1 引言

　　凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件．具有曲線或曲面輪廓且作為高副元素的構件，該輪廓按輸出運動學特性和動力學特性的要求設計。利用其擺動或回轉，可以使從動子按預先設定運動。凸輪的數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動且有變化直徑的盤形構件；移動凸輪則相對機架作直線移動；圓柱凸輪可以看成是將移動凸輪卷成的圓柱體。

2 圓柱凸輪加工工藝設計

　　圓柱凸輪的數控加工的難點在于，圓柱凸輪數模建立，后置處理，以及數控程序生成。為此，我們的工藝設計應該包括，多軸數控機床的選擇、刀具夾具的選擇，數控機床的偏置調整等，以期實現圓柱凸輪復雜曲線型面的技術要求。基于CAXA(V2013)實現工藝設計。

　　2.1 圓柱凸輪技術要求

　　圓柱凸輪加工必須滿足工作槽等寬，工作表面光順平整，以保證傳動子的平穩運動。。

　　凸輪工作槽寬為22H9mm，花鍵相對基準A的對稱度為0.015mm，圓柱凸輪兩端面跳動為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孔、兩端面及花鍵加工完成，并保證加工精度；同時安排加工一個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固作用。

　　2.2 圓柱凸輪加工設備的選擇

　　立式加工中心是三軸聯動機床，再加上一個數控轉臺，選用具備四軸聯動的數控系統，那么這臺帶數控轉臺的立式加工中心就成為四軸聯動數控機床。加上繞X軸旋轉的數控轉臺即是XYZ+A，加上繞Y軸旋轉的數控轉臺即是XYZ+B。加上繞Z軸旋轉的數控轉臺即是XYZ+C。四軸聯動數控機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。

　　應用四軸聯動數控機床進行凸輪加工可以簡化工裝夾具的使用，優化選擇刀具幾何參數，延長刀具使用壽命，提高零件的表面質量，使生產集中化，有效提高加工效率和生產效率，降低加工成本。

　　2.3 凸輪加工對刀

　　在凸輪加工過程中正確的對刀是—個非常重要的環節。對刀分手動和自動兩種。對刀的準確程度直接影響了加工精度，如果操作不當，將直接影響工件的品質，甚至發生刀具與機床相碰，造成重大的機械事故。

　　對刀的方法一定同凸輪加工精度要求相適應，必要時可根據零件的形位公差要求作誤差分析，通過精確的幾何運算及圖形變換做偏置調整，這樣才能提高凸輪的加工品質，提高加工效率，降低生產成本。

 

　　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算機上繪制成曲線，再將該曲線纏繞到圓柱基面上，然后才可以進行后續操作處理。

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，在長度方向由等分點確定13個點位置，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。公式曲線應為正弦曲線。

　　根據長度為凸輪槽直徑90，長度為86。φ90圓展開曲線長度為90×3.1415=282.74，繪制長為282.74，寬度為86的矩形，在矩形水平中心線延長到適當位置，繪制φ42.96圓。確定對樣條線取點的間距，假設在整周做24等分。那么對圓右側一半做角度等分線12等分，對矩形左側一半也做12等分直線。

　　過角等分線端點，做水平線，與矩形的水平線等分線求交點得到13個交點。

　　選擇依次連接13端點，得到樣條線。

　　根據樣條曲線長度為282.74/2=141，37，而且是過圓角等分線與直線等分線交點，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)，輸入公式曲線相關參數，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模的重要基本曲線。

 

　　2.5 繪制其它所需曲線

　　根據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。根據零件加工圖要求繼續繪制等距線3，距離為11.78(150弧長)，過曲線1端點，做角度線，角度為150，與直線3，相交，通過圓角過渡命令，對曲線3、4進行操作。按照二維圖紙提供的樣條線。通過的四個端點尺寸，繪制相應的樣條線及直線，中間做R10圓角過渡。得到線條5，選用最常見的φ12mm整體硬質合金平底銑刀加工，由于刀具直徑原因，加工完后，還會有部分殘留量，用單擊“等距線”按鈕，對曲線5做等距線，距離為115，倒圓角皆為R10，繼續作所需樣條曲線得到線條6、線條7，得到結果。

　　2.6 空間曲線繪制

　　(1)單擊以軸測視向顯示視圖，單擊，將當前平面切換到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，在立即菜單中設置起始距離：-50、掃描距離：100、掃描角度0和精度0.01參數。單擊選擇X軸負方向為掃描方向。

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

　　(4)對包絡完的曲線做旋轉復制，隱藏平面曲線。因為我們所使用的四軸聯動數控機床是A軸作為回轉軸，那么繞0，0點旋轉所有圖形，角度為90。 

　　2.7 生成加工刀路軌跡

　　對包絡完的曲線做旋轉復制，隱藏平面曲線，因為我們要使用的數控機床是XYZ+A軸，A軸為回轉軸，所以繞O，O點作90度旋轉所有圖形。

　　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，點擊彈出四軸柱面曲線加工參數表對話框，如圖11所示。在對話框中分別設置“四軸柱面曲線加工刀具參數中各參數一單擊【確定】按鈕，參數的設定左偏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，所以設定為50。回退距離應大于切削深度，所以設置為12。

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

　　屏幕左下角狀態欄提示確定鏈搜索方向。拾取任一曲線方向，根據加工要求選取加工側邊，因為本例在加工曲線上，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，因為生成粗加工軌跡時加工邊界面的側面留有0.3mm、底面留有0.2mm的加工余量，生成精加工刀軌時采用同樣的加工方式，只是在左偏時，距離設置為刀具半徑6mm，加工深度設置為最后所需高度11mm。 

　　2.8 生成加工G代碼

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

　　2.9 圓柱凸輪加工

　　應用通訊軟件將生成的加工G代碼傳人數控機床系統內存，調整機床進行銑削加工，在加工進程中要應用量具對各部加工精度進行實測，依據實測結果對加工軌跡及機床進行相應的補償調整，來保證圓柱凸輪的加工精度要求。

3 結論

　　介紹了基于CAXA（V2013軟件的圓柱凸輪數控加工研究過程，闡述了四軸聯動數控機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鍵的樣條曲線及相應的包絡曲線，進而進行圖形變換操作，建立了精準的被加工零件數模。

　　(2)零件數模為生成準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，并由實測結果調整加工刀路軌跡及機床偏置，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潔，減少了編程人員的工作量，免去了繁瑣的計算，縮短了機床的調整時間，提高了工作效率。