要求完成一個底座和一個凸輪軸的數(shù)控加工，再把兩個零件裝配起來，競賽總時間6h。凸輪軸是整個組件中最復雜，加工精度、形位公差、表面質(zhì)量等要求最高的零件，涉及到多個復雜曲面的加工，用自動編程軟件編程，要經(jīng)歷三維造型、刀具軌跡生成、加工仿真、后置處理和程序優(yōu)化等過程，花費時間較長，生成的程序上萬段，檢查和修改困難，加工過程中一旦刀具出問題，可能要重頭生成程序。筆者作為教師組參賽選手，利用華中世紀星HNC-21M數(shù)控系統(tǒng)提供的宏程序和刀具補償功能進行編程，在配有華中數(shù)控系統(tǒng)的大連機床廠生產(chǎn)的數(shù)控銑床上成功地完成了粗、精加工該零件的復雜曲面加工。

1 數(shù)控加工工藝

　　(1)圖樣分析。競賽現(xiàn)場提供的零件毛坯是一個帶臺階和內(nèi)孔的圓柱體，外徑120 mm，總長115 mm，臺階外徑85 mm，高13 mm，內(nèi)孔20 mm。凸輪軸的主要構成要素包括多段圓弧相切構成的凸輪柱面1、橢圓面2和12、雙曲面5、阿基米德螺旋線面8、圓錐面9、圓環(huán)面10、凹半球面11、六方形6以及圓柱面3、4、7、13，各構成要素尺寸公差為O．05 Bin，形狀位置精度允差<0．05 mm，表面粗糙度Ra3.2 m，工件材料45鋼。

　　(2)工藝方案。為保證加工精度和表面質(zhì)量，采用先粗加工后精加工的方法，先將外周方銑至圖要求，再分別作各曲面至圖要求；為防止加工產(chǎn)生的熱變形，粗、精加工均采用切削液冷卻。

2 主要曲面的數(shù)控加工

　　粗、精加工的裝夾定位方式和加工路線基本相同，粗、精加工程序差別不大，只是刀具和背吃刀量、轉(zhuǎn)速和進給率等切削要素有所不同。下面以精加工為例說明，因篇幅所限，阿基米德螺旋面、凹半球面、雙曲面將不列出加工程序。

　　(1)凸輪柱面、六方形和圓柱面7作圖比計算切點、交點等關鍵點更快，用CAXA2008制造工程師生成程序后，直接用機床在線加工方式(DNC)進行加工，同時進行其他曲面的加工編程，可節(jié)約不少時間。

　　(2)橢圓面2和圓柱面3、4合在一個工序里加工。根據(jù)圖紙確定橢圓的參數(shù)方程為X=30cos，y=26sin，設定變量如表1所示，以橢圓中心為編程零點編制宏程序，選擇14 mm鎢鋼四刃立銑刀進行精加工。橢圓面12和圓柱面13加工方法與此完全一樣。

　　本處使用宏程序編程，程序簡單，共計38段，檢查修改方便，若采用自動編程，程序上千段，檢查修改不便，易出錯。

　　(3)加工完橢圓面12和圓柱面13后，定位方式不變，開始加工凹半球面11。因凹半球半徑僅為5.2mm，不再進行粗加工，用&Phi;3mm中心鉆引孔，減少加工量，消除球頭銑刀尖阻力。以凹半球中心為編程零點編制宏程序，用R3 mm鎢鋼球頭銑刀加工至圖要求。

　　(4)阿基米德螺旋線面8槽寬為6 mm，深為5mm，不進行粗加工。根據(jù)圖紙確定阿基米德螺旋線的參數(shù)方程為X=(18+13(-0)／360)cosa，Y=(18+13(-0)／360)sin。以螺旋線基圓中心為編程零點編制宏程序，用&Phi;6 mm鎢鋼鍵槽銑刀加工至圖要求。

　　(5)加工完阿基米德螺旋線面后，定位方式不變，開始加工圓錐面9和圓環(huán)面10。根據(jù)圖紙作相關的刀尖軌跡計算圖如圖3所示。可計算出圓環(huán)面上任意一點A的坐標關系為XA=6.799-cos，ZA=sin-1；圓錐面上任意一點曰的坐標關系為XB=5.801-(Z-0.95)tan3。

3 結語

　　利用華中世紀星HNC-21M數(shù)控系統(tǒng)提供的宏程序功能，對凸輪軸零件的各主要曲面進行了加工編程，程序簡單，檢查修改方便，節(jié)約了時間，不到4 h就圓滿完成了整個零件的加工，使筆者能在余下的2 h里從容地進行底座零件的加工和組件的裝配工作。同時參賽使用編程軟件的選手，到競賽時間結束時，零件的一半都沒加工完成，筆者因此奪得數(shù)控銑加工競賽教師組第一名，筆者指導的兩個學生，也分別獲得數(shù)控銑加工競賽學生組第一、二名。在自動編程軟件日益盛行的今天，對滿足函數(shù)關系的零件曲面編程，從時間、效率以及程序優(yōu)化等方面看，宏程序仍有其優(yōu)越性。