宣利紅

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)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(fù)雜，用在基本的運(yùn)動(dòng)鏈中，便于設(shè)計(jì)并能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，因此，凸輪在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。但同時(shí)對(duì)圓柱面凸輪螺旋槽的準(zhǔn)確度和加工精度的要求很高，由于結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，加工難度大，易于產(chǎn)生加工誤差。在對(duì)圓柱面凸輪螺旋槽的實(shí)際加工中，影響數(shù)控機(jī)床工件輪廓加工精度的因素比較多，如工藝條件、機(jī)床設(shè)備、編程及操作者的技術(shù)水平等。本文通過(guò)對(duì)圓柱面凸輪螺旋槽的加工進(jìn)行分析，闡述其在加工過(guò)程中產(chǎn)生誤差的原因，并提出了相應(yīng)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(gè)動(dòng)點(diǎn)沿著圓柱體的表面作等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，亦沿著圓柱體母線方向作等速的直線運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)點(diǎn)沿著母線軸線方向所移動(dòng)的距離稱之為螺旋線的導(dǎo)程。圓柱面凸輪螺旋槽的形狀相對(duì)復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)由4 段圓柱槽和4 段圓弧槽構(gòu)成?？紤]到普通銑床結(jié)構(gòu)和功能的不足，不能保證凸輪零件的加工精度。本文設(shè)備選用四軸數(shù)控加工中心對(duì)圓柱凸輪的加工較為方便合理，在加工凸輪槽的過(guò)程中，控制好等速旋轉(zhuǎn)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(jìn)給，即可保證圓柱面凸輪螺旋槽的運(yùn)動(dòng)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(shí)際加工圓柱面凸輪螺旋槽過(guò)程中影響其加工精度的因素很多，下面對(duì)其主要影響因素進(jìn)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(guò)程中所產(chǎn)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(duì)準(zhǔn)確，其制造尺寸都在允許的一定誤差范圍內(nèi)波動(dòng)，勢(shì)必會(huì)對(duì)工件的加工精度造成影響。

解決方案：考慮到毛坯在數(shù)控加工中心上固定裝夾的穩(wěn)定性，在有三爪自定心卡盤(pán)定位的同時(shí)，還需要尾架頂尖的輔助夾緊。同時(shí)保證圓柱面凸輪螺旋槽的軸心與數(shù)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(diào)整誤差因素分析。在對(duì)凸輪螺旋槽的工序加工中，需要對(duì)其工藝系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整過(guò)程不可能絕對(duì)準(zhǔn)確，從而產(chǎn)生了調(diào)整誤差，影響其加工精度。由于凸輪螺旋槽及刀具在數(shù)控機(jī)床上的位置精度是通過(guò)調(diào)整數(shù)控機(jī)床、夾具、零件及刀具等保證的，在其原始精度都達(dá)到工藝要求的同時(shí)，又忽略動(dòng)態(tài)因素的影響，此時(shí)調(diào)整誤差對(duì)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(zhuǎn)圓柱毛坯查看杠桿百分表的數(shù)值，通過(guò)調(diào)整工裝位置來(lái)確保圓柱毛坯的回轉(zhuǎn)中心與分度盤(pán)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心處在同一位置，即確保兩端圓跳動(dòng)是零為止。

然后對(duì)圓柱毛坯水平度進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)手輪拉動(dòng)杠桿百分表在X 軸上來(lái)回移動(dòng)，緩慢調(diào)整圓柱毛坯與工裝使杠桿百分表表針處在同一位置不動(dòng)，調(diào)整結(jié)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(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生磨損，從而使圓柱凸輪螺旋槽尺寸和形狀發(fā)生改變，因此選用合理的刀具材質(zhì)、適當(dāng)?shù)牡毒邘缀螀?shù)和切削用量、正確使用切削液等均可以最大限度地減小對(duì)刀具尺寸的磨損程度，必要時(shí)可以通過(guò)自動(dòng)補(bǔ)償裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)磨損刀具的自動(dòng)補(bǔ)償。對(duì)于圓柱凸輪螺旋槽，若選用小于滾子直徑的立銑刀會(huì)產(chǎn)生凸輪槽形的加工誤差，同時(shí)槽型和導(dǎo)程越深，對(duì)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(chǎn)生的誤差很大，同時(shí)在其過(guò)渡圓弧處，螺旋槽的位置誤差也會(huì)引起加工誤差的產(chǎn)生，進(jìn)而影響滾子運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。

解決方案：為提高對(duì)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(zhì)合金材料，轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，進(jìn)給量為120 mm。

4）編程誤差因素分析。數(shù)控編程對(duì)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(diǎn)、數(shù)據(jù)處理、加工路線及軌跡擬合等方面。

a.選擇正確的編程原點(diǎn)。編程坐標(biāo)系通常是編程人員根據(jù)圓柱凸輪螺旋槽的加工特點(diǎn)和其圖紙確定的。為了減小零件尺寸誤差換算所產(chǎn)生的誤差，編程原點(diǎn)應(yīng)盡可能地與圖紙上的尺寸基準(zhǔn)相重合；數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單處理，減小尺寸鏈的換算；編程原點(diǎn)盡可能選在精度較高的零件表面等。

b.編程時(shí)的數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理對(duì)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(jié)點(diǎn)和尺寸公差帶的換算影響最大。

c.合理的加工路線對(duì)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(jìn)、退刀方式對(duì)凸輪螺旋槽加工質(zhì)量的影響很大；為提高零件的加工質(zhì)量通常采用順銑加工等。

d.編程采用插補(bǔ)運(yùn)算。不同的插補(bǔ)方法都會(huì)產(chǎn)生累積誤差，累積誤差達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)移動(dòng)和定位誤差，進(jìn)而影響加工精度，所以盡量選用絕對(duì)方式進(jìn)行編程，同時(shí)在對(duì)零件加工過(guò)程中插入回參考點(diǎn)指令能夠大幅提高加工精度。

e.軌跡擬合誤差。數(shù)控機(jī)床對(duì)凸輪螺旋線的加工是采用小直線段或是小圓弧段來(lái)生成加工軌跡的擬合曲線，采用此種方法必定會(huì)帶來(lái)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(nèi)。

解決方案：對(duì)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于CAM 編程。

3 結(jié) 語(yǔ)

圓柱形凸輪螺旋槽的形狀較為復(fù)雜，加工難度大，在工件加工過(guò)程中易產(chǎn)生加工誤差，通過(guò)工件加工過(guò)程中對(duì)誤差來(lái)源進(jìn)行詳細(xì)分析，并針對(duì)圓柱面凸輪螺旋槽實(shí)例提出了相應(yīng)的解決措施來(lái)減小其加工誤差，從而保證了工件的加工精度，對(duì)今后機(jī)械加工精度的提高具有一定的應(yīng)用價(jià)值與實(shí)際意義。

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