李江平
（广东省科学技术职业学院，广东 珠海 ５１９０９０）
【摘要】本文介绍了在数控铣加工中所用的CAD/CAM编程工具软件Mastercam中的Fplot工具使用，以Mastercam中自带的Chooks中的eqn文件为例介绍了凸轮方程曲线的绘制,以及平面凸轮的数控铣加工工艺。
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关键词 Mastercam；Fplot；Chooks；Eqn；NC；平面凸轮
0前言
凸轮机构广泛应用于纺织机械、印刷机械、食品机械、内燃机、自动化仪表以及各种轻工机械中。凸轮机构之所以得到了如此广泛的应用，是因为它兼有传动、导向及控制机构的各种功能，可以驱动从动件实现复杂的运动规律。以前受到设计和加工条件的限制,往往采用作图法设计凸轮轮廓和划线加工凸轮的方法。随着机械不断朝着高速、精密、自动化方向发展,对凸轮机构的转速和精度要求也不断提高,因此利用计算机辅助设计和应用数控机床加工凸轮是很有必要的。建立专用的凸轮CAD/ CAM软件,在生产实践中会改善加工精度,降低制造成本和缩短产品开发周期，本人在进行数控铣加工编程中，采用了Mastercam 中的MILL模块进行凸轮数控铣床编程，就是使用MILL模块中的Fplot工采用Fplot绘制出平面凸轮曲线，改善加工精度,降低制造成本和缩短产品开发周期.
1Fplot介绍
本文以Mastercam9.0中文版为例介绍如何使用Mastercam中Fplot程序绘制复杂曲线与曲面，Fplot是一个函数绘图程序。它利用方程和选择建立相应的几何图形（包括点，线，样条曲线，曲面曲线，参数曲面或NURBS曲面）。该方程采用普通的代数符号。
2eqn文件介绍
我们可以用普通文本编辑软件如记事本或写字板打开扩展名为eqn的文件，首先进入mastercam安装文件夹如D:\mastercam9\ Chooks目录，可以看见几个扩展名为eqn的文件，有CANDY、CHIP 、DRAIN、ELLIPSD、fplot、INVOL、SINE等几个eqn文件。
3复杂曲线的绘制
本文以sine.eqn为例介绍曲线的绘制，从fplot主菜单中选择“Get eqn”，然后输入“sine.eqn” 文件的名称。选择“Plot it”创建线段构成一个周期的正弦波。按Alt - F1的，将线段适合屏幕大小。结果如图1。
图1sin(x)曲线
那我们查看一下sin.eqn文件到底是如何编写的。我们用记事本打开sin.eqn文件，可以看到以下内容，第一行step_var1=x 表示第一个参数为x,第二行step_size1=0.2表示x的步进值为0.2,第三行lower_limit1=0表示x的变化范围最小值为0，第四行upper_limit1=6.28319表示x的变化范围最大值为6.28319，第五行geometry=lines表示绘制的几何图形为线，第六行 angles=radians表示角度采用弧度。第七行 origin=0,0,0表示图形原点为x=0,y=0,z=0。第八行 y=sin(x)表示绘制的线采用的方程为sin(x)。把sin.eqn看懂了，就很容易绘制其它的方程曲线了。
4凸轮的绘制
在凸轮机构中，最常用的就是平面凸轮机构，要设计平面凸轮的轮廓曲线。设计方法通常有图解法和解析法两种。作图法简便易行、直观，作图误差较大，精度较低，适用于低速对从动件运动规律要求不高的一般精度凸轮设计；对于精度要求高的高速凸轮、靠模凸轮等，必须用解析法列出凸轮的轮廓曲线方程，用计算机辅助设计精确地设计凸轮机构。如设计下面的偏置滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线，已知偏距e=10mm，基圆半径r0=40mm，行程h=25mm，滚子半径rT=10，厚度为20mm。凸轮以角速度ω顺时针转动，从动件的运动规律为：
运动阶段1，推程Φ=180°、凸轮转角φ(°)为0～180，运动形式：等加速-等减速运动，运动方程方程：s=(2h/Φ2)φ2=(2*25/1802)φ2（0≤φ≤90）或s=h-2h(Φ-φ)2/Φ2=25-2*25*(180-φ)2/1802 （90≤φ≤180）
运动阶段2，远休止ΦS=30°、凸轮转角φ(°)为180～210，运动形式：静止不动，运动方程方程： s=h=25（180≤φ≤210）
运动阶段3，回程Φ=90°、凸轮转角φ(°)为210～300，运动形式：等加速-等减速运动，运动方程方程： s= h-(2h/Φ2)/φ2=25-(2*25/180)2/(φ-210)2（210≤φ≤300）或s=2h(Φ’-φ’)2/Φ’2=2*25*(90-(φ-210))2/902（210≤φ≤300）
运动阶段4，远休止ΦS=60°、凸轮转角φ(°)为300～360，运动形式：静止不动，运动方程方程： s=0（300≤φ≤360）
凸轮轮廓曲线零件图如下图。
1）凸轮轮廓曲线的极坐标方程
3）根据凸轮轮廓曲线的直角坐标方程分别建立6段凸轮曲线方程如下图
由6段凸轮曲线eqn方程生成的理论凸轮曲线如下图11。
4）对于滚子从动件，我们得到理论轮廓线后，直接用offset(偏移)命令，出现提示：“指定偏移距离或[通过(T)]<通过>：”，输入滚子半径rT=10㎜，选择轮廓曲线作为偏移对象，指定内侧为偏移方向，即可得到凸轮的实际轮廓曲线。
5）拉伸草图轮廓，完成凸轮参数化建模。选择【插人】/【拉伸】命令或者单击工具栏中的拉伸按钮后，拉伸指定轮廓至指定高度20mm，完成凸轮实体建模。
６）生成凸轮中心孔。利用拉伸去除，生成凸轮中心孔，完成凸轮的建模。
图8生成的凸轮
５加工方法的确定
加工平面凸轮一般采用两轴联动的数控铣床,大型平面凸轮可用等高垫垫在工作台上,中心孔找正后,确定坐标原点,用压板螺丝在凸轮的工艺孔上压住即可;而小型凸轮,一般用心定位,压紧即可。加工圆柱凸轮宜采用四轴( X , Y ,Z 轴与绕X 旋转的A 轴) 或带数控转盘的3 坐标,2 坐标以上联动的数控铣床加工比较合适,根据槽宽及形状选择不同大小的刀具或成形刀具。为了加工方便,安装时,凸轮的轴线应平行于机床的X 轴,由夹盘和顶尖夹紧工件。
6工件装夹方案
由于该零件为小型凸轮，宜采用心轴定位，螺栓压紧即可。设定工件上表面与孔?准10H20轴线的交点为工件坐标系的原点。
7加工顺序及进给路线
该凸轮的加工路线包括深度切入进给和平面切削，切削加工时当刀具至指定深度后，刀具在XY平面内运动，铣削凸轮轮廓。
8选择刀具及切削用量
８．１选择切削刀具
铣削刀具和刀具材料主要根据零件材料的切削加工性、工件表面几何形状和尺寸大小选择，由于零件材料为铝，切削加工性能较好。可采用整体式JT-MW型刀具系统，选用?准10mm的硬质合金键槽铣刀。数控铣床为华兴SK712A。
８．２选择切削用量
依据零件材料铝的切削性能，硬质合金刀具材料的特性及加工精度要求确定切削用量。凸轮两侧面各留1mm精铣余量；切削速度和进给速度的选择应考虑刀具的工作效率和寿命，粗铣时主轴转速取1000r/min，进给速度取 50mm/min，精加工前，检测零件几何尺寸，依据检测结果决定刀具长度和刀具半径的偏置量，精铣时主轴转速取1000r/min，铣刀进给速度取 30mm/min，保证尺寸精度和表面质量符合图纸的加工要求。
9刀具路径生成
１０结束语
基于mastercam凸轮的计算机辅助设计和制造为凸轮的设计和加工提供了较大的方便，能很好保证凸轮的设计要求和加工质量。
致谢：
在此感谢宋教授对我论文提出的宝贵意见，以及赖老师及黄东老师、邹伟全老师对我的大力帮助。
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参考文献
［１］王卫兵,主编.mastercam 数控加工实例教程[M].清华大学出版社.
［２］候克青.机械设计基础课程实训指导[M].北京:煤炭工业出版社,2005.
［责任编辑：杨玉洁］