凸輪活塞式汽車發動機是一（yī）種具（jù）有良（liáng）好（hǎo）發展前景的新（xīn）型內燃機,通過活塞-凸輪機構,可以把活塞的往複移動轉化為凸輪的等速轉動。其中,等速圓柱凸輪是凸輪活塞式汽車發動機的核心零件。長期以來,等速圓柱凸輪曲麵輪（lún）廓的製（zhì）造（zào）采用劃線的方法,在毛坯上通過樣板劃線,然後進行找正加工。這種（zhǒng）方法加工精度低,加工周期長,難以滿足（zú）實（shí）用要求。隨著數控技術的發展,尤其是自動編程技術的應用,複雜曲麵的（de）加工逐步得到解決。對於汽車發（fā）動機等速圓（yuán）柱凸（tū）輪,筆者采用PowerMILL軟件進行自動編程加工,取得了良好的（de）效果。

      PowerMILL軟件是英國（guó）DELCAM公司開發的一款獨立的3D加（jiā）工軟件,它可以由輸入的模型快速產生（shēng）無過切的刀具路徑,提（tí）供了從粗加工到精加工的全（quán）部選（xuǎn）項,加工策略豐富,專業性強,自（zì）動化程度高,刀（dāo）具（jù）軌跡計（jì）算速度快,對（duì）生成的加（jiā）工軌跡可以進行（háng）仿真（zhēn）校驗,確保（bǎo）自動（dòng）編製程（chéng）度準確無誤。特別適合等速圓柱凸輪的曲（qǔ）麵輪廓加工。

      1     等速圓（yuán）柱凸輪曲線數學模型的建立

      圖1所（suǒ）示（shì）為等速圓柱凸（tū）輪曲線,圓柱凸輪的主要（yào）技術（shù）參數要求推程和回程均為等速（sù）運動,為了（le）減少剛性衝擊和柔性衝擊,過渡曲（qǔ）線采用正弦（xián）運動曲線,以適應高速輕載場合。圓柱凸輪最大外圓半徑r為100mm,推杆升程為90mm。推程先為（wéi）正弦運動（dòng）曲線（xiàn）,過渡區間為0~36;然後進入等（děng）速運動階段,等速區間為36~1764;接著（zhe）再進入正弦運動曲線,過渡區間為1764~180。回程曲線規（guī）律則對稱安排。

      按照外徑將凸輪輪（lún）廓自與X軸正半軸交點位置逆時針展開,如圖2所（suǒ）示。如果為展開角,t為展開度,則:t=/180。

      2     數控加（jiā）工的工藝（yì）安（ān）排

      汽車發動機等速圓柱凸輪（lún）材（cái）料選用40Cr,毛坯尺寸（cùn）為201mm,外圓直徑為200mm,內孔直徑為40mm,鍵槽均已完成加工,有關工（gōng）藝安排為:1)3D模型的建立。用UG軟（ruǎn）件構建汽車發動機等速圓柱凸輪的3D模型,如圖3所示。2)加工（gōng）坐標係的確（què）定。以毛（máo）坯下表麵圓心為坐標係原點建立工件坐標係。3)數控（kòng）加工工序的安排。加工工序一般可分為:局部粗加工預清角粗加工粗清角半精加工（gōng）小刀（dāo）粗（cū）清角精加工精清角。本例加工工序采用粗加工半（bàn）精（jīng）加工精加工。4)刀具的選（xuǎn）擇。按照適用、經濟和安（ān）全的原則,對應不同（tóng）加工工（gōng）序,各（gè）選一把銑刀。粗加工選用直（zhí）徑為25mm鍵槽銑刀,半精加工選用直徑為30mm球頭銑刀,精加工選用直徑為18mm的球頭精銑刀。5)工件的定位與夾緊。由於研製階段該件為單件小批生（shēng）產（chǎn）,故以外圓柱表麵和鍵槽側麵作為定位基準（zhǔn）麵（miàn）,采用三爪卡盤自定心夾緊。繞Z軸旋轉自由度,采用直接找正（zhèng）法測量鍵槽側（cè）麵。

       3  不同加工工序中加工策略選擇及（jí）參數設置

      3.1粗加工（gōng）工序

      粗加工（gōng）主要任務是切除加工表麵上的大部分餘量,使毛坯的形狀和尺寸盡量接近成品。加（jiā）工精度要求不高,切削用量、切削力（lì）較大。加工策略使用最佳等高、三維偏置或平行加工方式。本例中粗加（jiā）工采（cǎi）用最佳等高（gāo）加工方（fāng）式,粗加工參數設置如圖4所示。

      3.2半精加工工序

      半精加工（gōng）介於粗加工和精加工之（zhī）間,目的是（shì）為凸輪輪廓曲麵（miàn）的精加工做好必要（yào）的精度和餘量準備,便於精加工時采用較小的（de）切削量和較高的切削速度。加工策（cè）略使用最佳等高、三維偏置或平行加工方式。本例中半（bàn）精（jīng）加工采用最佳等（děng）高策略（luè）。選擇行距為1mm,公差為01mm,加工餘量為05mm。

      3.3精加工工序

      精加工是實現等速圓柱凸輪加工最關鍵的一步。加工完畢後（hòu）僅（jǐn）留01mm的油石打磨餘量。表麵要求沒有明顯刀痕,Ra32m以下。編程思（sī）路要求密化走刀軌跡,刀軌要盡可能光（guāng）順,采用平行加工策略（luè）,選擇刀具直（zhí）徑為9mm;主軸切削轉速要求高,選擇轉（zhuǎn）速為3000r/min;進給速度要求小,選擇其值為150mm/min;選擇行距為05mm,公差為01mm,精加工刀具路徑界麵如圖5所（suǒ）示。

      4     刀具路徑檢驗

      該軟件具有可視化的加工仿真模擬（nǐ）功能,可以直觀查看（kàn）產生的刀具路徑在（zài）實際情況（kuàng）下如何進行加（jiā）工,檢查過切、碰撞和加工質量等切削情況（kuàng）。仿真時係統將（jiāng）以可控的速度（dù）動（dòng）態模擬完整的（de）加工切削過程（chéng）,便於編（biān）程人員檢查加工（gōng）過程的合理性（xìng）與正確（què）性。圖6為刀具路徑檢驗仿真圖。

      5     加工程序的生成

      產生完一係列刀具路（lù）徑（jìng）,檢查確定無誤之後,需要將這些刀具路徑按其（qí）在CNC機床中的加（jiā）工順（shùn）序（xù）排列,然後通過PowerMILL提供的後處理模塊經自動處理後即可快速地產生（shēng）機床NC代碼文件。

      精加工程序（xù）清單如（rú）下:

      6    結語

      對（duì）複雜曲麵（miàn）的（de）數控加工,PowerMILL提供了豐富的加（jiā）工策（cè）略,具有計算速度快,絕對安全的防護措施,強大的後編輯功能,是一款非常適合複雜曲麵製造的CAM軟（ruǎn）件。在應用CAD/CAM軟件過程中,優化的數學模型將大大簡化加工程序,並且可以實現精確加工。合理的加工（gōng）方案和切削（xuē）參數對於最終加工出高質量（liàng）、高精度的製品同（tóng）樣（yàng）起著關鍵的（de）作用,為此,數控編程人員不僅要熟練地應用CAD/CAM軟件,而且要有深厚的數學功底和豐富的實際加工經驗（yàn）。