1、凸輪曲線的加工2011-6-13  來源：數控機床市場雜志  作者：李強 何松    摘要：本文主要介紹凸輪曲線的加工在數控機床上的應用。分析凸輪曲線的結構，著重從加工刀具的尺寸；相鄰兩點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。    關鍵詞：凸輪，凸輪曲線，直線，圓弧，插補，編程     我廠產品數控活塞環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注，即該凸輪的曲線是用360個點表示的

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，凸輪曲線的實際形狀是滾子繞凸輪中心轉動時滾子外廓所形成的包絡線，滾子外廓與凸輪曲線是時刻相切的，但切點絕大多數情況下不在滾子與凸輪中心的連線上。圖2為凸輪機構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，O1為凸輪曲線上E點的曲率中心。當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，所以其切點都不可能是E。要使切點為E，必須使刀具中心在O

3、1 O2連線上。設此時刀具的中心為O3，則線段O O2與O O3的角度及長度都不相等，O3點的位置值需要重新計算。由于凸輪曲線非常復雜，難以用簡單的幾何公式來表達，所以O3點位置值的計算非常困難、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雜的切點及刀具中心位置的計算，而只需計算滾子中心的位置。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，一般應選用與滾子直徑相同的刀具來加工凸輪曲線。因為零件圖中標注的滾子直徑為100，所以我們采用100的專用棒銑刀加工這個凸輪。   2相鄰兩點間的形狀和

4、尺寸由于凸輪曲線是用一系列的點表示的，所以曲線上相鄰兩點間的形狀和尺寸必須在加工前確定和計算。對于這種情況，一般有兩種解決方法，一是把相鄰兩點間曲線看作直線，用直線連接；二是把相鄰兩點間曲線看作圓弧，用圓弧連接。前一種方法的優點是曲線的形狀簡單、計算容易，缺點是加工出的凸輪表面上有棱；而后一種正相反，其缺點是形狀復雜、計算困難，優點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行試切，如果加工出的凸輪曲線不能滿足圖紙要求，再應用圓弧連接的方法進行加工。   3加工方法的選擇加工凸輪曲線一般有普通機床的仿形法、數控機床的插補法、線切割機床的線切割法和電火花機床的

5、電火花加工等方法。后兩種方法能加工及其復雜的凸輪曲線，但加工效率低，加工表面質量差，加工出的凸輪質量不能滿足我廠產品的要求，而且我廠也沒有這兩種機床，所以不在我們考慮的范圍之內。普通機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，所以生產準備周期長，一般用于少品種、大批量的生產中。我廠40系列產品中的凸輪類零件就是采用這種方法加工的。數控機床插補法是利用數控機床的插補功能加工凸輪曲線。由于不需要仿形夾具、靠模板等工裝，所以生產準備周期大為縮短，其加工精

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

7、弧連接的方法，進行第二次試切(半徑方向留量0.5mm)，結果被有關方面認可，然后進行精加工，加工后的凸輪曲線經三座標測量機檢查，達到了圖紙要求。需說明的是，編制凸輪曲線加工程序的計算量很大，程序的行數也多，因此對于能求出凸輪輪廓曲線的零件，應使用刀具半徑偏置的方法進行編程。這樣可使用同一套程序進行零件的粗、精加工，達到少編一套程序的目的。操作者在粗加工時，將機床刀具參數中的刀具半徑增加一個留量值；精加工時，再將機床刀具參數中的刀具半徑改為實際值。這樣不僅減少了編程的工作量，而且也有利于程序的調試。而對于象本文所述的這種用一系列的點表示凸輪輪廓曲線，只能使用刀具中心進行編程的零件來說，也應只編一套程序，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