近年來，凸輪結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化機(jī)械、儀器儀表和控制裝置等領(lǐng)域。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的特點(diǎn)，能根據(jù)工件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律靈活調(diào)整輪廓曲線。只需根據(jù)載體的運(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)，提高了生產(chǎn)加工的便利性。然而，要精確控制復(fù)雜從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律下的凸輪，就必須在精確設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上提高加工精度?；诖?，本文對(duì)數(shù)控銑床在凸輪加工中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并提出了一些建議，主要是結(jié)合凸輪加工的特點(diǎn)，以盤形凸輪為研究對(duì)象，提出了數(shù)控銑床的改進(jìn)措施，旨在為提高凸輪加工的精度和準(zhǔn)確度提供指導(dǎo)。

在凸輪加工過程中應(yīng)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)的原則和要點(diǎn)，根據(jù)凸輪加工的特點(diǎn)和要求制定完善的方案，確保凸輪加工的效果、質(zhì)量和水平在新環(huán)境下不斷提高，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、精密化加工的目標(biāo)。

01

凸輪故障的原因

要想用數(shù)控銑床完成高質(zhì)量的凸輪加工，首先要研究故障問題產(chǎn)生的原因，并根據(jù)故障問題的具體因素對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，從而提高凸輪生產(chǎn)的質(zhì)量。主要失敗原因如下。

1.1

變形因子

通常，變形現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致凸輪運(yùn)動(dòng)畸變，主要涉及兩種變形問題:彈性變形和塑性變形。只有合理控制彈性變形，管理極限運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的彈性變形，才能保證整體運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。對(duì)于塑性變形，可以采用科學(xué)的材料選擇和加工工藝控制來防止，可以起到調(diào)節(jié)凸輪精確運(yùn)動(dòng)的作用。

1.2

磨損因素

一般來說，磨損問題主要發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位置。各個(gè)位置出現(xiàn)磨損現(xiàn)象后，不同結(jié)構(gòu)之間的間隙會(huì)加大，甚至?xí)档瓦\(yùn)動(dòng)控制的精度。因此，在數(shù)控銑床加工過程中應(yīng)考慮磨損的影響因素。

1.3

剛性系數(shù)

穩(wěn)定性是衡量凸輪等機(jī)器應(yīng)用質(zhì)量的核心指標(biāo)。如果凸輪傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中缺乏穩(wěn)定性，就不能保證載荷和運(yùn)動(dòng)之間的平衡，從而導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)的精度缺陷。因此，在用數(shù)控銑床加工時(shí)，要考慮到凸輪穩(wěn)定性的影響因素，結(jié)合載荷變化的特點(diǎn)和極限載荷的情況，合理設(shè)計(jì)其中的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)和防磨結(jié)構(gòu)，使穩(wěn)定性符合標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)運(yùn)行和使用不會(huì)出現(xiàn)問題。

除上述因素外，疲勞點(diǎn)蝕還會(huì)對(duì)凸輪系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成非常不利的危害，這是高副接觸中常見的失效原因，影響系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。因此，有必要考慮數(shù)控銑床加工凸輪過程中疲勞點(diǎn)蝕的影響因素，改進(jìn)生產(chǎn)方式和機(jī)制，從根本上提升凸輪生產(chǎn)的效果。

02

數(shù)控銑床在凸輪加工中的應(yīng)用措施

2.1

各種加工指標(biāo)的控制

(1)嚴(yán)格控制平整度。據(jù)調(diào)查，用數(shù)控銑床生產(chǎn)凸輪，如果出現(xiàn)表面粗糙的問題，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)早期磨損和失效的嚴(yán)重后果。因此，在加工過程中必須嚴(yán)格管理和控制粗糙度。一般凸輪按Ra≤ 1.6μm的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，高速凸輪按Ra≤ 0.4μm m的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，如果有溝槽，考慮到輪廓的加工難度高于平面區(qū)域，需要適當(dāng)降低表面粗糙度的指標(biāo)要求，避免加工難度過高帶來的問題。

(2)嚴(yán)格控制輪廓曲線。一般情況下，一旦輪廓曲線與其對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)中心存在位置偏差，就會(huì)導(dǎo)致磨削過程中出現(xiàn)嚴(yán)重偏差。因此，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)精密磨床設(shè)備和系統(tǒng)。這種設(shè)備在應(yīng)用過程中可以將磨削精度控制在0.002mm以下，值得推廣。

(3)嚴(yán)格控制幾何尺寸。凸輪的表面輪廓指數(shù)包含了表面形狀的加工標(biāo)準(zhǔn)，可以控制實(shí)際表面加工過程中理想表面的變化次數(shù)。如果屬于常規(guī)的低速輕載型外力鎖緊凸輪系統(tǒng)，只需要在數(shù)控銑削過程中將輪廓控制到光滑連續(xù)的狀態(tài)，即使存在徑向誤差，也能保證凸輪系統(tǒng)的正常應(yīng)用。如果是幾何鎖緊凸輪系統(tǒng)，比如共軛凸輪系統(tǒng)，對(duì)誤差有一定的敏感性，在數(shù)控銑床加工過程中就要把誤差控制在0.02mm以下，以免影響凸輪系統(tǒng)的正常應(yīng)用。如果是單滾子槽式凸輪系統(tǒng)，在數(shù)控銑床的加工階段應(yīng)嚴(yán)格控制滾子部分與槽部分的間隙，誤差應(yīng)保持在0.015 ~ 0.025mm，以保證生產(chǎn)精度。如果是高速凸輪系統(tǒng)，輪廓的幾何尺寸和形狀誤差應(yīng)保持在0.02mm以下，以保證凸輪系統(tǒng)后續(xù)應(yīng)用的精度和穩(wěn)定性。

(4)嚴(yán)格控制基準(zhǔn)孔的公差。如果凸輪加工過程中基準(zhǔn)孔的公差精度很低，可以選用H8和H9型。如果精度要求一般，可以選擇H8、H7型；如果對(duì)精度要求高，可以選擇H7型；如果對(duì)精度要求太高，可以選擇H6型，這樣可以使基準(zhǔn)孔的公差保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，滿足數(shù)控銑床的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2

加工材料的合理選擇

目前，我國(guó)數(shù)控銑床加工凸輪的工藝主要采用低碳鋼、中碳鋼、珠光體可鍛鑄鐵、珠光體球墨鑄鐵等。采用熔鑄技術(shù)和熱處理技術(shù)強(qiáng)化凸輪與軸之間的摩擦部位。在各種材料的應(yīng)用過程中，例如用碳鋼表面淬火工藝生產(chǎn)凸輪，很容易被劃傷。低碳鋼滲碳淬火技術(shù)的生產(chǎn)雖然可以提高抗劃傷性，但是在滲碳技術(shù)的應(yīng)用過程中生產(chǎn)周期很長(zhǎng)，容易產(chǎn)生變形。

因此，建議在實(shí)際加工過程中積極使用新型鋼鉬錫蠕墨鑄鐵材料。在應(yīng)用過程中，這種材料可以通過數(shù)控銑床的高頻淬火生產(chǎn)cam系統(tǒng)，與15Cr鋼的滲碳淬火工藝相匹配，提高抗劃傷性。使用效果比45鋼高頻淬火生產(chǎn)工藝好很多，耐磨性高，能保證在與載荷相互接觸的情況下耐久性達(dá)標(biāo)。因此，在生產(chǎn)過程中，應(yīng)重點(diǎn)使用鋼鉬錫蠕墨鑄鐵，延長(zhǎng)凸輪的使用壽命，降低數(shù)控銑床的生產(chǎn)加工成本，保證良好的效益。

2.3

合理選擇和使用切割技術(shù)。

目前，在數(shù)控銑床加工凸輪的過程中，主要采用電火花切割方法和仿形切割方法。如果大批量生產(chǎn)凸輪，可以通過仿數(shù)控銑床采取切削措施，對(duì)精度要求高的工件可以通過磨削加工。目前，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)數(shù)控銑床生產(chǎn)領(lǐng)域得到應(yīng)用。為了保證凸輪加工過程中的切削質(zhì)量和精度，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)控銑床應(yīng)相互集成，以保證凸輪的生產(chǎn)質(zhì)量和切削精度。

2.4

加強(qiáng)普通銑床的改造

目前，在數(shù)控銑床加工凸輪的過程中，運(yùn)動(dòng)軌跡主要由直角坐標(biāo)逐點(diǎn)比較插補(bǔ)形成。原理是通過設(shè)定加工軌跡，不斷逐點(diǎn)比較刀具和零件的輪廓軌跡位置，根據(jù)比較結(jié)果確定下一步的坐標(biāo)方向，最大限度地防止誤差。在采用逐點(diǎn)比較插補(bǔ)的對(duì)角插補(bǔ)運(yùn)算過程中，每一步都需要比較分析加工點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)和零件規(guī)定輪廓軌跡之間的相互距離，并在此基礎(chǔ)上確定下一步生產(chǎn)工序的趨勢(shì)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)域時(shí)，下一步操作需要控制內(nèi)側(cè)輪廓軌跡。同樣，加工點(diǎn)的位置進(jìn)入輪廓軌跡的內(nèi)側(cè)區(qū)域，下一步操作會(huì)控制外側(cè)輪廓軌跡，這樣偏差就可以控制在一定范圍內(nèi)。

預(yù)先定義相同的輪廓軌跡。為了增強(qiáng)數(shù)控銑床的加工精度和軌跡控制效果，在改造過程中，可以通過將步進(jìn)電機(jī)連接到圓盤工作臺(tái)來設(shè)定輸入蝸桿，使坐標(biāo)在加工過程中控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在使用對(duì)角線命令執(zhí)行加工工作的過程中，兩個(gè)線性運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)動(dòng)可以轉(zhuǎn)換成一個(gè)線性運(yùn)動(dòng)和另一個(gè)線性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)形式。插值集合的曲線成為圓弧和直線連接的部分，插值運(yùn)算更加準(zhǔn)確合理。這種改造方法的優(yōu)點(diǎn)是可以提高凸輪生產(chǎn)加工的精度和精密度，防止表面過于粗糙，將粗糙度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，提高精加工和高質(zhì)量生產(chǎn)的有效性，符合凸輪加工的要求和生產(chǎn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。

03

結(jié)束語

綜上所述，在凸輪應(yīng)用過程中，由于變形問題、磨損問題、穩(wěn)定性問題，經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響使用的精度和性能。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)合故障原因，合理控制各項(xiàng)指標(biāo)和數(shù)值，科學(xué)選擇原材料，加大普通銑床的改造力度，增強(qiáng)切削技術(shù)的應(yīng)用效果，確保在合理使用各種技術(shù)的情況下，能夠提升生產(chǎn)加工質(zhì)量。