各類平面凸輪以及列表曲線平面凸輪類型如所示，是傳動設(shè)備上的重要零件，要求凸輪型面必須具有較高的型面精度。對于各類平面凸輪尤其是列表曲線平面凸輪的結(jié)構(gòu)，在普通銑床上進(jìn)行加工，凸輪的型面精度難得到控制，在普通銑床上采用靠模加工，受靠模制造精度以及靠模磨損的制約，必將影響平面凸輪的型面精度，另外由于靠模規(guī)格系列繁多所增加的成本，所以，高精度平面凸輪與列表曲線凸輪的加工效果也不十分理想。

 

　　現(xiàn)行實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)控銑床上加工平面類曲線凸輪，也有著不同的加工方式。可以采用直角坐標(biāo)的方式控制（兩直線坐標(biāo)聯(lián)動進(jìn)行曲線合成的）加工，也可以采用極坐標(biāo)的方式控制（一直線坐標(biāo)、一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)聯(lián)動進(jìn)行曲線合成的）加工。下面以數(shù)控銑床加工列表曲線平面凸輪為例，闡述其具體應(yīng)用。

 

　　1凸輪加工的工藝分析（1）零件結(jié)構(gòu)精度在凸輪坯的車削加工中，零件重要的徑向加工部位是基準(zhǔn)孔以及零件軸向兩端面與基準(zhǔn)孔垂直度誤差的保證。在數(shù)控銑削加工中，凸輪零件銑削加工的難點(diǎn)是凸輪的型面精度。

 

　　（2）加工刀具選擇在數(shù)控銑削加工中，使用的普通圓柱立銑刀半徑小于凸輪*小半徑，就可以滿足保證凸輪型面的加工要求。從零件的粗精加工考慮，在數(shù)控銑削加工分別使用兩把相同規(guī)格尺寸的銑刀，更有利于曲線軌跡尺寸和表面粗糙度的保證，同時可以簡化程序編制的節(jié)點(diǎn)參數(shù)計(jì)算。

 

　　（3）零件裝夾與定位基準(zhǔn)在凸輪零件的數(shù)控粗精車削加工中，采用三爪自動定心卡盤裝夾零件的外圓柱段，在一次裝夾定位中完成凸輪零件內(nèi)孔和一端面的加工；零件軸向的定位基準(zhǔn)選擇在零件的另一端面。在凸輪的數(shù)控銑削加工中：使用三爪自動定心卡盤和定心芯軸裝夾凸輪零件進(jìn)行零件的定位，同時利用零件的3個工藝孔輔助進(jìn)行夾緊，再將三爪自動定心卡盤用壓板螺栓直接固定在銑床工作臺面上；使用數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺利用定心芯軸367進(jìn)行零件的裝夾定位，來實(shí)現(xiàn)凸輪零件中心與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺中心的重合，同時利用零件的3個工藝孔輔助進(jìn)行夾緊，再將數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺直接固定在銑床工作臺面上，如圖2所示。上述兩種裝夾方式都能夠在保證車、銑削加工裝夾定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合的前提下，均敞開了數(shù)控加工中銑刀的運(yùn)行空間。

 

　　（4）銑削加工方式可以采用下列方式來進(jìn)行凸輪零件型面曲線的數(shù)控銑削加工：1）加工方式一：使用銑削裝夾方式，應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)（直線和圓弧軌跡）的加工功能，采用直角坐標(biāo)系的控制方式，控制X、Y軸聯(lián)動運(yùn)行，用多段曲線連接來完成零件型面的數(shù)控加工，并分別進(jìn)行凸輪型面的粗、精銑加工。這是一般情況下采用的常規(guī)加工方式。

 

　　2）加工方式二：使用銑削裝夾方式，應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行直線圓弧軌跡的加工功能，采用極坐標(biāo)系的控制方式，控制直線軸和旋轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動運(yùn)行367，用多段曲線連接來完成零件型面的數(shù)控加工，并分別進(jìn)行凸輪型面的粗、精銑加工。

 

　　同為數(shù)控加工，顯而易見，加工方式二優(yōu)于加工方式一。在加工方式二中，利用X向、Y向直線軸的單動或聯(lián)動運(yùn)行，來實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工中進(jìn)刀、退刀、型面軌跡加工的運(yùn)動；利用旋轉(zhuǎn)軸控制數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，來實(shí)現(xiàn)繞工件軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動199，用來進(jìn)行凸輪零件圓周向的定位、找正的旋轉(zhuǎn)運(yùn)行。

 

　　2數(shù)控極坐標(biāo)系控制方式的加工原理數(shù)控極坐標(biāo)系控制方式的加工原理是：采用銑削裝夾方式，控制圓盤工作臺旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和銑床X向直線運(yùn)動的聯(lián)動運(yùn)行，來實(shí)現(xiàn)凸輪工件所需曲線軌跡的運(yùn)動要求，當(dāng)使零件坯沿其軸線的旋轉(zhuǎn)位移和沿其軸線的直線位移，符合凸輪零件的曲線軌跡與尺寸精度要求，就可以以極坐標(biāo)的控制方式滿足非圓曲線類凸輪的加工要求。

 

　　在數(shù)控加工中，當(dāng)加工零件底部圓弧軌跡時，讓X、Y向兩伺服電動機(jī)聯(lián)動，應(yīng)用圓弧指令（運(yùn)用直角坐標(biāo)系控制方式），則可滿足加工，讓Z向伺服電動機(jī)（控制圓盤工作臺旋轉(zhuǎn)）單動，應(yīng)用直線指令（為極坐標(biāo)系控制方式R= 0， = x），也可滿足加工；當(dāng)加工零件左半部軌跡，若設(shè)定銑刀處于凸輪*低點(diǎn)，如所示位置，讓Y、Z向伺服電動機(jī)聯(lián)動，運(yùn)用極坐標(biāo)系控制方式R= A， = x控制兩運(yùn)動的聯(lián)動： Y向（銑床縱向工作臺帶動工件）運(yùn)行凸輪兩段曲線半徑差的位移長度， Z向（圓盤工作臺帶動工件）運(yùn)行凸輪每段曲線旋轉(zhuǎn)弧長的對應(yīng)角度；當(dāng)加工右半部時亦是如此，只是半徑差減小而已。同理，若使凸輪零件*低點(diǎn)位置置于中心線的左端或右端（即將所示位置旋轉(zhuǎn)90），則可應(yīng)用X、Z向兩伺服電動機(jī)的聯(lián)動運(yùn)行，來實(shí)現(xiàn)凸輪曲線軌跡的數(shù)控銑削加工。此在加工中也以極坐標(biāo)系的方式控制運(yùn)行。

 

　　當(dāng)采用X、Z向聯(lián)動運(yùn)行時，在實(shí)際加工中可將工件坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)定在圓盤工作臺的旋轉(zhuǎn)中心上，由于銑床縱向（X向）行程較大，并且此向絲杠間隙較小容易調(diào)節(jié)控制，所以可用于較大尺寸凸輪零件的數(shù)控加工。

 

　　另外，在機(jī)床數(shù)控改造時：使Y向（銑床橫向）的脈沖當(dāng)量為0. 005mm， X向（銑床縱向）的脈沖當(dāng)量為0. 01mm，當(dāng)采用不同單位位移控制精度的坐標(biāo)向控制凸輪半徑的運(yùn)行時，可以得到不同精度的加工效果，這對進(jìn)行凸輪曲線軌跡的粗、精加工時尤為重要。

 

　　3數(shù)控銑削加工凸輪型面曲線精度的工藝和加工精度對比（1）加工方式一三爪自動定心卡盤裝夾凸輪零件進(jìn)行零件的定位，采用直角坐標(biāo)系的控制方式，應(yīng)用多段曲線連接來完成凸輪型面曲線的數(shù)控加工。此加工方式的優(yōu)點(diǎn)是：加工簡便易行，并且可以利用自動編程來生成加工程序，凸輪型面曲線的加工精度較為理想；此加工方式的不足是：凸輪型面曲線的計(jì)算異常復(fù)雜繁瑣，即使是應(yīng)用自動編程，也難以保證凸輪型面曲線的加工精度。

 

　　（2）加工方式二使用數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行零件的裝夾定位，采用極坐標(biāo)系的控制方式，來完成凸輪型面曲線的數(shù)控加工。此加工方式的優(yōu)點(diǎn)是：加工易行，計(jì)算簡單，調(diào)試方便，零件輪廓的加工精度相比加工方式一更為提高，由于編程均以內(nèi)孔圓心為基準(zhǔn)來給定零件半徑，所以加工基準(zhǔn)統(tǒng)一，加工誤差小，有效地保證了凸輪型面曲線精度的一致性；同理，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的使用，有效地保證和降低了了凸輪型面曲線的誤差；并且此加工方式的裝夾保證了零件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、裝夾定位基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)的重合。此加工方式的不足是，數(shù)控銑床必須有旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)功能。

 

　　顯而易見，加工方式二優(yōu)于加工方式一。在凸輪零件的實(shí)際加工中，證實(shí)了上述結(jié)論并收到了令人滿意的加工效果。

 

　　4凸輪型面曲線誤差分析及采取的措施極坐標(biāo)系控制方式的數(shù)控加工是按零件的弧長來進(jìn)行編程計(jì)算的。由弧長編程的轉(zhuǎn)換計(jì)算公式M Z = 2 RM/ ti可知，為無理數(shù)，所以，式中分子2 RM值亦為無理數(shù)，弧長的理論值與編程值不等，由此使得弧長位移長度存在著傳遞誤差L.

 

　　傳遞誤差L同于單位位移控制精度（脈沖當(dāng)量）的變化，也為一變化值，并與凸輪半徑成正比，且在平面凸輪半徑R max處達(dá)到*大值。所以，只要計(jì)算出此點(diǎn)處的誤差，使之處于零件精度允許范圍即可滿足要求。

 

　　理論弧長位移長度L理= 2 RK理/ 360，實(shí)際弧長位移長度L實(shí)= 2 RK實(shí)/ 360，所以，單段弧長位移誤差L = 2 R（K實(shí)- K理） / 360（1）式中每段弧長夾角傳遞誤差L是以銑刀中心運(yùn)行軌跡計(jì)算的，因?yàn)椋詫?shí)際軌跡的此段誤差小于L.

 

　　若凸輪零件單段弧長的夾角為變化值，應(yīng)逐步計(jì)算出其累積誤差L ，并在其累積到與脈沖當(dāng)量等值時，通過加減一步旋轉(zhuǎn)位移長度來預(yù)以消除或降低。若為對稱類凸輪，則可計(jì)算出對稱部累積誤差L ，并將其分為n （L /脈沖當(dāng)量）段，通過加減一步旋轉(zhuǎn)位移將L均勻地分布在數(shù)段范圍內(nèi)。

 

　　5提高凸輪型面曲線精度的理論根據(jù)分析在現(xiàn)行數(shù)控系統(tǒng)的控制中，運(yùn)動軌跡的形成，普遍采用逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法。逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法的基本原理是，在刀具按要求軌跡運(yùn)動加工零件輪廓的過程中，進(jìn)行逐點(diǎn)比較刀具與被加工零件輪廓軌跡的相對位置，并根據(jù)比較結(jié)果來確定刀具下一步的坐標(biāo)進(jìn)給方向，使刀具向減小偏差的方向運(yùn)行，且瞬間只有一個方向的進(jìn)給，循環(huán)下去，直至進(jìn)行逐點(diǎn)比較插補(bǔ)加工出零件的輪廓軌跡。換言之，用逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法進(jìn)行斜線插補(bǔ)時，曲線軌跡每運(yùn)行一步，均要比較加工點(diǎn)瞬間時坐標(biāo)與規(guī)定零件輪廓軌跡（斜線）之間的位置，依此決定下一步的走向，如果加工點(diǎn)走到輪廓軌跡（斜線）外邊，則下一步要向輪廓軌跡（斜線）內(nèi)部走，如果加工點(diǎn)處在輪廓軌跡（斜線）內(nèi)部，則下一步要向輪廓軌跡（斜線）外部走，以縮小偏差，周而復(fù)始，直至輪廓軌跡全部結(jié)束82，從而獲得一個非常接近數(shù)控加工程序規(guī)定的輪廓軌跡（斜線）。斜線插補(bǔ)軌跡，圓弧插補(bǔ)軌跡類同于此。

 

　　在極坐標(biāo)系控制方式中，運(yùn)動軌跡的控制，是一直線運(yùn)動和一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的聯(lián)動，插補(bǔ)軌跡曲線為直線與圓弧的連接合成，其插補(bǔ)軌跡曲線如所示。此插補(bǔ)軌跡曲線波峰波谷的凸凹程度，遠(yuǎn)較兩直線插補(bǔ)軌跡曲線波峰波谷的凸凹程度為小，曲線拐點(diǎn)也較圓滑，這就是提高凸輪形面軌跡精度的理論根據(jù)。此優(yōu)點(diǎn)直接影響著凸輪零件的加工精度和表面粗糙度，對于精加工來說，尤為重要。

 

　　6無旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)控制（數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺）的凸輪型面曲線數(shù)控加工對于不具備旋轉(zhuǎn)向坐標(biāo)控制的數(shù)控銑床，在進(jìn)行凸輪型面曲線的數(shù)控銑削加工時，也可以在三坐標(biāo)控制的數(shù)控銑床上，采用加裝改造普通的圓盤工作臺進(jìn)行。具體做法是，拆除數(shù)控銑床的Z向伺服電動機(jī)，用來連接控制圓盤工作臺的輸入蝸桿，給定Z向滾珠絲杠螺距值的運(yùn)行長度，可使Z向伺服電動機(jī)一轉(zhuǎn)。給定圓盤工作臺蝸輪副的傳動()比值與Z向滾珠絲杠螺距乘積的運(yùn)行長度L = ti，可使圓盤工作臺轉(zhuǎn)動一周。可以據(jù)此進(jìn)行凸輪弧長的轉(zhuǎn)換來進(jìn)行編程長度的計(jì)算。

 

　　因?yàn)橥馆喠慵b夾于圓盤工作臺上，所以圓盤工作臺帶動凸輪轉(zhuǎn)動時的旋轉(zhuǎn)弧長，隨凸輪工件半徑大小的變化而變，凸輪旋轉(zhuǎn)單位角度的旋轉(zhuǎn)位移精度也隨凸輪工件半徑大小的變化而變。為保證加工精度，應(yīng)使在加工凸輪*大半徑時的脈沖當(dāng)量與原數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的許用脈沖當(dāng)量等值。因?yàn)楦淖冊S用脈沖當(dāng)量，勢必將重新計(jì)算位移長度，引起編程時的繁瑣計(jì)算；另外在圓弧加工中，因許用脈沖當(dāng)量與系統(tǒng)內(nèi)控軟件中約定的脈沖當(dāng)量不符，會使得實(shí)際圓弧運(yùn)動軌跡變形。

 

　　7結(jié)論經(jīng)實(shí)際加工證明，使用三坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)改造普通立式銑床，通過控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的運(yùn)行，采用極坐標(biāo)控制方式加工平面凸輪的型面精度，與采用平面直角坐標(biāo)的加工控制方式相比，具有更好的加工精度，此加工方式對非圓曲線各類平面凸輪的數(shù)控加工，有著舉一反三的作用。此數(shù)控加工方式在提高凸輪零件型面加工精度的同時，使得零件的坐標(biāo)計(jì)算和編程（與直角坐標(biāo)系控制方式的計(jì)算相比）大為減化。

 

　　在只有直線軸的數(shù)控銑床上加裝普通圓盤工作臺，這種數(shù)控加工與普通設(shè)備相結(jié)合的做法，依然可以得到使用數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺的同等加工效果。此加工方法避開了一般單位缺少高檔數(shù)控系統(tǒng)的條件限制，拓寬和擴(kuò)展了數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。