三角圆弧轴铲磨加工和其控制凸轮设计.docVIP

三角圆弧轴的铲磨加工 及其控制凸轮的设计 张卫东 摘要 为保证桑车总装线故障及时排除，通过自行分析，制造出了替代进口的三角圆弧轴。为此初步探讨了适用铲齿车床的控制凸轮的设计和制造相关问题。 关键字：铲齿车床 三角圆弧轴 控制凸轮 问题的背景 在我厂桑车装配线上一机械手机构中，有一种三角圆弧轴，其简图如下： 该零件的损坏必然影响了总装线的流水作业。为使总装线及时恢复正常的生产状态，必须及时更换该三角轴。由于整条生产线都是从国外成套引进的，短时间内不可能完成零件购买。结果只有我们自行测绘，制造。这个任务交给了我们部门。通过与技术人员的共同分析表明，在我们车间，该零件有以下几种可能的加工方案： ——采用线切割直接成型 ——铲磨成型 线切割的方法加工简便，效率较高，但是由于该轴的长度为220，车间现有的线切割设备不能进行加工。因此线切割方法只能是一种设想。根据作者的工作经验，用铲齿车床进行铲磨加工，对于这种零件应该可以实现加工意图，并满足使用要求。麻烦之处在于为了加工该零件，必须准备相应的二类工装，最主要的是控制凸轮。但是对于控制头凸轮而言，主要是设计出其形状。基于这要的考虑，除去粗加工，要结决的核心问题可归结如下： 设计控制凸轮——铲磨加工三角圆弧轴 铲磨加工简介 为便于说明，在这里将铲齿车床的铲磨加工作一简单介绍。 铲齿车床是一种以车床为主体，通过增加专用附件——凸轮控制溜板箱机构、电机驱动的沙轮机和其它相应的控制机构所形成的具有车，磨（内、外）等多种加工能力的综合型设备。这种机床最突出的特点是主轴旋转的同时，溜板箱上的小溜板能够实现往复规律运动，从而能够实现平面曲线轮廓的加工。采用不同的控制凸轮，小溜板就可实现相应的运动规律，以加工不同的曲线轮廓。图2反映了用铲齿车床磨加工三角圆弧轴的传动原理： 如图所示，凸轮推杆、小溜板、砂轮是一体的，可以同时上下运动，实现相应的运动规律；而工件和控制凸轮则在各自固定的中心旋转，由于三角圆弧轴的中心对称性，自然地选择控制凸轮与三角圆弧轴角速度相同的模式。 在实际加工过程中，工件象车床加工一样，用三爪卡盘或顶针机构装夹，加工过程随主轴作旋转运动，砂轮机随小溜板相在控制凸轮的作用下前后往复运动，控制凸轮的旋转角速度可根据需要进行调节，在加工三角圆弧轴时，考虑三脚圆弧轴轮廓的对称性，选择了主轴，凸轮同步旋转的模式，即主轴和控制凸轮角速度相同。这样就可以根据以上说明进行控制凸轮的设计。 控制凸轮设计 一般而言，凸轮设计计算比较复杂，可以采用的方法有解析法和作图法两种。但在实际加工中，数学数据极为重要，这就使得作图法只有理论上意义，这里只能选择解析法。 为设计控制凸轮，计算分为两个步骤：一是计算砂轮——工件凸轮机构的运动规律，二是计算控制凸轮机构的运动规律。在下面将分别讨论。 出于计算时的方便性考虑，这里参照图3统一约定相关的参数如下： φ —— 三角圆弧轴的转角，是工件轮廓上最短距离点与其回转中心连线与工件砂轮中心连线的夹角，为运动规律的主参数； a —— 三角圆弧轴大圆弧圆心和三角圆弧轴回转中心的距离； b —— 三角圆弧轴小圆弧圆心和三角圆弧轴回转中心的距离； R0—— 三角圆弧轴基圆半径； R1—— 三角圆弧轴大圆弧半径； R2—— 三角圆弧轴小圆弧半径； r —— 砂轮半径； x —— 砂轮圆心与三角圆弧轴回转中心的距离； Δx—— 砂轮圆心与三角圆弧轴回转中心的距离的变化量，图中没有标出，但Δx实际上是控制凸轮设计的依据； φ0—— 三角圆弧轴在大小圆弧过度处的转角，意义同φ； φ1—— 三角圆弧轴小圆弧中点处的转角，意义同φ；很显然，这里φ1=60°。 Δy—— 控制凸轮回转中心与推杆顶部距离的变化量，即控制凸轮的运动规律； T —— Δx的最大值，T=b+R2-R0（或T=（R2+b）-（R1-a），意义相同） 1．砂轮——工件凸轮机构的运动规律 考虑到该三角圆弧轴的对称性，简单起见，对其圆周的1/6部分进行分析，即选择1/2的大圆弧和1/2的小圆弧进行分析，以后的分析或计算中，参数如无特别说明，均针对圆周的1/6。例如，如果是角度，其值必然小于等于60°。砂轮——工件凸轮机构见图3所示。 三角圆弧轴和砂轮形成的凸轮机构的运动规律实际上就是Δx与φ的关系。而由图3不难看出，x与φ的关系更容易理解。因此，这里先推导出x与φ的关系表达式，再推导Δx与φ的关系就很容易了。 为推导x、Δx与φ，需要分段考虑： 1）当0≤φ≤φ0 (φ0将在后面推导)时： 由图3不难看出： 化简得到： （1） 于是不难得到： 这里+r 于是： （2） 2）当φ0＜φ≤φ1时，情况有些不同，这时砂轮三角圆弧轴机构形位如图4所示：