凸輪軸數控加工工藝研究

摘要：機械傳動性能的穩定性在一定程度上是由凸輪軸的精度所決定。具體到實際例子中來說，凸輪軸精度的不同會造成發動機機械噪聲程度出現差異，更會牽涉到發動機的性能發揮，而凸輪軸質量是由其凸輪型面與相位角的質量所決定的。結合上述因素，本文根據企業的生產狀況，深入分析凸輪軸數控機床使用中存在的缺陷，希望可以改進其加工技術，從而提高生產效率，更好地促進企業的發展。筆者主要對數控機床加工凸輪軸面臨的主要問題、凸輪軸凸輪型面數控加工新工藝進行了分析。

關鍵詞：凸輪軸；凸輪型面；相位；牛鼻刀；切削方式

引言

凸輪具備兩個特點：傳動精度高和結構簡易。如果制作凸輪軸在方法上采取數控機床，會產生巨大的成本。在新產品制作中，這種缺點得到了放大，成本更大。企業在大量生產的過程中，為了減少生產成本，采取一般的仿形加工方法制作凸輪軸。因此本文根據企業實際生產，希望借助調整數控加工技術，減少生產成本，更好地促進企業的生產，進而提高企業的效益。

一、數控機床加工凸輪軸面臨的主要問題

（一）相位關系

根據傳統的加工技術，如果要在數控機床上進行零件的加工，需要有下面的三個步驟：第一，制作相關的零件圖紙；第二，選擇適當的刀具和半成品；第三，按照既定的程序進行安裝，開始零件的數控加工。不過由于凸輪軸的復雜性，在它的加工過程中是存在不確定因素，比如凸輪軸的各個挑頭的周向存在嚴格的位置相對關系。

（二）加工時間

凸輪軸具備加工效率低和加工時間長的特點。因為凸輪軸的精度要求高于其他制作零件，因而在使用四軸加工中心銑削凸輪軸制作時，第四軸自身運動速度慢，尤其是采取球頭刀制作，同時需要注意工件的每切削一層主軸的旋轉角度是36～45轉。為了確保精度，還需要使用較小的切削層，特別需要注意每一次都要保持在0.5毫米以下，這樣的話至少要銑削兩層以上。因此，加工一個桃頭的時間最終需要至少40分鐘。

（三）機床振動

考慮到凸輪軸凸輪型面自身所具備的特性，在開展半精制作時，工作面各處的工作量是有差異的。尤其是制作工作量大的時候，機床振動就會加大。

（四）刀具選擇

如果是選擇球頭刀進行凸輪軸的制作，會造成刀具的大量損耗。甚至如果選擇直徑小于六毫米的球頭刀時，球頭刀的工作效率會大打折扣，甚至于刀具工作中心切削的速度達到零。

二、凸輪軸凸輪型面數控加工新工藝

（一）合理安排裝夾方式，有效保證相位關系

如果在數控機床上進行凸輪軸的制作時，要想保障凸輪軸相關部位的相對位置關系，就要注意工件的裝夾和定位。在實際操作中，如果要是在一次的裝夾下把整個挑頭的加工予以制作完成，就可以保持各個挑頭的周向的相對位置關系。不過存在的問題是如何把握鍵槽和第一挑頭的相對位置關系。之后，開始鍵槽銑削工序時，根據不同的生產形式采取不同的方法：第一，批量生產時，需要設計專門的工裝，并且進行多次調整，最終確定位置；第二，單件生產時，可以采取制作凸輪樣板的方法。在加工的時候，將樣板套在第一挑頭進行定位，從而提供一個基準。在具體的操作過程中，要根據粗精加工的不同要求，采取不同的方法，從而減少切削力，減少打滑。

（二）改變加工刀具，優化刀具路徑，提高生產效率

多數企業出于確保加工質量的目的，在制作凸輪軸凸輪型面的時候，往往采取球頭刀制作。球頭刀自身存在著缺點，決定了它難以開展大量的切削。同時，在每次的切削時的實際切削量實際較小，甚至相鄰的兩次切削刀的中間線距離也在逐漸變小，不然就會造成凸輪型面的質量出現下降。因此，為了改進技術，本文決定采取牛鼻刀來代替球頭刀。兩者相比，牛鼻刀剛度更好，刀桿的振動性低，可以進行更大范圍的切割。它也可以有效地增加切削量，進而降低切削的層數，從而最終減少每一層的切削圈數，進而達到減少加工時間的目的。此外，牛鼻刀自身具備剛度強，磨損量少的優勢，從而增加刀具的加工時間，最后減少換刀的次數。經過大量的實踐證明，使用牛鼻刀加工這種凸輪型面，最終增加凸輪軸的加工效率。球頭刀和牛鼻刀的軌跡對比如圖2所示：

（三）改變切削方式，減少機床振動，提高表面質量

即使牛鼻刀具備刀桿的振動較小和剛度優良等優點，不過在生產加工時，采用傳統的切削方式會造成刀具中心全部參與切削。同時，伴隨著機床的切削力特別大，這樣的情況下機床的振動就會不能避免，也就會造成到凸輪型面的質量。基于此種情況，企業需要改進一般的切削方法，從而提高其表面質量。

一般的切削方法就是刀具的軸線和工作中心在同一條直線上。具體到實際操作過程中，就是三個軸不同的形態，A軸旋轉，Y軸靜止，Z軸是上下的運動。在這個過程中，切削點在慢慢變化，不過軸線依然始終對著旋轉中心，刀具的中心一直在切割。刀具軸線與工件中心共線法切削如圖3所示：

圖3 刀具軸線與工件中心共線法切削

為了改進傳統的方法，可以使用前導法向偏轉法切削加工。即在開始加工之前，把工件向反方向達到偏轉一定的角度，造成一種刀具的軸心和法向相互垂直，這樣就會形成刀具軸心與切削點法向出現一定的偏角。加工時，可以采用自動編程法，需要注意編程的重點在切削參數的設置，也就是相對驅動參數項的設置。前切削引導角度需要控制在合理的范圍，如果角度出現過大或過小，會造成加工技術的下降，一般需要控制在1°～3°之內。

結束語：

由于技術的進步，數控技術也在不斷地發展。同時，人們對于傳動結構的傳動精度提出了更高的要求。企業已經通過數控機床來制作凸輪軸，并且專業的數控機床已經被企業所采用。這篇文章以實踐的形式，重點改進了數控的加工技術。這種改進促進了凸輪軸的生產，在降低了生產成本的同時又保證了凸輪軸的加工質量。

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