數(shù)控加工凸輪的項(xiàng)目教學(xué)

畢長(zhǎng)波

(秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 秦皇島 066000)

弧形板凸輪是圓柱凸輪的一部分，它的工作面是一條帶狀曲面。它加工的重點(diǎn)首先是要保證凸輪的輪廓形狀準(zhǔn)確、表面光滑，保證凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性；其次是保證曲面與從動(dòng)件滾子的接觸精度。凸輪工作曲面的加工工藝參數(shù)主要包括：刀具選用、刀具路徑、工件的裝夾和對(duì)刀操作等。

1 凸輪的制備

用不銹鋼板卷作為工件的毛坯，車(chē)削加工使零件達(dá)到圖紙尺寸和表面質(zhì)量要求(弧板外徑為840mm)。通過(guò)對(duì)鋼圈沿斜線(xiàn)切割，將一個(gè)鋼圈分割出三個(gè)零件毛坯，進(jìn)一步切割使零件各斜面留3~10mm的加工余量。隨后對(duì)獲得的弧形板凸輪進(jìn)行校正，使圓弧半徑偏差在2mm之內(nèi)，切削加工后再進(jìn)行進(jìn)一步矯正。對(duì)弧形板凸輪在立式加工中心(或銑床)上加工，運(yùn)用CAM軟件生成凸輪曲面加工的程序，采用UG/NX4.0軟件進(jìn)行曲面建模和生成加工程序。

2 凸輪工作曲面的創(chuàng)建

圖1

凸輪工作曲面的創(chuàng)建分兩步，空間曲線(xiàn)和帶狀曲線(xiàn)的創(chuàng)建。

(1)空間曲線(xiàn)的創(chuàng)建。圖1顯示了展開(kāi)凸輪工作曲線(xiàn)的原始數(shù)據(jù)。

首先創(chuàng)建圓柱，步驟如下：①進(jìn)入U(xiǎn)G/NX4.0的建模界面；②插入一個(gè)草圖，在X—Z面按照?qǐng)D二尺寸創(chuàng)建平面圖形；③將平面曲線(xiàn)纏繞在840 mm的圓柱面上生成空間曲線(xiàn)。需要?jiǎng)?chuàng)建的圓柱略高于輪廓曲線(xiàn)高度(136)，高度設(shè)為150，圓柱軸線(xiàn)沿著Z軸，放置在與平面曲線(xiàn)相切的位置。

然后創(chuàng)建纏繞曲線(xiàn)，步驟如下：①選擇圓柱面；②選擇曲線(xiàn)所在的平面；③逐段點(diǎn)取平面曲線(xiàn)。；點(diǎn)擊“應(yīng)用”，生成纏繞在柱面上的凸輪工作曲線(xiàn)。

2 帶狀曲面的創(chuàng)建

凸輪的工作曲面是一條沿著空間曲線(xiàn)，寬度等于凸輪板厚度的帶狀曲面。采用“已掃掠”方法，具體步驟如下：①選擇偏置曲線(xiàn)(空間曲線(xiàn))，逐段點(diǎn)取；②輸入“偏置距離”——25，即條狀曲面的寬度。③激活第二步——“偏置視圖”。曲面的矢量方向選擇Z軸，即凸輪的軸線(xiàn)方向。這里偏置方向指向內(nèi)側(cè)，否則“切換偏置側(cè)”。④點(diǎn)擊“應(yīng)用”生成帶狀曲面。

3 生成曲面的加工

凸輪頂面的加工包括凸輪的上升和下降兩部分曲面，以及與頂面的圓弧過(guò)渡部分。因此需要將曲面分割成上升和下降兩個(gè)部分，步驟如下：①在曲面上欲分割的部位畫(huà)出兩條分割線(xiàn)，并與曲面一起復(fù)制到20層和30層各一份備用；②在第20層進(jìn)入“修剪片體”操作，第一步在欲保留的一側(cè)點(diǎn)選曲面，自動(dòng)進(jìn)入下一步，點(diǎn)選分界直線(xiàn)，③點(diǎn)擊“應(yīng)用”，這樣修剪掉掉曲面右側(cè)的大部分，只保留左側(cè)少部分，如圖2所示。

同樣，在第30層完成修剪操作，只保留右側(cè)部分。打開(kāi)20層和30層，同時(shí)顯示兩部分曲面。

(1)刀具的選擇。加工空間曲面采用10的普通高速鋼立銑刀，特點(diǎn)是刀刃鋒利，切削力小。加工時(shí)沿條狀曲面的長(zhǎng)度方向，自下而上單向提刀切削，而立銑刀的端面刃不切削，僅有刀具的側(cè)刃工作，這樣切削平穩(wěn)，生產(chǎn)效率高。

圖2

粗加工時(shí)每次吃刀深度為2 mm，采用UG軟件生成子程序，調(diào)用5次，為下一步的精加工留0.3 mm的加工余量。換一把新刀進(jìn)行精加工，精加工時(shí)仍采用單向提刀切削方法，只是刀路比較密集，以保證曲面加工質(zhì)量。精加工時(shí)平端立銑刀切削至曲面頂部圓弧的過(guò)渡區(qū)，刀具端面刃起修光作用。

(2)生成曲面的加工。曲面的生成程序如下：①進(jìn)入U(xiǎn)G NX4.0加工模塊，選擇“輪廓曲面區(qū)域(Contour surface Area)”的銑削方法；②進(jìn)入對(duì)話(huà)框，點(diǎn)選“編輯參數(shù)”，進(jìn)入“曲面驅(qū)動(dòng)方式”對(duì)話(huà)框，選擇驅(qū)動(dòng)幾何體；③點(diǎn)選左側(cè)的一段曲面，出現(xiàn)的三個(gè)箭頭中，指向斜上方的箭頭表示曲面法向方向，否則點(diǎn)擊“材料反向”。點(diǎn)擊“切削方向”后出現(xiàn)8個(gè)箭頭，其中向上的箭頭表示刀具僅沿著曲面長(zhǎng)度方向向上提刀切削。

4 工件的加工

(1)裝夾工件。弧形板凸輪在VMC1000立式加工中心上進(jìn)行加工。采用兩臺(tái)相同規(guī)格的平口鉗定位和夾緊工件，如圖3。首先將鉗體在其底座旋轉(zhuǎn)一定角度，以便適應(yīng)弧形板的形狀。兩臺(tái)平口鉗底座的定向鍵要放置在機(jī)床工作臺(tái)的同一“T”形槽內(nèi)，夾持點(diǎn)盡可能靠近凸輪需加工的部位。工件定位后，旋緊連接平口鉗底座和工作臺(tái)的螺栓，初步施加夾緊力后，旋緊防止平口鉗底座與鉗體相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的螺絲。調(diào)整各個(gè)方向工件的位置，使其的準(zhǔn)確定位后，旋緊各個(gè)螺絲。這里每臺(tái)平口鉗鉗口與弧形板形成了三條線(xiàn)接觸，弧形板柱面與弧形板外側(cè)的鉗口平面相切，這樣工件表面一般不會(huì)受到損傷。由于弧形板內(nèi)側(cè)的鉗口棱邊可能會(huì)使工件內(nèi)側(cè)形成壓痕，通常需要加墊銅片。此外，弧形板的弧度的可以通過(guò)平口鉗的夾緊力微調(diào)，造成弧板半徑變化，這有助于準(zhǔn)確對(duì)刀。

圖3

(2)坐標(biāo)系與對(duì)刀。將工件坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在弧形板的頂面圓心處，如圖3所示。為便于測(cè)量，對(duì)刀時(shí)在機(jī)床主軸上安裝一個(gè)中心鉆，并移至工件的圓心處，然后分別測(cè)量凸輪毛坯兩端和中點(diǎn)的內(nèi)側(cè)到中心鉆的距離。通過(guò)調(diào)整主軸位置使三處的測(cè)量半徑相等。毛坯的圓心找到后，設(shè)置機(jī)床的工件坐標(biāo)系。此外，還需測(cè)量毛坯左端點(diǎn)的位置尺寸。試切工件左側(cè)上升和右側(cè)下降，檢查走刀路徑與工件是否吻合，必要時(shí)調(diào)整工件原點(diǎn)(G54)的偏置值。

通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生使用普通數(shù)控立銑刀加工弧形板凸輪的過(guò)程，使學(xué)生掌握了凸輪制備、刀具選用、刀具路徑、工件的裝夾和對(duì)刀操作等工藝優(yōu)化方法。