1 引言

　　凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件．具有曲線或曲面輪廓且作為高副元素的構(gòu)件，該輪廓按輸出運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性的要求設(shè)計(jì)。利用其擺動(dòng)或回轉(zhuǎn)，可以使從動(dòng)子按預(yù)先設(shè)定運(yùn)動(dòng)。凸輪的數(shù)控化加工可以得到精確的凸輪曲線輪廓或凹槽。凸輪一般可分為三類，即盤形凸輪是繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)且有變化直徑的盤形構(gòu)件；移動(dòng)凸輪則相對(duì)機(jī)架作直線移動(dòng)；圓柱凸輪可以看成是將移動(dòng)凸輪卷成的圓柱體。

2 圓柱凸輪加工工藝設(shè)計(jì)

　　圓柱凸輪的數(shù)控加工的難點(diǎn)在于，圓柱凸輪數(shù)模建立，后置處理，以及數(shù)控程序生成。為此，我們的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)該包括，多軸數(shù)控機(jī)床的選擇、刀具夾具的選擇，數(shù)控機(jī)床的偏置調(diào)整等，以期實(shí)現(xiàn)圓柱凸輪復(fù)雜曲線型面的技術(shù)要求?；贑AXA(V2013)實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)。

　　2.1 圓柱凸輪技術(shù)要求

　　圓柱凸輪加工必須滿足工作槽等寬，工作表面光順平整，以保證傳動(dòng)子的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。。

　　凸輪工作槽寬為22H9mm，花鍵相對(duì)基準(zhǔn)A的對(duì)稱度為0.015mm，圓柱凸輪兩端面跳動(dòng)為0.03mm等，這此加工精度要素決定零件的裝夾必須要滿足加工精度要求。從工藝安排角度先將圓柱凸輪的內(nèi)孔、兩端面及花鍵加工完成，并保證加工精度；同時(shí)安排加工一個(gè)有花鍵的裝夾定位芯軸，在第四軸(A軸)安裝盤上將芯軸裝夾找正，保證定位精度，將零件緊密安裝在芯軸上。花鍵芯軸在加工過程中起到滿足定位精度及加工穩(wěn)固作用。

　　2.2 圓柱凸輪加工設(shè)備的選擇

　　立式加工中心是三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，再加上一個(gè)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，選用具備四軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)，那么這臺(tái)帶數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的立式加工中心就成為四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。加上繞X軸旋轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)即是XYZ+A，加上繞Y軸旋轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)即是XYZ+B。加上繞Z軸旋轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)即是XYZ+C。四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床適宜加工的典型零件有凸輪、渦輪、蝸桿、螺旋槳、鞋模、人體模型等。

　　應(yīng)用四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行凸輪加工可以簡(jiǎn)化工裝夾具的使用，優(yōu)化選擇刀具幾何參數(shù)，延長(zhǎng)刀具使用壽命，提高零件的表面質(zhì)量，使生產(chǎn)集中化，有效提高加工效率和生產(chǎn)效率，降低加工成本。

　　2.3 凸輪加工對(duì)刀

　　在凸輪加工過程中正確的對(duì)刀是—個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。對(duì)刀分手動(dòng)和自動(dòng)兩種。對(duì)刀的準(zhǔn)確程度直接影響了加工精度，如果操作不當(dāng)，將直接影響工件的品質(zhì)，甚至發(fā)生刀具與機(jī)床相碰，造成重大的機(jī)械事故。

　　對(duì)刀的方法一定同凸輪加工精度要求相適應(yīng)，必要時(shí)可根據(jù)零件的形位公差要求作誤差分析，通過精確的幾何運(yùn)算及圖形變換做偏置調(diào)整，這樣才能提高凸輪的加工品質(zhì)，提高加工效率，降低生產(chǎn)成本。

 

　　2.4 平面輪廓線的繪制

　　圓柱凸輪零件給定的圖紙基本為平面展開圖，需要編程者依托CAD/CAM軟件，將圖紙給定的曲線展開圖在計(jì)算機(jī)上繪制成曲線，再將該曲線纏繞到圓柱基面上，然后才可以進(jìn)行后續(xù)操作處理。

開啟“CAXA制造工程師V2013”軟件，按F5鍵，選XOY作圖平面，考慮到凸輪槽的樣條線曲線，在長(zhǎng)度方向由等分點(diǎn)確定13個(gè)點(diǎn)位置，高度方向由直徑為4296圓在1800上12等分，曲線可以通過公式曲線確定。公式曲線應(yīng)為正弦曲線。

　　根據(jù)長(zhǎng)度為凸輪槽直徑90，長(zhǎng)度為86。φ90圓展開曲線長(zhǎng)度為90×3.1415=282.74，繪制長(zhǎng)為282.74，寬度為86的矩形，在矩形水平中心線延長(zhǎng)到適當(dāng)位置，繪制φ42.96圓。確定對(duì)樣條線取點(diǎn)的間距，假設(shè)在整周做24等分。那么對(duì)圓右側(cè)一半做角度等分線12等分，對(duì)矩形左側(cè)一半也做12等分直線。

　　過角等分線端點(diǎn)，做水平線，與矩形的水平線等分線求交點(diǎn)得到13個(gè)交點(diǎn)。

　　選擇依次連接13端點(diǎn)，得到樣條線。

　　根據(jù)樣條曲線長(zhǎng)度為282.74/2=141，37，而且是過圓角等分線與直線等分線交點(diǎn)，X值作等距離變化，y為角度的余弦值，可以確定樣條線為一條符合余弦規(guī)律變化的曲線，余弦線X的取值范圍為（0～141.37），y的取值范圍為(-21.48～21.48)，輸入公式曲線相關(guān)參數(shù)，得到與圖1所示線型要求一致的余弦公式曲線。

　　此平面樣條曲線是本圓柱凸輪槽的中心線，是本圓柱凸輪建立數(shù)模的重要基本曲線。

 

　　2.5 繪制其它所需曲線

　　根據(jù)零件加工圖所示圓柱凸輪槽的寬度為22mm，所以繪制圓柱凸輪槽中心線的等距線，確定的距離為11，并雙向等距，得到線1、線2。根據(jù)零件加工圖要求繼續(xù)繪制等距線3，距離為11.78(150弧長(zhǎng))，過曲線1端點(diǎn)，做角度線，角度為150，與直線3，相交，通過圓角過渡命令，對(duì)曲線3、4進(jìn)行操作。按照二維圖紙?zhí)峁┑臉訔l線。通過的四個(gè)端點(diǎn)尺寸，繪制相應(yīng)的樣條線及直線，中間做R10圓角過渡。得到線條5，選用最常見的φ12mm整體硬質(zhì)合金平底銑刀加工，由于刀具直徑原因，加工完后，還會(huì)有部分殘留量，用單擊“等距線”按鈕，對(duì)曲線5做等距線，距離為115，倒圓角皆為R10，繼續(xù)作所需樣條曲線得到線條6、線條7，得到結(jié)果。

　　2.6 空間曲線繪制

　　(1)單擊以軸測(cè)視向顯示視圖，單擊，將當(dāng)前平面切換到xz面，單擊圓按鈕，選擇“圓心半徑”，鍵入圓的半徑45。繪制掃描面曲線母線。

　　(2)單擊&掃描面按鈕，在立即菜單中設(shè)置起始距離：-50、掃描距離：100、掃描角度0和精度0.01參數(shù)。單擊選擇X軸負(fù)方向?yàn)閽呙璺较颉?/p>

　　(3)繪制曲線包絡(luò)曲面，單擊“線面映射”按鈕，選擇在立即菜單中設(shè)置精度：0.01、X比例1和Y比例1。拾取XY平面內(nèi)的映射曲線，選擇所有的等距線。右鍵確認(rèn)，拾取曲面，選擇掃描面，右鍵確認(rèn)。拾取映射曲線上的參考點(diǎn)（最低點(diǎn)），選擇“0，0，0”點(diǎn)，拾取曲線上一點(diǎn)，與曲線中的點(diǎn)對(duì)應(yīng)，選擇Z軸直線的另一端點(diǎn)。調(diào)整坐標(biāo)軸方向，右鍵確定，左鍵切換，切換對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系顯示。

　　(4)對(duì)包絡(luò)完的曲線做旋轉(zhuǎn)復(fù)制，隱藏平面曲線。因?yàn)槲覀兯褂玫乃妮S聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是A軸作為回轉(zhuǎn)軸，那么繞0，0點(diǎn)旋轉(zhuǎn)所有圖形，角度為90。 

　　2.7 生成加工刀路軌跡

　　對(duì)包絡(luò)完的曲線做旋轉(zhuǎn)復(fù)制，隱藏平面曲線，因?yàn)槲覀円褂玫臄?shù)控機(jī)床是XYZ+A軸，A軸為回轉(zhuǎn)軸，所以繞O，O點(diǎn)作90度旋轉(zhuǎn)所有圖形。

　　之后制作加工刀路軌跡，先生成圓柱凸輪輪廓的粗加工軌跡，再生成精加工軌跡。

　　(1)輪廓粗加工：四軸柱面曲線加工選擇加工多軸加工四軸柱面曲線加工”或單擊加工工具欄上的四軸柱面曲線加工按鈕，點(diǎn)擊彈出四軸柱面曲線加工參數(shù)表對(duì)話框，如圖11所示。在對(duì)話框中分別設(shè)置“四軸柱面曲線加工刀具參數(shù)中各參數(shù)一單擊【確定】按鈕，參數(shù)的設(shè)定左偏6.3保證粗加工為精加工留量0,3mm，加工深度為10.8，小于實(shí)際加工深度11，保證底部粗加工余量為0.2mm。安全高度要大于半徑值45，所以設(shè)定為50。回退距離應(yīng)大于切削深度，所以設(shè)置為12。

　　軟件左下角提示，拾取曲線，拾取輪廓作為：輪廓線，確定順時(shí)針銑削還是逆時(shí)針銑削，左鍵點(diǎn)擊輪廓方向。

　　屏幕左下角狀態(tài)欄提示確定鏈搜索方向。拾取任一曲線方向，根據(jù)加工要求選取加工側(cè)邊，因?yàn)楸纠诩庸で€上，所以拾取任一方向即可。生成四軸柱面曲線粗加工刀具軌跡。

　　同理，根據(jù)加工要求生成另一邊界線的粗加工軌跡，最后生成所有粗加工軌跡。

　　(2)輪廓精加工：四軸柱面曲線加工，因?yàn)樯纱旨庸ぼ壽E時(shí)加工邊界面的側(cè)面留有0.3mm、底面留有0.2mm的加工余量，生成精加工刀軌時(shí)采用同樣的加工方式，只是在左偏時(shí)，距離設(shè)置為刀具半徑6mm，加工深度設(shè)置為最后所需高度11mm。 

　　2.8 生成加工G代碼

　　做后置處理生成G代碼時(shí)，可以按住鍵，同時(shí)選擇粗精加工軌跡生成一個(gè)G代碼文件。選擇后置處理2，所示，選擇fanuc_4axis_A機(jī)床，。之后按確定，生成加工G代碼。

　　2.9 圓柱凸輪加工

　　應(yīng)用通訊軟件將生成的加工G代碼傳人數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)內(nèi)存，調(diào)整機(jī)床進(jìn)行銑削加工，在加工進(jìn)程中要應(yīng)用量具對(duì)各部加工精度進(jìn)行實(shí)測(cè)，依據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)加工軌跡及機(jī)床進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償調(diào)整，來保證圓柱凸輪的加工精度要求。

3 結(jié)論

　　介紹了基于CAXA（V2013軟件的圓柱凸輪數(shù)控加工研究過程，闡述了四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床銑削槽形圓柱凸輪的加工方法。

　　(1)通過被加工零件圖形要素的提煉、曲線分析及圖形處理繪制出關(guān)鍵的樣條曲線及相應(yīng)的包絡(luò)曲線，進(jìn)而進(jìn)行圖形變換操作，建立了精準(zhǔn)的被加工零件數(shù)模。

　　(2)零件數(shù)模為生成準(zhǔn)確的加工刀路軌跡提供了保障，從而生成正確的加工G代碼，并由實(shí)測(cè)結(jié)果調(diào)整加工刀路軌跡及機(jī)床偏置，最后確保零件的形狀及加工精度。

　　(3)由于采用編程軟件使圓柱凸輪的造型與加工變得簡(jiǎn)潔，減少了編程人員的工作量，免去了繁瑣的計(jì)算，縮短了機(jī)床的調(diào)整時(shí)間，提高了工作效率。