CN101008439A - 摆动从动件圆柱凸轮凹槽的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摆动从动件圆柱凸轮凹槽的加工方法，其特点是，将摆动从动件圆柱凸轮的运动过程分解为从动件随摆杆的圆弧摆动和从动件相对于凸轮的旋转，而圆弧摆动又可分解为该摆动平面内的二个相互垂直的直线运动，即3D运动，并将从动件相对于圆柱凸轮的旋转运动展开成圆柱面，将摆杆的摆角与圆柱凸轮转角的运动关系曲线即摆角曲线，粘贴到展开的圆柱面上，或将摆动从动件的位移与圆柱凸轮转角的运动关系曲线即位移曲线，投影到展开的圆柱面上，得到3D展开线，再根据3D展开线生成加工的3D刀路，并进行数控加工。本发明克服了常用平面展开法即2D展开法在加工中存在的误差，是一套切实可行的加工摆动从动件圆柱凸轮凹槽的技术解决方案。

Description

摆动从动件圆柱凸轮凹槽的加工方法

技术领域

本发明属于机械制造领域，涉及一种机械零件的加工方法，特别是一种摆动从动件圆柱凸轮凹槽的加工方法(包括设计和加工)。

背景技术

圆柱凸轮一般分为直动从动件圆柱凸轮和摆动从动件圆柱凸轮两种类型。很多资料中都对圆柱凸轮凹槽的设计、加工进行了分析和研究，如【1】肖尧先等.摆动从动件空间凸轮CAM技术.机械科学与技术.2002.5；【2】高东强等.利用平面工件编程方法加工圆柱凸轮的实践.山东轻工业学院学报.2003.9；【3】魏胜等.圆柱凸轮的参数化设计及数控加工.精密制造及自动化.2001.4；【4】陆金贵编.凸轮制造技术.北京：机械工业出版社，1986。基本上是将圆柱凸轮机构的运动展开成平面，在展开的平面上进行设计，得到圆柱凸轮机构的运动过程的2D展开线，亦称位移图；而对圆柱凸轮凹槽的加工则一般采用范成法，即用相同形状和尺寸的刀具替代圆柱凸轮机构的从动件，以数控的形式模仿圆柱凸轮与从动件两者之间在实际工作时的相对运动关系，从而加工出符合设计要求的圆柱凸轮。

但这种方法仅适用于直动从动件圆柱凸轮，而不能用于摆动从动件圆柱凸轮凹槽的设计和加工。若将圆柱凸轮与从动件两者之间的相对运动关系，按平面曲线展开的方式进行数控编程、加工，并不能满足摆动从动件圆柱凸轮凹槽范成法加工要求，因为展开的平面曲线是二维曲线即2D曲线，一般采用数控加工为二轴联动：一为圆柱凸轮工件的转动；另一为刀具沿圆柱凸轮转动轴方向的直线移动。而摆动从动件圆柱凸轮机构，必定存在三个联动的运动：一为圆柱凸轮的转动，及从动件在二个相互垂直的直线运动(详见发明内容中的①分解摆动从动件圆柱凸轮机构的运动过程)；因此，按平面展开必定存在如下问题：

(一)从动件与二轴联动范成法加工的圆柱凸轮凹槽的干涉问题(参见图1)：二联动数控加工中，刀具3替代圆柱凸轮机构的从动件2，以数控的形式进行加工时，刀具中心线始终通过圆柱凸轮1旋转轴线；而摆动从动件圆柱凸轮机构的工作过程中，从动件的中心线在大多数情况下会偏离圆柱凸轮旋转轴线，在局部区域形成干涉区4，亦称“死点”，在实际操作中，必须锉掉凹槽的干涉部分，从动件才能顺利通过圆柱凸轮的凹槽。

(二)运动轨迹的误差问题；即使经修整后，从动件能顺利通过凸轮凹槽，但机构的工作过程中，由于摆动从动件偏离圆柱凸轮的旋转轴线，因此，它与设计的运动轨迹位置产生偏离，当圆柱凸轮工件加工转到某个角度如50°时，刀具相对圆柱凸轮工件同样也转过该角度，并沿轴线方向移到某个位置，而圆柱凸轮工作运转到该位置时(50°)，由于从动件2的摆动偏离圆柱凸轮的旋转轴线(参见图2)，从动件相对圆柱凸轮转过的角度就不等于50°，如图2中所示为56°，则其轴线方向移到的位置，也就不是当圆柱凸轮工件转到50°时，刀具在轴线方向移到的位置，这将造成设计的从动件运动轨迹与实际从动件运动轨迹之间产生较大的误差。使用该方法加工的圆柱凸轮，其机构在生产中无法满足高精度产品的要求，甚至会导致生产的产品报废。

所以说，平面展开法不能用于摆动从动件圆柱凸轮凹槽的设计和加工，不然机构在工作过程中必然存在从动件“卡死”现象和机构运动规律产生误差等问题，即摆动从动件圆柱凸轮凹槽不能用平面展开法进行设计，也不能用二轴联动的数控加工。否则，正如上面所述，使用该方法加工的圆柱凸轮，其机构在生产中无法满足高精度产品的要求，甚至会导致生产的产品报废。

如何加工摆动从动件圆柱凸轮凹槽，这是许多生产企业均面临的实际问题。摆动从动件圆柱凸轮属空间凸轮，应采用三轴或四轴数控加工，相应的数控设备可以是现有技术的四轴铣床或四轴加工中心。但关键是如何得到相应的数控程序，目前尚无通用CAM软件可直接生成该产品的数控程序。查阅相关文献如【5】刘德福等.圆柱凸轮数控加工的几个关键问题.机械传动.2003.3；【6】李俭等.圆锥凸轮廓面的数控加工方法研究.成都大学学报(自然科学版).2005.12等；但均未见有切实可行的技术解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种在工作过程中既能避免从动件“卡死”、又能避免从动件的设计运动轨迹与实际运动轨迹之间产生误差、且易于实现的摆动从动件圆柱凸轮凹槽的加工方法，从而使该摆动从动件圆柱凸轮机构能满足高精度产品生产的要求。

本发明的技术解决方案是，提供一套切实可行的摆动从动件圆柱凸轮凹槽的加工方法，通过将摆动从动件圆柱凸轮机构的运动过程分解(分解为三个运动的合成)，并将从动件及摆杆相对于圆柱凸轮的旋转运动进行展开，从动件相对于圆柱凸轮的运动，被展开成圆柱曲面，再将运动关系曲线粘贴或投影到展开的圆柱面上，得到3D展开线，再应用通用CAM软件根据所得3D展开线生成加工刀路，进行数控编程，在四轴数控机床上，加工出符合要求的摆动从动件圆柱凸轮凹槽。

具体过程按以下步骤进行：

(1)生成圆柱凸轮机构运动关系的3D展开线

①分解摆动从动件圆柱凸轮机构的运动过程

圆柱凸轮转动，带动摆动从动件沿圆柱凸轮凹槽运动。从动件相对圆柱凸轮转动为一个运动；而从动件又受摆杆的制约，在摆杆摆动的平面内，作圆弧运动，该从动件的平面圆弧运动，可分解为该平面二个相互垂直的直线运动，将其中一个直线运动的方向定义为与圆柱凸轮的轴平行的方向，而另一个直线运动的方向则在平面内与其垂直，故摆动从动件圆柱凸轮机构的运动是一个转动和二个直线移动的合成，也即是一个3D运动。

②展开摆动从动件相对圆柱凸轮的转动运动

将摆动从动件圆柱凸轮机构中的转动运动进行展开。用反转法，即设圆柱凸轮不动，在一个工作周期内，从动件及摆杆机架绕圆柱凸轮轴线以反方向转动一周，摆杆支点的运动轨迹为绕圆柱凸轮轴线转动一周而形成的一个圆，将该圆展开成直线，即将圆柱凸轮机构的转动运动展开成直线运动，并令其方向与从动件及摆杆的运动平面垂直，摆动从动件圆柱凸轮机构的运动则被展开在以摆杆长l为半径的圆柱面上，该圆柱面即为机构运动的3D展开面；并建立以圆柱凸轮轴线为Z轴，运动展开方向为Y轴，X轴根据右手法则来决定的笛卡儿直角坐标系。

③生成运动关系的3D展开线

根据摆动从动件圆柱凸轮机构所实现的控制目标不同，一般可分为两类：一类是通过圆柱凸轮的转角来控制摆杆的摆角；另一类是通过圆柱凸轮的转角来控制摆动从动件的位移，即用摆杆摆角曲线或摆动从动件位移曲线来生成3D展开线：

a.生成摆杆摆角曲线的3D展开线

摆杆的摆角与圆柱凸轮转角之间的关系曲线，可用一般的函数关系式表示为：

ψ＝f(φ)    ①

式中：ψ为摆杆的摆角，单位为度；φ为圆柱凸轮转角，单位为度。

先绘制摆杆摆角曲线平面图，以圆柱凸轮转角φ为横坐标，摆杆的摆角ψ为纵坐标；φ的范围为[0，360]，单位为毫米(角度数值以毫米为单位绘制)；摆角ψ按比例2π^*l/360放大(l为摆杆长)，即将角度转换为圆柱面上的弧长，按弧长绘制，单位为毫米。

再用通用CAD软件的曲线粘贴功能，将绘制的摆角曲线(平面图形)，粘贴到半径为l(摆杆长)的3D展开面上，其φ轴沿圆柱母线方向，得到的3D展开线即为摆杆摆角曲线的3D展开线，任意圆柱凸轮转角φ值，均能在该展开线上找到其对应的摆杆摆角ψ；从而确定了从动件的位置，该位置可用坐标值表示为：

$\left\{\begin{array}{c}X=\mathrm{\α}-l\×\cos \mathrm{\ψ}\\ Y=\mathrm{\φ}\\ Z=l\×\sin \mathrm{\ψ}\end{array}\right.$ ②

式中：ψ为摆杆的摆角；l为摆杆长度；φ为圆柱凸轮转角；α为摆杆摆动轴到圆柱凸轮旋转轴的距离。或

b.生成摆动从动件位移曲线的3D展开线

摆动从动件位移与圆柱凸轮转角之间的关系曲线，可用一般的函数关系式表示为：

S＝f(φ)    ③

式中：S为摆杆从动件的位移，单位为毫米；φ为圆柱凸轮转角，单位为度。

先绘制摆动从动件位移曲线平面图，以圆柱凸轮转角φ为横坐标，摆杆从动件的位移S为纵坐标；φ的范围为[0，360]，单位为毫米(角度数值以毫米为单位绘制)；位移S按所给长度绘制，单位为毫米。

再用通用CAD软件的曲线投影功能，将绘制的摆动从动件位移曲线(平面图形)，投影到半径为l(摆杆长)的3D展开面上，其φ轴沿圆柱母线方向，得到的3D展开线即为摆动从动件位移曲线的3D展开线，任意圆柱凸轮转角φ值，均能在该展开线上找到其对应的摆杆从动件的位移S；从而确定了从动件的位置，该位置可用坐标值表示为：

$\left\{\begin{array}{c}X=\mathrm{\α}-\sqrt{l^2-S^2}\\ Y=\mathrm{\φ}\\ Z=S\end{array}\right.$ ④

式中：S为从动件的位移；l为摆杆长度；φ为圆柱凸轮转角；α为摆杆摆动轴到圆柱凸轮旋转轴的距离。

(2)生成3D展开线的数控刀路

用通用CAM软件，对摆动从动件运动轨迹的3D展开线进行数控编程，以铣刀的运动模拟摆动从动件的运动，完成圆柱凸轮凹槽的范成法加工。

首先必须对所得到的3D展开线进行旋转，将3D展开线及展开面绕展开方向(Y轴)旋转90°，至展开面中间凸起(即沿+Z向凸起)，用三轴铣刀路的轮廓铣加工方式，选用直径为零的铣刀生成加工刀路。这里尤其要注意的是，不能选用与实际加工相符的立铣刀，不然会发生刀路的偏移。

(3)编辑数控程序

对生成的加工刀路进行后置处理，得到三轴数控程序，但该刀路是由展开及变换后的从动件运动轨迹生成的，无法直接用于加工，故数控程序也应做相应的编辑，用A替换该程序中的Y，用Y替换该程序中的Z，X不变；并手工加入Z向的进、退刀，即可得到用于圆柱凸轮凹槽加工的四轴数控程序。

(4)加工圆柱凸轮工件

选用四轴数控铣床或四轴加工中心，第四轴必须为A轴，进行圆柱凸轮工件的数控加工。设定加工坐标，一般将装夹后工件的圆柱最高点设为Z坐标的加工零点，X坐标的加工零点根据编程位置设定，Y坐标的加工零点设定在工件旋转轴上，圆柱凸轮工件的旋转轴为A轴，A坐标加工零点可以不设，使用机床默认零点。执行编辑后数控程序，即可加工出符合摆动从动件运动轨迹要求的圆柱凸轮凹槽。

本发明摆动从动件圆柱凸轮凹槽的加工方法与现有技术相比，具有以下独创的思路、显著的优点和有益的效果：

由于本发明遵循摆动从动件相对于圆柱凸轮运动的固有规律，创造性地提出了摆动从动件圆柱凸轮机构的运动过程按3D原则展开的思路，用独特的方式生成了符合实际运动规律的摆角曲线或位移曲线的3D展开线；基于通用的CAM三轴铣软件，依据所得3D展开线生成三轴铣加工刀路，运用坐标变换及编辑，得到了能完全重现摆动从动件圆柱凸轮机构运动过程的范成法加工的四轴数控程序；在四轴数控机床上，加工出了完全符合要求的摆动从动件圆柱凸轮凹槽；所以，用本方法加工出的摆动从动件圆柱凸轮的凹槽顺滑通畅，彻底避免了局部区域的干涉问题，也即杜绝了“死点”的出现。

同时，按本方法加工出的摆动从动件圆柱凸轮凹槽，工作时从动件的设计运动轨迹与从动件的实际运动轨迹完全重合，所以，使用本方法加工出的圆柱凸轮，其机构在生产中完全能满足高精度产品的要求，杜绝了因运动轨迹误差而造成产品报废的现象。

本发明提供了一套切实可行的摆动从动件圆柱凸轮凹槽的加工方法，易于实现，容易掌握，解决了困扰本行业企业多年来渴望解决但一直未能妥善解决的技术难题，必将有助于相关产品的技术提升，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是现有技术的圆柱凸轮凹槽二轴联动范成法加工的干涉示意图(图中标记已在背景技术中说明)。

图2是现有技术的从动件的偏离示意图(图中标记已在背景技术中说明)。

图3是现有技术的直动从动件圆柱凸轮机构示意图。

图4是本发明方法所涉及到的摆动从动件圆柱凸轮机构的主视结构示意图。

图5是本发明方法所涉及到的摆动从动件圆柱凸轮机构的俯视结构示意图。

图6是本发明方法的摆杆支点的运动轨迹图。

图7是本发明方法的摆动从动件相对圆柱凸轮的运动过程展开示意图。

图8是本发明方法的摆杆摆角曲线示意图。

图9是本发明方法的摆杆摆角曲线的3D展开线示意图。

图10是本发明方法的从动件位移曲线示意图。

图11是本发明方法的从动件位移曲线的3D展开线示意图。

图12是本发明方法的生成加工刀路示意图。

图13是本发明方法的发生刀路偏移的示意图。

图14是本发明方法的数控程序编辑说明示意图。

图中所示：1、圆柱凸轮，2、从动件，3、刀具，4、干涉区(只在背景技术中提到)，5、摆杆，6、展开面，7、展开线，8、加工坐标，9、编程坐标。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步的详细说明，但本发明不仅局限于以下实施例(由于本实施例中的大部分标有附图标记的物件即零部件及坐标等出现的频率过高，若均加入标记则文件相反显得非常累赘，所以，所有标记均只在第一次出现时标注<背景技术中的标记也按同等方法处理>，但本实施例中的圆柱凸轮、从动件、刀具、摆杆、展开面、展开线、加工坐标、编程坐标均仅指同一物件)。

图3所示，为现有技术的直动从动件圆柱凸轮机构，可用一般的平面展开法进行数控编程及加工(本发明不作讨论)。

在图4、图5中，圆柱凸轮轴线为Z轴，圆柱凸轮轴线与摆杆摆动轴线的公垂线为X轴，Y轴根据右手法则来决定，建立笛卡儿直角坐标系如图所示。设其摆杆的摆角为ψ；摆杆长度为l；从动件半径为r；圆柱凸轮转角为φ；摆杆旋转轴到圆柱凸轮旋转轴的距离为α；圆柱凸轮外圆半径为R。当圆柱凸轮1绕Z轴按图5所示φ方向旋转时，带动摆动从动件2沿圆柱凸轮的凹槽，在摆杆5摆动的平面内，绕支点O作圆弧运动，这即是摆动从动件圆柱凸轮机构的运动过程。

依据本发明的技术解决方案，摆动从动件圆柱凸轮凹槽的加工方法的具体实施步骤为：

(1)生成圆柱凸轮机构运动关系的3D(即3维)展开

①展开摆动从动件相对圆柱凸轮的转动运动

用反转法，设圆柱凸轮不动，从动件(如滚子)、摆杆机架(所述摆杆机架由摆杆、铰接点和铰接固定点组成)绕圆柱凸轮轴以反方向转动一周，摆杆支点的运动轨迹如图6中双点划线，为一圆周。将该双点划线圆周展开成双点划线直线，令其与从动件及摆杆运动平面垂直，如图7所示，该双点划线直线方向(也即圆柱凸轮旋转的展开方向)平行于坐标的Y轴方向，摆动从动件相对圆柱凸轮旋转，并随摆杆摆动运动过程，则被展开成半径为摆杆长l(本例中长度设为100毫米)的圆柱展开面6(见图7)。

②生成运动关系的3D展开线7(见图9)

根据摆动从动件圆柱凸轮机构所实现的控制目标不同，通常可用摆杆摆角曲线或摆动从动件位移曲线来描述其运动规律，以下分别对这两种情况进行展开，摆杆摆角曲线的3D展开线或摆动从动件位移曲线的3D展开线：

a.生成摆杆摆角曲线的3D展开线

按圆柱凸轮转角与摆杆的摆角的运动关系，绘制摆杆摆角曲线，摆杆摆角曲线图以圆柱凸轮转角φ为横坐标，摆杆的摆角ψ为纵坐标；φ的范围为[0，360]单位为毫米(角度数值以毫米为单位绘制)，摆角ψ按比例2π^*l/360放大(即将角度转换为弧长)，本例中摆杆长度l为100毫米，摆角ψ的范围为[-20°，20°]，换算得范围为[-34.9，34.9]其单位为毫米，绘制的摆杆摆角曲线，凸轮的推程和回程均为匀速；如图8所示，其中推程(AB)——从动件在圆柱凸轮凹槽的推动下，由最低位置被推到最高位置，其相应的圆柱凸轮转角称为推程运动角(160°)；远休(BC)——从动件处于最高位置而静止不动的这一过程，与之相应的圆柱凸轮转角称为远休止角(40°)；回程(CD)——从动件又由最高位置回到最低位置的这一过程，相应的凸轮转角称为回程运动角(90°)；近休(DE)——从动件处于最低位置而静止不动的这一过程，相应的圆柱凸轮转角称为近休止角(70°)。

再用通用CAD软件的曲线粘贴功能，本例中运用Cimatron it软件，进入用户程序：USER→geometry→wrap.dll，将绘制的摆杆摆角曲线(平面图形)，粘贴在半径为摆杆长(100毫米)的展开圆柱面上，其φ轴沿圆柱母线(或圆柱轴线)方向，得到的3D展开线即为摆杆摆角曲线的3D展开线(见图9)，任意圆柱凸轮转角φ值，均能在该展开线上找到其对应的摆杆摆角ψ；从而确定了从动件的位置，本例中摆杆摆动轴到圆柱凸轮旋转轴的距离α为95毫米。该位置可用坐标值表示为：

$\left\{\begin{array}{c}X=95-100\cos \mathrm{\&psi;}\\ Y=\mathrm{\&phi;}\\ Z=100\sin \mathrm{\&psi;}\end{array}\right.$ ⑤

式中：φ与ψ满足圆柱凸轮转角与摆杆的摆角的运动关系。或

b.生成摆动从动件位移曲线的3D展开线

圆柱凸轮转角与摆动从动件位移之间的关系曲线，绘制摆动从动件位移曲线平面图，以圆柱凸轮转角φ为横坐标，摆杆从动件的位移S为纵坐标；φ的范围为[0，360]，单位为毫米(角度数值以毫米为单位绘制)；位移S按所给位移长绘制，单位为毫米，如图10。

再用通用CAD软件的曲线投影功能，本例中运用Cimatron it软件，在其CAD模块下，选用方向投影，将绘制的摆动从动件位移曲线(平面图形)，投影到半径为摆杆长(l为100毫米)的3D展开面上，其φ轴沿圆柱母线(或圆柱轴线)方向，得到的3D展开线即为摆动从动件位移曲线的3D展开线(见图11)，任意圆柱凸轮转角φ值，均能在该展开线上找到其对应的摆杆从动件的位移S；从而确定了从动件的位置，该位置可用坐标值表示为：

$\left\{\begin{array}{c}X=95-\sqrt{{100}^2-S^2}\\ Y=\mathrm{\&phi;}\\ Z=S\end{array}\right.$

式中：φ与S满足圆柱凸轮转角与摆动从动件位移之间的运动关系。

(2)生成加工刀路

用通用CAM软件，本例中运用Cimatron it软件，对摆动从动件运动轨迹的3D展开线进行数控编程，以铣刀的运动模拟摆动从动件的运动，完成圆柱凸轮凹槽的范成法加工。由于摆杆摆角曲线的3D展开线，和摆动从动件位移曲线的3D展开线的加工刀路生成方法及数控程序编辑完全相同，本文仅以摆杆摆角曲线的3D展开线为例进行说明。

首先必须对所得到摆杆摆角曲线的3D展开线进行旋转，将3D展开线及展开面绕展开方向(Y轴)旋转90°(见图12)，至展开面中间凸起(即沿+Z向凸起)，用三轴铣刀路的轮廓铣加工方式，选用直径为零的铣刀生成加工刀路，而不能选用与实际加工相符的立铣刀，不然会发生刀路的偏移。因为该刀路的生成是基于表面(展开面)的轮廓线(展开线)加工，见图13，MN为展开面被横截面所截的一段弧线，K为展开线在该弧线上的一个点，如图中所示，刀具3加工该点时，刀具中心P不在该点上，刀路为刀具中心的运动轨迹，故刀路发生偏移，若将刀具直径设为零，则刀路必定在展开线上。本发明的展开线即是摆动从动件的中心线的运动轨迹，因此必须要求刀具中心按展开线运动。

(3)对加工刀路进行后置处理即生成数控程序，但该刀路是由展开及变换后的从动件运动轨迹生成的，无法直接用于加工；如图14所示，实际数控加工过程中设定的加工坐标8，其X方向，与编程坐标9(其实际坐标原点与加工坐标原点重合，为便于观察，人为向下作了平移)的X方向相同；其Y方向对应编程坐标的Z方向，这二个方向的运动合成了刀具在摆杆摆动平面(加工坐标的XY平面)内的圆弧运动；另在加工坐标中未标注的绕X轴的转动A轴，即圆柱凸轮工件受数控机床控制绕其自身轴线转动的转动轴，其对应的是编程坐标中展开线的展开方向，即Y轴；故按编程坐标，沿展开线生成的X、Y、Z三轴联动加工刀路，所对应的加工坐标的数控加工程序，必须用A替换原程序中的Y；用Y替换原程序中的Z；而X不变；替换后的数控加工程序中只有X、Y、A三轴运动，不包含Z，即无进刀和退刀运动，为实现整个加工过程的数控化，必须手工加入进刀和退刀程序(换句话说，即加入了一轴运动)，完成整个四轴三联动的数控程序的编辑，即可得到用于圆柱凸轮凹槽加工的四轴数控程序如下(该程序可用于FANUC系统的数控铣床，程序编写可参见《FANUC数控编程手册》或【7】王爱玲等.现代数控编程技术及应用.国防工业出版社.2005)：

原生成数控程序：

％-

00100

G90 G80 G00 G17 G40 M23

G43 H01 Z100.0 S1000 M03

G00 X-34.615 Y0.0 Z100.0 M09

Z1.0

G01 Z-0.473 F150

X-34.55 Y4.609 Z-0.456 F500

X-34.431 Y9.217 Z-0.424

…

X-34.544 Y340.446 Z-0.454 F250

X-34.576 Y350.207 Z-0.463

X-34.615 Y360.000 Z-0.473

G00 Z54.104

M30

％

编辑后数控程序(其中Z均为手工加入的进、退刀)：

％

O0100

G90 G54 G00

Z100.0 S1000 M03

G00 X-34.615 Y-0.473 A0.0 Z100.0 M08

Z1.0

G01 Z-12.0 F150

X-34.55 A4.609 Y-0.456 F500

X-34.431 A9.217 Y-0.424

…

X-34.576 A350.207 Y-0.463

X-34.615 A360.000 Y-0.473

G00 Z100.0

M30

％

(4)加工圆柱凸轮工件

选用四轴数控铣床或四轴加工中心，其第四轴必须为A轴，进行圆柱凸轮工件的数控加工。设定加工坐标：在装夹圆柱凸轮工件后，将X坐标加工零点设在圆柱凸轮工件两端面之间的中点处(根据编程位置设定)；Y坐标加工零点设在工件旋转轴上；Z坐标加工零点设在工件最高点；A坐标加工零点可不设定，使用机床默认零点。执行编辑后的数控程序，即可加工完成符合摆动从动件运动轨迹要求的圆柱凸轮凹槽。

Claims (1)

1、一种摆动从动件圆柱凸轮凹槽的加工方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(1)生成圆柱凸轮机构运动关系的3D展开线

①分解摆动从动件圆柱凸轮机构的运动过程

圆柱凸轮转动，带动摆动从动件沿圆柱凸轮凹槽运动，而从动件在摆杆摆动的平面内作的圆弧运动，可分解为该平面二个相互垂直的直线运动，故摆动从动件圆柱凸轮机构的运动是：圆柱凸轮的转动和从动件的二个直线移动的合成，也即是一个3D运动；

②展开摆动从动件相对圆柱凸轮的转动运动

用反转法将摆动从动件圆柱凸轮机构中的圆柱凸轮转动运动进行展开，设圆柱凸轮不动，从动件及摆杆机架绕圆柱凸轮轴以反方向转动一周，将该圆周展开成直线，而从动件作的圆弧运动不变，则摆动从动件圆柱凸轮机构的运动被展开在以摆杆长l为半径的圆柱面上，该圆柱面即为机构运动的3D展开面；并建立以圆柱凸轮轴线为Z轴，运动展开方向为Y轴，X轴根据右手法则来决定的笛卡儿直角坐标系；

③生成运动关系的3D展开线

根据摆动从动件圆柱凸轮机构所实现的控制目标不同，用摆杆摆角曲线或摆动从动件位移曲线来生成3D展开线：

a.生成摆杆摆角曲线的3D展开线

摆杆摆角与圆柱凸轮转角之间的关系曲线，可用一般的函数关系式表示为：

ψ＝f(φ)    ①

式中：ψ为摆杆的摆角，单位为度；φ为圆柱凸轮转角，单位为度；

先绘制摆杆摆角曲线平面图，以圆柱凸轮转角φ为横坐标，摆杆的摆角ψ为纵坐标；φ的范围为[0，360]，单位为毫米；摆角ψ按比例2π*l/360放大，l为摆杆长，单位为毫米；

再用通用CAD软件的曲线粘贴功能，将绘制的摆角曲线，粘贴到半径为l的圆柱面上，其φ轴沿圆柱母线方向，得到的3D曲线即为摆杆摆角曲线的3D展开线，圆柱凸轮转角φ值，均能在该展开线上找到其对应的摆杆摆角ψ；从而确定了从动件的位置，该3D展开线上任意一点的坐标值可表示为：

$\left\{\begin{array}{c}X=a-l\&times;\cos \mathrm{\&psi;}\\ Y=\mathrm{\&phi;}\\ Z=l\&times;\sin \mathrm{\&psi;}\end{array}\right.$ ②

式中：ψ为摆杆的摆角；l为摆杆长度；φ为圆柱凸轮转角；α为摆杆摆动轴到圆柱凸轮旋转轴的距离；或

b.生成摆动从动件位移曲线的3D展开线

摆动从动件位移与圆柱凸轮转角之间的关系曲线，可用一般的函数关系式表示为：

S＝f(φ)    ③

式中：S为摆杆从动件的位移，单位为毫米；φ为圆柱凸轮转角，单位为度；

先绘制摆动从动件位移曲线平面图，以圆柱凸轮转角φ为横坐标，摆杆从动件的位移S为纵坐标；φ的范围为[0，360]，单位为毫米；位移S按所给长度绘制，单位为毫米。

再用通用CAD软件的曲线投影功能，将绘制的摆动从动件位移曲线，投影到半径为l的圆柱面上，其φ轴沿圆柱母线方向，得到的3D曲线即为摆动从动件位移曲线的3D展开线，该3D展开线上任意一点的坐标值可表示为：

$\left\{\begin{array}{c}X=a-\sqrt{l^2-S^2}\\ Y=\mathrm{\&phi;}\\ Z=S\end{array}\right.$ ④

式中：S为从动件的位移；l为摆杆长度；φ为圆柱凸轮转角；α为摆杆摆动轴到圆柱凸轮旋转轴的距离；

(2)生成3D展开线的数控刀路

用通用CAM软件，对摆动从动件运动轨迹的3D展开线进行数控编程，首先必须对所得到的3D展开线进行旋转，将3D展开线及展开面绕展开方向旋转90°，至展开面中间凸起向上，用三轴铣刀路的轮廓铣加工方式，选用直径为零的铣刀生成加工刀路；

(3)编辑数控程序

对生成的加工刀路进行后置处理，得到三轴数控程序，并对其进行编辑，用A替换该程序中的Y，用Y替换该程序中的Z，X不变；并手工加入Z向的进、退刀，即可得到用于圆柱凸轮凹槽加工的四轴数控程序；

(4)加工圆柱凸轮工件

选用四轴数控铣床或四轴加工中心，其第四轴必须为A轴，进行圆柱凸轮工件的数控加工，即可加工出符合摆动从动件运动规律要求的圆柱凸轮凹槽。

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