Pro/E野火版2.0在凸轮加工和改进中的应用

　　中国空空导弹研究院一车间承制的某设备上所用的一种凸轮，自20世纪90年代以来一直采用靠模法加工。由最初经过多次试制和手工修锉并装机试验，得到一个相对理想的模型，以后加工就采用按图样留一定余量先粗加工，然后有操作工人按模型进行靠模加工和修锉，最后把凸轮表面打磨光滑。这样存在的问题就是加工难度高，对操作工人技术水平要求高，并且加工周期长，精度低，废品率高。随着数控机床和线切割设备的普及，采用线切割或数控加工的必要性和优势就越来越大。

　　一、凸轮原始图样要求和加工方法改进分析

　　1. 凸轮的原始图样资料和技术要求

　　凸轮的原始图样资料如图1示，图样要求是:355°～185°为R55的圆弧，185°～235°为过渡段，235°～305°为半径为R37的圆弧，305°～355°为过渡段。其中过渡段为5°均分，各特征点间通过样条曲线连接。

　　图1 凸轮原始图样

　　2. 线切割加工试制和问题分析

　　我们的线切割机床所用的软件为CAXA的电子图板，按图样要求做出图形，其中过渡段为先做出特征点，然后通过各特征点做样条与两段圆弧相连，这样钼丝的轨迹曲线就形成了。随后上毛胚试制，加工后发现凸轮轮廓表面有棱，不顺滑。分析其原因为:首先原始凸轮过渡曲线特征点数值不合适，因原图样描绘时间较早，为手工绘制的样条曲线，造成曲线上特征点取值误差大;其次就是圆弧与样条曲线为直接相连，无法保证相切，故接缝处凸棱和凹棱较明显。另外，线切割加工的不足是无法满足表面粗糙度和加工效率的协调。

　　3. 数控铣床加工凸轮的分析

　　若采用配备了数控分度头的数控铣床代替原来的靠模加工方法和线切割，不仅大大提高加工效率，降低了对操作工人的技术水平要求，并且可以提高加工精度和保证表面光滑度要求。

　　但因为凸轮的数控加工程序一般采用手工编制，其缺点是数控铣床软件编译采用直线插补，特征点间为直线连接，因手工编程方式的局限性，无法得到足够的坐标点，这样就导致加工后的凸轮轮廓有一定偏差，导致凸轮表面出现接棱。原图样是按5°为间隔进行分度，间隔较大，数据不能直接使用，若编程员对凸轮轮廓进行手工插值细化，则编程复杂，工作量太大，且数据校对困难，易出错。若能通过软件获得数控铣床可识别的文件，则将大大简化编程过程。

　　二、运用Pro/ENGINEER野火2.0

　　针对传统的线切割与数控铣床加工方法的综合对比，以及对线切割试制样品的分析，决定充分利用Pro/ENGINEER野火2.0和Excel软件完成凸轮数据完善、软件模拟和自动生成数控铣床可以识别和使用的数据表。

　　1. 使用Pro/ENGINEER进行原始数据分析和校正

　　根据线切割试制结果，我们初步断定原始数据取值不合适。为了验证此推论，我们决定按照凸轮图样在Pro/ENGINEER野火2.0版中进行三维仿真。

　　进入软件后点击文件、新建，选新建零件，在名称中输入CAM001后进入绘图模式，然后点拉伸特征并进入草绘环境。在草绘环境下，按设计图样进行绘图，先作出内孔φ55以及R55和R37大小两个圆弧，接着按图给出过渡段5°一个特征点共18个。然后通过大小圆弧的端点和特征点作出两段样条曲线，这样拉伸用草图就生成了，如图2所示。点击确定后进行实体拉伸，输入拉伸厚度尺寸10得到三维模型如图3示。

　　图2 凸轮草绘图

　　图3 原始的凸轮三维图

　　从图3中可以明显看出凸轮表面凹凸明显，不顺滑，尤其是过度段与圆弧相接处明显有棱边，与采用线切割加工出的凸轮轮廓十分接近。

　　根据仿真效果和凸轮的工作时序要求，现决定用Pro/ENGINEER软件在保证大小圆弧段的时序前提下进行数值微调，使凸轮曲面更滑顺。把明显的凹凸部位数值进行调整，并增加样条曲线和圆弧连接点为相切关系，修改后的图样和三维模型如图4、图5示。

　　图4 修改特征点后的图样

　　图5 数据修正后的凸轮三维图

　　从图5可以明显看出，修正后凸轮三维效果已经非常接近理想值，表面比较光顺，接下来就是如何把数据转成数控铣床可识别的文本坐标格式，并进行校正了。