摘要：凸轮机构以其多用性和灵活性广泛应用于各类机械。用解析法建立凸轮廓线方程，并编制宏程序在数控机床上进行加工，克服传统的图解法设计与仿形法加工的缺点，提高了凸轮机构从动件的实际运动规律与预期运动规律的吻合性。

　　关键词：凸轮机构;解析法;设计;宏程序;加工;运动规律

　　Analytics Design of Disk Cam and Study on NC Macro

　　Programs Processing Application

　　Abstract：The cam mechanisms are widely used in all types of machinery by its versatility and flexibility. The cam profile equation was established by Analytics Method and was processed on the CNC machine through running macro programs, which has overcome the shortcoming of the traditional Graphic Design and profiling machining, and raised the anastomoses of the cam follower’s actual movement rule and anticipated movement rule.

　　key words：cam mechanism; Analytics method; design; macro programs; process; movement rule

　　1 引言

　　凸轮机构是一种结构简单、紧凑，易于实现从动件各种预期运动规律的三构件高副机构。该类机构以其多用性和灵活性被广泛应用于各类机械。只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件获得任意预期的运动规律，故从动件的运动精度在很大程度上取决于凸轮轮廓曲线的形状精度。根据反转法原理用图解法设计凸轮廓线，形象直观，简单易行[1]。但由于做图误差较大，得到的廓线精确度不高。加之用画线法或仿形法加工时带来的加工精度误差，使得加工出来的凸轮廓线很难满足从动件的实际运动规律与预期运动规律的吻合[2]。本文以移动滚子从动件盘形凸轮为例，在反转法原理的理论基础上，用解析法建立了凸轮的廓线方程，并编制了基于FANUC系统的用户宏程序，设置合适的凸轮几何参数变量(改变相应的参数变量值，可以加工不同尺寸的同系列凸轮)，在数控铣床(或加工中心)上完成凸轮的轮廓加工，提高了从动件的实际运动规律与预期运动规律的一致性。

　　2 凸轮廓线方程的建立

　　2.1 理论廓线方程建立

　　图1为一偏置移动(偏心距e≠0)滚子从动件盘形凸轮机构简图。设立如图所示的直角坐标系xoy。以B0点标识从动件A处于运动起始点(A0)时其滚子铰链中心所处位置(该点至凸轮回转中心O在y坐标方向上的距离用S0表示)，若凸轮逆时针转过θ角时，从动件的位移为s。根据反转法原理作图(从动件顺时针转过θ角至虚线位置)，由图看出，滚子铰链中心将处于B点，其直角坐标可表示为

x=HD+DF=

y=BF-EF= ①式

①式中e为偏心距;S0=

　　2.2 实际廓线方程

　　滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际廓线是以理论廓线上各点为圆心的一系列滚子圆的包络线。故实际廓线和理论廓线在法线方向上处处等距(均为滚子半径值rg)。若已知理论廓线上任一点B的坐标为(x,y),则沿理论廓线在该点的法线方向距离B点为rg的点B'(x'，y')即为实际廓线上的相应点。因曲线上任一点的法线斜率与该点的切线斜率互为负倒数，故理论廓线在B点处法线nn的斜率可由②式求得

Tgα== 　　　　②式

②式中

　　凸轮实际廓线上B'点的坐标为

x'=xrgcosα

y'=yrgsinα 　　③式

\* MERGEFORMAT ③式中cosα、sinα可由②式求得，故③式可表示为

x'=x±rg

y'=yrg ④式

　　④式即为凸轮实际廓线方程

　　3　盘形凸轮数控加工宏程序编制

　　3.1 用户宏程序简介 随着数控技术的发展，先进的数控系统不仅向用户提供了一般的准备功能G代码和辅助功能M代码，而且为编程用户提供了扩展数控功能的手段。将一群命令所构成的功能，像子程序一样登录于系统内存中，然后用一个代表命令来调用这些功能[3]。这

　　图1

　　一群命令就是用户宏程序，代表命令称作宏指令(Custom Marco)。用户宏程序类似于高级语言程序，它允许使用变量算术、逻辑运算及条件转移，故可将相同系列工件加工操作编制为通用程序，调用宏程序时，只需改变程序中的变量参数即可，使得编制同系列工件的程序更方便、更容易。本文基于FANUC系统提供的宏功能编制盘形凸轮的通用加工程序。

　　3.2 盘形凸轮的加工宏程序

　　关于凸轮宏程序的编制，大多文献中均采用以凸轮理论轮廓曲线为刀心运动轨迹、选取滚子半径为刀具半径的方法[4]，这无疑在加工条件上增加了其局限性。本文应用了刀具半径补偿功能，可根据具体的加工要求选用合理的刀具。

　　程序如下 %O0001

　　G90G54G0X0.Y0.Z30.

　　M03S1000

　　X?Y?(“?”其值应根据凸轮尺寸和毛坯尺寸而定)

　　G1Z※.F100(“※”其值应根据凸轮宽度而定，若凸轮宽度较大，应多刀切削)

　　G41D01*G1X?.Y?.(适当选取坐标点，以完成刀具半径补偿)

　　#1= 升程起始点角度变量

　　#2= 升程终了点角度变量、回程起始点角度变量

　　#3= 基圆半径

　　#4= 回程终了点角度变量

　　#5= 从动件最大升程

　　N10

　　#24=SQRT[#3+#1*#1/135]*SIN#1+0.085*#1*COS#1

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