凸輪的計算機輔助制造新工藝

南陽市紅宇工模具制造有限公司（河南 473000）牛東尚

在我公司的工裝生產經營過程中，經常會接到客戶各種形狀的阿基米德凸輪的制造任務。由于外形復雜，加工難度大，質量控制難。公司原加工凸輪的工藝，多年來一直采用在銑床上銑削的加工方式，由于熱處理后銑削困難，全部形狀在熱處理前完成，所以在工藝編排時，銑工先加工完凸輪的外形，然后進行熱處理。但由于熱處理過程中的變形，往往無法保證凸輪的精度，造成的變形缺陷無法彌補。

隨著生產技術的發展，客戶要求的技術精度越來越高，這種工藝復雜，生產周期長，效率低，精度低，廢品率高的加工工藝越來越不適應生產的需要，急需一種新工藝來解決此類問題。

1.解決方案

2002年公司引進CAXA線切割編程軟件，經反復試驗，利用CAXA軟件中特有的曲線生成功能，用線切割編程軟件編程，調查原凸輪加工工藝，外形加工調整在熱處理后，通過線切割實現凸輪的加工，減少了凸輪的變形，確保了精度，提高了效率，達到了預期目的。如圖1所示凸輪工藝如下：

（1）原工藝（15道工序）下料→鍛造→車→銑工劃等分線→鉗工劃R線→鉗工鉆孔→銑工劃曲線→銑工保證曲線（留1.5～2mm）→銑工曲線→鉗工找全形、倒角、去毛刺→滲碳→淬火→吹砂→平面磨→鉗工打磨曲線、內孔。

（2）新工藝（7道工序）下料→車→鉗工鉆孔→熱處理→平面磨→線切割→鉗工打磨曲線、內孔。

圖1 凸輪工藝

（3）工藝分析 下料：根據圖樣技術要求，選擇鋼板或棒料加工；車工：圓車加工，中心鉆工藝孔，外圓車光，留0.5mm；鉗工：鉗工作業，小孔中心鉆工藝孔；熱處理；平面磨：平磨厚度致要求；線切割：線切割加工外形及孔；鉗工：打磨曲線、內孔。

新工藝中回避了凸輪外形因熱處理的變形，同時提高了形狀精度。

2.阿基米德凸輪外形的計算機輔助制造新工藝

首先認識兩個重要公式。

設M0（ρ0,0）是點M的初始位置，M在極徑方向上的速度為v，角速度為ω，經過時間t后，旋轉了θ角，到達M點。根據等速螺線的定義：M點以等角速度ω回轉時，同時沿極徑方向作等速直線運動。可得

這是以時間t為參數的極坐標參數方程。消去參數t，得

這就是阿基米德螺線的極坐標方程的一般形式系數a=ν/ω分子分母同時乘以時間t得

即系數a可認為是在極徑方向上的位移（νt）和旋轉角度（ωt）的比值。

下面舉例說明曲線的生成過程：

（1）CAXA軟件的應用 啟動CAXA軟件，點擊公式曲線按鈕，由于本軟件沒有固化阿基米德螺旋線，需要自定義。根據阿基米德螺旋線定義，點擊極坐標按鈕，把阿基米德螺線的極坐標方程式ρ=ρ0+aθ（公式1）寫入下圖的公式欄。改用角度或弧度表示均可，得到圖2圖形。由于系數a是在極徑方向上的位移（νt）和旋轉角度（ωt）的比值，ρ0是初始位置極徑，在凸輪圖樣上均為已知條件（為了加工和檢驗的方便，每隔一定的角度，凸輪輪廓的向徑值r需標注出，參數a可由已知條件，利用公式2算出），所以代入ρ0和a，并把參變量θ換成軟件認可的參變量t，即可生成相應曲線，如圖2所示。

利用上面的方法，生成自動機刀架凸輪89.47°之間的一段工作曲線，經旋轉后得到如圖3所示。

圖2

（2）線切割編程軟件 利用CAXA線切割編程軟件，生成3b代碼，即可加工完成凸輪形狀

（3）線切割裝夾，進行切割加工。

圖3

3.特點

新工藝可在熱處理及精磨后完成凸輪形狀，沒有熱變形，提高了精度工序，工序由原來的15道減為7道，降低了生產成本。

經過3個月的試用，得到了用戶的好評，證明了新工藝的可行。現在新工藝完全取代了多年來一直使用的經銑后再熱處理的老工藝。新工藝的成果，大大激發員工小革小改，發揮了員工主觀能動性，提升了公司技術水平。