數(shù)控機床的弧面分度凸輪的設計與制造研究

1、<p>　　數(shù)控機床的弧面分度凸輪的設計與制造研究</p><p>　　[摘 要]在各種自動機械中，弧面分度機構得到了廣泛的應用。而弧面分度凸輪機構是數(shù)控機床加工的核心，但在國內尚且沒能得到深入的研究。因此，本文對數(shù)控機床的弧面分度凸輪工作原理展開了分析，并對凸輪的設計與制作問題展開了研究，以便為關注這一話題的人們提供參考。 </p><p>　　[關鍵詞]數(shù)控機床 弧面分度凸輪

2、 設計與制造 </p><p>　　中圖分類號：TG547 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）47-0283-01 </p><p>　　引言：在空間結構上，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行精確的加工。就目前來看，國內外往往使用范成法進行弧面分度凸輪的加工制造，然后利用滲碳方法進行凸輪的熱處理。而對弧面分度凸輪的設計與制作問題展開進一步的

3、研究，從而了解凸輪工作原理，并掌握凸輪的加工平臺、機構運動和加工刀具軌跡和制造工藝的設計思路和方法，則可以更好的進行弧面分度凸輪的加工與制造。 </p><p>　　1 數(shù)控機床的弧面分度凸輪工作原理 </p><p>　　在利用數(shù)控機床完成弧面分度凸輪的設計與制造前，先要了解凸輪的工作原理。從結構上來看，弧面分度機構由分度盤、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

4、構的設計，可以進行垂直交錯軸之間的高速間歇運動機制的構建。在凸輪以固定速度周期性轉動時，滾子會被凸輪弧面帶動，繼而使從動分度盤轉位。在凸輪轉動到停歇段后，滾子會卡在兩側，以便使凸輪轉位[1]。此時，分度盤將保持不動，繼而可以使機構實現(xiàn)間歇性工作。 </p><p>　　2 弧面分度凸輪的設計與制作研究 </p><p><b>　　2.1 設計參數(shù) </b></

5、p><p>　　在進行數(shù)控機床的弧面分度凸輪設計與制作時，需要掌握凸輪機構的運動參數(shù)和幾何尺寸。目前，凸輪運動參數(shù)主要包含分度廓線頭數(shù)、轉盤分度數(shù)、轉盤分度期轉角位移和凸輪分度期轉角等。其中，轉盤分度數(shù)為轉盤滾子數(shù)與凸輪廓線頭數(shù)的比值。而凸輪結構的幾何設計參數(shù)包含了中心距離、滾子半徑、轉盤節(jié)圓半徑和壓力角等多個參數(shù)，可以根據(jù)已知運動參數(shù)計算出來。假設轉盤分度期范圍與轉盤分度角一定，而轉盤的運動可以進行正弦加速度曲線的

6、改進，并且分度角在八個工位均勻分布[2]。同時，轉盤在固定的間歇期會停止旋轉，凸輪中心距離一定，并保持固定轉速勻速旋轉，就可以確定所需要的凸輪幾何設計參數(shù)。 </p><p>　　2.2 加工平臺設計 </p><p>　　在確定凸輪的加工工藝和設備后，需要進行加工平臺的設計。在加工的過程中，凸輪的自轉和工作臺的擺動都需要利用回轉工作臺上的A、B兩個聯(lián)動轉動坐標實現(xiàn)。而刀具的進刀和退刀運動

7、需要利用Z坐標實現(xiàn)，刀具與凸輪對心需要利用X、Y兩個坐標實現(xiàn)。同時，凸輪的加工還需要確保凸輪回轉中心高度和刀具中心線與工作臺表面距離相等，并且刀具中心線與工作臺回轉中心線相交。為了滿足這些條件，需要先確定加工平臺的設計方案。目前，可以采取的方案為：刀具在X、Y方向移動，并與B轉動；而凸輪則在Z方向移動，并在A方向轉動。在五軸聯(lián)動數(shù)控機床的五個坐標中，A、B坐標轉動可以使刀具與凸輪按照預先設定的運動規(guī)律運動，X、Y坐標移動能夠使刀具與凸輪

8、對心，Z坐標則能夠使刀具或凸輪移動，并且控制刀具的進給量。根據(jù)之前的設計方案，凸輪加工開始時會利用X、Y坐標的移動實現(xiàn)刀具對心，然后利用A坐標轉動實現(xiàn)凸輪與刀具同步轉動，并利用Z移動進行刀具進給加工[3]。相較于凸輪，刀具移動更加輕巧便利，所以需要將三個坐標放在刀具系統(tǒng)上。 </p><p>　　2.3 凸輪機構運動和加工刀具軌跡設計 </p><p>　　弧面分度凸輪的空間構造較為復雜，

9、需要利用CAN軟件進行加工程序的生成。但是在進行該種計算機數(shù)控程序技術前，需要進行凸輪機構運動和加工刀具軌跡的設計，以便按照凸輪和刀具的運動規(guī)律完成相應仿真程序的編寫。觀察凸輪運動可以發(fā)現(xiàn)，凸輪是從停歇期開始運動的。根據(jù)凸輪的運動狀態(tài)，可以分析出轉盤上各個滾子在不同時期與凸輪的嚙合關系，并進行軌跡程序輸出計算結果的驗證。具體來講，就是按照規(guī)定運動規(guī)律曲線進行凸輪機構運動的觀察，在凸輪旋轉360°后，進行滾子參與嚙合的次數(shù)和順序

10、的記錄。而在進行刀具加工路徑設計時，為了確保加工的精度，需要進行每一刀進入的角度的計算，并且完成出刀角度的計算。為了達成這一目的，需要利用滾子與凸輪的幾何關系進行進刀與出刀角度的計算。就目前來看，滾子與凸輪有兩種幾何關系，即轉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系[4]。根據(jù)觀察到的凸輪運動狀態(tài)，則可以利用仿真程序進行轉角數(shù)據(jù)的獲取，然后進行刀具軌跡的判斷。 </p><p>　　2.4 凸輪

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

12、利用立銑刀進行工件余量部分切除，以完成二次開粗。在此基礎上，可以進行凸輪的半細加工。比如，如果凸輪有兩個弧面上有直紋面，就需要利用可變輪廓銑的方式進行刀具路徑的生成，從而完成凸輪的半細加工。 </p><p>　　結論：總而言之，作為結構復雜并且加工精度高的零件，弧面分度凸輪的設計與加工比較麻煩。而本文通過確定凸輪的設計參數(shù)，并進行凸輪加工平面、機構運動和加工刀具軌跡和制造工藝的設計，對凸輪的設計與制造問題展開了

13、研究，以期為相關加工制造行業(yè)及人員提供參考。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 梁京燕.弧面分度凸輪機構的CAD建模[J].滁州職業(yè)技術學院學報，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].機械設計與制造，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用[J].機械傳動，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體建模與加工仿真[J].機械設計，2015，05：30-34. </p><p><b>　　作者簡介 </b>&l