弧形板凸轮的数控加工实践

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1、弧形板凸轮的数控加工实践冯正奎毕长波（秦皇岛职业技术学院,，河北秦皇岛066000）摘要：阐述了在立式加工中心上，利用普通立铣刀加工带状曲面的工艺过程。包括UG/NX的曲面建模、生成曲面加工程序和工件的装夹与对刀方法等。解决了由于工件刚性差引起的切削振动、生产率低和刀具费用高等问题。关键词：弧形板凸轮UG/NX单向提刀切削NCMachiningPracticeforArcplateCamFENGZhengkui,BIChangbo(QinhuangdaoVocationalCollege,Qinhuangdao066000,CHN)弧形板凸轮（如图一所示）相当于圆柱凸轮的一部分。

2、凸轮的工作面是一条带状曲面，包括左侧的上升部分、中间的平坦部分和右侧的下降部分，各部分之间有过渡圆弧。该凸轮为葡萄酒灌装机的主控凸轮，用来驱动酒瓶的升、降，从而使注酒管进入和退出酒瓶。加工凸轮工作面重点保证轮廓形状准确、表面光滑，从而保证凸轮机构的运动精度和平稳性；其次是保证曲面与从动件滚子的接触精度，滚子轴线沿凸轮径向布置，所以在曲面建模时要特别注意曲面法线的方向。凸轮工作曲面的加工工艺则重点研究：刀具选用、刀具路径、工件的装夹和对刀操作等。图一用不锈钢板卷制成钢圈作为工件的毛坯，经车削加工后，钢圈的内、外圆柱面和上、下端面都已达到零件图纸尺寸和表面质量要求（外径840mm，壁

3、厚20mm，高136mm）。然后，将钢圈沿斜线切割，一个钢圈分割出三个零件毛坯。再经过进一步的切割，各斜面留3—10mm的加工余量。需要注意的是：由于钢圈经过卷板、焊接和车削加工，存在内应力。切割分开后，圆弧半径有变化，需要矫正，保证圆弧半径偏差在2mm之内，待切削加工后再进一步矫正。弧形板凸轮可以像一般圆柱凸轮一样，在四轴铣床上加工工作曲面，这种方法的加工原理、编程和机床运动各方面都很简单，而且容易保证曲面轮廓形状和曲面法线方向。但是，该零件的弧板外径为840mm，很难找到这么大规格的四轴铣床。如此大型的弧形板凸轮的工作曲面只好在立式加工中心（或铣床）上加工。曲面加工的程序需要

4、运用CAM软件生成。本文运用UG/NX4.0软件进行曲面建模和生成加工程序。一、创建凸轮的工作曲面1、创建空间曲线图二为展开的凸轮工作曲线的原始数据。图二进入UG/NX4.0建模界面，插入一个草图，在X—Z面按照图二尺寸创建平面图形，然后将平面曲线缠绕在直接840mm的圆柱面上生成空间曲线。需要创建的圆柱略高于轮廓曲线高度（136），高度设为150，圆柱轴线沿着Z轴，放置在与平面曲线相切的位置。然后进行创建缠绕曲线操作：1）选择圆柱面；2）选择曲线所在的平面（草图平面）；3）逐段点取平面曲线（变成红色）。；“应用”后生成缠绕在柱面上的凸轮工作曲线（以下称空间曲线）。2、创建带状曲

5、面凸轮的工作曲面是一条沿着空间曲线，宽度等于凸轮板厚度的带状曲面。一般三维软件采用“扫掠（描）”方法创建这样的曲面，即用一条过空间曲线端点的凸轮径向线段（长度等于凸轮板厚度）作为曲面的截面线，空间曲线作为导引线，扫掠生成带状曲面。而UG/NX4.0的“沿导引线扫掠”获得的曲面不正确，不通过比较，难以发现其错误：曲面上凸轮半径方向的素线与凸轮轴线不垂直，这样的曲面不能保证与从动件滚子很好地接触，影响凸轮机构的传动精度和使用寿命。UG/NX4.0的另一种扫掠方法——“已扫掠”（汉化版称谓）可以创建正确的工作曲面。在创建过程中，软件提示曲面法向方向，即凸轮轴线方向。而软件的另一种创建曲

6、面的方法——“条带生成器”更适合本例。这种方法是利用空间曲线偏置出一条曲面，具体步骤如下：首先选择偏置曲线，即空间曲线，需要逐段点取；然后输入“偏置距离”——25，即条状曲面的宽度（略大于弧形板厚度，目的是扩大切削范围，弥补毛坯形状误差），其它设置不变。接着激活第二步——“偏置视图”。关于曲面的矢量方向：选择Z轴（向上），即凸轮轴线方向。注意偏置方向应指向内侧，否则“切换偏置侧”。“应用”生成带状曲面。二、生成曲面加工程序凸轮的顶面已经车削加工，不需要铣削加工，只需加工凸轮的上升和下降两部分曲面，包括与顶面的圆弧过渡部分。所以需要将曲面分割出上升和下降两部分。首先在曲面上欲分割的

7、部位画出两条分割线，并与曲面一起复制到20层和30层各一份备用。在第20层，进入“修剪片体”操作，第一步在欲保留的一侧（左侧上升段）点选曲面，自动进入下一步，点选分界直线，然后“应用”即修剪掉曲面右侧的大部分，只保留左侧少部分，如图三所示。同样，在第30层完成修剪操作，只保留右侧部分。打开20层和30层，同时显示两部分曲面。图三1、刀具的选择在立式加工中心上加工空间曲面，一般选用立铣刀或牛鼻刀进行粗加工和半精加工；然后选用球刀进行精加工。本零件虽然加工面积不大，但加工余量不均匀（