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大中心距弧面凸輪的數控加工

發布日期:2017-07-11 00:00 來源: 點擊:

弧面凸輪由于其空間不可展特性,只能通過兩個旋轉坐標加工而不能轉換成直角坐標加工。無論是在專用數控機床還是在通用多坐標數控機床上加工弧面凸輪,兩個旋轉軸不但應滿足齧合傳動時的運動要求,同時還應保證其中心距不變對于一台特定的機床,可加工凸輪的中心距參數範圍一般是有限的,當中心距參數超出機床可調範圍時將無法加工。

大多數加工弧面凸輪的專用數控機床除具備兩個旋轉坐標外,兩個回轉中心的距離是可調的,以此來滿足不同中心距的凸輪加工要求這種專用機床結構簡單剛性好、成本低,但加工範圍有限,只能采用範成法加工。通用五坐標數控機床受機床運動結構和工裝的限制,加工弧面凸輪時其中心距是靠算法保證的〔1〕;即除弧面凸輪所需的丨旋轉運動外還需兩個直線坐標進行位置補償,以保證刀具軸線始終通過理論回轉中心並和擺動中心重合。因此其加工範圍幾乎不受限制既可以範成法也可以靠刀法加工,但編程計算複雜設備成本較高專用五坐標數控機床,結構設計上綜合了上述兩種機床的優點,所以在功能和使用性能上都有了較大的改進本文將以該機床爲對象,討論大中心距弧面凸輪的加工方法和相關問題2機床結構及坐標系是凸輪專用五坐標數控機床的結構和坐標系示意圖。齊重數控该机床采用卧式结构,其中直线轴部分XY和Z轴的运动方式与一般卧式数控铣床相同,行程分别为:850700和700mmB轴为转台式结构,位于由XY轴组成的工作台之上,采用双导程蜗轮蜗杆驱动和大直径、高强度滚动轴承及高精度光栅编码器,运动行程为±65°A轴位于B轴转台之上,采用250mm和160mm两种不同中心高的旋转分度头。A轴和B轴之间装有称为W轴的调整机构和数显装置,用于调整两轴的距离,可调范围为:40~ 280mm由于机床结构和工装设计保证了工件中心和B轴中心都通过主轴轴线,因此Z轴进给只用于控制加工凸轮的槽深而和其他参数无关,从而使操作和编程较为简单。这种结构的缺点是当凸轮中心距较大时,主轴悬伸较长,使主轴刚度降低采用卧式结构比采用立式结构的优越性在于机床结构相对简单、刚性好和运动范围大,特别是在靠刀法加工时坐标变换简单这些特点对降低设计、制造成本,提高加工效率和精度,快速换刀等非常有利3坐标变换及编程如所示,以刀具摆动的加工方法来进行研究图中O为刀具实际摆动中心,O为从动盘理论摆动中心。及为刀具实际加工半径,R为理论回转半径当刀具摆过B角时,对应加工位置为b点,而实际刀具位置为a点。比较ab两点可知其XZ方向上的距离分别为x和z即当刀具按工和z值进行补偿时就可以小中心距加工大中心距的凸轮。

从图中几何关系可以导出:可以看出补偿值只与凸轮的中心距参数G机床中心距C和摆角B有关,而与凸轮转角A无关实际应用中,CC为已知量,刀具摆角B由运动规律B=B(A)确定,在加工过程中也为已知量。因此,通过两个旋转坐标和两个直线坐标的四轴联动控制,理论上可实现任意中心距凸轮的加工,不但可以小机床中心距加工大中心距凸轮,也可以大机床中心距加工小中心距凸轮将上式算法作为一个专用模块,放入由作者开发研制的凸轮自动编程软件kDoctorCAM1.0凸轮自动编程系统中即可自动实现坐标的转换,该变换不影响该系统中已有的靠刀算法、偏心算法进给速度修正、凸轮曲面修型和计算误差控制等功能4应用实例现有待加工弧面凸轮型号为:SH350. 8,其参数为:中心距350mm,分度数8,动静比1351/225°,I型,左旋,槽深48mm滚子直径90mm,蜗弧半径197mm,凸轮宽度250mm由于凸轮中心距大于机床最大可调范围,所以不能直接加工。

當機床中心距大于200mm時,刀具至王軸端面的長度將大于300mm,王軸懸長將大于500mm,機床主軸剛度將明顯變差,對加工非常不利。

考虑到主轴刚度要求,在不产生运动干涉的前提下调整机床中心距到200mm这时的C' 350mm,即可根据公式计算出任意时刻的补偿值x和z实际切削结果表明:该法可用于扩大机床的原有加工范围,还可用于调整加工时的机床参数;由于主轴悬伸变短使机床刚度提高,加工精度和加工效率有了明显提高,较准确地保证了发酵工艺的实现,为改进工艺提供依据;节约投资:仿人智能控制方法采用的执行机构为气动碟阀,价格在2000元左右;而PID控制采用气动调节阀,价格在6000~10000元左右,按60个大罐三点控制计算,可节约投资12~ 144万元该系统的应用使工人从繁重的手工劳动中解放出来了。同时,降低了由于手工测温所带来的酒损(12万元年),从而提高了经济效益。(齊重數控


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