数控铣床在凸轮加工中的运用

近年来，凸轮结构已广泛应用于自动化机械、仪器仪表和控制装置等领域。它具有结构简单紧凑的特点，能根据工件的运动规律灵活调整轮廓曲线。只需根据载体的运动规律就可以将凸轮的轮廓曲线控制在标准范围内，提高了生产加工的便利性。然而，要精确控制复杂从动件运动规律下的凸轮，就必须在精确设计的基础上提高加工精度。基于此，本文对数控铣床在凸轮加工中的应用进行了研究，并提出了一些建议，主要是结合凸轮加工的特点，以盘形凸轮为研究对象，提出了数控铣床的改进措施，旨在为提高凸轮加工的精度和准确度提供指导。

在凸轮加工过程中应用数控铣床技术时，应树立准确的意识，遵循科学的原则和要点，根据凸轮加工的特点和要求制定完善的方案，确保凸轮加工的效果、质量和水平在新环境下不断提高，真正实现现代化、精密化加工的目标。

01

凸轮故障的原因

要想用数控铣床完成高质量的凸轮加工，首先要研究故障问题产生的原因，并根据故障问题的具体因素对生产进行改进和优化，从而提高凸轮生产的质量。主要失败原因如下。

1.1

变形因子

通常，变形现象会导致凸轮运动畸变，主要涉及两种变形问题:弹性变形和塑性变形。只有合理控制弹性变形，管理极限运动状态下的弹性变形，才能保证整体运动的准确性。对于塑性变形，可以采用科学的材料选择和加工工艺控制来防止，可以起到调节凸轮精确运动的作用。

1.2

磨损因素

一般来说，磨损问题主要发生在相对运动的位置。各个位置出现磨损现象后，不同结构之间的间隙会加大，甚至会降低运动控制的精度。因此，在数控铣床加工过程中应考虑磨损的影响因素。

1.3

刚性系数

稳定性是衡量凸轮等机器应用质量的核心指标。如果凸轮传动系统在运行过程中缺乏稳定性，就不能保证载荷和运动之间的平衡，从而导致传动系统的精度缺陷。因此，在用数控铣床加工时，要考虑到凸轮稳定性的影响因素，结合载荷变化的特点和极限载荷的情况，合理设计其中的润滑结构和防磨结构，使稳定性符合标准，系统运行和使用不会出现问题。

除上述因素外，疲劳点蚀还会对凸轮系统的正常运行造成非常不利的危害，这是高副接触中常见的失效原因，影响系统的正常稳定运行。因此，有必要考虑数控铣床加工凸轮过程中疲劳点蚀的影响因素，改进生产方式和机制，从根本上提升凸轮生产的效果。

02

数控铣床在凸轮加工中的应用措施

2.1

各种加工指标的控制

(1)严格控制平整度。据调查，用数控铣床生产凸轮，如果出现表面粗糙的问题，会导致系统早期磨损和失效的严重后果。因此，在加工过程中必须严格管理和控制粗糙度。一般凸轮按Ra≤ 1.6μm的标准生产，高速凸轮按Ra≤ 0.4μm m的标准生产，如果有沟槽，考虑到轮廓的加工难度高于平面区域，需要适当降低表面粗糙度的指标要求，避免加工难度过高带来的问题。

(2)严格控制轮廓曲线。一般情况下，一旦轮廓曲线与其对应的旋转中心存在位置偏差，就会导致磨削过程中出现严重偏差。因此，应结合问题的发生特点，积极应用国内外先进的多弧面分度凸轮专业精密磨床设备和系统。这种设备在应用过程中可以将磨削精度控制在0.002mm以下，值得推广。

(3)严格控制几何尺寸。凸轮的表面轮廓指数包含了表面形状的加工标准，可以控制实际表面加工过程中理想表面的变化次数。如果属于常规的低速轻载型外力锁紧凸轮系统，只需要在数控铣削过程中将轮廓控制到光滑连续的状态，即使存在径向误差，也能保证凸轮系统的正常应用。如果是几何锁紧凸轮系统，比如共轭凸轮系统，对误差有一定的敏感性，在数控铣床加工过程中就要把误差控制在0.02mm以下，以免影响凸轮系统的正常应用。如果是单滚子槽式凸轮系统，在数控铣床的加工阶段应严格控制滚子部分与槽部分的间隙，误差应保持在0.015 ~ 0.025mm，以保证生产精度。如果是高速凸轮系统，轮廓的几何尺寸和形状误差应保持在0.02mm以下，以保证凸轮系统后续应用的精度和稳定性。

(4)严格控制基准孔的公差。如果凸轮加工过程中基准孔的公差精度很低，可以选用H8和H9型。如果精度要求一般，可以选择H8、H7型；如果对精度要求高，可以选择H7型；如果对精度要求太高，可以选择H6型，这样可以使基准孔的公差保持在标准范围内，满足数控铣床的生产标准。

2.2

加工材料的合理选择

目前，我国数控铣床加工凸轮的工艺主要采用低碳钢、中碳钢、珠光体可锻铸铁、珠光体球墨铸铁等。采用熔铸技术和热处理技术强化凸轮与轴之间的摩擦部位。在各种材料的应用过程中，例如用碳钢表面淬火工艺生产凸轮，很容易被划伤。低碳钢渗碳淬火技术的生产虽然可以提高抗划伤性，但是在渗碳技术的应用过程中生产周期很长，容易产生变形。

因此，建议在实际加工过程中积极使用新型钢钼锡蠕墨铸铁材料。在应用过程中，这种材料可以通过数控铣床的高频淬火生产cam系统，与15Cr钢的渗碳淬火工艺相匹配，提高抗划伤性。使用效果比45钢高频淬火生产工艺好很多，耐磨性高，能保证在与载荷相互接触的情况下耐久性达标。因此，在生产过程中，应重点使用钢钼锡蠕墨铸铁，延长凸轮的使用寿命，降低数控铣床的生产加工成本，保证良好的效益。

2.3

合理选择和使用切割技术。

目前，在数控铣床加工凸轮的过程中，主要采用电火花切割方法和仿形切割方法。如果大批量生产凸轮，可以通过仿数控铣床采取切削措施，对精度要求高的工件可以通过磨削加工。目前，计算机信息技术已经在我国数控铣床生产领域得到应用。为了保证凸轮加工过程中的切削质量和精度，计算机系统和数控铣床应相互集成，以保证凸轮的生产质量和切削精度。

2.4

加强普通铣床的改造

目前，在数控铣床加工凸轮的过程中，运动轨迹主要由直角坐标逐点比较插补形成。原理是通过设定加工轨迹，不断逐点比较刀具和零件的轮廓轨迹位置，根据比较结果确定下一步的坐标方向，最大限度地防止误差。在采用逐点比较插补的对角插补运算过程中，每一步都需要比较分析加工点的瞬时坐标和零件规定轮廓轨迹之间的相互距离，并在此基础上确定下一步生产工序的趋势指标。当加工点的位置进入轮廓轨迹的外侧区域时，下一步操作需要控制内侧轮廓轨迹。同样，加工点的位置进入轮廓轨迹的内侧区域，下一步操作会控制外侧轮廓轨迹，这样偏差就可以控制在一定范围内。

预先定义相同的轮廓轨迹。为了增强数控铣床的加工精度和轨迹控制效果，在改造过程中，可以通过将步进电机连接到圆盘工作台来设定输入蜗杆，使坐标在加工过程中控制旋转运动。在使用对角线命令执行加工工作的过程中，两个线性运动之间的联动可以转换成一个线性运动和另一个线性旋转运动的联动形式。插值集合的曲线成为圆弧和直线连接的部分，插值运算更加准确合理。这种改造方法的优点是可以提高凸轮生产加工的精度和精密度，防止表面过于粗糙，将粗糙度控制在标准范围内，提高精加工和高质量生产的有效性，符合凸轮加工的要求和生产系统的标准。

03

结束语

综上所述，在凸轮应用过程中，由于变形问题、磨损问题、稳定性问题，经常出现故障，严重影响使用的精度和性能。因此，在使用数控铣床进行加工生产的过程中，应结合故障原因，合理控制各项指标和数值，科学选择原材料，加大普通铣床的改造力度，增强切削技术的应用效果，确保在合理使用各种技术的情况下，能够提升生产加工质量。