凸轮曲线的加工2011-6-13 来源：《数控机床市场》杂志 作者：李强 何松 摘要：本文主要介绍凸轮曲线的加工在数控机床上的应用分析凸轮曲线的结构，着重从加工刀具的尺寸；相邻两点间曲线的形状和尺寸；加工方法的选择来具体阐述凸轮曲线的加工方法 关键词：凸轮，凸轮曲线，直线，圆弧，插补，编程 我厂产品数控活塞环车床上的一个零件如图1所示，它是一个平面凸轮凸轮的轮廓尺寸按照每一度上滚子中心与凸轮中心的距离标注，即该凸轮的曲线是用360个点表示的因此，要加工该凸轮，必须解决下面三个问题；加工刀具的尺寸；相邻两点间曲线的形状和尺寸；加工方法的选择 1．加工刀具的尺寸从图1中可知，凸轮曲线的实际形状是滚子绕凸轮中心转动时滚子外廓所形成的包络线，滚子外廓与凸轮曲线是时刻相切的，但切点绝大多数情况下不在滚子与凸轮中心的连线上图2为凸轮机构在任一角度下的示意图其中O、O2 分别为凸轮和滚子的中心，E为凸轮和滚子的切点，O1为凸轮曲线上E点的曲率中心当使用与滚子直径不同的刀具加工该凸轮时，在图示角度下，无论刀具直径比滚子小还是大，因刀具中心在O O2连线上，所以其切点都不可能是E。
要使切点为E，必须使刀具中心在O1 O2连线上设此时刀具的中心为O3，则线段O O2与O O3的角度及长度都不相等，O3点的位置值需要重新计算由于凸轮曲线非常复杂，难以用简单的几何公式来表达，所以O3点位置值的计算非常困难、繁琐，有时甚至是不可能的而采用与滚子直径相同的刀具来加工凸轮则避免了复杂的切点及刀具中心位置的计算，而只需计算滚子中心的位置另外，如果采用比滚子直径大的刀具来加工凸轮，还必须进行干涉检查从上边的分析中可以看出，除非有特殊情况，一般应选用与滚子直径相同的刀具来加工凸轮曲线因为零件图中标注的滚子直径为Φ100，所以我们采用Φ100的专用棒铣刀加工这个凸轮 2．相邻两点间的形状和尺寸由于凸轮曲线是用一系列的点表示的，所以曲线上相邻两点间的形状和尺寸必须在加工前确定和计算对于这种情况，一般有两种解决方法，一是把相邻两点间曲线看作直线，用直线连接；二是把相邻两点间曲线看作圆弧，用圆弧连接前一种方法的优点是曲线的形状简单、计算容易，缺点是加工出的凸轮表面上有棱；而后一种正相反，其缺点是形状复杂、计算困难，优点是加工出的凸轮表面光滑鉴于此，我们决定先采用直线连接方法进行试切，如果加工出的凸轮曲线不能满足图纸要求，再应用圆弧连接的方法进行加工。
3．加工方法的选择加工凸轮曲线一般有普通机床的仿形法、数控机床的插补法、线切割机床的线切割法和电火花机床的电火花加工等方法后两种方法能加工及其复杂的凸轮曲线，但加工效率低，加工表面质量差，加工出的凸轮质量不能满足我厂产品的要求，而且我厂也没有这两种机床，所以不在我们考虑的范围之内普通机床仿形法是加工凸轮曲线的一种常用方法，其加工表面光滑，加工效率高，加工质量取决于靠模板的精度由于该方法是用靠模板仿形加工的，在加工前必须准备仿形夹具、靠模板等工装，但靠模板比凸轮还难制造，所以生产准备周期长，一般用于少品种、大批量的生产中我厂40系列产品中的凸轮类零件就是采用这种方法加工的数控机床插补法是利用数控机床的插补功能加工凸轮曲线由于不需要仿形夹具、靠模板等工装，所以生产准备周期大为缩短，其加工精度取决于机床精度在同种零件批量大时，其加工效率和经济性不如普通机床仿形法，因此这种方法常用于多品种、小批量的生产中数控活塞环车床是专用机床，产量很少，其上的凸轮正适合使用数控机床插补法来进行加工，因此决定用V15机床加工该凸轮决定V15机床的另一个原因是该机床的数控系统MAZAK CAM2采用人机对话形式编程，能自动计算出通过任意三点的圆的圆心座标和半径值,并具有加工仿真功能，使用该机床可避免计算错误、减少编程工作量。
最后在V15机床上，使用Φ100专用棒铣刀，相邻两点间采用直线连接的方法，试切该凸轮(半径方向留量2mm)，结果发现凸轮表面的棱非常明显，不符合设计要求于是改为相邻两点间圆弧连接的方法，进行第二次试切(半径方向留量0.5mm)，结果被有关方面认可，然后进行精加工，加工后的凸轮曲线经三座标测量机检查，达到了图纸要求需说明的是，编制凸轮曲线加工程序的计算量很大，程序的行数也多，因此对于能求出凸轮轮廓曲线的零件，应使用刀具半径偏置的方法进行编程这样可使用同一套程序进行零件的粗、精加工，达到少编一套程序的目的操作者在粗加工时，将机床刀具参数中的刀具半径增加一个留量值；精加工时，再将机床刀具参数中的刀具半径改为实际值这样不仅减少了编程的工作量，而且也有利于程序的调试而对于象本文所述的这种用一系列的点表示凸轮轮廓曲线，只能使用刀具中心进行编程的零件来说，也应只编一套程序，精加工时使用与滚子直径相同的刀具，粗加工时使用比滚子直径小一个留量值(半径方向)的刀具，这样也能达到简化编程的目的 4．结束语由于工艺方案的正确选择，程序的准确无误，加上机床本身具有的较高的精度及优良的性能，使得凸轮曲线的加工达到令人满意的结果。