CN106180835A - 一种复杂异形轴的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂异形轴的加工方法,包括如下步骤：①利用UG建立三维模型；②制定复杂异形轴的工艺路线和轮廓加工的走刀路线；③数控机床和刀具的确定；④创建复杂异形轴加工程序；⑤复杂异形轴的加工。本发明实现一次装夹定位工件，完成所有的机加工，减小工件在多次装夹中产生的定位误差积累，同时加工中都是采用同一基准对刀，保证基准统一，保证了异形轴上的凸轮这一关键部位的同轴度，保证了各个凸轮的轮廓尺寸精度要求，也使各凸轮间具有较高的相互位置精度。本发明配合送料机进行加工，实现不间断、连续加工多个零件，提高加工效率，降低人工成本，操作更为方便。

Description

一种复杂异形轴的加工方法

技术领域

本发明涉及一种复杂异形轴的加工方法，特别是一种具有多个不同凸轮轮廓的小尺寸异形轴加工方法。

背景技术

普通的凸轮轴一般是一根细长轴，在轴体上按一定的规律布置了若干个凸轮和轴颈，凸轮具有复杂的几何轮廓曲线，同时各个凸轮之间又有严格的位置关系。传统的凸轮轴都是供汽车或摩托车使用的大凸轮轴（其最大轴径至少是45mm以上），传统的凸轮轴有整体式和组装式两种制造方法。整体式凸轮轴制造，一般根据凸轮轴的材质，选择采用整体铸造或锻造凸轮轴毛坯，然后辅以大量的后续切削加工与处理。以锻造凸轮轴为例，目前国内一般整体式凸轮轴的主要加工

流程为：整体锻造毛坯→正火→粗车轴颈→粗磨轴颈→车端面中心孔→铣键槽→靠模车凸轮→粗磨凸轮→钻主油道、轴颈孔→渗碳淬火→整体校直→半精磨轴颈→精磨主轴→精磨凸轮→清洗→检测。组装式凸轮轴制造，是通过改变结构和制造方法而实现的，即将凸轮轴分成凸轮、心轴、轴颈等若干个可装配件，分别进行材料优化及精益加工，再组装成整体凸轮轴的新型组合设计与现代制造模式。（“凸轮轴制造技术研究综述”《机械研究与应用》2013.1）

以上的凸轮轴加工方法主要应用在汽车或摩托车用的大的凸轮轴，如果需要加工制造一些轴径更小的凸轮轴，显然，采用大凸轮轴的制造方法来制造小凸轮轴是可行的，但会使得加工工序更复杂，加工成本过高。

参考专利文件1《一种凸轮轴数控磨削加工方法》（专利公开号102049719A）利用计算机的数控程序控制磨床中作为X轴的砂轮架的横向进给系统和作为C轴的头架的旋转系统，能自动生成对砂轮架位移控制的数控加工子程序和头架转速控制的子程序，磨削精度高，无明显的波纹和振纹现象。参考专利文件2《新型凸轮轴加工工艺》（专利公开号102189376A）采用数控车铣加工和CBN高速随动磨削加工，能确保法兰端面相对于公共轴线的垂直度，而且能很好的保证凸轮轴的全长尺寸。参考专利文件3《三坐标数控中心加工凸轮的方法》（专利公开号102615319A）创建定义设置FANUC系统用后置处理文件，提

供了凸轮形面数控加工技术和刀具选择，通过创建凸轮加工程序来加工。3个专利文件都对本发明专利提供了有益参考，但仍旧不能解决本公司产品具有多个不同轮廓的凸轮结构的小尺寸异形轴加工难，效率低，加工成本高的难题。

发明内容

为了解决上述技术背景中的不足之处，本发明的目的是提供一种复杂异形轴的加工方法。本发明是一种运用车铣复合走心机来加工高精度异形轴的方法，主要针对的小尺寸、不同轮廓凸轮的异形轴加工。

本发明的技术解决方案是：本发明复杂异形轴的加工方法,包括有如下步骤：

①利用UG建立三维模型；

②制定复杂异形轴的工艺路线和轮廓加工的走刀路线；

③数控机床和刀具的确定；

④创建复杂异形轴加工程序；

⑤复杂异形轴的加工。

本发明一种复杂异形轴的加工方法，可以实现一次装夹定位工件，完成所有的机加工，减小工件在多次装夹中产生的定位误差积累，

同时加工中都是采用同一基准对刀，保证基准统一，很好地保证了异形轴上的凸轮这一关键部位的同轴度，保证了各个凸轮的轮廓尺寸精度要求，同时也使得各凸轮间具有较高的相互位置精度。本发明配合送料机进行加工，可以实现不间断、连续加工多个零件，大大提高了加工效率，降低了人工成本。

附图说明

图1为复杂异形轴三维线框图；

图2 为N条轮廓曲线示意图；

图3 为轮廓曲线划分成N个点示意图；

图4 为球头铣刀与凸轮配合示意图。

具体实施方式

对于具有多个不同凸轮轮廓结构的复杂异形轴，其加工难点在于不同凸轮的轮廓加工。

本发明复杂异形轴的加工方法,包括有如下步骤：

①利用UG建立三维模型；

②制定复杂异形轴的工艺路线和轮廓加工的走刀路线；

③数控机床和刀具的确定；

④创建复杂异形轴加工程序；

⑤复杂异形轴的加工。

所述的制定异形轴的工艺路线和凸轮加工的走刀路线过程为：

1）先制定整个异形轴的加工工艺路线；

2）再按照以下方法制定凸轮加工的走刀路线：将凸轮沿异形轴轴向的宽度方向分成N条凸轮外廓曲线进行加工，在加工单独的每条凸轮外廓曲线时，将凸轮外廓曲线沿周向分成N个等分点，C轴每次转动360/N^o，对应的铣刀尖部根据凸轮外廓沿X方向移动相应的位移配合完成弧段的加工，然后C轴再转动360/N^o，继续下一个弧段的加工，直到整个外廓曲线加工完毕。

所述数值N的确定方法是：一个凸轮的宽度为5mm，而两条曲线轮廓的间距仅为0.15mm，则该凸轮分成5/0.15=33条凸轮轮廓线。

所述在加工单独的每条凸轮外廓曲线时，将凸轮外廓曲线沿周向分成N个等分点的方法是：每个0.5^o一个点，则整个轮廓线上有720个点。

所述的数控机床和刀具的确定方法是：根据异形轴上的最大凸轮外廓直径选择某一规格的车铣复合走心机，并根据异形轴上凸轮凹坑处R值确定球头铣刀的大小，球头铣刀的R值要确保小于凹坑处R值；

所述的创建异形轴加工程序的方法是：完成车床和刀具位移坐标值计算，创建适合与车铣复合走心机使用的加工异形轴的数控加工程序。

所述程序由一个主程序和5个调用子程序组成，主程序是用来加工非凸轮段的型面，同时在加工凸轮时负责调用对应的子程序。5个调用子程序是分别加工5个凸轮的程序。

以一个凸轮的加工为例，将凸轮沿异形轴轴向的宽度方向分成N条轮廓曲线（如图2），针对单条轮廓曲线一条条进行加工。在加工单条轮廓曲线时，将轮廓曲线划分成N个点（即轮廓曲线看成是由无数个点组成的，如图3），逐个点进行加工。采用铣刀的尖部切削棒料，实现铣刀与棒料的点接触加工。

依据车铣复合走心机在加工细长轴类（直径不超过30mm）零件方面的巨大优势，决定采用走心机加工

本发明高精度复杂异形轴加工方法具体过程为：

1.利用UG建立三维模型

根据异形轴的二维图纸，在UG中建立异形轴的三维模型。

2.制定异形轴的工艺路线和凸轮加工的走刀路线

根据异形轴的特点确定该异形轴的工艺路线（以具有五个凸轮的

异形轴为例）：铣孔→车轴端面→车第1段轴→铣第1凸轮→车第2段轴→铣第2凸轮→车第3段轴→铣第3凸轮→车第4段轴→铣第4凸轮→车第5段轴→铣第5凸轮→车第6段轴→铣倒角

走刀路线：对于凸轮的加工，将凸轮沿异形轴轴向的宽度方向分成N条轮廓曲线进行加工（数值N的确定方法举例：假设一个凸轮的宽度为5mm，而两条曲线轮廓的间距仅为0.15mm，则该凸轮分成5/0.15=33条轮廓线）。在加工单独的每条轮廓曲线时，将轮廓曲线沿周向分成N个等分点（例如：每个0.5^o一个点，则整个轮廓线上有720个点），C轴每次转动（360/N）^o，对应的铣刀尖部（铣刀一直在高速旋转）根据凸轮轮廓沿X方向移动相应的位移配合完成弧段的加工，然后C轴再转动360/N）^o，继续下一个弧段的加工，直到整个轮廓线加工完毕。

3.数控机床和刀具的确定

根据异形轴上的最大的凸轮外廓直径选择某一规格的车铣复合走心机（目前走心机上加工棒材的最大直径约30mm），并根据异形轴上凸轮凹坑处R值确定球头铣刀的大小，球头铣刀的R值要确保小于凹坑处R值（如图4）。

4.制定异形轴加工程序

完成车床和刀具位移坐标值计算，制定适合与车铣复合走心机使用的加工异形轴的数控加工程序。程序主要由一个主程序和5个调用

子程序（分别加工5个凸轮的程序）组成。主程序主要是用来加工非凸轮段的型面，同时在加工凸轮时负责调用对应的子程序。加工凸轮的圆弧铣刀直径φ4mm，小于凸轮凹点处R。

5.异形轴的加工

依据以上程序选择某款走心机——装上已选的球头铣刀——在走心机上输入整个异形轴的加工程序——在送料机上装上2.5m长的圆形棒料——启动开始加工。

本发明的方法可以自动、高效的制造高精度的具有多个不同轮廓的小尺寸凸轮结构的异形轴。其一，一次装夹，完全加工，无需粗加工，防止了重复装夹导致的误差积累；其二，主要针对尺寸较小的异形轴，加工出来的轴表面精度高（表面粗糙度可达Ra0.8），轮廓度好；其三，对于异形轴上存在凹坑的凸轮也可以进行加工。

异形轴轮廓加工子程序部分代码如下：

%

O8901

G1X17.234C0.0F500

C0.014F1800

X17.224C0.730

X17.216C1.445

X17.206C2.161

X17.196C2.877

X17.188C3.594

X17.178C4.311

X17.170C5.028

X17.160C5.746

X17.076C12.296

X17.068C13.032

程序代码围绕本加工方法的核心思想，采取足够多的点对轮廓进行加工，保证了零件的加工精度。

本发明的方法，利用车床和刀具位移坐标值计算，创建适合与车铣复合走心机使用的加工具有多个不同轮廓凸轮的异形轴的数控加工程序，而且车铣复合走心机在加工大批量细长类零件时，具有可一次装填棒料、加工精度高、自动化程度高、相对于数控加工中心成本低等诸多优势，目前还没有专门介绍在车铣复合走心机上加工具有多个凸轮的且直径小于30mm的细小轴类的方法。

本发明是一种可以实现包括多个不同轮廓的凸轮结构的小尺寸的复杂异形轴的加工方法，解决了现有技术的不足，即传统车铣加工过程需多次装夹，导致误差积累，且加工时间长，合格率低，成本过高。本发明具有如下特点：一、走刀路线：将凸轮沿复杂异形轴轴向的宽度方向分成N条凸轮轮廓曲线进行加工，在加工单独的每条凸轮轮廓曲线时，将凸轮轮廓曲线沿周向分成N个等分点，对应球形铣刀尖部根据凸轮轮廓沿径向方向移动相应的位移配合完成弧段的加工，然后主轴再旋转，继续下一个弧形段的加工，直到整个轮廓曲线加工完毕。二、机床与刀具：根据异形轴上的最大凸轮外廓直径选择某一规格的车铣复合走心机，并根据异形轴上凸轮凹坑处R值确定球头铣刀的大小，球头铣刀的R值要确保小于凹坑处R值。三、完成车床和刀具位移坐标值计算，创建适合与车铣复合走心机使用的加工异形轴的数控加工程序。本发明方法与现有技术相比，操作更为方便，合格率由原来的60%提升到98%，加工速度由原来的 25件/班提升到40件/班，成本大大降低。

Claims (8)

1.一种复杂异形轴的加工方法,其特征在于包括有如下步骤：

①利用UG建立三维模型；

②制定复杂异形轴的工艺路线和轮廓加工的走刀路线；

③数控机床和刀具的确定；

④创建复杂异形轴加工程序；

⑤复杂异形轴的加工。

2.根据权利要求1所述的复杂异形轴的加工方法，其特征在于：所述的制定异形轴的工艺路线和凸轮加工的走刀路线过程为：

1）先制定整个异形轴的加工工艺路线；

2）再按照以下方法制定凸轮加工的走刀路线：将凸轮沿异形轴轴向的宽度方向分成N条凸轮外廓曲线进行加工，在加工单独的每条凸轮外廓曲线时，将凸轮外廓曲线沿周向分成N个等分点，C轴每次转动360/N^o，对应的铣刀尖部根据凸轮外廓沿X方向移动相应的位移配合完成弧段的加工，然后C轴再转动360/N^o，继续下一个弧段的加工，直到整个外廓曲线加工完毕。

3.根据权利要求1所述的复杂异形轴的加工方法，其特征在于：所述数值N的确定方法是：一个凸轮的宽度为5mm，而两条曲线轮廓的间距仅为0.15mm，则该凸轮分成5/0.15=33条凸轮轮廓线。

4.根据权利要求1所述的复杂异形轴的加工方法，其特征在于：所述在加工单独的每条凸轮外廓曲线时，将凸轮外廓曲线沿周向分成N个等分点的方法是：每个0.5^o一个点，则整个轮廓线上有720个点。

5.根据权利要求1所述的复杂异形轴的加工方法，其特征在于：所述的数控机床和刀具的确定方法是：根据异形轴上的最大凸轮外廓直径选择某一规格的车铣复合走心机，并根据异形轴上凸轮凹坑处R值确定球头铣刀的大小，球头铣刀的R值要确保小于凹坑处R值。

6.根据权利要求1至5任一项所述的复杂异形轴的加工方法，其特征在于：所述的创建异形轴加工程序的方法是：完成车床和刀具位移坐标值计算，创建适合与车铣复合走心机使用的加工异形轴的数控加工程序。

7.根据权利要求6所述的复杂异形轴的加工方法，其特征在于：所述程序由一个主程序和5个调用子程序组成，主程序是用来加工非凸轮段的型面，同时在加工凸轮时负责调用对应的子程序。

8.根据权利要求6所述的复杂异形轴的加工方法，其特征在于： 5个调用子程序是分别加工5个凸轮的程序。