变焦凸轮的数控加工

河南平原光电有限公司 （焦作 454001） 李红义 浮德民

变焦凸轮是光学元器件上用于实现焦距变化的重要部件，在工作中经常会遇到变焦凸轮零件的加工，但实际生产中经常由于曲线槽的加工存在凸轮曲线不够平滑，造成变倍与补偿组不同步，从而使变焦距系统出现光轴跳动较大，严重影响仪器的精度。我们通过长时间的实践和摸索，采用优化加工程序和改良加工方法很好地解决了上述问题。现以如图1和附表所示实例零件，加以说明。技术要求为：尺寸L1、L2分别为φ4H7圆心的横向尺寸，公差为±0.01mm；A、B两槽相对应的两个φ4H7中心线与基准A的平行度为0.02mm，每个φ4H7的中心线与基准A的正交性为0.02mm。

图1

参数方程表

1.三维建模

（1）在UG的CAD模块中先按图样画出平面图，然后用旋转命令建立实体。

（2）用UG绘制参数方程，这一过程一般需要两个步骤：把曲线的方程输入到Expression（表达式）中；根据已输入的表达式，利用Law Curve（规律曲线）绘制参数方程曲线。

通过图1推算曲线方程为

方程中参数的定义如下：

先将这些表达式输入UG的Expression（表达式）中，然后用Law Curve（规律曲线）绘制出参数方程曲线；再用曲面已扫掠命令绘出曲面，用曲面加厚变成实体，用实体和已画出的筒进行布尔运算切出两个螺旋槽，再倒下圆角；至此，三维图已绘制好了（见图2）。

图2

2.工艺分析和加工思路

本零件整体结构属于薄壁筒形零件，其曲线槽和内、外径尺寸属重要尺寸，粗车和粗铣工序为的是去除余量，释放应力；时效处理主要是稳定组织，消除应力；精加工保证图样精度要求，配做专用心轴定位为的是消除零件径向变形、方便零件装夹与定位。根据零件的材料、结构、技术要求，制订工艺路线：粗车内、外径留1mm，端面留0.3mm→粗铣两曲线凹槽宽度成3mm→时效处理→精车外螺纹及端面→螺纹及端面定位，精车外径及内孔→精铣曲线槽。

3.编制数控程序

粗车和精车程序比较简单，这里就不再赘述。现在主要介绍两个螺旋槽在卧式加工中心上加工的编程过程。

编程有两种方法：

（1）用UG软件进行三维建模，方法如下：

进入UG建模模块，将零件的毛坯的三维绘制出来，以方便模拟使用；然后再进入UG编程模块，在几何视图中的G54下的WORKPIECE_G54中指定部件和毛坯，而后在程序顺序视图中建立四个变轴操作分别命名为：

在这四步操作中分别设置驱动方式和刀轴选项的设置如图3所示。

在SEMI_ VARIABLE_MILL_SLOT1和FIN_VARIABLE_MILL_ SLOT1中，选择曲线一为驱动曲线，分两步操作：选曲线二为驱动曲线，其次刀轴选离开直线选项，直线就选择三维筒的中心轴线。而后在这四步中分别设置非切削的逼近、进刀、退刀和分离为手工→刀轴→距离。逼近和分离分别设为20mm，进刀和退刀分别设为5mm。其中曲线一、曲线二和加工坐标系的方向如图4所示。

在驱动方式菜单下要合理地选择切削步长参数，可以按照零件精度选择切削步长数量或是切削精度大小，如图5所示。

图3

图4

图5

如果选项中数字项太小，步长将会加大，造成曲线插补不平滑，应根据机床工作台分度精度确定好数字，保证曲线平滑。

设置完刀具和切削参数，然后就可以生成操作步骤，生成刀轨，而后进行2D模拟，最后选择合适的多轴后处理文件就可以生成程序了。

（2）手工编制宏程序。宏程序法：是指用变量编程的方法，在数控装置内自动计算凸轮上每一个点的坐标，并实现自动进给，最终加工出凸轮轮廓线。这种方法的优点是：程序体积小，运行效率高，适应范围广，加工精度很容易得到控制，不同的凸轮只需修改几个参数的数值，基本可以做到一劳永逸。缺点是：需要一个通用程序，对编制宏程序人员的技能要求高。

程序及说明如下：

4.结语

通过长时间的实践和试验，找出了合适的切削参数，设计了专用的工装夹具，优化了工艺过程和数控程序；从而保证了此零件的加工质量，提高了加工效率，降低了工人的劳动强度；故愿和大家分享一下经验，为同类的零件加工提供有现实依据的参考。