一种墙面凸轮零件的四轴编程加工

张振献　何永涛　卢吉平

【摘 要】在数控加工中，手工编程以及宏程序的应用是操作技术人员必备的知识技能，本文以设备产品墙面凸轮为素材，对该零件的工艺规划、凸轮曲面加工的刀具误差分析，四轴手工编程思路进行探究和优化，加工过程对于同类产品的加工具有较好的借鉴意义。

【关键词】数控加工;墙面凸轮;手工编程;宏程序

中图分类号： TG519.1 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）18-0029-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.014

0 引言

本文以四轴立式数控加工中心对某墙面凸轮的加工工艺分析为例，重点在于阐释并加深手工编程在四轴加工中心当中的应用，以该墙面凸轮的手工编程为突破口，进一步研究FANUC0i-MD系统在宏程序编写应用当中的编程思路与注意事项。本文主体造型相对不是较为复杂，具有一定的手工编程可操作性，对于指导学生、工人更加深入的理解与认识手工编程在四轴加工中心当中的应用非常重要，其次手工编程的难点在于前期对刀轨的系统设计与研究，能够更好的锻炼学生、工人的编程素质和学习能力。

1 图纸分析

该墙面凸轮是某纺织机械上的重要推程零件，其工程图纸如图1所示，已知零件材料为45号钢，经调制热处理工艺后，硬度达到HB265，材料硬度较高，普通加工刀具耐用度降低。其部分高精度特征技术如表1所示。

2 加工工艺编排

该墙面凸轮主体为回转体类零件，我们采用数控车床去除零件主要余量，节省工时及降低刀具成本。内孔与两端面的垂直度要求较高，精车加工时要给予高度重视，更有效的降低零件制造过程当中的废品率。图纸技术要求表明，该零件热处理方式为T265曲面氮化>850，要在如此硬度下保证凸轮曲面0.8的粗糙度，刀具及切削参数的合理选用是关键因素，我们采用Φ16、Φ22整体式硬质合金立铣刀分别进行粗精加工。通过对墙面凸轮工艺装备与技术要求的工艺分析，该墙面凸轮的简要加工步骤如图2所示：

3 刀路规划研究

为了保证加工的零件能满足最终的装配应用，我们除了控制零件的关键尺寸外，还需要了解零件的功能和工作条件，如图2产品应用简化模型所示，本墙面凸轮在转动过程当中，能够精确转换成轴线方向上的直线往复运动，其推程为20，且往复运动时不得出现卡死及磕绊等现象，其反向间隙由图纸尺寸46.1-46.2保证。

图1工程图中所画端面凸轮加工所用正弦曲线，在同一种编程思路下，不同的刀具分别沿着图中这条的曲线方程进行切削加工时，其所走出的曲线实际形状是不同的。如图3所示。

当我们手工编程使用直径分别为r和R的立铣刀加工图1墙面凸轮正弦曲线时，由于我们采用的编程方式为：刀具依据曲线方程沿凸轮轴线方向向切削侧偏移一个半径值进行铣削加工，显而易见，刀具半径较大的立铣刀过切较为严重。由于零件在实际应用中采用Ф22轴承沿凸轮墙面滚动，因此采用刀具直径为Ф22的立铣刀进行凸轮墙面精加工符合零件实际运行轨迹，同样也符合图4的刀具误差原理图，其实际加工完成的轨迹，过切程度真实满足其应用要求。

4 四轴手工编程思路

该墙面凸轮其核心工序就是凸轮曲面的四轴加工，如何高效合理的编排其加工工艺，是该零件加工的要点，现就其曲面粗精加工的程序要点简要分析如下：

粗加工采用的刀具为Φ16立铣刀，完成开槽后零件曲面剩余部分的余料粗加工，编程要点是要给精加工留有一定的余量，并且尽可能的少走空刀、提高效率。其左侧粗加工轨迹如图5所示。

图5中，Φ16立铣刀粗加工时采用顺铣，斜线进刀、曲线切削、斜线退刀方式。整个单边粗加工过程分5次走刀完成，每次轴向切削深度为4mm，第5刀完成粗加工，凸轮曲面留有0.2mm的精加工余量，该部分子程序编程如下，仅供参考。右侧粗加工轨迹与程序与左侧类似，在此不再赘述。

结合图4刀具误差分析图得出的刀具路径规划，我们采用与轴承直径一致的Ф22立铣刀完成凸轮墙面的精加工，其左侧精加工轨迹如图6所示。

图6中，Φ22立铣刀左侧精加工时采用顺铣加工，切线进刀、曲线切削、切线退刀方式。一次加工到位，去除轴向0.2的余量，右侧精加工轨迹与程序与左侧类似，在此不再赘述。

5 结语

通过图3刀具误差问题的分析，我们得出采用本文编程方式，精加工须采用直径与轴承直径一致的刀具进行凸轮墙面精加工，其过切轮廓才能正常使用，不会出现卡顿磕绊现象。深入一步，我们采用此种编程方式走出的满足使用要求的凸轮墙壁曲面应该如何造型呢？得到正确的凸轮墙壁曲面模型后，进行自动编程加工时，我们精加工不再有刀具直径须为Ф22的限制，對于进一步优化加工工艺和降低制造成本会有更为广阔的空间。