平面凸輪銑削宏指令的開發(fā)

丁丙坤，夏 田，陳少博

（陜西科技大學機電工程學院，陜西 西安 710021）

平面凸輪銑削宏指令的開發(fā)

丁丙坤，夏 田，陳少博

（陜西科技大學機電工程學院，陜西 西安 710021）

凸輪曲線是凸輪從動件按某種運動規(guī)律運動的曲線。本文結合FAUNC數(shù)控系統(tǒng)宏程序編程特點，引入相關變量，建立凸輪輪廓曲線宏程序計算模型，設置相關系統(tǒng)參數(shù)實現(xiàn)G代碼對宏程序的調用，確定刀具在凸輪加工過程中的運動軌跡。在數(shù)控加工仿真系統(tǒng)上仿真加工，驗證了該程序的正確性，提高了凸輪加工效率。

平面凸輪；宏程序；數(shù)控銑削；數(shù)控加工仿真系統(tǒng)

0 引言

凸輪加工比其他軸、盤類零件的加工要困難得多，采用CAM軟件生成的凸輪加工程序通常有上百條，可閱讀性差，出現(xiàn)錯誤時不易修改。當凸輪尺寸變化時需要重新建模，在多品種小批量加工過程中，生產(chǎn)效率低［1］。與G代碼編程相比，宏編程是在標準CNC編程方式的基礎上附加控制特征，功能更強大、更具靈活性。宏程序具有計算機高級語言中的許多特征，如邏輯運算、分支、變量數(shù)據(jù)存儲等特征［2］。本文利用宏程序的這些特點編制出平面凸輪輪廓方程、運動規(guī)律的宏程序，通過定義輪廓方程和運動規(guī)律中的相關參數(shù)，CNC系統(tǒng)會自動算出平面凸輪輪廓的坐標，從而進行精確加工。另外，還可以改變凸輪的相關參數(shù)來實現(xiàn)不同尺寸同類型凸輪的加工，從而提高生產(chǎn)效率。

1 凸輪輪廓曲線方程的建立

1.1 理論輪廓方程

圖1為偏置移動從動件盤形凸輪結構。以凸輪回轉中心為原點、從動運動件推程運動方向為y軸正向建立右手直角坐標系。根據(jù)反轉法原理，可得凸輪理論輪廓曲線的直角坐標參數(shù)方程［3］：

1.2 實際輪廓方程

滾子從動件盤形凸輪的實際輪廓曲線是滾子圓族的包絡線，凸輪的實際輪廓曲線與理論輪廓曲線在各點法線上相差滾子半徑rT，通過包絡方程可得滾子從動件盤形凸輪機構凸輪實際輪廓曲線的參數(shù)方程：

圖1 偏置移動從動件盤形凸輪

其中，凸輪輪廓坐標的一階導函數(shù)是

編程時首先確定凸輪從動件的運動規(guī)律，常用的運動規(guī)律有等加速運動、等減速運動、余弦加速度、正弦加速度等，然后，由凸輪理論輪廓方程得到從動件在直角坐標系中瞬時位移坐標值，再將其代入實際輪廓方程，作為凸輪加工輪廓的依據(jù)。

2 平面凸輪加工方法

2.1 設備選擇

平面凸輪的加工一般選用兩軸聯(lián)運的數(shù)控銑床，首先，要考慮零件的外形應在機床的允許范圍內；其次，考慮數(shù)控機床的加工精度能否達到凸輪的設計要求；最后，確定凸輪的最大圓弧半徑是否在數(shù)控系統(tǒng)允許的范圍內。根據(jù)以上3條即可確定所用的數(shù)控機床［4］。

2.2 裝夾定位

一般大型凸輪要用等高墊墊在工作臺上，中心孔找到后，確定坐標原點。然后用壓板螺絲在凸輪的工藝孔上壓住即可。對于小型凸輪，一般用心軸定位、壓緊即可［5］。

2.3 進刀點及進刀方法

大多數(shù)平面凸輪加工是加工外輪廓，這時多采用直線切入的方法。而對于盤形槽凸輪，在開槽之前先鉆一個工藝孔，對內輪廓采用直線切入的方法，對于外輪廓則采用圓弧切入的方法。為保證凸輪的工件面有較好的粗糙度，應采用順銑的加工方法。另外，刀具半徑補償必須在直線或圓弧切入之前完成，不能在直線切入或圓弧切入時進行半徑補償，以防切削誤差。

3 平面凸輪銑削宏程序編制

3.1 從動件的運動規(guī)律

在進行凸輪銑削宏程序編制前必須要確定從動件的運動規(guī)律及其一階導數(shù)。凸輪從動件基本運動規(guī)律有等速運動、等加速等減速運動、余弦加速運動、正弦加速運動，通過推程和回程階段不同運動規(guī)律的組合來確定凸輪輪廓，在加工過程中選擇從動件的運動規(guī)律，并代入凸輪輪廓方程即可求出加工刀具路徑。

3.2 用戶宏變量的確定

平面凸輪加工中使用的宏變量及其含義為：A＝＃1：基圓半徑r0；B＝＃2：偏距e；C＝＃3：從動件升程h；D＝＃4：推程運動角φ；E＝＃8：回程運動角φ′；F＝＃9：遠休止角φs；J＝＃5：滾子半徑；T＝＃20：推程運動規(guī)律選擇；U＝＃21：回程運動規(guī)律選擇；V＝＃22：從動件偏置方向系數(shù)δ；Z＝＃26：凸輪回轉方向η。其中，T和U的取值分別為1，2，3，4。1代表等速運動規(guī)律，2代表等加速等減速度運動規(guī)律，3代表余弦加速度運動規(guī)律，4代表正弦加速度運動規(guī)律。

3.3 編制宏程序

編制凸輪數(shù)控加工宏程序時，主要是利用宏程序對凸輪理論輪廓曲線方程和實際輪廓曲線方程中的變量進行定義，其加工流程圖如圖2所示。宏程序既可作為獨立程序運行，也可由其他CNC加工程序調用。在FANUC0iM中，調用宏程序O9010～O9019的G代碼由機床參數(shù)PRM6050～PRM6059設定，并且一一對應［6－7］。這里采用的是O9012對應PRM6052，在PRM6052中輸入100，就可以通過G100代碼調用O9012宏程序。其格式為：G100A_B_C_D_E_F_J_T_U_V_Z_。

4 利用VERICUT加工仿真

用VERICUT仿真加工的平面凸輪的結構參數(shù)為：基圓半徑40 mm，滾子半徑10 mm，偏距10 mm，從動件升程50 mm，從動件偏置在凸輪軸心的右側，凸輪逆時針方向回轉，從動件在推程作等加速度等減速運動，推程角100°，回程作簡諧運動，回程角90°，遠休止角60°。凸輪加工時分粗加工、半精加工和精加工，但都使用同一程序，只是它們使用不同刀具和工藝參數(shù)［8］。平面凸輪在VERICUT中加工的主程序如下。

平面凸輪加工主程序：

加工完成后的圖片如圖3所示，在加工完成后，利用VERICUT中的“自動－比較”功能可測出加工之后的工件與設計工件之間的誤差［9］。加工工件與設計工件之間的比較如圖4所示。圖4中，方框內表示過切量，其最大過切量為0.09 mm，其余表示殘留部分，其最大殘留量為0.07 mm，驗證了該程序的正確性。

圖2 凸輪加工程序流程圖

圖3 加工完成的凸輪

圖4 過切、殘留比較

5 結束語

利用FANUC數(shù)控系統(tǒng)宏程序開發(fā)出的平面凸輪銑銷宏指令，完全可以代替平面凸輪加工自動編程軟件。通過將平面凸輪加工宏指令在VERICUT上進行加工仿真，證明了運用該指令可以加工出所設計的平面凸輪，并可以達到設計要求。提高了平面凸輪的加工效率，更適合在多品種小批量加工中應用。在本程序的基礎上，通過改變輪廓方程和相關變量還可以加工出平底從動件盤形凸輪和擺動從動件盤形凸輪。

［1］ 廖海平，曾翠華，陳興.基于用戶宏程序的盤形凸輪加工［J］.現(xiàn)代制造技術與裝備，2007，178（3）：48－50.

［2］ Peter S.FANUC數(shù)控系統(tǒng)用戶宏程序與編程技巧［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2007.

［3］ 鄭文緯，吳克堅.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［4］ 于云滿，張敏，張義選.精密間歇機構［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1999.

［5］ 楊德卿，姜小蘭.平面凸輪極坐標數(shù)控加工研究［J］.機械傳動，2010，34（8）：83－86.

［6］ 羅敏，龔青山，常治斌，等.弧面凸輪銑銷宏指令的開發(fā)［J］.制造業(yè)自動化，2013，35（3）：48－51.

［7］ 劉振超.基于宏程序的漸開線凸輪加工［J］.裝備制造技術，2013（4）：112－113.

［8］ 何徐敏，蔡傳磊.基于UG的一種平面凸輪磨削方法在機床上的應用［J］.制造技術與機床，2013（6）：87－88.

［9］ 李云龍，曹巖.數(shù)控機床加工仿真系統(tǒng)VERICUT［M］.西安：西安交通大學出版社，2005.

TH122

A

1672－6871（2014）04－0010－03

陜西省科技計劃基金項目（2013K07－08）

丁丙坤（1989－），男，回族，河南南陽人，碩士生；夏 田（1962－），女，陜西咸陽人，教授，碩士，碩士生導師，主要從事數(shù)控機床等機電設備的研究.

2014－01－15