凸輪軸上凸輪的數控四軸聯動加工研究

谷育紅

摘要：用典型的CAD/CAM軟件AutoCAD、UG等對凸輪軸上凸輪進行造型設計與數控編程，并且將數控程序應用于四軸聯動數控機床上，完成凸輪軸上凸輪的加工。主要研究內容包括：AutoCAD軟件中凸輪型線生成，UG軟件中凸輪三維建模、刀軌生成及變換復制及后處理生成數控程序，四軸聯動加工中心粗、精加工凸輪。本文重點介紹十二缸凸輪軸的建模、數控加工程序編制等方法，此方法已在MAZAK510C四軸聯動加工中心上得到驗證。

Abstract： The typical CAD / CAM software， such as AutoCAD and UG， is used to design and program the cam on the camshaft， and the NC program is applied to the four axis CNC machine tool to complete the processing of the cam on the camshaft. The main research contents include： cam profile generation in AutoCAD software， cam 3D modeling， tool path generation， transformation， copy and post-processing in UG software， NC program generation， four axis machining center rough and finish machining cam. This paper focuses on the modeling of 12 cylinder camshaft and the programming of NC machining. This method has been verified on mazak510c four axis machining center.

關鍵詞：CAD/CAM;三維建模;四坐標數控加工;凸輪軸快速銑削

Key words： CAD/CAM;3D modeling;four coordinate NC machining;camshaft rapid milling

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）20-0092-03

0? 引言

凸輪軸是柱塞泵中的重要部件，凸輪曲面結構復雜，對柱塞泵性能影響較大。以往采用傳統工藝加工，生產周期長，精度也難達到要求。經過工藝革新，對單件和小批量的凸輪軸采用四軸聯動加工中心進行數控銑削加工，是一種比較好的工藝方案。具體工藝流程見圖1。

1? 凸輪型線的生成

1.1 EXCEL表數據制作

凸輪設計會產生凸輪升程EXCEL表，將它制成如圖2所示的EXCEL表格。表中中心高A =升程B+基圓半徑+滾子圓半徑，D為角度，角度增量為0.5°。

1.2 轉換為記事本數據

將EXCEL表數據復制到記事本中，如圖3所示。

1.3 AutoCAD型線生成

在AutoCAD軟件中，點擊樣條曲線命令，將記事本數據復制到命令框生成曲線，點擊右鍵，點擊閉合形成曲線。然后點擊偏移命令，輸入偏移量（滾子半徑）所得曲線即為凸輪軸型線。清除外圈曲線保存。注意文件名不能為漢字，可增加精加工和磨加工余量。

2? UG三維建模

2.1 導入CAD文本

打開UGNX8.5軟件，將所需CAD文本導入進UG軟件中。

2.2 移動至所需位置

點擊線條命令，用鼠標右鍵選擇移動對象，選擇旋轉軸并設置旋轉角度，將圖形旋轉至所需位置。如果需要指定進刀點可點擊草圖命令，選擇擬合曲線（閉合），在已得曲線上點擊第一點即為進刀點，然后依次點擊，點擊點越多擬合精度越高，直到完成草圖形成擬合曲線。

2.3 拉伸建模成型

點擊拉伸命令，選擇需拉伸的曲線，輸入拉伸起始位置尺寸，布爾運算選擇自動判斷，進行預覽并確認。加工時一般刀具中心點在起始位置，可以根據需要進行調整，本例中凸輪厚度為24mm起始各調整3mm。這樣能發揮刀具最佳切削效率。由于各個凸輪形狀相同，我們只需建其中第一個凸輪模型來構建刀軌，其它刀軌可用變換功能獲得。如圖4所示。

3? CAM刀軌生成

3.1 UG刀軌的形成

在UG軟件中打開加工模塊，在CAM會話配置框中，選擇cam_general，選擇mill_multi-axis多軸加工，進行設置。

①創建程序：輸入所需程序名。②創建刀具：選擇刀具類型，輸入刀具名以及具體的刀具參數。采用Φ14mm刀尖圓弧半徑為R2的圓鼻刀。③創建加工方法：輸入名稱，設定部件余量、公差，設定銑削方式和切削用量等。④創建工序：選擇多軸銑，工序子類型選擇可變輪廓銑。指定幾何體、部件及切削區域。驅動方法選擇曲面，指定驅動幾何體，刀具位置選擇相切。驅動設置切削模式選擇單向，步距數選擇2實際加工3周，接觸點選擇加工余量方向。投影矢量選擇刀軸，相對于驅動體，由于是凹弧凸輪這里前傾角選擇3°。刀軸控制選擇切削步長為刀具的10%。非切削移動進刀選擇開放區域。進刀類型選擇圓弧平行于刀軸。初始進刀類型選擇與開放區域相同，退刀選擇開放區域與進刀相同。最終退刀類型與開放區域退刀相同。設置好切削參數等，點擊生成，即可生成刀軌路徑。

3.2 刀軌的模擬確認

進入刀軌可視化界面，點擊播放進行刀軌模擬以檢查刀具沿刀軌運行有無異常，從而檢查加工情況。

3.3 刀軌的變換復制

凸輪軸上的凸輪形狀相同僅位置角度不同，利用刀軌變換功能中的平移及旋轉命令復制得到所有凸輪的刀軌，如圖5所示。

4? MAZAK加工

4.1 NC程序后處理

通過UG軟件后處理構造器制作MAZAK510C多軸加工NC程序文件。打開后處理好的后綴名為txt的文件對NC程序進行檢查修改，如檢查修改刀補編號，如主程序中已經調出刀具，可將G43Hxx長度刀補刪除。刪除程序開始時制作者信息，用于子程序的還要將M30的結尾改成M99。

4.2 粗加工

在MAZAK510C四軸加工中心上粗加工程序可以用UG軟件編，也可以用MAZAK510C編程模塊編寫。具體方法，在Autocad中制作粗加工銑削面線條，留出精加工余量，測量出粗加工進退刀點尺寸及銑削深度。利用MAZAK510C加工中心立銑面加工模塊用Φ16mm波紋銑刀粗加工。這樣做編程速度較快，加工中刀具路線更優化，程序更直觀便于修改切削用量及切削參數，加工中也便于在各凸輪粗銑平面暫停、觀察、更換刀具和重啟，旋轉位移后即可做下一個凸輪型線，加工時間較UG編程要短。

4.3 精加工

將UG軟件制作的刀軌G代碼程序的后綴名txt更改為eia，保存到U盤，將U盤插入機床。在機床上調出刀軌G代碼程序，進行自動加工。注意文件名不能用中文。

5? 要說明的注意點

EXCEL表數據制作時，每0.5°一個數據。轉換為記事本數據中間不能有空格。Autocad曲線偏移一個滾輪半徑。導入文件名不能有中文。移動對象注意方向。擬合曲線第一點即為進刀點。拉伸建模注意拉伸方向。生成刀軌注意刀具角度與工件加工精度的關系，前傾角越小工件加工精度越好。但也要注意前傾角不能過小以免刀具中心或后面碰到工件。精度差時可增加刀路。

6? 結束語

文章介紹了十二缸凸輪軸數控編程與加工的方法，此方法已在MAZAK510C四軸加工中心上通過驗證。實際加工中需根據零件的結構特點，綜合考慮，靈活掌握，從而編制出合理、高效的加工程序，保證加工出符合圖紙要求的合格工件，發揮機床最大效率。

參考文獻：

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