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大中心距弧面凸轮的数控加工

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大中心距弧面凸轮的数控加工

发布日期:2017-07-11 00:00 来源: 点击:

弧面凸轮由于其空间不可展特性,只能通过两个旋转坐标加工而不能转换成直角坐标加工。无论是在专用数控机床还是在通用多坐标数控机床上加工弧面凸轮,两个旋转轴不但应满足啮合传动时的运动要求,同时还应保证其中心距不变对于一台特定的机床,可加工凸轮的中心距参数范围一般是有限的,当中心距参数超出机床可调范围时将无法加工。

大多数加工弧面凸轮的专用数控机床除具备两个旋转坐标外,两个回转中心的距离是可调的,以此来满足不同中心距的凸轮加工要求这种专用机床结构简单刚性好、成本低,但加工范围有限,只能采用范成法加工。通用五坐标数控机床受机床运动结构和工装的限制,加工弧面凸轮时其中心距是靠算法保证的〔1〕;即除弧面凸轮所需的丨旋转运动外还需两个直线坐标进行位置补偿,以保证刀具轴线始终通过理论回转中心并和摆动中心重合。因此其加工范围几乎不受限制既可以范成法也可以靠刀法加工,但编程计算复杂设备成本较高专用五坐标数控机床,结构设计上综合了上述两种机床的优点,所以在功能和使用性能上都有了较大的改进本文将以该机床为对象,讨论大中心距弧面凸轮的加工方法和相关问题2机床结构及坐标系是凸轮专用五坐标数控机床的结构和坐标系示意图。齐重数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。

当机床中心距大于200mm时,刀具至王轴端面的长度将大于300mm,王轴悬长将大于500mm,机床主轴刚度将明显变差,对加工非常不利。

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。(齐重数控


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