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发布时间：2009-08-22 01:21:02
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前言
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***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***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***。
考核一个设计作品的优劣，***重要的标准是其***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。
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一、生产率是怎样计算的
作为***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***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***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？
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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***，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 ① 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。
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。
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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***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***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）
（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）
（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***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***。
走刀量表 （mm / 转） （参考）
（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①.不要忽略每一个动作；②.即使是可以重合的动作也要编入动作顺序；③.
对每个工步的表述要准确简捷；④.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°）⑤.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***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。
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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***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：① 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
② 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 . ***刀退回 60–35=25 注：60是凸轮的***大半径，35是凸轮的***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***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. ***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：
① 工步1、2 — 一号刀送进完全重合在***刀退回的角度里；***刀退出棒料后主轴
箱即可送进，不可重合部分约6°～8°。
② 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°。
③ 工步8、9 — 只计算一号刀退回的角度。
④ 工步14 — 全部重合，可不作累计。
⑤ 工步21— 不可重合部分约占三分之一即不可重合部分约4°。
⑥ 工步23— 全部重合，可不作累计。
⑦ 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 ***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***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。
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