0 引言

　　圓柱凸輪機(jī)構(gòu)是一種在機(jī)械工程中應(yīng)用廣泛的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，又有良好的動(dòng)力學(xué)性能，其中圓柱凸輪是一種具有等寬凸輪槽的構(gòu)件，一般多為主動(dòng)件。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，必須根據(jù)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的要求設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)膱A柱凸輪槽曲線，才能確保從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。為了保證圓柱滾子從動(dòng)件在凸輪槽中能夠始終平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，在利用四軸加工中心加工圓柱凸輪時(shí)，應(yīng)使凸輪槽的工作表面始終保持嚴(yán)格平行，并且凸輪槽中任何位置的寬度要相等。本文以低速運(yùn)動(dòng)的送料機(jī)構(gòu)為例，采用近似方法，將圓柱凸輪展開，提出了基于CAXA的圓柱凸輪溝槽設(shè)計(jì)與加工方法。

1 確定參數(shù)

　　在某送料機(jī)構(gòu)中，利用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)完成往復(fù)送料工作，圓柱凸輪做等角速度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，送料盒做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。送料盒行程為120mm，往復(fù)一次為一個(gè)周期，每個(gè)周期為12秒，其中送料盒在上極限位置停留2秒，下極限位置停留2秒。據(jù)此可知，在該圓柱凸輪機(jī)構(gòu)中，送料盒做往復(fù)直線移動(dòng)源于從動(dòng)件滾子沿圓柱凸輪槽的運(yùn)動(dòng)，圓柱凸輪旋轉(zhuǎn)一周的過程中，送料盒的移動(dòng)規(guī)律為：上升—靜止一下降—靜止。

　　據(jù)此，可以得出：推程運(yùn)動(dòng)角φt=120°，遠(yuǎn)休止角φy=60°，回程運(yùn)動(dòng)角φh=120°，近休止角φj=60°，升程H=120mm，并且φt+φy+φh+φj=360°。

　　根據(jù)送料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求，設(shè)計(jì)圓柱凸輪半徑R=100mm，槽寬a=32mm，槽深b=28mm，凸輪長度L=190mm。由于送料機(jī)構(gòu)載荷較小，而錐度配合能夠傳遞一定的扭矩，并且對(duì)中性好，方便更換與拆卸，因此圓柱凸輪與傳動(dòng)軸之間采用1:20標(biāo)準(zhǔn)錐度配合，錐孔的大徑為80mm。根據(jù)以上參數(shù)，完成單滾子直動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪的實(shí)體造型。

2 建立模型

　　應(yīng)用CAXA制造工程師建立圓柱凸輪溝槽模型的過程如下：

　　1)繪制空間曲線

　　利用直線、圓弧、等距、鏡像、偏移等命令完成空間曲線，該曲線實(shí)質(zhì)是滾子中心的運(yùn)動(dòng)軌跡線。為了繪圖的方便，該曲線是對(duì)圖1中的曲線進(jìn)行變形，使曲線對(duì)稱。

　　2)凸輪槽實(shí)體建模

　　利用線面映射將曲線映射到圓柱曲面上，利用偏移和等距命令完成溝槽輪廓，采用直紋面方式將曲線整個(gè)包起來，利用曲面加厚完成凸輪溝槽實(shí)體的建模。將完成的凸輪溝槽實(shí)體另存為X_J格式的文件，命名為凸輪溝槽實(shí)體。

　　3)圓柱凸輪實(shí)體建模

　　利用拉伸增料和拉伸除料的方式，完成帶錐孔的圓柱的實(shí)體建模。對(duì)帶錐孔的圓柱和凸輪溝槽實(shí)行布爾減運(yùn)算，獲得圓柱凸輪實(shí)體。

3 數(shù)控加工

　　在CAXA制造工程師中，選擇多軸加工中的四軸曲線加工，根據(jù)表1所示工藝卡片，對(duì)圓柱凸輪溝槽曲線的加工參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：采用環(huán)線走刀方式，利用φ20mm的平底立銑刀沿溝槽中心線開槽，分別用φ18mm、φ16mm和φ14mm的平底立銑刀進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工，完成刀具路徑設(shè)置。根據(jù)XHA714加工中心的參數(shù)和數(shù)控系統(tǒng)要求，完成機(jī)床設(shè)置和后置處理，最終生成開槽、粗加工、半精加工和精加工等四個(gè)加工程序。

　　上述四個(gè)工步中，除了開槽采用等價(jià)加工，其刀具的幾何特征參數(shù)與從動(dòng)件的幾何特征參數(shù)相一致，其他三個(gè)工步均采用非等價(jià)加工，需要采用非等價(jià)刀具完成空間凸輪槽的加工，其主要原因是由于凸輪槽的寬度大于銑刀直徑。為了減少無效的非等價(jià)加工造成的損失，在VERICUT中構(gòu)建XHA714加工中心的參數(shù)，對(duì)以上四個(gè)工步的程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證，通過對(duì)加工參數(shù)反復(fù)修正優(yōu)化，獲得有效程序。在XHA714加工中心完成上述四個(gè)工步，所加工的圓柱凸輪在送料機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

　　1)對(duì)于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的圓柱凸輪，可以采用近似方法建立模型；

　　2)利用CAXA制造工程師能夠完成圓柱凸輪溝槽設(shè)計(jì)，生成有效的程序；

　　3)為了保證溝槽輪廓面的加工質(zhì)量，加工速度不宜太快。