圓柱面凸輪螺旋槽加工精度的影響因素與解決方案

宣利紅

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司 工藝處，哈爾濱 150046）

0 引 言

圓柱面凸輪螺旋槽的形狀比較復雜，用在基本的運動鏈中，便于設計并能夠準確預測出所產生的運動，因此，凸輪在工業生產中得到了廣泛應用。但同時對圓柱面凸輪螺旋槽的準確度和加工精度的要求很高，由于結構相對復雜，加工難度大，易于產生加工誤差。在對圓柱面凸輪螺旋槽的實際加工中，影響數控機床工件輪廓加工精度的因素比較多，如工藝條件、機床設備、編程及操作者的技術水平等。本文通過對圓柱面凸輪螺旋槽的加工進行分析，闡述其在加工過程中產生誤差的原因，并提出了相應的解決方案。

1 圓柱面凸輪螺旋槽分析

圓柱面凸輪螺旋槽是由一個動點沿著圓柱體的表面作等速旋轉運動的同時，亦沿著圓柱體母線方向作等速的直線運動，其動點沿著母線軸線方向所移動的距離稱之為螺旋線的導程。圓柱面凸輪螺旋槽的形狀相對復雜，其結構由4 段圓柱槽和4 段圓弧槽構成。考慮到普通銑床結構和功能的不足，不能保證凸輪零件的加工精度。本文設備選用四軸數控加工中心對圓柱凸輪的加工較為方便合理，在加工凸輪槽的過程中，控制好等速旋轉的圓柱成型立銑刀，能夠使其沿著凸輪毛坯件母線軸線加工深度方向進給，即可保證圓柱面凸輪螺旋槽的運動需要。本文毛坯材料選用φ150 mm×100 mm 的45 鋼。

2 影響加工圓柱面凸輪螺旋槽加工精度的因素分析

實際加工圓柱面凸輪螺旋槽過程中影響其加工精度的因素很多，下面對其主要影響因素進行分析。

1）裝夾誤差因素分析。裝夾誤差包括定位誤差和夾緊誤差兩種，是指在裝夾圓柱面凸輪螺旋槽過程中所產生的誤差。凸輪螺旋槽的定位面與裝夾元件組成定位副，由于裝夾的定位元件不可能制造得絕對準確，其制造尺寸都在允許的一定誤差范圍內波動，勢必會對工件的加工精度造成影響。

解決方案：考慮到毛坯在數控加工中心上固定裝夾的穩定性，在有三爪自定心卡盤定位的同時，還需要尾架頂尖的輔助夾緊。同時保證圓柱面凸輪螺旋槽的軸心與數控加工中心A 軸軸心高度保持一致，從而保證零件的加工精度。

2）調整誤差因素分析。在對凸輪螺旋槽的工序加工中，需要對其工藝系統進行適當調整，調整過程不可能絕對準確，從而產生了調整誤差，影響其加工精度。由于凸輪螺旋槽及刀具在數控機床上的位置精度是通過調整數控機床、夾具、零件及刀具等保證的，在其原始精度都達到工藝要求的同時，又忽略動態因素的影響，此時調整誤差對工件加工精度的影響很大。

解決方案：首先將杠桿百分表壓在圓柱凸輪毛坯外圓軸兩端，旋轉圓柱毛坯查看杠桿百分表的數值，通過調整工裝位置來確保圓柱毛坯的回轉中心與分度盤工作臺的旋轉中心處在同一位置，即確保兩端圓跳動是零為止。

然后對圓柱毛坯水平度進行調整，通過手輪拉動杠桿百分表在X 軸上來回移動，緩慢調整圓柱毛坯與工裝使杠桿百分表表針處在同一位置不動，調整結束，這樣在很大程度上提高了零件的加工精度。

3）刀具幾何誤差因素分析。立銑刀在銑削過程中不可避免地會產生磨損，從而使圓柱凸輪螺旋槽尺寸和形狀發生改變，因此選用合理的刀具材質、適當的刀具幾何參數和切削用量、正確使用切削液等均可以最大限度地減小對刀具尺寸的磨損程度，必要時可以通過自動補償裝置來實現對磨損刀具的自動補償。對于圓柱凸輪螺旋槽，若選用小于滾子直徑的立銑刀會產生凸輪槽形的加工誤差，同時槽型和導程越深，對圓柱凸輪螺旋槽的誤差影響也就越大。若選用直徑較小的立銑刀加工凸輪螺旋槽所產生的誤差很大，同時在其過渡圓弧處，螺旋槽的位置誤差也會引起加工誤差的產生，進而影響滾子運動的穩定性。

解決方案：為提高對圓柱凸輪螺旋槽的加工精度，刀具選用φ20 四刃立銑刀的硬質合金材料，轉速為1 500 r/min，進給量為120 mm。

4）編程誤差因素分析。數控編程對圓柱凸輪螺旋槽加工精度的影響因素主要有確定編程原點、數據處理、加工路線及軌跡擬合等方面。

a.選擇正確的編程原點。編程坐標系通常是編程人員根據圓柱凸輪螺旋槽的加工特點和其圖紙確定的。為了減小零件尺寸誤差換算所產生的誤差，編程原點應盡可能地與圖紙上的尺寸基準相重合；數值計算簡單處理，減小尺寸鏈的換算；編程原點盡可能選在精度較高的零件表面等。

b.編程時的數據處理。數據處理對凸輪螺旋線軌跡的加工精度有很大的影響，其中未知編程節點和尺寸公差帶的換算影響最大。

c.合理的加工路線對凸輪螺旋槽加工精度和加工效率影響很大，主要包括刀具的進、退刀方式對凸輪螺旋槽加工質量的影響很大；為提高零件的加工質量通常采用順銑加工等。

d.編程采用插補運算。不同的插補方法都會產生累積誤差，累積誤差達到一定值時，會導致數控機床出現移動和定位誤差，進而影響加工精度，所以盡量選用絕對方式進行編程，同時在對零件加工過程中插入回參考點指令能夠大幅提高加工精度。

e.軌跡擬合誤差。數控機床對凸輪螺旋線的加工是采用小直線段或是小圓弧段來生成加工軌跡的擬合曲線，采用此種方法必定會帶來擬合誤差，這就要求擬合誤差必須控制在零件允許的誤差范圍內。

解決方案：對圓柱面凸輪螺旋槽加工的編程采用G代碼編程，其編程精度遠遠高于CAM 編程。

3 結 語

圓柱形凸輪螺旋槽的形狀較為復雜，加工難度大，在工件加工過程中易產生加工誤差，通過工件加工過程中對誤差來源進行詳細分析，并針對圓柱面凸輪螺旋槽實例提出了相應的解決措施來減小其加工誤差，從而保證了工件的加工精度，對今后機械加工精度的提高具有一定的應用價值與實際意義。

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