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數(shù)控銑床在凸輪加工中的運(yùn)用

2022-8-18 來源：- 作者：吳子健杜永雄

摘要：近年來凸輪結(jié)構(gòu)已經(jīng)開始大范圍應(yīng)用在自動(dòng)化機(jī)械領(lǐng)域、儀器領(lǐng)域、操縱控制裝置領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊的特征，能夠結(jié)合工件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律靈活性地調(diào)整輪廓曲線，只需按照運(yùn)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就可以將凸輪的輪廓曲線控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，增強(qiáng)生產(chǎn)加工工作的便利性，但是在復(fù)雜的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律下進(jìn)行凸輪的精確控制，需在準(zhǔn)確性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上提高加工的精確度。基于此，文章研究數(shù)控銑床在凸輪加工中的運(yùn)用，提出幾點(diǎn)應(yīng)用的建議，主要就是結(jié)合凸輪加工

的特點(diǎn)，將盤形的凸輪作為研究對(duì)象，提出數(shù)控銑床銑削的改進(jìn)措施，旨在為增強(qiáng)凸輪加工的精確度、準(zhǔn)確性提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；凸輪加工；凸輪失效

在凸輪加工的過程中運(yùn)用數(shù)控銑床技術(shù)時(shí)，應(yīng)樹立準(zhǔn)確的意識(shí)，遵循科學(xué)化的原則要點(diǎn)，按照凸輪加工的特征和需求制訂完善的方案，確保在新環(huán)境下能夠不斷提升凸輪加工的效果、質(zhì)量與水平，真正意義上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、精準(zhǔn)加工的目標(biāo)。

1、凸輪失效問題的成因

要想更好地通過數(shù)控銑床完成高質(zhì)量的凸輪加工工作，首先應(yīng)研究失效問題發(fā)生的原因，按照發(fā)生失效問題的具體因素針對(duì)性地進(jìn)行生產(chǎn)的改良優(yōu)化，從而提高凸輪生產(chǎn)的質(zhì)量。主要的失效原因?yàn)橐韵聨c(diǎn)。

1.1 變形因素

通常情況下在出現(xiàn)變形現(xiàn)象之后會(huì)導(dǎo)致凸輪運(yùn)動(dòng)失真，主要涉及彈性類型和塑性類型兩種變形問題，只有合理地控制彈性變形并且對(duì)極限運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的彈性變形狀況進(jìn)行管理，才能保證整體運(yùn)動(dòng)的精確度。對(duì)于塑性變形問題，則可以利用科學(xué)選擇材料與對(duì)加工過程控制的方式加以預(yù)防，起到對(duì)凸輪精準(zhǔn)性運(yùn)動(dòng)的調(diào)控作用。

1.2 磨損因素

一般情況下磨損問題主要出現(xiàn)在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位置，各個(gè)位置在發(fā)生磨損現(xiàn)象以后會(huì)導(dǎo)致不同結(jié)構(gòu)之間的間隙增加，甚至?xí)沟眠\(yùn)動(dòng)控制的準(zhǔn)確性降低，因此在使用數(shù)控銑床技術(shù)進(jìn)行加工的過程中，應(yīng)考慮磨損的影響因素。

1.3 穩(wěn)定性因素

穩(wěn)定性是對(duì)凸輪等機(jī)器應(yīng)用質(zhì)量進(jìn)行衡量的核心指標(biāo)，如果凸輪傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行期間缺乏穩(wěn)定性，不能保證荷載與運(yùn)動(dòng)狀況的平衡性，將會(huì)引發(fā)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的精準(zhǔn)性缺陷。因此，在使用數(shù)控銑床進(jìn)行加工期間，需要考慮到凸輪的穩(wěn)定性影響因素，結(jié)合荷載變化的特點(diǎn)與極限荷載的情況，合理在其中設(shè)計(jì)潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)和防磨損結(jié)構(gòu)，使得穩(wěn)定性能夠與標(biāo)準(zhǔn)相符，不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行和使用的問題。

除了上述幾點(diǎn)影響因素，疲勞點(diǎn)蝕也會(huì)對(duì)凸輪系統(tǒng)的正常運(yùn)作造成非常不利的危害，屬于高副接觸方面常見的失效原因，對(duì)系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運(yùn)作產(chǎn)生影響，因此在應(yīng)用數(shù)控銑床進(jìn)行凸輪加工的過程中也需要考慮到疲勞點(diǎn)蝕的影響因素，完善生產(chǎn)模式與機(jī)制，從根本上增強(qiáng)凸輪生產(chǎn)的效果。

2 、數(shù)控銑床在凸輪加工中的應(yīng)用措施

2.1 各項(xiàng)加工指標(biāo)的控制

（1）嚴(yán)格控制粗糙度。據(jù)調(diào)查，使用數(shù)控銑床進(jìn)行凸輪的生產(chǎn)如果存在表面粗糙的問題，將會(huì)引發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用早期磨損失效的嚴(yán)重后果。因此，在加工的過程中必須嚴(yán)格進(jìn)行粗糙度的管理和控制，一般凸輪應(yīng)結(jié)合 Ra≤ 1.6μm的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，高速性的凸輪則需要按照 Ra≤ 0.4μm 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。如果存在溝槽的部分，考慮到輪廓加工的難度高于平面區(qū)域的加工難度，則需要適當(dāng)?shù)亟档捅砻娲植诙确矫娴闹笜?biāo)要求，以免因?yàn)榧庸るy度過高而出現(xiàn)問題。

（2）嚴(yán)格控制輪廓曲線。通常情況下，一旦輪廓曲線與其對(duì)應(yīng)的回轉(zhuǎn)中心存在位置偏差，將會(huì)導(dǎo)致在磨削的過程中出現(xiàn)嚴(yán)重偏差問題，故應(yīng)結(jié)合問題的發(fā)生特點(diǎn)積極應(yīng)用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的多弧面分度凸輪專業(yè)性的精密磨床設(shè)備和系統(tǒng)，此類設(shè)備在應(yīng)用的過程中可以將磨削加工的精度控制在 0.002mm 之下，值得推廣與普及。

（3）嚴(yán)格控制幾何形狀。凸輪的表面輪廓指標(biāo)包含曲面形狀方面的加工標(biāo)準(zhǔn)，可以在實(shí)際曲面加工過程中對(duì)理想曲面進(jìn)行變動(dòng)的數(shù)量控制。如果屬于常規(guī)低速輕載類型的外力鎖合凸輪系統(tǒng)，在數(shù)控銑床加工的過程中只需將輪廓控制為光滑、連續(xù)的狀態(tài)即可，就算存在徑向類型的誤差也可以保證凸輪系統(tǒng)的正常應(yīng)用；如果是幾何鎖合類型的凸輪系統(tǒng)，如共軛凸輪系統(tǒng)在誤差方面具有一定的敏感性，則需要在數(shù)控銑床加工的環(huán)節(jié)中將誤差控制在 0.02mm之下，以免影響凸輪系統(tǒng)的正常應(yīng)用；如果是單滾子溝槽類型的凸輪系統(tǒng)，就應(yīng)在數(shù)控銑床加工的階段嚴(yán)格對(duì)滾子部分、溝槽部分相互之間的間隙數(shù)量進(jìn)行控制，將誤差維持在 0.015 ～ 0.025mm，保證生產(chǎn)的精確度；如果是高速運(yùn)行的凸輪系統(tǒng)，那么應(yīng)將輪廓的幾何尺寸、外形誤差維持在 0.02mm 之下，保證凸輪系統(tǒng)后續(xù)應(yīng)用的精確度、穩(wěn)定性。

（4）嚴(yán)格控制基準(zhǔn)孔公差。如果凸輪加工過程中的基準(zhǔn)孔公差精確度要求很低，可以選擇 H8、H9 類型；如果精確度要求一般，可以選擇 H8、H7 類型；如果對(duì)精確度的要求較高，可以選擇 H7 類型；如果對(duì)精確度的要求超高，可以選擇 H6 類型，從而使基準(zhǔn)孔的公差維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，滿足數(shù)控銑床生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 加工材料的合理選用

目前我國(guó)在數(shù)控銑床加工凸輪的過程中主要使用低碳鋼材料、中碳鋼材料、珠光體可鍛鑄鐵材料、珠光體球墨鑄鐵材料等，利用熔鑄工藝技術(shù)方式、熱處理技術(shù)方式等起到凸輪與軸各個(gè)受摩擦位置的強(qiáng)化作用。各種材料在應(yīng)用的過程中，如使用碳鋼材料表面淬火工藝技術(shù)生產(chǎn)凸輪，很容易出現(xiàn)擦傷的問題。低碳鋼材料滲碳淬火工藝技術(shù)生產(chǎn)雖然能夠改善抗擦傷的性能，但是滲碳技術(shù)應(yīng)用期間生產(chǎn)周期很長(zhǎng)，容易發(fā)生變形的問題。

因此，建議在實(shí)際加工期間積極使用新型的鋼鉬錫蠕墨鑄鐵材料，此類材料在應(yīng)用的過程中，通過數(shù)控銑床的高頻淬火生產(chǎn)凸輪系統(tǒng)，能夠和 15Cr 鋼滲碳淬火技術(shù)之間相互匹配，改善抗擦傷的能，應(yīng)用的效果比 45 鋼高頻淬火生產(chǎn)技術(shù)好很多，耐磨性能高，在與荷載相互接觸的情況下可以保證持久性能符合標(biāo)準(zhǔn)，因此在生產(chǎn)的過程中應(yīng)重點(diǎn)使用鋼鉬錫蠕墨鑄鐵材料，延長(zhǎng)凸輪的應(yīng)用壽命，降低數(shù)控銑床生產(chǎn)加工成本，確保取得良好的效益。

2.3 合理選擇使用切削技術(shù)

目前在數(shù)控銑床加工凸輪的過程中主要使用數(shù)控銑床的電火花切削措施、仿形切削措施等，如果屬于大批量的凸輪生產(chǎn)則可以通過仿形數(shù)控銑床切削措施，對(duì)于精確度要求較高的工件則配合使用磨削方式加工處理。目前計(jì)算機(jī)信息技術(shù)已經(jīng)開始在我國(guó)數(shù)控銑床生產(chǎn)領(lǐng)域得到應(yīng)用，為保證凸輪加工過程中切削的質(zhì)量和精確度，應(yīng)將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與數(shù)控銑床相互整合，保證凸輪的生產(chǎn)質(zhì)量、切削精度。

2.4 強(qiáng)化普通銑床的改造

目前在數(shù)控銑床加工凸輪的過程中主要使用直角坐標(biāo)逐點(diǎn)對(duì)比插補(bǔ)的方式形成運(yùn)動(dòng)軌跡，原理就是刀具結(jié)合零部件的具體軌跡運(yùn)行要求，通過設(shè)置加工的軌跡來逐點(diǎn)連續(xù)性地對(duì)比刀具和部件的輪廓軌跡位置情況，按照對(duì)比的結(jié)果明確下一步坐標(biāo)方向，最大程度上預(yù)防出現(xiàn)誤差問題。應(yīng)用逐點(diǎn)比較插補(bǔ)的措施執(zhí)行斜線插補(bǔ)操作期間，各個(gè)步驟都需要進(jìn)行加工點(diǎn)瞬間坐標(biāo)、規(guī)定性的零部件輪廓軌跡相互距離的比較分析，以此為基礎(chǔ)明確下一個(gè)生產(chǎn)工序的走向指標(biāo)，當(dāng)加工點(diǎn)的位置進(jìn)入輪廓軌跡的外側(cè)區(qū)域，下一步操作就需控制內(nèi)部輪廓軌跡，相同的，加工點(diǎn)的位置進(jìn)入輪廓軌跡內(nèi)側(cè)區(qū)域，下一步操作就會(huì)對(duì)外部輪廓軌跡進(jìn)行控制，這樣可以將偏差控制在一定范圍之內(nèi)，獲得與

預(yù)先規(guī)定相同的輪廓軌跡。為增強(qiáng)數(shù)控銑床的加工精確度、軌跡控制效果，在改造期間可以通過向步進(jìn)電機(jī)連接圓盤工作臺(tái)的形式設(shè)置輸入蝸桿，使得坐標(biāo)能夠在加工期間的控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在使用斜線的指令執(zhí)行加工工作期間，還可以使得兩條直線運(yùn)動(dòng)之間相互聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)變成為一條直線運(yùn)動(dòng)、另外一條直線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)形式，插補(bǔ)歸集方面的曲線成為圓弧與直線之間相互連接的部分，插補(bǔ)操作更加精準(zhǔn)、更加合理。此類改造方式的優(yōu)勢(shì)在于能夠提升凸輪生產(chǎn)加工的準(zhǔn)確性、精確性，預(yù)防出現(xiàn)表面過于粗糙的問題，將粗糙度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，提升精加工、高質(zhì)量生產(chǎn)的有效性，與凸輪加工要求、生產(chǎn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相符。

3、結(jié)束語

綜上所述，凸輪應(yīng)用的過程中經(jīng)常會(huì)由于變形問題、磨損問題和穩(wěn)定性問題出現(xiàn)失效的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響使用的準(zhǔn)確度和性能。因此，在使用數(shù)控銑床進(jìn)行加工生產(chǎn)的過程中應(yīng)結(jié)合失效發(fā)生原因，合理控制各類指標(biāo)、數(shù)值，科學(xué)選擇使用原材料，加大普通銑床的改造力度，增強(qiáng)切削技術(shù)應(yīng)用效果，確保在合理使用各類技術(shù)的情況下增強(qiáng)生產(chǎn)加工質(zhì)量。

來源：佛山市南海區(qū)第一職業(yè)技術(shù)學(xué)校，佛山市南海華達(dá)高木模具有限公司

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