變焦凸輪的數控加工

河南平原光電有限公司 （焦作 454001） 李紅義 浮德民

變焦凸輪是光學元器件上用于實現焦距變化的重要部件，在工作中經常會遇到變焦凸輪零件的加工，但實際生產中經常由于曲線槽的加工存在凸輪曲線不夠平滑，造成變倍與補償組不同步，從而使變焦距系統出現光軸跳動較大，嚴重影響儀器的精度。我們通過長時間的實踐和摸索，采用優化加工程序和改良加工方法很好地解決了上述問題。現以如圖1和附表所示實例零件，加以說明。技術要求為：尺寸L1、L2分別為φ4H7圓心的橫向尺寸，公差為±0.01mm；A、B兩槽相對應的兩個φ4H7中心線與基準A的平行度為0.02mm，每個φ4H7的中心線與基準A的正交性為0.02mm。

圖1

參數方程表

1.三維建模

（1）在UG的CAD模塊中先按圖樣畫出平面圖，然后用旋轉命令建立實體。

（2）用UG繪制參數方程，這一過程一般需要兩個步驟：把曲線的方程輸入到Expression（表達式）中；根據已輸入的表達式，利用Law Curve（規律曲線）繪制參數方程曲線。

通過圖1推算曲線方程為

方程中參數的定義如下：

先將這些表達式輸入UG的Expression（表達式）中，然后用Law Curve（規律曲線）繪制出參數方程曲線；再用曲面已掃掠命令繪出曲面，用曲面加厚變成實體，用實體和已畫出的筒進行布爾運算切出兩個螺旋槽，再倒下圓角；至此，三維圖已繪制好了（見圖2）。

圖2

2.工藝分析和加工思路

本零件整體結構屬于薄壁筒形零件，其曲線槽和內、外徑尺寸屬重要尺寸，粗車和粗銑工序為的是去除余量，釋放應力；時效處理主要是穩定組織，消除應力；精加工保證圖樣精度要求，配做專用心軸定位為的是消除零件徑向變形、方便零件裝夾與定位。根據零件的材料、結構、技術要求，制訂工藝路線：粗車內、外徑留1mm，端面留0.3mm→粗銑兩曲線凹槽寬度成3mm→時效處理→精車外螺紋及端面→螺紋及端面定位，精車外徑及內孔→精銑曲線槽。

3.編制數控程序

粗車和精車程序比較簡單，這里就不再贅述?，F在主要介紹兩個螺旋槽在臥式加工中心上加工的編程過程。

編程有兩種方法：

（1）用UG軟件進行三維建模，方法如下：

進入UG建模模塊，將零件的毛坯的三維繪制出來，以方便模擬使用；然后再進入UG編程模塊，在幾何視圖中的G54下的WORKPIECE_G54中指定部件和毛坯，而后在程序順序視圖中建立四個變軸操作分別命名為：

在這四步操作中分別設置驅動方式和刀軸選項的設置如圖3所示。

在SEMI_ VARIABLE_MILL_SLOT1和FIN_VARIABLE_MILL_ SLOT1中，選擇曲線一為驅動曲線，分兩步操作：選曲線二為驅動曲線，其次刀軸選離開直線選項，直線就選擇三維筒的中心軸線。而后在這四步中分別設置非切削的逼近、進刀、退刀和分離為手工→刀軸→距離。逼近和分離分別設為20mm，進刀和退刀分別設為5mm。其中曲線一、曲線二和加工坐標系的方向如圖4所示。

在驅動方式菜單下要合理地選擇切削步長參數，可以按照零件精度選擇切削步長數量或是切削精度大小，如圖5所示。

圖3

圖4

圖5

如果選項中數字項太小，步長將會加大，造成曲線插補不平滑，應根據機床工作臺分度精度確定好數字，保證曲線平滑。

設置完刀具和切削參數，然后就可以生成操作步驟，生成刀軌，而后進行2D模擬，最后選擇合適的多軸后處理文件就可以生成程序了。

（2）手工編制宏程序。宏程序法：是指用變量編程的方法，在數控裝置內自動計算凸輪上每一個點的坐標，并實現自動進給，最終加工出凸輪輪廓線。這種方法的優點是：程序體積小，運行效率高，適應范圍廣，加工精度很容易得到控制，不同的凸輪只需修改幾個參數的數值，基本可以做到一勞永逸。缺點是：需要一個通用程序，對編制宏程序人員的技能要求高。

程序及說明如下：

4.結語

通過長時間的實踐和試驗，找出了合適的切削參數，設計了專用的工裝夾具，優化了工藝過程和數控程序；從而保證了此零件的加工質量，提高了加工效率，降低了工人的勞動強度；故愿和大家分享一下經驗，為同類的零件加工提供有現實依據的參考。