數(shù)控機(jī)床的弧面分度凸輪的設(shè)計(jì)與制造研究

1、<p>　　數(shù)控機(jī)床的弧面分度凸輪的設(shè)計(jì)與制造研究</p><p>　　[摘 要]在各種自動(dòng)機(jī)械中，弧面分度機(jī)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。而弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)是數(shù)控機(jī)床加工的核心，但在國(guó)內(nèi)尚且沒能得到深入的研究。因此，本文對(duì)數(shù)控機(jī)床的弧面分度凸輪工作原理展開了分析，并對(duì)凸輪的設(shè)計(jì)與制作問題展開了研究，以便為關(guān)注這一話題的人們提供參考。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]數(shù)控機(jī)床 弧面分度凸輪

2、 設(shè)計(jì)與制造 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TG547 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）47-0283-01 </p><p>　　引言：在空間結(jié)構(gòu)上，弧面分度凸輪具有不可伸展的曲面輪廓，無法利用舊有的制造方式進(jìn)行精確的加工。就目前來看，國(guó)內(nèi)外往往使用范成法進(jìn)行弧面分度凸輪的加工制造，然后利用滲碳方法進(jìn)行凸輪的熱處理。而對(duì)弧面分度凸輪的設(shè)計(jì)與制作問題展開進(jìn)一步的

3、研究，從而了解凸輪工作原理，并掌握凸輪的加工平臺(tái)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和加工刀具軌跡和制造工藝的設(shè)計(jì)思路和方法，則可以更好的進(jìn)行弧面分度凸輪的加工與制造。 </p><p>　　1 數(shù)控機(jī)床的弧面分度凸輪工作原理 </p><p>　　在利用數(shù)控機(jī)床完成弧面分度凸輪的設(shè)計(jì)與制造前，先要了解凸輪的工作原理。從結(jié)構(gòu)上來看，弧面分度機(jī)構(gòu)由分度盤、滾子和弧面分度凸輪組成，凸輪的頂部平面與分度盤軸線垂直。而該機(jī)

4、構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行垂直交錯(cuò)軸之間的高速間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)制的構(gòu)建。在凸輪以固定速度周期性轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾子會(huì)被凸輪弧面帶動(dòng)，繼而使從動(dòng)分度盤轉(zhuǎn)位。在凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)到停歇段后，滾子會(huì)卡在兩側(cè)，以便使凸輪轉(zhuǎn)位[1]。此時(shí)，分度盤將保持不動(dòng)，繼而可以使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇性工作。 </p><p>　　2 弧面分度凸輪的設(shè)計(jì)與制作研究 </p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) </b></

5、p><p>　　在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的弧面分度凸輪設(shè)計(jì)與制作時(shí)，需要掌握凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和幾何尺寸。目前，凸輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)主要包含分度廓線頭數(shù)、轉(zhuǎn)盤分度數(shù)、轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)角位移和凸輪分度期轉(zhuǎn)角等。其中，轉(zhuǎn)盤分度數(shù)為轉(zhuǎn)盤滾子數(shù)與凸輪廓線頭數(shù)的比值。而凸輪結(jié)構(gòu)的幾何設(shè)計(jì)參數(shù)包含了中心距離、滾子半徑、轉(zhuǎn)盤節(jié)圓半徑和壓力角等多個(gè)參數(shù)，可以根據(jù)已知運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算出來。假設(shè)轉(zhuǎn)盤分度期范圍與轉(zhuǎn)盤分度角一定，而轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動(dòng)可以進(jìn)行正弦加速度曲線的

6、改進(jìn)，并且分度角在八個(gè)工位均勻分布[2]。同時(shí)，轉(zhuǎn)盤在固定的間歇期會(huì)停止旋轉(zhuǎn)，凸輪中心距離一定，并保持固定轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)，就可以確定所需要的凸輪幾何設(shè)計(jì)參數(shù)。 </p><p>　　2.2 加工平臺(tái)設(shè)計(jì) </p><p>　　在確定凸輪的加工工藝和設(shè)備后，需要進(jìn)行加工平臺(tái)的設(shè)計(jì)。在加工的過程中，凸輪的自轉(zhuǎn)和工作臺(tái)的擺動(dòng)都需要利用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上的A、B兩個(gè)聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)。而刀具的進(jìn)刀和退刀運(yùn)動(dòng)

7、需要利用Z坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)，刀具與凸輪對(duì)心需要利用X、Y兩個(gè)坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，凸輪的加工還需要確保凸輪回轉(zhuǎn)中心高度和刀具中心線與工作臺(tái)表面距離相等，并且刀具中心線與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心線相交。為了滿足這些條件，需要先確定加工平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。目前，可以采取的方案為：刀具在X、Y方向移動(dòng)，并與B轉(zhuǎn)動(dòng)；而凸輪則在Z方向移動(dòng)，并在A方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的五個(gè)坐標(biāo)中，A、B坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)可以使刀具與凸輪按照預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，X、Y坐標(biāo)移動(dòng)能夠使刀具與凸輪

8、對(duì)心，Z坐標(biāo)則能夠使刀具或凸輪移動(dòng)，并且控制刀具的進(jìn)給量。根據(jù)之前的設(shè)計(jì)方案，凸輪加工開始時(shí)會(huì)利用X、Y坐標(biāo)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具對(duì)心，然后利用A坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)凸輪與刀具同步轉(zhuǎn)動(dòng)，并利用Z移動(dòng)進(jìn)行刀具進(jìn)給加工[3]。相較于凸輪，刀具移動(dòng)更加輕巧便利，所以需要將三個(gè)坐標(biāo)放在刀具系統(tǒng)上。 </p><p>　　2.3 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和加工刀具軌跡設(shè)計(jì) </p><p>　　弧面分度凸輪的空間構(gòu)造較為復(fù)雜，

9、需要利用CAN軟件進(jìn)行加工程序的生成。但是在進(jìn)行該種計(jì)算機(jī)數(shù)控程序技術(shù)前，需要進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和加工刀具軌跡的設(shè)計(jì)，以便按照凸輪和刀具的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完成相應(yīng)仿真程序的編寫。觀察凸輪運(yùn)動(dòng)可以發(fā)現(xiàn)，凸輪是從停歇期開始運(yùn)動(dòng)的。根據(jù)凸輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以分析出轉(zhuǎn)盤上各個(gè)滾子在不同時(shí)期與凸輪的嚙合關(guān)系，并進(jìn)行軌跡程序輸出計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證。具體來講，就是按照規(guī)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的觀察，在凸輪旋轉(zhuǎn)360°后，進(jìn)行滾子參與嚙合的次數(shù)和順序

10、的記錄。而在進(jìn)行刀具加工路徑設(shè)計(jì)時(shí)，為了確保加工的精度，需要進(jìn)行每一刀進(jìn)入的角度的計(jì)算，并且完成出刀角度的計(jì)算。為了達(dá)成這一目的，需要利用滾子與凸輪的幾何關(guān)系進(jìn)行進(jìn)刀與出刀角度的計(jì)算。就目前來看，滾子與凸輪有兩種幾何關(guān)系，即轉(zhuǎn)盤中心與凸輪寬度中心之間存在偏心距離和不存在偏心距離的關(guān)系[4]。根據(jù)觀察到的凸輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則可以利用仿真程序進(jìn)行轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)的獲取，然后進(jìn)行刀具軌跡的判斷。 </p><p>　　2.4 凸輪

11、具體制造工藝設(shè)計(jì) </p><p>　　一般的情況下，人們常利用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行弧面分度凸輪的加工制造。而在該種機(jī)床上，需要利用心軸和螺母進(jìn)行凸輪的固定。在進(jìn)行凸輪部件及毛坯加工時(shí)，由于凸輪主要由間歇弧面和工作弧面構(gòu)成，所以需要以二者為核心進(jìn)行整個(gè)加工精度的控制。在利用CAM軟件進(jìn)行工件輔助加工時(shí)，先要完成工件的初級(jí)加工。具體來講，就是利用端銑刀進(jìn)行切除加工，以便將工件多余的部分剪切掉。在完成初次開粗后，需要

12、利用立銑刀進(jìn)行工件余量部分切除，以完成二次開粗。在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行凸輪的半細(xì)加工。比如，如果凸輪有兩個(gè)弧面上有直紋面，就需要利用可變輪廓銑的方式進(jìn)行刀具路徑的生成，從而完成凸輪的半細(xì)加工。 </p><p>　　結(jié)論：總而言之，作為結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且加工精度高的零件，弧面分度凸輪的設(shè)計(jì)與加工比較麻煩。而本文通過確定凸輪的設(shè)計(jì)參數(shù)，并進(jìn)行凸輪加工平面、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和加工刀具軌跡和制造工藝的設(shè)計(jì)，對(duì)凸輪的設(shè)計(jì)與制造問題展開了

13、研究，以期為相關(guān)加工制造行業(yè)及人員提供參考。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 梁京燕.弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的CAD建模[J].滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，02：72-75. </p><p>　　[2] 程偉，張躍明，卜凡華.弧面分度凸輪數(shù)控加工工藝研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011，03：171

14、-173. </p><p>　　[3] 吳憶峰，陳海軍.弧面分度凸輪多軸數(shù)控加工方法的研究與應(yīng)用[J].機(jī)械傳動(dòng)，2013，06：110-112. </p><p>　　[4] 張文光，王大鎮(zhèn)，弓清忠.ATC中多頭弧面分度凸輪實(shí)體建模與加工仿真[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2015，05：30-34. </p><p><b>　　作者簡(jiǎn)介 </b>&l