凸輪活塞式汽車發動機是一種具有良好發展前景的新型內燃機，通過活塞-凸輪機構，可以把活塞的往復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，等速圓柱凸輪曲面輪廓的制造采用劃線的方法，在毛坯上通過樣板劃線，然后進行找正加工。這種方法加工精度低，加工周期長，難以滿足實用要求。隨著數控技術的發展，尤其是自動編程技術的應用，復雜曲面的加工逐步得到解決。對于汽車發動機等速圓柱凸輪，筆者采用PowerMILL軟件進行自動編程加工，取得了良好的效果。

　　PowerMILL軟件是英國DELCAM公司開發的一款獨立的3D加工軟件，它可以由輸入的模型快速產生無過切的刀具路徑，提供了從粗加工到精加工的全部選項，加工策略豐富，專業性強，自動化程度高，刀具軌遜計算速度快，對生成的加工軌跡可以進行仿真校驗，確保自動編制程度準確無誤。特別適合等速圓柱凸輪的曲面輪廓加工。

1 等速圓柱凸輪曲線數學模型的建立

　圓柱凸輪的主要技術參數要求推程和回程均為等速運動，為了減少剛性沖擊和柔性沖擊，過渡曲線采用正弦運動曲線，以適應高速輕載場合。圓柱凸輪最大外圓半徑r為100mm，推桿升程為90mm。推程先為正弦運動曲線，過渡區間為0°～3.6°；然后進入等速運動階段，等速區間為3.6°～176.4°；接著再進入正弦運動鹽線，過渡區間為176.4°～180°。回程曲線規律則對稱安排。

圖1 凸輪曲線

　　按照外徑將凸輪輪廓自與X軸正半軸交點位置逆時針展開，如圖2所示。如果φ為展開角，t為展開度，則：t=φ/180。

2 數控加工的工藝安排

　　汽車發動機等速圓柱凸輪材料選用40Cr，毛坯尺寸為φ201mm，外圓直徑為φ200mm，內孔直徑為φ40mm，鍵槽均已完成加工，有關工藝安排為：

　　1)3D模型的建立。用NX軟件構建汽車發動機等速圓柱凸輪的3D模型。

　　2)加工坐標系的確定。以毛坯下表面圓心為坐標系原點建立工件坐標系。

　　3)數控加工工序的安排。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→小刀粗清角→精加工→精清角。本例加工工序采用粗加工→半精加工→精加工。

　　4)刀具的選擇。按照適用、經濟和安全的原則，對應不同加工工序，各選一把銑刀。粗加工選用直徑為咖2smm鍵槽銑刀，半精加工選用直徑為430mm球頭銑刀，精加工選用直徑為φ18mm的球頭精銑刀。

　　5)工件的定位與夾緊。由于研制階段該件為單件小批生產，故以外圓柱表面和鍵槽側面作為定位基準面，采用三爪卡盤自定心夾緊。繞Z軸旋轉自由度，采用直接找正法測量鍵槽側面。

3 不同加工工序中加工策略選擇及參數設置

　　3.1 粗加工工序

　　粗加工主要任務是切除加工表面上的大部分余量，使毛坯的形狀和尺寸盡量接近成品。加工精度要求不高，切削用量、切削力較大。加工策略使用最佳等高、三維偏置或平行加工方式。本例中粗加工采用最佳等高加工方式。 

　　3.2 半精加工工序

　　半精加工介于粗加工和精加工之間，目的是為凸輪輪廓曲面的精加工做好必要的精度和余量準備，便于精加工時采用較小的切削量和較高的切削速度。加工策略使用最佳等高、三維偏置或平行加工方式。本例中半精加工采用最佳等高策略。選擇行距為1mm，公差為0.1mm，加工余量為0.5mm。

　　3.3 精加工工序

　　精加工是實現等速廁柱凸輪加工最關鍵的一步。加工完畢后僅留0.1mm的油石打磨余量。表面要求沒有明顯刀痕，Ra3.2μm以下。編程思路要求密化走刀軌跡，刀軌要盡可能光順，采用平行加工策略，選擇刀具直徑為φ9mm；主軸切削轉速要求高，選擇轉速為3000r/min；進給速度要求小，選擇其值為150mm/min；選擇行距為005mm。

4 刀具路徑檢驗

　　該軟件具有可視化的加工仿真模擬功能，可以直觀查看產生的刀具路徑在實際情況下如何進行加工，檢查過切、碰撞和加工質量等切削情況。仿真時系統將以可控的速度動態模擬完整的加工切削過程，便于編程人員檢查加工過程的合理性與正確性。

5 加工程序的生成

　　產生完一系列刀具路徑，檢查確定無誤之后，需要將這些刀具路徑按其在CNC機床中的加工順序排列，然后通過PowerMILL提供的后處理模塊經自動處理后即可快速地產生機床NC代碼文件。

　　精加工程序清單如下：

6 結語

　　對復雜曲面的數控加工，PowerMILL提供了豐富的加工策略，具有計算速度快，絕對安全的防護措施，強大的后編輯功能，是一款非常適合復雜曲面制造的CAM軟件。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，并且可以實現精確加工。合理的加工方案和切削參數對于最終加工出高質量、高精度的制品同樣起著關鍵的作用，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。