要求完成一個底座和一個凸輪軸的數控加工，再把兩個零件裝配起來，競賽總時間6h。凸輪軸是整個組件中最復雜，加工精度、形位公差、表面質量等要求最高的零件，涉及到多個復雜曲面的加工，用自動編程軟件編程，要經歷三維造型、刀具軌跡生成、加工仿真、后置處理和程序優化等過程，花費時間較長，生成的程序上萬段，檢查和修改困難，加工過程中一旦刀具出問題，可能要重頭生成程序。筆者作為教師組參賽選手，利用華中世紀星HNC-21M數控系統提供的宏程序和刀具補償功能進行編程，在配有華中數控系統的大連機床廠生產的數控銑床上成功地完成了粗、精加工該零件的復雜曲面加工。

1 數控加工工藝

　　(1)圖樣分析。競賽現場提供的零件毛坯是一個帶臺階和內孔的圓柱體，外徑120 mm，總長115 mm，臺階外徑85 mm，高13 mm，內孔20 mm。凸輪軸的主要構成要素包括多段圓弧相切構成的凸輪柱面1、橢圓面2和12、雙曲面5、阿基米德螺旋線面8、圓錐面9、圓環面10、凹半球面11、六方形6以及圓柱面3、4、7、13，各構成要素尺寸公差為O．05 Bin，形狀位置精度允差<0．05 mm，表面粗糙度Ra3.2 m，工件材料45鋼。

　　(2)工藝方案。為保證加工精度和表面質量，采用先粗加工后精加工的方法，先將外周方銑至圖要求，再分別作各曲面至圖要求；為防止加工產生的熱變形，粗、精加工均采用切削液冷卻。

2 主要曲面的數控加工

　　粗、精加工的裝夾定位方式和加工路線基本相同，粗、精加工程序差別不大，只是刀具和背吃刀量、轉速和進給率等切削要素有所不同。下面以精加工為例說明，因篇幅所限，阿基米德螺旋面、凹半球面、雙曲面將不列出加工程序。

　　(1)凸輪柱面、六方形和圓柱面7作圖比計算切點、交點等關鍵點更快，用CAXA2008制造工程師生成程序后，直接用機床在線加工方式(DNC)進行加工，同時進行其他曲面的加工編程，可節約不少時間。

　　(2)橢圓面2和圓柱面3、4合在一個工序里加工。根據圖紙確定橢圓的參數方程為X=30cos，y=26sin，設定變量如表1所示，以橢圓中心為編程零點編制宏程序，選擇14 mm鎢鋼四刃立銑刀進行精加工。橢圓面12和圓柱面13加工方法與此完全一樣。

　　本處使用宏程序編程，程序簡單，共計38段，檢查修改方便，若采用自動編程，程序上千段，檢查修改不便，易出錯。

　　(3)加工完橢圓面12和圓柱面13后，定位方式不變，開始加工凹半球面11。因凹半球半徑僅為5.2mm，不再進行粗加工，用&Phi;3mm中心鉆引孔，減少加工量，消除球頭銑刀尖阻力。以凹半球中心為編程零點編制宏程序，用R3 mm鎢鋼球頭銑刀加工至圖要求。

　　(4)阿基米德螺旋線面8槽寬為6 mm，深為5mm，不進行粗加工。根據圖紙確定阿基米德螺旋線的參數方程為X=(18+13(-0)／360)cosa，Y=(18+13(-0)／360)sin。以螺旋線基圓中心為編程零點編制宏程序，用&Phi;6 mm鎢鋼鍵槽銑刀加工至圖要求。

　　(5)加工完阿基米德螺旋線面后，定位方式不變，開始加工圓錐面9和圓環面10。根據圖紙作相關的刀尖軌跡計算圖如圖3所示。可計算出圓環面上任意一點A的坐標關系為XA=6.799-cos，ZA=sin-1；圓錐面上任意一點曰的坐標關系為XB=5.801-(Z-0.95)tan3。

3 結語

　　利用華中世紀星HNC-21M數控系統提供的宏程序功能，對凸輪軸零件的各主要曲面進行了加工編程，程序簡單，檢查修改方便，節約了時間，不到4 h就圓滿完成了整個零件的加工，使筆者能在余下的2 h里從容地進行底座零件的加工和組件的裝配工作。同時參賽使用編程軟件的選手，到競賽時間結束時，零件的一半都沒加工完成，筆者因此奪得數控銑加工競賽教師組第一名，筆者指導的兩個學生，也分別獲得數控銑加工競賽學生組第一、二名。在自動編程軟件日益盛行的今天，對滿足函數關系的零件曲面編程，從時間、效率以及程序優化等方面看，宏程序仍有其優越性。