數控銑床在凸輪加工中的運用
2022-10-13 來源：- 作者：吳子健 杜永雄
摘要：近年來凸輪結構已經開始大范圍應用在自動化機械領域、儀器領域、操縱控制裝置領域，具有結構簡單、緊湊的特征，能夠結合工件的運動規律靈活性地調整輪廓曲線，只需按照運件的運動規律就可以將凸輪的輪廓曲線控制在標準范圍內，增強生產加工工作的便利性，但是在復雜的從動件運動規律下進行凸輪的精確控制，需在準確性設計的基礎上提高加工的精確度。基于此，文章研究數控銑床在凸輪加工中的運用，提出幾點應用的建議，主要就是結合凸輪加工的特點，將盤形的凸輪作為研究對象，提出數控銑床銑削的改進措施，旨在為增強凸輪加工的精確度、準確性提供指導。
關鍵詞：數控銑床；凸輪加工；凸輪失效
在凸輪加工的過程中運用數控銑床技術時，應樹立準確的意識，遵循科學化的原則要點，按照凸輪加工的特征和需求制訂完善的方案，確保在新環境下能夠不斷提升凸輪加工的效果、質量與水平，真正意義上實現現代化、精準加工的目標。
1、凸輪失效問題的成因
要想更好地通過數控銑床完成高質量的凸輪加工工作，首先應研究失效問題發生的原因，按照發生失效問題的具體因素針對性地進行生產的改良優化，從而提高凸輪生產的質量。主要的失效原因為以下幾點。
1.1 變形因素
通常情況下在出現變形現象之后會導致凸輪運動失真，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極限運動狀態下的彈性變形狀況進行管理，才能保證整體運動的精確度。對于塑性變形問題，則可以利用科學選擇材料與對加工過程控制的方式加以預防，起到對凸輪精準性運動的調控作用。
1.2 磨損因素
一般情況下磨損問題主要出現在相對運動的位置，各個位置在發生磨損現象以后會導致不同結構之間的間隙增加，甚至會使得運動控制的準確性降低，因此在使用數控銑床技術進行加工的過程中，應考慮磨損的影響因素。
1.3 穩定性因素
穩定性是對凸輪等機器應用質量進行衡量的核心指標，如果凸輪傳動系統運行期間缺乏穩定性，不能保證荷載與運動狀況的平衡性，將會引發傳動系統運行的精準性缺陷。因此，在使用數控銑床進行加工期間，需要考慮到凸輪的穩定性影響因素，結合荷載變化的特點與極限荷載的情況，合理在其中設計潤滑結構和防磨損結構，使得穩定性能夠與標準相符，不會出現系統運行和使用的問題。
除了上述幾點影響因素，疲勞點蝕也會對凸輪系統的正常運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，對系統正常、穩定運作產生影響，因此在應用數控銑床進行凸輪加工的過程中也需要考慮到疲勞點蝕的影響因素，完善生產模式與機制，從根本上增強凸輪生產的效果。
2、數控銑床在凸輪加工中的應用措施
2.1 各項加工指標的控制
（1）嚴格控制粗糙度。據調查，使用數控銑床進行凸輪的生產如果存在表面粗糙的問題，將會引發系統應用早期磨損失效的嚴重后果。因此，在加工的過程中必須嚴格進行粗糙度的管理和控制，一般凸輪應結合 Ra≤ 1.6μm的標準生產，高速性的凸輪則需要按照 Ra≤ 0.4μm 的標準進行生產。如果存在溝槽的部分，考慮到輪廓加工的難度高于平面區域的加工難度，則需要適當地降低表面粗糙度方面的指標要求，以免因為加工難度過高而出現問題。
（2）嚴格控制輪廓曲線。通常情況下，一旦輪廓曲線與其對應的回轉中心存在位置偏差，將會導致在磨削的過程中出現嚴重偏差問題，故應結合問題的發生特點積極應用國內外先進的多弧面分度凸輪專業性的精密磨床設備和系統，此類設備在應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）嚴格控制幾何形狀。凸輪的表面輪廓指標包含曲面形狀方面的加工標準，可以在實際曲面加工過程中對理想曲面進行變動的數量控制。如果屬于常規低速輕載類型的外力鎖合凸輪系統，在數控銑床加工的過程中只需將輪廓控制為光滑、連續的狀態即可，就算存在徑向類型的誤差也可以保證凸輪系統的正常應用；如果是幾何鎖合類型的凸輪系統，如共軛凸輪系統在誤差方面具有一定的敏感性，則需要在數控銑床加工的環節中將誤差控制在 0.02mm之下，以免影響凸輪系統的正常應用；如果是單滾子溝槽類型的凸輪系統，就應在數控銑床加工的階段嚴格對滾子部分、溝槽部分相互之間的間隙數量進行控制，將誤差維持在 0.015 ～ 0.025mm，保證生產的精確度；如果是高速運行的凸輪系統，那么應將輪廓的幾何尺寸、外形誤差維持在 0.02mm 之下，保證凸輪系統后續應用的精確度、穩定性。
（4）嚴格控制基準孔公差。如果凸輪加工過程中的基準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；如果對精確度的要求較高，可以選擇 H7 類型；如果對精確度的要求超高，可以選擇 H6 類型，從而使基準孔的公差維持在標準范圍之內，滿足數控銑床生產的標準。
2.2 加工材料的合理選用
目前我國在數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，利用熔鑄工藝技術方式、熱處理技術方式等起到凸輪與軸各個受摩擦位置的強化作用。各種材料在應用的過程中，如使用碳鋼材料表面淬火工藝技術生產凸輪，很容易出現擦傷的問題。低碳鋼材料滲碳淬火工藝技術生產雖然能夠改善抗擦傷的性能，但是滲碳技術應用期間生產周期很長，容易發生變形的問題。
因此，建議在實際加工期間積極使用新型的鋼鉬錫蠕墨鑄鐵材料，此類材料在應用的過程中，通過數控銑床的高頻淬火生產凸輪系統，能夠和 15Cr 鋼滲碳淬火技術之間相互匹配，改善抗擦傷的性能，應用的效果比 45 鋼高頻淬火生產技術好很多，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準，因此在生產的過程中應重點使用鋼鉬錫蠕墨鑄鐵材料，延長凸輪的應用壽命，降低數控銑床生產加工成本，確保取得良好的效益。
2.3 合理選擇使用切削技術
目前在數控銑床加工凸輪的過程中主要使用數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則可以通過仿形數控銑床切削措施，對于精確度要求較高的工件則配合使用磨削方式加工處理。目前計算機信息技術已經開始在我國數控銑床生產領域得到應用，為保證凸輪加工過程中切削的質量和精確度，應將計算機系統與數控銑床相互整合，保證凸輪的生產質量、切削精度。
2.4 強化普通銑床的改造
目前在數控銑床加工凸輪的過程中主要使用直角坐標逐點對比插補的方式形成運動軌跡，原理就是刀具結合零部件的具體軌跡運行要求，通過設置加工的軌跡來逐點連續性地對比刀具和部件的輪廓軌跡位置情況，按照對比的結果明確下一步坐標方向，最大程度上預防出現誤差問題。應用逐點比較插補的措施執行斜線插補操作期間，各個步驟都需要進行加工點瞬間坐標、規定性的零部件輪廓軌跡相互距離的比較分析，以此為基礎明確下一個生產工序的走向指標，當加工點的位置進入輪廓軌跡的外側區域，下一步操作就需控制內部輪廓軌跡，相同的，加工點的位置進入輪廓軌跡內側區域，下一步操作就會對外部輪廓軌跡進行控制，這樣可以將偏差控制在一定范圍之內，獲得與
預先規定相同的輪廓軌跡。為增強數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電機連接圓盤工作臺的形式設置輸入蝸桿，使得坐標能夠在加工期間的控制旋轉運動，在使用斜線的指令執行加工工作期間，還可以使得兩條直線運動之間相互聯動轉變成為一條直線運動、另外一條直線旋轉運動的聯動形式，插補歸集方面的曲線成為圓弧與直線之間相互連接的部分，插補操作更加精準、更加合理。此類改造方式的優勢在于能夠提升凸輪生產加工的準確性、精確性，預防出現表面過于粗糙的問題，將粗糙度控制在標準范圍之內，提升精加工、高質量生產的有效性，與凸輪加工要求、生產系統的標準規定相符。
3、結束語
綜上所述，凸輪應用的過程中經常會由于變形問題、磨損問題和穩定性問題出現失效的現象，嚴重影響使用的準確度和性能。因此，在使用數控銑床進行加工生產的過程中應結合失效發生原因，合理控制各類指標、數值，科學選擇使用原材料，加大普通銑床的改造力度，增強切削技術應用效果，確保在合理使用各類技術的情況下增強生產加工質量。
來源：
1. 佛山市南海區第一職業技術學校 吳子健
2. 佛山市南海華達高木模具有限公司 杜永雄
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