1 引言
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件．具有曲线或曲面轮廓且作为高副元素的构件，该轮廓按输出运动学特性和动力学特性的要求设计。利用其摆动或回转，可以使从动子按预先设定运动。凸轮的数控化加工可以得到精确的凸轮曲线轮廓或凹槽。凸轮一般可分为三类，即盘形凸轮是绕固定轴线转动且有变化直径的盘形构件；移动凸轮则相对机架作直线移动；圆柱凸轮可以看成是将移动凸轮卷成的圆柱体。
2 圆柱凸轮加工工艺设计
圆柱凸轮的数控加工的难点在于，圆柱凸轮数模建立，后置处理，以及数控程序生成。为此，我们的工艺设计应该包括，多轴数控机床的选择、刀具夹具的选择，数控机床的偏置调整等，以期实现圆柱凸轮复杂曲线型面的技术要求。基于CAXA(V2013)实现工艺设计。
2.1 圆柱凸轮技术要求
圆柱凸轮加工必须满足工作槽等宽，工作表面光顺平整，以保证传动子的平稳运动。。
凸轮工作槽宽为22H9mm，花键相对基准A的对称度为0.015mm，圆柱凸轮两端面跳动为0.03mm等，这此加工精度要素决定零件的装夹必须要满足加工精度要求。从工艺安排角度先将圆柱凸轮的内孔、两端面及花键加工完成，并保证加工精度；同时安排加工一个有花键的装夹定位芯轴，在第四轴(A轴)安装盘上将芯轴装夹找正，保证定位精度，将零件紧密安装在芯轴上。花键芯轴在加工过程中起到满足定位精度及加工稳固作用。
2.2 圆柱凸轮加工设备的选择
立式加工中心是三轴联动机床，再加上一个数控转台，选用具备四轴联动的数控系统，那么这台带数控转台的立式加工中心就成为四轴联动数控机床。加上绕X轴旋转的数控转台即是XYZ+A，加上绕Y轴旋转的数控转台即是XYZ+B。加上绕Z轴旋转的数控转台即是XYZ+C。四轴联动数控机床适宜加工的典型零件有凸轮、涡轮、蜗杆、螺旋桨、鞋模、人体模型等。
应用四轴联动数控机床进行凸轮加工可以简化工装夹具的使用，优化选择刀具几何参数，延长刀具使用寿命，提高零件的表面质量，使生产集中化，有效提高加工效率和生产效率，降低加工成本。
2.3 凸轮加工对刀
在凸轮加工过程中正确的对刀是—个非常重要的环节。对刀分手动和自动两种。对刀的准确程度直接影响了加工精度，如果操作不当，将直接影响工件的品质，甚至发生刀具与机床相碰，造成重大的机械事故。
对刀的方法一定同凸轮加工精度要求相适应，必要时可根据零件的形位公差要求作误差分析，通过精确的几何运算及图形变换做偏置调整，这样才能提高凸轮的加工品质，提高加工效率，降低生产成本。
2.4 平面轮廓线的绘制
圆柱凸轮零件给定的图纸基本为平面展开图，需要编程者依托CAD/CAM软件，将图纸给定的曲线展开图在计算机上绘制成曲线，再将该曲线缠绕到圆柱基面上，然后才可以进行后续操作处理。
开启“CAXA制造工程师V2013”软件，按F5键，选XOY作图平面，考虑到凸轮槽的样条线曲线，在长度方向由等分点确定13个点位置，高度方向由直径为4296圆在1800上12等分，曲线可以通过公式曲线确定。公式曲线应为正弦曲线。
根据长度为凸轮槽直径90，长度为86。φ90圆展开曲线长度为90×3.1415=282.74，绘制长为282.74，宽度为86的矩形，在矩形水平中心线延长到适当位置，绘制φ42.96圆。确定对样条线取点的间距，假设在整周做24等分。那么对圆右侧一半做角度等分线12等分，对矩形左侧一半也做12等分直线。
过角等分线端点，做水平线，与矩形的水平线等分线求交点得到13个交点。
选择依次连接13端点，得到样条线。
根据样条曲线长度为282.74/2=141，37，而且是过圆角等分线与直线等分线交点，X值作等距离变化，y为角度的余弦值，可以确定样条线为一条符合余弦规律变化的曲线，余弦线X的取值范围为（0～141.37），y的取值范围为(-21.48～21.48)，输入公式曲线相关参数，得到与图1所示线型要求一致的余弦公式曲线。
此平面样条曲线是本圆柱凸轮槽的中心线，是本圆柱凸轮建立数模的重要基本曲线。
2.5 绘制其它所需曲线
根据零件加工图所示圆柱凸轮槽的宽度为22mm，所以绘制圆柱凸轮槽中心线的等距线，确定的距离为11，并双向等距，得到线1、线2。根据零件加工图要求继续绘制等距线3，距离为11.78(150弧长)，过曲线1端点，做角度线，角度为150，与直线3，相交，通过圆角过渡命令，对曲线3、4进行操作。按照二维图纸提供的样条线。通过的四个端点尺寸，绘制相应的样条线及直线，中间做R10圆角过渡。得到线条5，选用最常见的φ12mm整体硬质合金平底铣刀加工，由于刀具直径原因，加工完后，还会有部分残留量，用单击“等距线”按钮，对曲线5做等距线，距离为115，倒圆角皆为R10，继续作所需样条曲线得到线条6、线条7，得到结果。
2.6 空间曲线绘制
(1)单击以轴测视向显示视图，单击，将当前平面切换到xz面，单击圆按钮，选择“圆心半径”，键入圆的半径45。绘制扫描面曲线母线。
(2)单击&扫描面按钮，在立即菜单中设置起始距离：-50、扫描距离：100、扫描角度0和精度0.01参数。单击选择X轴负方向为扫描方向。
(3)绘制曲线包络曲面，单击“线面映射”按钮，选择在立即菜单中设置精度：0.01、X比例1和Y比例1。拾取XY平面内的映射曲线，选择所有的等距线。右键确认，拾取曲面，选择扫描面，右键确认。拾取映射曲线上的参考点（最低点），选择“0，0，0”点，拾取曲线上一点，与曲线中的点对应，选择Z轴直线的另一端点。调整坐标轴方向，右键确定，左键切换，切换对应坐标系显示。
(4)对包络完的曲线做旋转复制，隐藏平面曲线。因为我们所使用的四轴联动数控机床是A轴作为回转轴，那么绕0，0点旋转所有图形，角度为90。
2.7 生成加工刀路轨迹
对包络完的曲线做旋转复制，隐藏平面曲线，因为我们要使用的数控机床是XYZ+A轴，A轴为回转轴，所以绕O，O点作90度旋转所有图形。
之后制作加工刀路轨迹，先生成圆柱凸轮轮廓的粗加工轨迹，再生成精加工轨迹。
(1)轮廓粗加工：四轴柱面曲线加工选择加工多轴加工四轴柱面曲线加工”或单击加工工具栏上的四轴柱面曲线加工按钮，点击弹出四轴柱面曲线加工参数表对话框，如图11所示。在对话框中分别设置“四轴柱面曲线加工刀具参数中各参数一单击【确定】按钮，参数的设定左偏6.3保证粗加工为精加工留量0,3mm，加工深度为10.8，小于实际加工深度11，保证底部粗加工余量为0.2mm。安全高度要大于半径值45，所以设定为50。回退距离应大于切削深度，所以设置为12。
软件左下角提示，拾取曲线，拾取轮廓作为：轮廓线，确定顺时针铣削还是逆时针铣削，左键点击轮廓方向。
屏幕左下角状态栏提示确定链搜索方向。拾取任一曲线方向，根据加工要求选取加工侧边，因为本例在加工曲线上，所以拾取任一方向即可。生成四轴柱面曲线粗加工刀具轨迹。
同理，根据加工要求生成另一边界线的粗加工轨迹，最后生成所有粗加工轨迹。
(2)轮廓精加工：四轴柱面曲线加工，因为生成粗加工轨迹时加工边界面的侧面留有0.3mm、底面留有0.2mm的加工余量，生成精加工刀轨时采用同样的加工方式，只是在左偏时，距离设置为刀具半径6mm，加工深度设置为最后所需高度11mm。2.8 生成加工G代码
做后置处理生成G代码时，可以按住键，同时选择粗精加工轨迹生成一个G代码文件。选择后置处理2，所示，选择fanuc_4axis_A机床，。之后按确定，生成加工G代码。
2.9 圆柱凸轮加工
应用通讯软件将生成的加工G代码传人数控机床系统内存，调整机床进行铣削加工，在加工进程中要应用量具对各部加工精度进行实测，依据实测结果对加工轨迹及机床进行相应的补偿调整，来保证圆柱凸轮的加工精度要求。
3 结论
介绍了基于CAXA（V2013软件的圆柱凸轮数控加工研究过程，阐述了四轴联动数控机床铣削槽形圆柱凸轮的加工方法。
(1)通过被加工零件图形要素的提炼、曲线分析及图形处理绘制出关键的样条曲线及相应的包络曲线，进而进行图形变换操作，建立了精准的被加工零件数模。
(2)零件数模为生成准确的加工刀路轨迹提供了保障，从而生成正确的加工G代码，并由实测结果调整加工刀路轨迹及机床偏置，最后确保零件的形状及加工精度。
(3)由于采用编程软件使圆柱凸轮的造型与加工变得简洁，减少了编程人员的工作量，免去了繁琐的计算，缩短了机床的调整时间，提高了工作效率。
(审核编辑: 智汇胡妮)
