筆者所在的中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院一車間承制的某設(shè)備上所用的一種凸輪，自20世紀(jì)90年代以來一直采用靠模法加工。由最初經(jīng)過多次試制和手工修銼并裝機(jī)試驗(yàn)，得到一個(gè)相對(duì)理想的模型，以后加工就采用按圖樣留一定余量先粗加工，然后有操作工人按模型進(jìn)行靠模加工和修銼，最后把凸輪表面打磨光滑。這樣存在的問題就是加工難度高，對(duì)操作工人技術(shù)水平要求高，并且加工周期長(zhǎng)，精度低，廢品率高。隨著數(shù)控機(jī)床和線切割設(shè)備的普及，采用線切割或數(shù)控加工的必要性和優(yōu)勢(shì)就越來越大。
一、凸輪原始圖樣要求和加工方法改進(jìn)分析
1. 凸輪的原始圖樣資料和技術(shù)要求
凸輪的原始圖樣資料如圖1示，圖樣要求是：355°～185°為R55的圓弧，185°～235°為過渡段，235°～305°為半徑為R37的圓弧，305°～355°為過渡段。其中過渡段為5°均分，各特征點(diǎn)間通過樣條曲線連接。 ?%i|].<-'
圖1 凸輪原始圖樣
2. 線切割加工試制和問題分析
我們的線切割機(jī)床所用的軟件為CAXA的電子圖板，按圖樣要求做出圖形，其中過渡段為先做出特征點(diǎn)，然后通過各特征點(diǎn)做樣條與兩段圓弧相連，這樣鉬絲的軌跡曲線就形成了。隨后上毛胚試制，加工后發(fā)現(xiàn)凸輪輪廓表面有棱，不順滑。分析其原因?yàn)椋菏紫仍纪馆嗊^渡曲線特征點(diǎn)數(shù)值不合適，因原圖樣描繪時(shí)間較早，為手工繪制的樣條曲線，造成曲線上特征點(diǎn)取值誤差大；其次就是圓弧與樣條曲線為直接相連，無法保證相切，故接縫處凸棱和凹棱較明顯。另外，線切割加工的不足是無法滿足表面粗糙度和加工效率的協(xié)調(diào)。
3. 數(shù)控銑床加工凸輪的分析
若采用配備了數(shù)控分度頭的數(shù)控銑床代替原來的靠模加工方法和線切割，不僅大大提高加工效率，降低了對(duì)操作工人的技術(shù)水平要求，并且可以提高加工精度和保證表面光滑度要求。
但因?yàn)橥馆喌臄?shù)控加工程序一般采用手工編制，其缺點(diǎn)是數(shù)控銑床軟件編譯采用直線插補(bǔ)，特征點(diǎn)間為直線連接，因手工編程方式的局限性，無法得到足夠的坐標(biāo)點(diǎn)，這樣就導(dǎo)致加工后的凸輪輪廓有一定偏差，導(dǎo)致凸輪表面出現(xiàn)接棱。原圖樣是按5°為間隔進(jìn)行分度，間隔較大，數(shù)據(jù)不能直接使用，若編程員對(duì)凸輪輪廓進(jìn)行手工插值細(xì)化，則編程復(fù)雜，工作量太大，且數(shù)據(jù)校對(duì)困難，易出錯(cuò)。若能通過軟件獲得數(shù)控銑床可識(shí)別的文件，則將大大簡(jiǎn)化編程過程。
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二、運(yùn)用Pro/ENGINEER野火2.0
針對(duì)傳統(tǒng)的線切割與數(shù)控銑床加工方法的綜合對(duì)比，以及對(duì)線切割試制樣品的分析，決定充分利用Pro/ENGINEER野火2.0和Excel軟件完成凸輪數(shù)據(jù)完善、軟件模擬和自動(dòng)生成數(shù)控銑床可以識(shí)別和使用的數(shù)據(jù)表。
1. 使用Pro/ENGINEER進(jìn)行原始數(shù)據(jù)分析和校正
根據(jù)線切割試制結(jié)果，我們初步斷定原始數(shù)據(jù)取值不合適。為了驗(yàn)證此推論，我們決定按照凸輪圖樣在Pro/ENGINEER野火2.0版中進(jìn)行三維仿真。
進(jìn)入軟件后點(diǎn)擊文件、新建，選新建零件，在名稱中輸入CAM001后進(jìn)入繪圖模式，然后點(diǎn)拉伸特征并進(jìn)入草繪環(huán)境。在草繪環(huán)境下，按設(shè)計(jì)圖樣進(jìn)行繪圖，先作出內(nèi)孔φ55以及R55和R37大小兩個(gè)圓弧，接著按圖給出過渡段5°一個(gè)特征點(diǎn)共18個(gè)。然后通過大小圓弧的端點(diǎn)和特征點(diǎn)作出兩段樣條曲線，這樣拉伸用草圖就生成了，如圖2所示。點(diǎn)擊確定后進(jìn)行實(shí)體拉伸，輸入拉伸厚度尺寸10得到三維模型如圖3示。 ^F5[2<O/!
圖2 凸輪草繪圖 [m?eSq6e2b
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圖3 原始的凸輪三維圖
從圖3中可以明顯看出凸輪表面凹凸明顯，不順滑，尤其是過度段與圓弧相接處明顯有棱邊，與采用線切割加工出的凸輪輪廓十分接近。
根據(jù)仿真效果和凸輪的工作時(shí)序要求，現(xiàn)決定用Pro/ENGINEER軟件在保證大小圓弧段的時(shí)序前提下進(jìn)行數(shù)值微調(diào)，使凸輪曲面更滑順。把明顯的凹凸部位數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，并增加樣條曲線和圓弧連接點(diǎn)為相切關(guān)系，修改后的圖樣和三維模型如圖4、圖5示。 aN}yS=(Ff
圖4 修改特征點(diǎn)后的圖樣 ;t:B:4r(j
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圖5 數(shù)據(jù)修正后的凸輪三維圖
從圖5可以明顯看出，修正后凸輪三維效果已經(jīng)非常接近理想值，表面比較光順，接下來就是如何把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成數(shù)控銑床可識(shí)別的文本坐標(biāo)格式，并進(jìn)行校正了。
