基于PowerMILL的汽车发动机等速圆柱凸轮曲面的数控加工

　　凸轮活塞式汽车发动机是一种具有良好发展前景的新型内燃机，通过活塞-凸轮机构，可以把活塞的往复移动转化为凸轮的等速转动。其中，等速圆柱凸轮是凸轮活塞式汽车发动机的核心零件。长期以来，等速圆柱凸轮曲面轮廓的制造采用划线的方法，在毛坯上通过样板划线，然后进行找正加工。这种方法加工精度低，加工周期长，难以满足实用要求。随着数控技术的发展，尤其是自动编程技术的应用，复杂曲面的加工逐步得到解决。对于汽车发动机等速圆柱凸轮，笔者采用PowerMILL软件进行自动编程加工，取得了良好的效果。

　　PowerMILL软件是英国DELCAM公司开发的一款独立的3D加工软件，它可以由输入的模型快速产生无过切的刀具路径，提供了从粗加工到精加工的全部选项，加工策略丰富，专业性强，自动化程度高，刀具轨逊计算速度快，对生成的加工轨迹可以进行仿真校验，确保自动编制程度准确无误。特别适合等速圆柱凸轮的曲面轮廓加工。

1 等速圆柱凸轮曲线数学模型的建立

　　图1所示为等速圆柱凸轮曲线，圆柱凸轮的主要技术参数要求推程和回程均为等速运动，为了减少刚性冲击和柔性冲击，过渡曲线采用正弦运动曲线，以适应高速轻载场合。圆柱凸轮最大外圆半径r为100mm，推杆升程为90mm。推程先为正弦运动曲线，过渡区间为0°～3.6°；然后进入等速运动阶段，等速区间为3.6°～176.4°；接着再进入正弦运动盐线，过渡区间为176.4°～180°。回程曲线规律则对称安排。

    图1 凸轮曲线

　　按照外径将凸轮轮廓自与X轴正半轴交点位置逆时针展开，如图2所示。如果φ为展开角，t为展开度，则：t=φ/180。

    图2 凸轮轮廓外径展开示意

　　依据图1和图2得到升程曲线方程为：

　　过渡曲线方程为：