三角圓弧軸的鏟磨加工及其控制凸輪的設計.doc

三角圓弧軸的鏟磨加工及其控制凸輪的設計張衛(wèi)東一. 摘要為保證桑車總裝線故障及時排除，通過自行分析，制造出了替代進口的三角圓弧軸。為此初步探討了適用鏟齒車床的控制凸輪的設計和制造相關問題。關鍵字：鏟齒車床 三角圓弧軸 控制凸輪二. 問題的背景在我廠桑車裝配線上一機械手機構(gòu)中，有一種三角圓弧軸，其簡圖如下： 該零件的損壞必然影響了總裝線的流水作業(yè)。為使總裝線及時恢復正常的生產(chǎn)狀態(tài)，必須及時更換該三角軸。由于整條生產(chǎn)線都是從國外成套引進的，短時間內(nèi)不可能完成零件購買。結(jié)果只有我們自行測繪，制造。這個任務交給了我們部門。通過與技術人員的共同分析表明，在我們車間，該零件有以下幾種可能的加工方案：采用線切割直接成型鏟磨成型線切割的方法加工簡便，效率較高，但是由于該軸的長度為220，車間現(xiàn)有的線切割設備不能進行加工。因此線切割方法只能是一種設想。根據(jù)作者的工作經(jīng)驗，用鏟齒車床進行鏟磨加工，對于這種零件應該可以實現(xiàn)加工意圖，并滿足使用要求。麻煩之處在于為了加工該零件，必須準備相應的二類工裝，最主要的是控制凸輪。但是對于控制頭凸輪而言，主要是設計出其形狀?；谶@要的考慮，除去粗加工，要結(jié)決的核心問題可歸結(jié)如下：設計控制凸輪鏟磨加工三角圓弧軸三. 鏟磨加工簡介為便于說明，在這里將鏟齒車床的鏟磨加工作一簡單介紹。鏟齒車床是一種以車床為主體，通過增加專用附件凸輪控制溜板箱機構(gòu)、電機驅(qū)動的沙輪機和其它相應的控制機構(gòu)所形成的具有車，磨（內(nèi)、外）等多種加工能力的綜合型設備。這種機床最突出的特點是主軸旋轉(zhuǎn)的同時，溜板箱上的小溜板能夠?qū)崿F(xiàn)往復規(guī)律運動，從而能夠?qū)崿F(xiàn)平面曲線輪廓的加工。采用不同的控制凸輪，小溜板就可實現(xiàn)相應的運動規(guī)律，以加工不同的曲線輪廓。圖2反映了用鏟齒車床磨加工三角圓弧軸的傳動原理： 如圖所示，凸輪推桿、小溜板、砂輪是一體的，可以同時上下運動，實現(xiàn)相應的運動規(guī)律；而工件和控制凸輪則在各自固定的中心旋轉(zhuǎn)，由于三角圓弧軸的中心對稱性，自然地選擇控制凸輪與三角圓弧軸角速度相同的模式。在實際加工過程中，工件象車床加工一樣，用三爪卡盤或頂針機構(gòu)裝夾，加工過程隨主軸作旋轉(zhuǎn)運動，砂輪機隨小溜板相在控制凸輪的作用下前后往復運動，控制凸輪的旋轉(zhuǎn)角速度可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，在加工三角圓弧軸時，考慮三腳圓弧軸輪廓的對稱性，選擇了主軸，凸輪同步旋轉(zhuǎn)的模式，即主軸和控制凸輪角速度相同。這樣就可以根據(jù)以上說明進行控制凸輪的設計。四. 控制凸輪設計一般而言，凸輪設計計算比較復雜，可以采用的方法有解析法和作圖法兩種。但在實際加工中，數(shù)學數(shù)據(jù)極為重要，這就使得作圖法只有理論上意義，這里只能選擇解析法。為設計控制凸輪，計算分為兩個步驟：一是計算砂輪工件凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律，二是計算控制凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律。在下面將分別討論。出于計算時的方便性考慮，這里參照圖3統(tǒng)一約定相關的參數(shù)如下： 三角圓弧軸的轉(zhuǎn)角，是工件輪廓上最短距離點與其回轉(zhuǎn)中心連線與工件砂輪中心連線的夾角，為運動規(guī)律的主參數(shù)；a 三角圓弧軸大圓弧圓心和三角圓弧軸回轉(zhuǎn)中心的距離；b 三角圓弧軸小圓弧圓心和三角圓弧軸回轉(zhuǎn)中心的距離；R0 三角圓弧軸基圓半徑；R1 三角圓弧軸大圓弧半徑；R2 三角圓弧軸小圓弧半徑；r 砂輪半徑；x 砂輪圓心與三角圓弧軸回轉(zhuǎn)中心的距離；x 砂輪圓心與三角圓弧軸回轉(zhuǎn)中心的距離的變化量，圖中沒有標出，但x實際上是控制凸輪設計的依據(jù)；0 三角圓弧軸在大小圓弧過度處的轉(zhuǎn)角，意義同；1 三角圓弧軸小圓弧中點處的轉(zhuǎn)角，意義同；很顯然，這里1=60。y 控制凸輪回轉(zhuǎn)中心與推桿頂部距離的變化量，即控制凸輪的運動規(guī)律；T x的最大值，T=b+R2-R0（或T=（R2+b）-（R1-a），意義相同）1砂輪工件凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律考慮到該三角圓弧軸的對稱性，簡單起見，對其圓周的1/6部分進行分析，即選擇1/2的大圓弧和1/2的小圓弧進行分析，以后的分析或計算中，參數(shù)如無特別說明，均針對圓周的1/6。例如，如果是角度，其值必然小于等于60。砂輪工件凸輪機構(gòu)見圖3所示。 三角圓弧軸和砂輪形成的凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律實際上就是x與的關系。而由圖3不難看出，x與的關系更容易理解。因此，這里先推導出x與的關系表達式，再推導x與的關系就很容易了。為推導x、x與，需要分段考慮：1）當00 (0將在后面推導)時：由圖3不難看出： 化簡得到： （1）于是不難得到：這里+r于是： （2）2）當01時，情況有些不同，這時砂輪三角圓弧軸機構(gòu)形位如圖4所示：為計算方便，這里引入中間角度變量，則有=1-，于是不難得到： （3） 用代替則有： （4） 因此： (5) 3）0計算根據(jù)圓弧相切關系，不難得出： 考慮，則 （6） 4）x的取值范圍以上計算得到的公式（2）、（5）是當三角圓弧軸不同的轉(zhuǎn)角范圍時沙輪工件凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律。x的取值范圍情況如下：設T=b+R2-R0（或T=（R2+b）-（R1-a），意義相同），則x0，T （7）2控制凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律從圖3中不難看出，y與x有著相同的取值范圍，即 y0，T （8）但是方向不同；當x從0到T變化時，y將從T到0變化。很顯然，他們有如下關系： y=T-x （9） 公式（9）是控制凸輪對應的運動規(guī)律的最簡化表達式，實際計算時，要聯(lián)合公式（2）（5）（6）（9）以及參數(shù)T的定義。 3數(shù)值計算和處理的說明1）數(shù)值的計算 根據(jù)上述推導過程，可以知道在y計算中，角度是變量，a，b，r，R1，R2，R0, 0，1，T是常量，另外還需要指定控制凸輪的基圓半徑r0。這樣就可以通過以很小的步長（）變化，就可以計算出一系列的y，再聯(lián)合控制凸輪的基圓半徑r0，就可得到控制凸輪的輪廓。由于實際計算的復雜性和繁瑣性，計算需要借助于計算機程序完成。我們車間有這樣的條件。2）處理說明根據(jù)以上的推導計算進行控制凸輪的設計，需要注意以下兩點： a所計算出的凸輪輪廓數(shù)據(jù)是凸輪的理論輪廓線數(shù)據(jù)，實際加工中，控制凸輪的推桿尖部雖然圓弧很?。≧小于1mm）但不是零?？刂仆馆啿捎镁€切割加工時，需要根據(jù)推桿尖部的尺寸進行補償（這對于很小尺寸時，是能夠做到的）。b以上所有公式的推導只考慮了三角圓弧軸的1/6圓周，相應的控制凸輪的運動規(guī)律也只有1/6圓周，要得到完整的凸輪輪廓數(shù)據(jù)，應該做些數(shù)學處理（鏡向和旋轉(zhuǎn)）。實際中，這些處理是由工程技術人員協(xié)助解決的。 五. 加工過程中的問題及對策從上面的討論中，不難看出，影響控制凸輪形狀的因素較多。實際中顯然地，砂輪半徑的影響是最突出的。為減少影響，需要保證三角圓弧軸鏟磨精加工砂輪外徑尺寸符合設計時采用的理論值。加工中，為避免砂輪半徑變化造成的負面影響，準備了兩個砂輪一個用于粗加工，一個用于精加工。采用了小進給量多次加工的試切法磨削。這樣，因為砂輪外徑