数控铣床在凸轮加工中的运用
2022-8-18 来源：- 作者：吴子健 杜永雄
摘要：近年来凸轮结构已经开始大范围应用在自动化机械领域、仪器领域、操纵控制装置领域，具有结构简单、紧凑的特征，能够结合工件的运动规律灵活性地调整轮廓曲线，只需按照运件的运动规律就可以将凸轮的轮廓曲线控制在标准范围内，增强生产加工工作的便利性，但是在复杂的从动件运动规律下进行凸轮的精确控制，需在准确性设计的基础上提高加工的精确度。基于此，文章研究数控铣床在凸轮加工中的运用，提出几点应用的建议，主要就是结合凸轮加工
的特点，将盘形的凸轮作为研究对象，提出数控铣床铣削的改进措施，旨在为增强凸轮加工的精确度、准确性提供指导。
关键词：数控铣床；凸轮加工；凸轮失效
在凸轮加工的过程中运用数控铣床技术时，应树立准确的意识，遵循科学化的原则要点，按照凸轮加工的特征和需求制订完善的方案，确保在新环境下能够不断提升凸轮加工的效果、质量与水平，真正意义上实现现代化、精准加工的目标。
1、凸轮失效问题的成因
要想更好地通过数控铣床完成高质量的凸轮加工工作，首先应研究失效问题发生的原因，按照发生失效问题的具体因素针对性地进行生产的改良优化，从而提高凸轮生产的质量。主要的失效原因为以下几点。
1.1 变形因素
通常情况下在出现变形现象之后会导致凸轮运动失真，主要涉及弹性类型和塑性类型两种变形问题，只有合理地控制弹性变形并且对极限运动状态下的弹性变形状况进行管理，才能保证整体运动的精确度。对于塑性变形问题，则可以利用科学选择材料与对加工过程控制的方式加以预防，起到对凸轮精准性运动的调控作用。
1.2 磨损因素
一般情况下磨损问题主要出现在相对运动的位置，各个位置在发生磨损现象以后会导致不同结构之间的间隙增加，甚至会使得运动控制的准确性降低，因此在使用数控铣床技术进行加工的过程中，应考虑磨损的影响因素。
1.3 稳定性因素
稳定性是对凸轮等机器应用质量进行衡量的核心指标，如果凸轮传动系统运行期间缺乏稳定性，不能保证荷载与运动状况的平衡性，将会引发传动系统运行的精准性缺陷。因此，在使用数控铣床进行加工期间，需要考虑到凸轮的稳定性影响因素，结合荷载变化的特点与极限荷载的情况，合理在其中设计润滑结构和防磨损结构，使得稳定性能够与标准相符，不会出现系统运行和使用的问题。
除了上述几点影响因素，疲劳点蚀也会对凸轮系统的正常运作造成非常不利的危害，属于高副接触方面常见的失效原因，对系统正常、稳定运作产生影响，因此在应用数控铣床进行凸轮加工的过程中也需要考虑到疲劳点蚀的影响因素，完善生产模式与机制，从根本上增强凸轮生产的效果。
2 、 数控铣床在凸轮加工中的应用措施
2.1 各项加工指标的控制
（1）严格控制粗糙度。据调查，使用数控铣床进行凸轮的生产如果存在表面粗糙的问题，将会引发系统应用早期磨损失效的严重后果。因此，在加工的过程中必须严格进行粗糙度的管理和控制，一般凸轮应结合 Ra≤ 1.6μm的标准生产，高速性的凸轮则需要按照 Ra≤ 0.4μm 的标准进行生产。如果存在沟槽的部分，考虑到轮廓加工的难度高于平面区域的加工难度，则需要适当地降低表面粗糙度方面的指标要求，以免因为加工难度过高而出现问题。
（2）严格控制轮廓曲线。通常情况下，一旦轮廓曲线与其对应的回转中心存在位置偏差，将会导致在磨削的过程中出现严重偏差问题，故应结合问题的发生特点积极应用国内外先进的多弧面分度凸轮专业性的精密磨床设备和系统，此类设备在应用的过程中可以将磨削加工的精度控制在 0.002mm 之下，值得推广与普及。
（3）严格控制几何形状。凸轮的表面轮廓指标包含曲面形状方面的加工标准，可以在实际曲面加工过程中对理想曲面进行变动的数量控制。如果属于常规低速轻载类型的外力锁合凸轮系统，在数控铣床加工的过程中只需将轮廓控制为光滑、连续的状态即可，就算存在径向类型的误差也可以保证凸轮系统的正常应用；如果是几何锁合类型的凸轮系统，如共轭凸轮系统在误差方面具有一定的敏感性，则需要在数控铣床加工的环节中将误差控制在 0.02mm之下，以免影响凸轮系统的正常应用；如果是单滚子沟槽类型的凸轮系统，就应在数控铣床加工的阶段严格对滚子部分、沟槽部分相互之间的间隙数量进行控制，将误差维持在 0.015 ～ 0.025mm，保证生产的精确度；如果是高速运行的凸轮系统，那么应将轮廓的几何尺寸、外形误差维持在 0.02mm 之下，保证凸轮系统后续应用的精确度、稳定性。
（4）严格控制基准孔公差。如果凸轮加工过程中的基准孔公差精确度要求很低，可以选择 H8、H9 类型；如果精确度要求一般，可以选择 H8、H7 类型；如果对精确度的要求较高，可以选择 H7 类型；如果对精确度的要求超高，可以选择 H6 类型，从而使基准孔的公差维持在标准范围之内，满足数控铣床生产的标准。
2.2 加工材料的合理选用
目前我国在数控铣床加工凸轮的过程中主要使用低碳钢材料、中碳钢材料、珠光体可锻铸铁材料、珠光体球墨铸铁材料等，利用熔铸工艺技术方式、热处理技术方式等起到凸轮与轴各个受摩擦位置的强化作用。各种材料在应用的过程中，如使用碳钢材料表面淬火工艺技术生产凸轮，很容易出现擦伤的问题。低碳钢材料渗碳淬火工艺技术生产虽然能够改善抗擦伤的性能，但是渗碳技术应用期间生产周期很长，容易发生变形的问题。
因此，建议在实际加工期间积极使用新型的钢钼锡蠕墨铸铁材料，此类材料在应用的过程中，通过数控铣床的高频淬火生产凸轮系统，能够和 15Cr 钢渗碳淬火技术之间相互匹配，改善抗擦伤的能，应用的效果比 45 钢高频淬火生产技术好很多，耐磨性能高，在与荷载相互接触的情况下可以保证持久性能符合标准，因此在生产的过程中应重点使用钢钼锡蠕墨铸铁材料，延长凸轮的应用寿命，降低数控铣床生产加工成本，确保取得良好的效益。
2.3 合理选择使用切削技术
目前在数控铣床加工凸轮的过程中主要使用数控铣床的电火花切削措施、仿形切削措施等，如果属于大批量的凸轮生产则可以通过仿形数控铣床切削措施，对于精确度要求较高的工件则配合使用磨削方式加工处理。目前计算机信息技术已经开始在我国数控铣床生产领域得到应用，为保证凸轮加工过程中切削的质量和精确度，应将计算机系统与数控铣床相互整合，保证凸轮的生产质量、切削精度。
2.4 强化普通铣床的改造
目前在数控铣床加工凸轮的过程中主要使用直角坐标逐点对比插补的方式形成运动轨迹，原理就是刀具结合零部件的具体轨迹运行要求，通过设置加工的轨迹来逐点连续性地对比刀具和部件的轮廓轨迹位置情况，按照对比的结果明确下一步坐标方向，最大程度上预防出现误差问题。应用逐点比较插补的措施执行斜线插补操作期间，各个步骤都需要进行加工点瞬间坐标、规定性的零部件轮廓轨迹相互距离的比较分析，以此为基础明确下一个生产工序的走向指标，当加工点的位置进入轮廓轨迹的外侧区域，下一步操作就需控制内部轮廓轨迹，相同的，加工点的位置进入轮廓轨迹内侧区域，下一步操作就会对外部轮廓轨迹进行控制，这样可以将偏差控制在一定范围之内，获得与
预先规定相同的轮廓轨迹。为增强数控铣床的加工精确度、轨迹控制效果，在改造期间可以通过向步进电机连接圆盘工作台的形式设置输入蜗杆，使得坐标能够在加工期间的控制旋转运动，在使用斜线的指令执行加工工作期间，还可以使得两条直线运动之间相互联动转变成为一条直线运动、另外一条直线旋转运动的联动形式，插补归集方面的曲线成为圆弧与直线之间相互连接的部分，插补操作更加精准、更加合理。此类改造方式的优势在于能够提升凸轮生产加工的准确性、精确性，预防出现表面过于粗糙的问题，将粗糙度控制在标准范围之内，提升精加工、高质量生产的有效性，与凸轮加工要求、生产系统的标准规定相符。
3、结束语
综上所述，凸轮应用的过程中经常会由于变形问题、磨损问题和稳定性问题出现失效的现象，严重影响使用的准确度和性能。因此，在使用数控铣床进行加工生产的过程中应结合失效发生原因，合理控制各类指标、数值，科学选择使用原材料，加大普通铣床的改造力度，增强切削技术应用效果，确保在合理使用各类技术的情况下增强生产加工质量。
来源：佛山市南海区第一职业技术学校， 佛山市南海华达高木模具有限公司
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