凸輪曲線的加工

1、凸輪曲線的加工2011-6-13  來源：數(shù)控機(jī)床市場雜志  作者：李強(qiáng) 何松    摘要：本文主要介紹凸輪曲線的加工在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。分析凸輪曲線的結(jié)構(gòu)，著重從加工刀具的尺寸；相鄰兩點(diǎn)間曲線的形狀和尺寸；加工方法的選擇來具體闡述凸輪曲線的加工方法。    關(guān)鍵詞：凸輪，凸輪曲線，直線，圓弧，插補(bǔ)，編程     我廠產(chǎn)品數(shù)控活塞環(huán)車床上的一個零件如圖1所示，它是一個平面凸輪。凸輪的輪廓尺寸按照每一度上滾子中心與凸輪中心的距離標(biāo)注，即該凸輪的曲線是用360個點(diǎn)表示的

2、。因此，要加工該凸輪，必須解決下面三個問題；加工刀具的尺寸；相鄰兩點(diǎn)間曲線的形狀和尺寸；加工方法的選擇。    1加工刀具的尺寸從圖1中可知，凸輪曲線的實(shí)際形狀是滾子繞凸輪中心轉(zhuǎn)動時滾子外廓所形成的包絡(luò)線，滾子外廓與凸輪曲線是時刻相切的，但切點(diǎn)絕大多數(shù)情況下不在滾子與凸輪中心的連線上。圖2為凸輪機(jī)構(gòu)在任一角度下的示意圖。其中O、O2 分別為凸輪和滾子的中心，E為凸輪和滾子的切點(diǎn)，O1為凸輪曲線上E點(diǎn)的曲率中心。當(dāng)使用與滾子直徑不同的刀具加工該凸輪時，在圖示角度下，無論刀具直徑比滾子小還是大，因刀具中心在O O2連線上，所以其切點(diǎn)都不可能是E。要使切點(diǎn)為E，必須使刀具中心在O

3、1 O2連線上。設(shè)此時刀具的中心為O3，則線段O O2與O O3的角度及長度都不相等，O3點(diǎn)的位置值需要重新計(jì)算。由于凸輪曲線非常復(fù)雜，難以用簡單的幾何公式來表達(dá)，所以O(shè)3點(diǎn)位置值的計(jì)算非常困難、繁瑣，有時甚至是不可能的。而采用與滾子直徑相同的刀具來加工凸輪則避免了復(fù)雜的切點(diǎn)及刀具中心位置的計(jì)算，而只需計(jì)算滾子中心的位置。另外，如果采用比滾子直徑大的刀具來加工凸輪，還必須進(jìn)行干涉檢查。從上邊的分析中可以看出，除非有特殊情況，一般應(yīng)選用與滾子直徑相同的刀具來加工凸輪曲線。因?yàn)榱慵D中標(biāo)注的滾子直徑為100，所以我們采用100的專用棒銑刀加工這個凸輪。   2相鄰兩點(diǎn)間的形狀和

4、尺寸由于凸輪曲線是用一系列的點(diǎn)表示的，所以曲線上相鄰兩點(diǎn)間的形狀和尺寸必須在加工前確定和計(jì)算。對于這種情況，一般有兩種解決方法，一是把相鄰兩點(diǎn)間曲線看作直線，用直線連接；二是把相鄰兩點(diǎn)間曲線看作圓弧，用圓弧連接。前一種方法的優(yōu)點(diǎn)是曲線的形狀簡單、計(jì)算容易，缺點(diǎn)是加工出的凸輪表面上有棱；而后一種正相反，其缺點(diǎn)是形狀復(fù)雜、計(jì)算困難，優(yōu)點(diǎn)是加工出的凸輪表面光滑。鑒于此，我們決定先采用直線連接方法進(jìn)行試切，如果加工出的凸輪曲線不能滿足圖紙要求，再應(yīng)用圓弧連接的方法進(jìn)行加工。   3加工方法的選擇加工凸輪曲線一般有普通機(jī)床的仿形法、數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)法、線切割機(jī)床的線切割法和電火花機(jī)床的

5、電火花加工等方法。后兩種方法能加工及其復(fù)雜的凸輪曲線，但加工效率低，加工表面質(zhì)量差，加工出的凸輪質(zhì)量不能滿足我廠產(chǎn)品的要求，而且我廠也沒有這兩種機(jī)床，所以不在我們考慮的范圍之內(nèi)。普通機(jī)床仿形法是加工凸輪曲線的一種常用方法，其加工表面光滑，加工效率高，加工質(zhì)量取決于靠模板的精度。由于該方法是用靠模板仿形加工的，在加工前必須準(zhǔn)備仿形夾具、靠模板等工裝，但靠模板比凸輪還難制造，所以生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長，一般用于少品種、大批量的生產(chǎn)中。我廠40系列產(chǎn)品中的凸輪類零件就是采用這種方法加工的。數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)法是利用數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)功能加工凸輪曲線。由于不需要仿形夾具、靠模板等工裝，所以生產(chǎn)準(zhǔn)備周期大為縮短，其加工精

6、度取決于機(jī)床精度。在同種零件批量大時，其加工效率和經(jīng)濟(jì)性不如普通機(jī)床仿形法，因此這種方法常用于多品種、小批量的生產(chǎn)中。數(shù)控活塞環(huán)車床是專用機(jī)床，產(chǎn)量很少，其上的凸輪正適合使用數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)法來進(jìn)行加工，因此決定用V15機(jī)床加工該凸輪。決定V15機(jī)床的另一個原因是該機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)MAZAK CAM2采用人機(jī)對話形式編程，能自動計(jì)算出通過任意三點(diǎn)的圓的圓心座標(biāo)和半徑值,并具有加工仿真功能，使用該機(jī)床可避免計(jì)算錯誤、減少編程工作量。最后在V15機(jī)床上，使用100專用棒銑刀，相鄰兩點(diǎn)間采用直線連接的方法，試切該凸輪(半徑方向留量2mm)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)凸輪表面的棱非常明顯，不符合設(shè)計(jì)要求。于是改為相鄰兩點(diǎn)間圓

7、弧連接的方法，進(jìn)行第二次試切(半徑方向留量0.5mm)，結(jié)果被有關(guān)方面認(rèn)可，然后進(jìn)行精加工，加工后的凸輪曲線經(jīng)三座標(biāo)測量機(jī)檢查，達(dá)到了圖紙要求。需說明的是，編制凸輪曲線加工程序的計(jì)算量很大，程序的行數(shù)也多，因此對于能求出凸輪輪廓曲線的零件，應(yīng)使用刀具半徑偏置的方法進(jìn)行編程。這樣可使用同一套程序進(jìn)行零件的粗、精加工，達(dá)到少編一套程序的目的。操作者在粗加工時，將機(jī)床刀具參數(shù)中的刀具半徑增加一個留量值；精加工時，再將機(jī)床刀具參數(shù)中的刀具半徑改為實(shí)際值。這樣不僅減少了編程的工作量，而且也有利于程序的調(diào)試。而對于象本文所述的這種用一系列的點(diǎn)表示凸輪輪廓曲線，只能使用刀具中心進(jìn)行編程的零件來說，也應(yīng)只編一套程序，精加工時使用與滾子直徑相同的刀具，粗加工時使用比滾子直徑小