凸轮的计算机辅助制造新工艺

南阳市红宇工模具制造有限公司（河南 473000）牛东尚

在我公司的工装生产经营过程中，经常会接到客户各种形状的阿基米德凸轮的制造任务。由于外形复杂，加工难度大，质量控制难。公司原加工凸轮的工艺，多年来一直采用在铣床上铣削的加工方式，由于热处理后铣削困难，全部形状在热处理前完成，所以在工艺编排时，铣工先加工完凸轮的外形，然后进行热处理。但由于热处理过程中的变形，往往无法保证凸轮的精度，造成的变形缺陷无法弥补。

随着生产技术的发展，客户要求的技术精度越来越高，这种工艺复杂，生产周期长，效率低，精度低，废品率高的加工工艺越来越不适应生产的需要，急需一种新工艺来解决此类问题。

1.解决方案

2002年公司引进CAXA线切割编程软件，经反复试验，利用CAXA软件中特有的曲线生成功能，用线切割编程软件编程，调查原凸轮加工工艺，外形加工调整在热处理后，通过线切割实现凸轮的加工，减少了凸轮的变形，确保了精度，提高了效率，达到了预期目的。如图1所示凸轮工艺如下：

（1）原工艺（15道工序）下料→锻造→车→铣工划等分线→钳工划R线→钳工钻孔→铣工划曲线→铣工保证曲线（留1.5～2mm）→铣工曲线→钳工找全形、倒角、去毛刺→渗碳→淬火→吹砂→平面磨→钳工打磨曲线、内孔。

（2）新工艺（7道工序）下料→车→钳工钻孔→热处理→平面磨→线切割→钳工打磨曲线、内孔。

图1 凸轮工艺

（3）工艺分析 下料：根据图样技术要求，选择钢板或棒料加工；车工：圆车加工，中心钻工艺孔，外圆车光，留0.5mm；钳工：钳工作业，小孔中心钻工艺孔；热处理；平面磨：平磨厚度致要求；线切割：线切割加工外形及孔；钳工：打磨曲线、内孔。

新工艺中回避了凸轮外形因热处理的变形，同时提高了形状精度。

2.阿基米德凸轮外形的计算机辅助制造新工艺

首先认识两个重要公式。

设M0（ρ0,0）是点M的初始位置，M在极径方向上的速度为v，角速度为ω，经过时间t后，旋转了θ角，到达M点。根据等速螺线的定义：M点以等角速度ω回转时，同时沿极径方向作等速直线运动。可得

这是以时间t为参数的极坐标参数方程。消去参数t，得

这就是阿基米德螺线的极坐标方程的一般形式系数a=ν/ω分子分母同时乘以时间t得

即系数a可认为是在极径方向上的位移（νt）和旋转角度（ωt）的比值。

下面举例说明曲线的生成过程：

（1）CAXA软件的应用 启动CAXA软件，点击公式曲线按钮，由于本软件没有固化阿基米德螺旋线，需要自定义。根据阿基米德螺旋线定义，点击极坐标按钮，把阿基米德螺线的极坐标方程式ρ=ρ0+aθ（公式1）写入下图的公式栏。改用角度或弧度表示均可，得到图2图形。由于系数a是在极径方向上的位移（νt）和旋转角度（ωt）的比值，ρ0是初始位置极径，在凸轮图样上均为已知条件（为了加工和检验的方便，每隔一定的角度，凸轮轮廓的向径值r需标注出，参数a可由已知条件，利用公式2算出），所以代入ρ0和a，并把参变量θ换成软件认可的参变量t，即可生成相应曲线，如图2所示。

利用上面的方法，生成自动机刀架凸轮89.47°之间的一段工作曲线，经旋转后得到如图3所示。

图2

（2）线切割编程软件 利用CAXA线切割编程软件，生成3b代码，即可加工完成凸轮形状

（3）线切割装夹，进行切割加工。

图3

3.特点

新工艺可在热处理及精磨后完成凸轮形状，没有热变形，提高了精度工序，工序由原来的15道减为7道，降低了生产成本。

经过3个月的试用，得到了用户的好评，证明了新工艺的可行。现在新工艺完全取代了多年来一直使用的经铣后再热处理的老工艺。新工艺的成果，大大激发员工小革小改，发挥了员工主观能动性，提升了公司技术水平。