三角圓弧軸的鏟磨加工及其控制凸輪的設(shè)計(jì)

1、三角圓弧軸的鏟磨加工及其控制凸輪的設(shè)計(jì)張衛(wèi)東一. 摘要為保證桑車(chē)總裝線故障及時(shí)排除，通過(guò)自行分析，制造出了替代進(jìn)口的三角圓弧軸。為此初步探討了適用鏟齒車(chē)床的控制凸輪的設(shè)計(jì)和制造相關(guān)問(wèn)題。關(guān)鍵字：鏟齒車(chē)床 三角圓弧軸 控制凸輪二. 問(wèn)題的背景在我廠桑車(chē)裝配線上一機(jī)械手機(jī)構(gòu)中，有一種三角圓弧軸，其簡(jiǎn)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(shí)恢復(fù)正常的生產(chǎn)狀態(tài)，必須及時(shí)更換該三角軸。由于整條生產(chǎn)線都是從國(guó)外成套引進(jìn)的，短時(shí)間內(nèi)不可能完成零件購(gòu)買(mǎi)。結(jié)果只有我們自行測(cè)繪，制造。這個(gè)任務(wù)交給了我們部門(mén)。通過(guò)與技術(shù)人員的共同分析表明，在我們車(chē)間，該零件有以下幾種可能的加工方案：采用線切

2、割直接成型鏟磨成型線切割的方法加工簡(jiǎn)便，效率較高，但是由于該軸的長(zhǎng)度為220，車(chē)間現(xiàn)有的線切割設(shè)備不能進(jìn)行加工。因此線切割方法只能是一種設(shè)想。根據(jù)作者的工作經(jīng)驗(yàn)，用鏟齒車(chē)床進(jìn)行鏟磨加工，對(duì)于這種零件應(yīng)該可以實(shí)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(zhǔn)備相應(yīng)的二類(lèi)工裝，最主要的是控制凸輪。但是對(duì)于控制頭凸輪而言，主要是設(shè)計(jì)出其形狀。基于這要的考慮，除去粗加工，要結(jié)決的核心問(wèn)題可歸結(jié)如下：設(shè)計(jì)控制凸輪鏟磨加工三角圓弧軸三. 鏟磨加工簡(jiǎn)介為便于說(shuō)明，在這里將鏟齒車(chē)床的鏟磨加工作一簡(jiǎn)單介紹。鏟齒車(chē)床是一種以車(chē)床為主體，通過(guò)增加專(zhuān)用附件凸輪控制溜板箱機(jī)構(gòu)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的沙輪機(jī)和其它相應(yīng)的

3、控制機(jī)構(gòu)所形成的具有車(chē)，磨（內(nèi)、外）等多種加工能力的綜合型設(shè)備。這種機(jī)床最突出的特點(diǎn)是主軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，溜板箱上的小溜板能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以加工不同的曲線輪廓。圖2反映了用鏟齒車(chē)床磨加工三角圓弧軸的傳動(dòng)原理： 如圖所示，凸輪推桿、小溜板、砂輪是一體的，可以同時(shí)上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)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(duì)稱(chēng)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(shí)際加工過(guò)程中，工件象車(chē)床加工一樣，用三爪卡盤(pán)或頂針機(jī)構(gòu)裝夾，加工過(guò)程隨主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，砂輪機(jī)隨小溜板相在控

4、制凸輪的作用下前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，控制凸輪的旋轉(zhuǎn)角速度可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，在加工三角圓弧軸時(shí)，考慮三腳圓弧軸輪廓的對(duì)稱(chēng)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(shuō)明進(jìn)行控制凸輪的設(shè)計(jì)。四. 控制凸輪設(shè)計(jì)一般而言，凸輪設(shè)計(jì)計(jì)算比較復(fù)雜，可以采用的方法有解析法和作圖法兩種。但在實(shí)際加工中，數(shù)學(xué)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(shè)計(jì)控制凸輪，計(jì)算分為兩個(gè)步驟：一是計(jì)算砂輪工件凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，二是計(jì)算控制凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在下面將分別討論。出于計(jì)算時(shí)的方便性考慮，這里參照?qǐng)D3統(tǒng)一約定相關(guān)的參數(shù)如下： 三角圓弧軸的轉(zhuǎn)角，是工件輪廓上

5、最短距離點(diǎn)與其回轉(zhuǎn)中心連線與工件砂輪中心連線的夾角，為運(yùn)動(dòng)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(méi)有標(biāo)出，但x實(shí)際上是控制凸輪設(shè)計(jì)的依據(jù)；0 三角圓弧軸在大小圓弧過(guò)度處的轉(zhuǎn)角，意義同；1 三角圓弧軸小圓弧中點(diǎn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律；T x的最大值，T

6、=b+R2-R0（或T=（R2+b）-（R1-a），意義相同）1砂輪工件凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律考慮到該三角圓弧軸的對(duì)稱(chēng)性，簡(jiǎn)單起見(jiàn)，對(duì)其圓周的1/6部分進(jìn)行分析，即選擇1/2的大圓弧和1/2的小圓弧進(jìn)行分析，以后的分析或計(jì)算中，參數(shù)如無(wú)特別說(shuō)明，均針對(duì)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(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3所示。 三角圓弧軸和砂輪形成的凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)際上就是x與的關(guān)系。而由圖3不難看出，x與的關(guān)系更容易理解。因此，這里先推導(dǎo)出x與的關(guān)系表達(dá)式，再推導(dǎo)x與的關(guān)系就很容易了。為推導(dǎo)x、x與，需要分段考慮：1）當(dāng)00 (0將在后面推導(dǎo))時(shí)：由圖3不難看出： 化簡(jiǎn)得到： （1）于

7、是不難得到：這里+r于是： （2）2）當(dāng)01時(shí)，情況有些不同，這時(shí)砂輪三角圓弧軸機(jī)構(gòu)形位如圖4所示：為計(jì)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(jì)算根據(jù)圓弧相切關(guān)系，不難得出： 考慮，則 （6） 4）x的取值范圍以上計(jì)算得到的公式（2）、（5）是當(dāng)三角圓弧軸不同的轉(zhuǎn)角范圍時(shí)沙輪工件凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。x的取值范圍情況如下：設(shè)T=b+R2-R0（或T=（R2+b）-（R1-a），意義相同），則x0，T （7）2控制凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(dāng)x從0到T變化時(shí)

8、，y將從T到0變化。很顯然，他們有如下關(guān)系： y=T-x （9） 公式（9）是控制凸輪對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的最簡(jiǎn)化表達(dá)式，實(shí)際計(jì)算時(shí)，要聯(lián)合公式（2）（5）（6）（9）以及參數(shù)T的定義。 3數(shù)值計(jì)算和處理的說(shuō)明1）數(shù)值的計(jì)算 根據(jù)上述推導(dǎo)過(guò)程，可以知道在y計(jì)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(guò)以很小的步長(zhǎng)（）變化，就可以計(jì)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(shí)際計(jì)算的復(fù)雜性和繁瑣性，計(jì)算需要借助于計(jì)算機(jī)程序完成。我們車(chē)間有這樣的條件。2）處理說(shuō)明根據(jù)以上的推導(dǎo)計(jì)算進(jìn)行控制凸輪的設(shè)

9、計(jì)，需要注意以下兩點(diǎn)： a所計(jì)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(shí)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(shí)，需要根據(jù)推桿尖部的尺寸進(jìn)行補(bǔ)償（這對(duì)于很小尺寸時(shí)，是能夠做到的）。b以上所有公式的推導(dǎo)只考慮了三角圓弧軸的1/6圓周，相應(yīng)的控制凸輪的運(yùn)動(dòng)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(yīng)該做些數(shù)學(xué)處理（鏡向和旋轉(zhuǎn)）。實(shí)際中，這些處理是由工程技術(shù)人員協(xié)助解決的。 五. 加工過(guò)程中的問(wèn)題及對(duì)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(shí)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(shè)計(jì)時(shí)采用的理論值。加工中，為避免砂輪半徑變化造成的負(fù)面影響，準(zhǔn)備了兩個(gè)砂輪一個(gè)用于粗加工，一個(gè)用于精加工。采用了小進(jìn)給量多次加工的試切法磨削。這樣，因?yàn)樯拜?/p>