0 引言

　　圓柱凸輪機構是一種在機械工程中應用廣泛的傳動機構，其結構緊湊，又有良好的動力學性能，其中圓柱凸輪是一種具有等寬凸輪槽的構件，一般多為主動件。在設計凸輪機構時，必須根據(jù)從動件運動的要求設計出適當?shù)膱A柱凸輪槽曲線，才能確保從動件實現(xiàn)設計要求的運動規(guī)律。為了保證圓柱滾子從動件在凸輪槽中能夠始終平穩(wěn)運動，在利用四軸加工中心加工圓柱凸輪時，應使凸輪槽的工作表面始終保持嚴格平行，并且凸輪槽中任何位置的寬度要相等。本文以低速運動的送料機構為例，采用近似方法，將圓柱凸輪展開，提出了基于CAXA的圓柱凸輪溝槽設計與加工方法。

1 確定參數(shù)

　　在某送料機構中，利用圓柱凸輪機構完成往復送料工作，圓柱凸輪做等角速度旋轉運動，送料盒做往復直線運動。送料盒行程為120mm，往復一次為一個周期，每個周期為12秒，其中送料盒在上極限位置停留2秒，下極限位置停留2秒。據(jù)此可知，在該圓柱凸輪機構中，送料盒做往復直線移動源于從動件滾子沿圓柱凸輪槽的運動，圓柱凸輪旋轉一周的過程中，送料盒的移動規(guī)律為：上升—靜止一下降—靜止。

　　據(jù)此，可以得出：推程運動角φt=120°，遠休止角φy=60°，回程運動角φh=120°，近休止角φj=60°，升程H=120mm，并且φt+φy+φh+φj=360°。

　　根據(jù)送料機構的運動要求，設計圓柱凸輪半徑R=100mm，槽寬a=32mm，槽深b=28mm，凸輪長度L=190mm。由于送料機構載荷較小，而錐度配合能夠傳遞一定的扭矩，并且對中性好，方便更換與拆卸，因此圓柱凸輪與傳動軸之間采用1:20標準錐度配合，錐孔的大徑為80mm。根據(jù)以上參數(shù)，完成單滾子直動從動件圓柱凸輪的實體造型。

2 建立模型

　　應用CAXA制造工程師建立圓柱凸輪溝槽模型的過程如下：

　　1)繪制空間曲線

　　利用直線、圓弧、等距、鏡像、偏移等命令完成空間曲線，該曲線實質是滾子中心的運動軌跡線。為了繪圖的方便，該曲線是對圖1中的曲線進行變形，使曲線對稱。

　　2)凸輪槽實體建模

　　利用線面映射將曲線映射到圓柱曲面上，利用偏移和等距命令完成溝槽輪廓，采用直紋面方式將曲線整個包起來，利用曲面加厚完成凸輪溝槽實體的建模。將完成的凸輪溝槽實體另存為X_J格式的文件，命名為凸輪溝槽實體。

　　3)圓柱凸輪實體建模

　　利用拉伸增料和拉伸除料的方式，完成帶錐孔的圓柱的實體建模。對帶錐孔的圓柱和凸輪溝槽實行布爾減運算，獲得圓柱凸輪實體。

3 數(shù)控加工

　　在CAXA制造工程師中，選擇多軸加工中的四軸曲線加工，根據(jù)表1所示工藝卡片，對圓柱凸輪溝槽曲線的加工參數(shù)進行設置：采用環(huán)線走刀方式，利用φ20mm的平底立銑刀沿溝槽中心線開槽，分別用φ18mm、φ16mm和φ14mm的平底立銑刀進行粗加工、半精加工和精加工，完成刀具路徑設置。根據(jù)XHA714加工中心的參數(shù)和數(shù)控系統(tǒng)要求，完成機床設置和后置處理，最終生成開槽、粗加工、半精加工和精加工等四個加工程序。

　　上述四個工步中，除了開槽采用等價加工，其刀具的幾何特征參數(shù)與從動件的幾何特征參數(shù)相一致，其他三個工步均采用非等價加工，需要采用非等價刀具完成空間凸輪槽的加工，其主要原因是由于凸輪槽的寬度大于銑刀直徑。為了減少無效的非等價加工造成的損失，在VERICUT中構建XHA714加工中心的參數(shù)，對以上四個工步的程序進行仿真驗證，通過對加工參數(shù)反復修正優(yōu)化，獲得有效程序。在XHA714加工中心完成上述四個工步，所加工的圓柱凸輪在送料機構中的運動規(guī)律符合設計要求。

4 結論

　　1)對于低速運轉的圓柱凸輪，可以采用近似方法建立模型；

　　2)利用CAXA制造工程師能夠完成圓柱凸輪溝槽設計，生成有效的程序；

　　3)為了保證溝槽輪廓面的加工質量，加工速度不宜太快。