并画出零件的加工工艺图；㈡.设定各号刀的加

工部位并画出排刀图；㈢.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；㈣.

根据每个加工部位的精度要求设定走刀量及杠杆比。

㈤.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）  

Ф2Ф3Ф4Ф5Ф6Ф7Ф8Ф10Ф12Ф14Ф16Ф18Ф20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.

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