技术领域
[0001] 本
发明涉及一种数控凸轮铣床铣削速度优化控制方法，本发明生成数控凸轮铣床保持恒定铣除率的控制参数，
控制凸轮铣床铣削负荷保持基本恒定，属于
凸轮轴加工技术领域。
背景技术
[0002] 凸轮铣使用圆
钢棒料铣出凸轮形状，然后由凸轮磨精磨凸轮。数控凸轮铣通常用的恒
角速度铣削方法，铣削过程中切深以及
铣刀盘和凸轮型线切点的线速度的变化，导致铣除率(单位时间内铣削体积)变化很大，造成铣削负荷变化很大。凸轮桃尖及之前一部分负荷很小，凸轮铣效率低下。过了桃尖，铣削负荷迅速增大到一个峰值，铣床倍率设置较高时，在这个
位置经常因超负荷而阻停下来，造成
工件和刀具的损坏，甚至损坏凸轮铣床。因为不能做出负荷曲线，为保证凸轮铣床在局部位置不致超负荷工作，就要牺牲整体的铣削效率。
发明内容
[0003] 本发明针对上述存在问题，提出一种数控凸轮铣床铣削速度优化控制方法,通过本发明实现保持铣除率恒定或接近恒定，提高凸轮铣加工效率。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种数控凸轮铣床铣削速度优化控制方法，其特征是，所述方法用具有尺寸驱动功能的三维绘图
软件模拟凸轮铣削过程，计算凸轮旋转单位角度的铣削体积，进而计算出铣除率的分布，由铣除率的分布对数控凸轮铣C轴转速进行补偿，实现保持铣除率恒定或接近恒定。
[0005] 所述实现保持铣除率恒定或接近恒定的步骤依次为：
[0006] 1)在三维软件中，利用凸轮型线数据生成凸轮样条曲线，生成凸轮和圆钢毛
坯段；
[0007] 2)在三维软件中凸轮桃尖高点定义为0°，在0°位置铣刀盘与型线相切处拉伸
切除出与铣刀盘直径相同的圆弧缺口；
[0008] 3)，在三维软件中,在当前位置铣刀盘与型线相切处拉伸切除出与铣刀盘直径相同的圆弧缺口；
[0009] 4)在三维软件中，以0°位置为起点，当前位置铣刀盘与型线相切点为终点，做出一段凸轮型线，以此为扫描轨迹，扫描切除出这一段的凸轮型线铣削痕迹；
[0010] 5)在三维软件中，当前位置铣刀盘从起点开始，改变凸轮旋转角度，实现动态的模拟凸轮铣削过程，每旋转1个单位角度，点击“评估”菜单里的“
质量属性”按钮，自动计算出体积，复制粘贴到excel表中。
[0011] 6)在Excel表中相邻角度的凸轮体积相减，得出C轴旋转单位角度的铣除体积，再除以
基圆处的单位角度铣除体积得到铣除率；
[0012] 7)铣除率的倒数，即是保持铣除率恒定的控制参数，某些型线较陡的凸轮桃尖前的控制参数可能很高，造成C轴转速过高，会引起凸轮表面加工质量下降，在Excel表可对大于100％的控制参数进行0.4～0.9次方处理；
[0013] 8)控制参数转换成数控凸轮铣的数控程序F值，控制凸轮铣的C轴角速度，控制参数与铣除率相乘，得到补偿后的铣除率，铣除率已被
削峰填谷，铣削负荷保持基本恒定。
[0014] 应用本发明，量化揭示了凸轮铣削过程中铣除率的分布，应用铣除率分布求得保持铣除率恒定或基本恒定的控制参数，可大幅提高凸轮铣的加工效率。
[0015] 本发明的优点：解决了数控凸轮铣通常用的恒角速度铣削造成的铣削负荷极度不均匀问题，将高出基圆处的峰值铣除率调整到与基圆处相同，低于基圆处的铣除率调整到与基圆相同或略低，使凸轮铣能更均匀的铣削，不需要改变数控凸轮铣床的
硬件，就可以大幅提高凸轮铣的加工效率。每种产品只需制作一次控制参数，导入数控程序中，即可永久使用。
附图说明
[0016] 图1为本发明用三维软件生成凸轮和圆钢毛坯段；
[0017] 图2为本发明用三维软件在凸轮0°位置处拉伸切除出与铣刀盘直径相同的圆弧缺口；
[0018] 图3为本发明用三维软件在当前位置铣刀盘与型线相切处拉伸切除出与铣刀盘直径相同的圆弧缺口；
[0019] 图4为本发明用三维软件扫描切除出型线铣削痕迹；
[0020] 图5为本发明用三维软件，铣刀盘从起点开始每增加1个单位角度，利用自动计算体积功能计算出当前凸轮的体积；
[0021] 图6为本发明用三维软件三维模拟过程；
[0022] 图7为本发明处理型线较缓的凸轮效果；
[0023] 图8为本发明处理型线较陡的凸轮效果。
具体实施方式
[0024]
实施例1为本发明处理型线较缓的凸轮，47°处补偿前铣除率峰值达到192.6％，补偿后被削平，不再受铣除率峰值的影响而牺牲机床效率；334°附近补偿前铣除率仅有10.4％，也被填平，提高了这部分的铣削效率，如图7所示，表示补偿后铣除率恒定。
[0025] 实例1实施步骤：1)将凸轮升程数据转换成凸轮型线极坐标数据，极坐标数据再转换成直角坐标数据，导入三维
绘图软件solidworks生成凸轮样条曲线，然后拉伸生成凸轮和圆钢毛坯段，如图1所示；2)在凸轮0°位置(凸轮桃尖高点)与型线相切处拉伸切除出与铣刀盘直径相同的圆弧缺口，如图2所示；3)在当前位置铣刀盘与型线相切处拉伸切除出与铣刀盘直径相同的圆弧缺口，如图3所示；4)以0°位置为起点，当前位置铣刀盘与型线相切点为终点，做出一段凸轮型线，以此为扫描轨迹，扫描切除出这一段的铣削痕迹，如图4所示；5)步骤4中当前位置铣刀盘从起点0°开始每增加1°，点击“评估”菜单里的“质量属性”按钮，自动计算出体积，复制粘贴到excel表中，如图5所示；6)在Excel表中相邻角度的凸轮体积相减，得出C轴每旋转1°的铣除体积，再除以基圆处的每度铣除体积得到铣除率，如下表1所示；7)对铣除率求倒数，即得保持铣除率恒定的控制参数，如下表1所示；8)控制参数转换成数控凸轮铣的F值，控制凸轮铣的C轴角速度。控制参数与铣除率相乘，得到补偿后的铣除率，效果如图7所示，铣除率的峰值已被削平，铣除率的低谷也被垫平，铣削负荷保持基本恒定。
[0026] 表1 (处理型线较缓的excel表粘贴到w0rd文挡中)
[0027]
[0028]
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035] 注：如果完全模拟凸轮铣削过程要从凸轮桃尖处铣削，360°之后已没有要铣削的体积，快到360°时仅剩下很小的体积要铣削，此处计算出的铣床C轴转速会很高，因此模拟计算实际应从凸轮桃尖对面基圆处开始，基圆处只要计算一小段，求平均值作为基圆处铣除体积，当前凸轮体积填入‘铣削角度+180°’对应行中。
[0036] 实施例2为本发明处理型线较陡的凸轮，52°处补偿前铣除率峰值达到257.6％，补偿后被削平，不再受铣除率峰值的影响而牺牲机床效率；330°处铣除率只有2.9％，‘控制参数’最高达到3454.7％，会影响凸轮表面加工质量，因此对大于100％的控制参数进行了0.6次方处理，见下表2列‘调整控制参数后’，效果如图8所示，补偿后铣除率基本恒定。
[0037] 实例2实施步骤：1)将凸轮升程数据转换成凸轮型线极坐标数据，极坐标数据再转换成直角坐标数据，导入三维绘图软件solidworks生成凸轮样条曲线，然后拉伸生成凸轮和圆钢毛坯段，如图1所示；2)在凸轮0°位置(凸轮桃尖高点)与型线相切处拉伸切除出与铣刀盘直径相同的圆弧缺口，如图2所示；3)在当前位置铣刀盘与型线相切处拉伸切除出与铣刀盘直径相同的圆弧缺口，如图3所示；4)以0°位置为起点，当前位置铣刀盘与型线相切点为终点，做出一段凸轮型线，以此为扫描轨迹，扫描切除出这一段的铣削痕迹，如图4所示；5)步骤4中当前位置铣刀盘从起点0°开始每增加1°，点击“评估”菜单里的“质量属性”按钮，自动计算出体积，复制粘贴到excel表中，如图5所示；6)在Excel表中相邻角度的凸轮体积相减，得出C轴每旋转1°的铣除体积，再除以基圆处的每度铣除体积得到铣除率，如下表2所示；7)对铣除率求倒数，即得保持铣除率恒定的控制参数，该例凸轮桃尖前的控制参数是基圆处的30多倍，对大于100％的控制参数进行0.6次方处理，如下表2列“调整控制参数后”所示；8)控制参数转换成数控凸轮铣的F值，控制凸轮铣的C轴角速度。控制参数与铣除率相乘，得到补偿后的铣除率，效果如图7所示，铣除率的峰值已被削平，铣除率的低谷也被垫高，铣削负荷保持基本恒定。
[0038] 表2 (处理型线较陡的excel表粘贴到word文挡中)
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047] 注：如果完全模拟凸轮铣削过程要从凸轮桃尖处铣削，360°之后已没有要铣削的体积，快到360°时仅剩下很小的体积要铣削，此处计算出的铣床C轴转速会很高，因此模拟计算实际应从凸轮桃尖对面基圆处开始，基圆处只要计算一小段，求平均值作为基圆处铣除体积，当前凸轮体积填入‘铣削角度+180°’对应行中。
[0048] 具有尺寸驱动功能的三维软件很多，本发明用的是solidworks软件。只有用尺寸驱动的绘图软件，改变尺寸后，绘图元素间的拓扑关系才能保持不变，相切的还是相切，垂直的还是垂直，图5中改变凸轮旋转角度，铣刀盘才能始终与凸轮型线相切，铣刀盘模拟铣出的凸轮型线才能随着旋转角度的变化而生长，一个凸轮从步骤1开始，数据半天就能搞定。没有尺寸驱动功能，每改变一次凸轮旋转角度，就要重新作图计算，工作量要扩大几百倍，还不能保证正确。
[0049] 上述步骤1～4是三维软件绘图操作过程，步骤5在三维软件中改变凸轮旋转角度实现动态的模拟凸轮铣削过程，点击“评估”菜单里的“质量属性”按钮，自动计算出体积，复制粘贴到excel表中，步骤6～7是在excel表中
数据处理过程，步骤8转换成数控凸轮铣的F值。
[0050] 本发明中所述的铣除率是旋转单位角度的铣除体积与基圆处旋转单位角度的铣除体积之比。
