一種墻面凸輪零件的四軸編程加工

張振獻　何永濤　盧吉平

【摘 要】在數控加工中，手工編程以及宏程序的應用是操作技術人員必備的知識技能，本文以設備產品墻面凸輪為素材，對該零件的工藝規劃、凸輪曲面加工的刀具誤差分析，四軸手工編程思路進行探究和優化，加工過程對于同類產品的加工具有較好的借鑒意義。

【關鍵詞】數控加工;墻面凸輪;手工編程;宏程序

中圖分類號： TG519.1 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）18-0029-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.014

0 引言

本文以四軸立式數控加工中心對某墻面凸輪的加工工藝分析為例，重點在于闡釋并加深手工編程在四軸加工中心當中的應用，以該墻面凸輪的手工編程為突破口，進一步研究FANUC0i-MD系統在宏程序編寫應用當中的編程思路與注意事項。本文主體造型相對不是較為復雜，具有一定的手工編程可操作性，對于指導學生、工人更加深入的理解與認識手工編程在四軸加工中心當中的應用非常重要，其次手工編程的難點在于前期對刀軌的系統設計與研究，能夠更好的鍛煉學生、工人的編程素質和學習能力。

1 圖紙分析

該墻面凸輪是某紡織機械上的重要推程零件，其工程圖紙如圖1所示，已知零件材料為45號鋼，經調制熱處理工藝后，硬度達到HB265，材料硬度較高，普通加工刀具耐用度降低。其部分高精度特征技術如表1所示。

2 加工工藝編排

該墻面凸輪主體為回轉體類零件，我們采用數控車床去除零件主要余量，節省工時及降低刀具成本。內孔與兩端面的垂直度要求較高，精車加工時要給予高度重視，更有效的降低零件制造過程當中的廢品率。圖紙技術要求表明，該零件熱處理方式為T265曲面氮化>850，要在如此硬度下保證凸輪曲面0.8的粗糙度，刀具及切削參數的合理選用是關鍵因素，我們采用Φ16、Φ22整體式硬質合金立銑刀分別進行粗精加工。通過對墻面凸輪工藝裝備與技術要求的工藝分析，該墻面凸輪的簡要加工步驟如圖2所示：

3 刀路規劃研究

為了保證加工的零件能滿足最終的裝配應用，我們除了控制零件的關鍵尺寸外，還需要了解零件的功能和工作條件，如圖2產品應用簡化模型所示，本墻面凸輪在轉動過程當中，能夠精確轉換成軸線方向上的直線往復運動，其推程為20，且往復運動時不得出現卡死及磕絆等現象，其反向間隙由圖紙尺寸46.1-46.2保證。

圖1工程圖中所畫端面凸輪加工所用正弦曲線，在同一種編程思路下，不同的刀具分別沿著圖中這條的曲線方程進行切削加工時，其所走出的曲線實際形狀是不同的。如圖3所示。

當我們手工編程使用直徑分別為r和R的立銑刀加工圖1墻面凸輪正弦曲線時，由于我們采用的編程方式為：刀具依據曲線方程沿凸輪軸線方向向切削側偏移一個半徑值進行銑削加工，顯而易見，刀具半徑較大的立銑刀過切較為嚴重。由于零件在實際應用中采用Ф22軸承沿凸輪墻面滾動，因此采用刀具直徑為Ф22的立銑刀進行凸輪墻面精加工符合零件實際運行軌跡，同樣也符合圖4的刀具誤差原理圖，其實際加工完成的軌跡，過切程度真實滿足其應用要求。

4 四軸手工編程思路

該墻面凸輪其核心工序就是凸輪曲面的四軸加工，如何高效合理的編排其加工工藝，是該零件加工的要點，現就其曲面粗精加工的程序要點簡要分析如下：

粗加工采用的刀具為Φ16立銑刀，完成開槽后零件曲面剩余部分的余料粗加工，編程要點是要給精加工留有一定的余量，并且盡可能的少走空刀、提高效率。其左側粗加工軌跡如圖5所示。

圖5中，Φ16立銑刀粗加工時采用順銑，斜線進刀、曲線切削、斜線退刀方式。整個單邊粗加工過程分5次走刀完成，每次軸向切削深度為4mm，第5刀完成粗加工，凸輪曲面留有0.2mm的精加工余量，該部分子程序編程如下，僅供參考。右側粗加工軌跡與程序與左側類似，在此不再贅述。

結合圖4刀具誤差分析圖得出的刀具路徑規劃，我們采用與軸承直徑一致的Ф22立銑刀完成凸輪墻面的精加工，其左側精加工軌跡如圖6所示。

圖6中，Φ22立銑刀左側精加工時采用順銑加工，切線進刀、曲線切削、切線退刀方式。一次加工到位，去除軸向0.2的余量，右側精加工軌跡與程序與左側類似，在此不再贅述。

5 結語

通過圖3刀具誤差問題的分析，我們得出采用本文編程方式，精加工須采用直徑與軸承直徑一致的刀具進行凸輪墻面精加工，其過切輪廓才能正常使用，不會出現卡頓磕絆現象。深入一步，我們采用此種編程方式走出的滿足使用要求的凸輪墻壁曲面應該如何造型呢？得到正確的凸輪墻壁曲面模型后，進行自動編程加工時，我們精加工不再有刀具直徑須為Ф22的限制，對于進一步優化加工工藝和降低制造成本會有更為廣闊的空間。