車銑加工凸輪軸工藝優化設計研究
科技專論
作者：陳豔芬
【摘要】隨著人們對機械加工工藝研究的不斷深入，基於多軸聯動的車銑技術以其高效切削、高精度加工等工藝優勢，被廣泛運用於工業生產中，特別是凸輪軸加工，該技術大大縮短生產周期，能夠獲得最大精度和生產效率。本文結合國內外相關研究成果和多年工作與研究經驗，對車銑加工凸輪軸工藝進行優化研究與設計，為以後的相關技術工藝研究與實際運用提供理論和實踐支持。
【關鍵詞】機械加工；車銑技術；凸輪軸；工藝優化
凸輪軸是發動機的重要組成部分，影響發動機的進、排氣性能。凸輪軸的製作有較高的工藝要求，細長型特征使得其剛性較差，在加工中容易發生彎曲變形，並且其本身型麵較為複雜，這些屬性使其加工工藝上存在一些特點，比如工藝複雜、輪廓型麵複雜、易產生波紋、硬度分布不一、加工精度要求高等。傳統三步式的加工工藝已經不適應目前複雜的要求，在此背景下，車銑加工工藝以其諸多優越性被廣泛運用於凸輪軸加工中，並取得良好效果。
1.車銑加工凸輪軸的工藝優越性
車銑加工工藝下，凸輪軸加工實現了“一次裝夾，完全加工”模式，體現出較高的優越性，能夠在一台車銑複合加工中心完成所有工序。相對傳統加工工藝而言，車銑加工凸輪軸工藝的優越性主要體現在以下幾個方麵：
采用CNC車銑複合加工中心，能夠實現凸輪軸的一次性加工，在加工過程中不需要重複裝夾和換機床，這樣能夠使誤差降低到最小，提高了加工效率和加工精度，實現零庫存生產。工件和道具的回轉速度共同控製了凸輪軸的切削速度，將凸輪軸在加工中的轉速降到最低，穩定了凸輪軸的切削過程，減少誤差。車銑加工的高速切削是切屑帶走了較多的切削熱量，進而形成絕熱剪切，使凸輪軸熱變形較小。
2.車銑加工凸輪軸工藝設計
（1）車銑加工定位基準的選擇
對於凸輪軸而言，其基準為軸線。車銑加工可實現“一次加工”，因此其裝夾與定位角度方麵就存在較大優勢。在車銑複合加工中心機床上，存在X、Y、Z與B軸，其中B軸車銑複合中心車床可控製Z-X軸與C銑削軸，這種狀況下借助B軸可實現支持內的所有範圍內的車削和銑削加工。在B軸的支配最用下，車銑機床不用重複更換和裝夾，大大降低了定位誤差。相對於其他軸件而言，凸輪軸是沿其軸線為非對稱的回轉表麵，這使其兼具基圓尺寸與輪軸曲線升程和相位角的要求。
（2）車銑加工階段劃分
本文研究的凸輪軸車銑加工分為粗加工、半精加工與精加工三個階段，其中粗加工階段對機床剛性、振動性、功率、道具性能等要求較高，主要完成粗車軸斷麵、車削主軸頸、切槽和粗車凸輪等加工內容；半精加工階段要求道具能夠達到單層切削厚度要求，減少加工餘量，完成支撐軸頸的精加工；精加工階段的實際切削量較小，但對精度的要求卻很高，在合理的機床參數下完成精銑削凸輪。
3.凸輪型麵的車銑加工工藝分析
（1）刀具選擇
有與車銑凸輪軸加工工步主要是凸輪軸頸和凸輪加工，因此在主軸頸的加工道具選擇方麵，選擇合適的外圓刀即可，而對凸輪型麵加工的道具選擇則較為嚴格和複雜，凸輪型麵曲線表麵形狀複雜，並且每點曲率半徑不同，甚至存在凹弧，則道具選擇需根據凸輪實際輪廓的曲率來決定，其公式為：
其中，Rr為刀具圓角半徑。根據車銑加工階段的不同，粗加工階段選擇兩刃銑刀，半精加工與精加工選擇四刃銑刀，刀片類型均用刀片鑲嵌式圓角立銑刀，參數為：