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自定心中心架平移凸轮机构的设计与加工

日期:2020-08-13 03:29 作者:365足球体育app下载

  自定心中心架平移凸轮机构的设计与加工_数学_小学教育_教育专区。自定心中心架平移凸轮机构的设计与加工 陈太丽,谢祖强 【摘 要】根据自定心中心架的工作原理,建立了中心架平移凸轮机构的参数化 模型,给出了凸轮实际廓线方程设计计算公式。针对一组设计参数,通过把凸 轮廓

  自定心中心架平移凸轮机构的设计与加工 陈太丽,谢祖强 【摘 要】根据自定心中心架的工作原理,建立了中心架平移凸轮机构的参数化 模型,给出了凸轮实际廓线方程设计计算公式。针对一组设计参数,通过把凸 轮廓线导入 UG 软件数控加工模块中,生成实体模型及数控加工代码,可采用 非等径侧铣的方式对凸轮机构进行加工,为中心架平移凸轮机构的设计制造提 供一种方案。 【期刊名称】《机械研究与应用》 【年(卷),期】2019(032)005 【总页数】4 【关键词】自定心中心架;平移凸轮;凸轮实际廓线;非等径侧铣 基金支持:福建省中青年教师教育科研项目:车床液压自定心中心架关键技术 的研究(编号:JAT170957)。 0引言 在机械加工中,如滚珠丝杠、发动机曲轴、细长丝杠等细长轴类零件,因长径 比大、刚性差,在加工中极易产生振动和弯曲变形,加工质量不易控制[1]。为 了提高细长轴类零件的加工精度,一方面采用双刀切削、磨料水射流镜像加工、 反向切削、正交车铣、水射流补偿切削等特殊加工工艺[2-5],此外,采用中心 架、跟刀架、拉压式尾座、托辊等辅助支撑装置[6-7]。其中,自定心中心架具 有定心精度高,重复定位精度高,夹持工件范围大,体积小,安装操作方便等 优点,是细长轴类零件加工中理想的辅助支撑装置。 国内自定心中心架的使用长期主要依赖进口,价格昂贵,使用成本高。近年来, 国内研究人员对自定心中心架的研究取得了一系列的成果,主要集中在中心架 平移凸轮廓型设计的理论研究、静力分析、结构设计等方面[8-12]。在其凸轮 加工方面,邱琦提出用与滚轮直径相等的铣刀对凸轮廓型进行加工[13],王宜 龙等提出在 CAXA 软件 CAM 平台上用凸轮理论曲线等距曲线生成的数控加工 代码,用常见铣刀直径铣削加工[14]。以上加工方法均建立在凸轮理论廓线的 基础上,并未求得凸轮实际廓线曲线,有一定局限性。本文针对自定心中心架 平移凸轮机构进行研究,推导其实际廓线方程,在此基础上提出平移凸轮机构 的数控加工方法,为自定心中心架设计制造提供依据。 1 自定心中心架工作原理 自定心中心架的工作原理如图 1 所示。 机构对称,图示上部为中心架最大夹持工况,图示下部为中心架最小夹持工况。 液压油缸 1 与平移凸轮 3 以及压轮一 7 刚性连接,液压油缸驱动平移凸轮左、 右平动,平移凸轮外廓面与摆杆 5 上滚轮 4 接触,摆杆 5 共 2 件,对称设置。 平移凸轮驱动摆杆 5 绕旋转 6 旋转,摆杆压轮二 9 与压轮一,形成 3 点夹持机 构,夹持工件。夹持过程中,始终有一个圆与三个压轮内切,且圆周的中心始 终保持不变,即实现全程自定心。 2 中心架平移凸轮廓线 坐标系及参数定义 自定心中心架凸轮机构的参数定义如图 2 所示。以平移凸轮的底边为 x 轴,平 移凸轮的对称中心线为 y 轴,建立直角坐标系 xoy。设摆杆摆臂 O1D 的长度为 L1,摆臂 O1A 的长度为 L2,O1D 与 O1A 的夹角 φ,摆杆旋轴中心点 O1 与 工件轴心 O3 的距离 L0,O2O1 与 O1O3 的夹角为 β,在任一夹持工况下 O3O1 与 O1D 的夹角∠DO1O3 为 α,摆杆滚轮 C、D、E 的半径为 r,滚轮 A、 B 的半径 r0,被夹持工件半径为 R,平移凸轮上滚子 E 中心到凸轮底边的距离 为 L,∠O2O1A 记为 δ=φ-α-β,滚子 A 与凸轮接触点为 H,求凸轮廓线方程 即求 H 点坐标。 2.2 平移凸轮廓形计算 根据对称性,只求凸轮在坐标系第一象限内廓线) 式中:A 点坐标即为凸轮理论廓线方程。 根据包络线法原理,凸轮实际廓线方程是一组以 A 点为圆心,以 r0 为半径圆 的外包络线) 解得凸轮外包络线) 经整理可得凸轮机构的实际廓线 实例设计 自定心中心架的参数如表 1 所示。 以自定心中心架设计参数,将上述数学模型,编写 MATLAB 软件程序,得到 (xH,yH)坐标值列表如图 3 所示。 机构的草图绘制,最后经拉伸成型操作生成凸轮机构的实体模型,如图 4 所示。 3 平移凸轮机构的数控加工 凸轮廓面的加工精度决定了凸轮传动精度。传统的加工方式多采用等径加工, 即选取与凸轮滚子直径相同的刀具,通过刀具补偿实现凸轮廓面的高精度加工。 但是这种加工方式不可避免的出现刀具磨损,产生加工误差,同时制造和使用 大局成本较高[15]。本文建立了凸轮廓面实际廓线方程,可以采用非等径加工 方式,刀具选择方便,扩大了加工范围。 将图 3 坐标值列表经过编辑使其满足 UG 软件输入格式,保存.txt 格式文件, 将.txt 文件导入到 UG 软件中,通过曲线拟合命令得到凸轮廓线,应用镜像命 令得到另一半对称的凸轮廓线,再补充其他线条,完成凸轮平移凸轮毛坯材料 选用 ZG35GrMo,经消失模精密铸造成型,加工余量为 3 mm,机加工前进行 调质处理。铸件上下表面经磨床加工,保证后续加工装夹定位精度。其加工工 艺路线为:①毛坯选用消失模精密铸件,机械加工前进行调质处理;②磨床加 工,磨削凸轮上下表面及前后垂直立面,保证后期数控加工装夹定位基准;③ 数控铣削粗加工,以磨削上表面为定位基准,台虎钳夹持凸轮前后立面,采用 直径 14 mm 的立铣刀,加工凸轮轮廓,并留有 0.2 mm 余量用于精加工。采 用直径 14 mm 的钻头加工 φ15 mm 的销孔;④数控铣削精加工,采用直径 10 mm 的立铣刀精铣凸轮轮廓,采用直径 12 mm 的立铣刀铣削 φ15 mm 的 销孔;⑤凸轮面铣削,将加工好的凸轮反面装夹找正工件,采用面铣削方式, 铣削装夹位置,保证凸轮的厚度。 将如图 4 所示的凸轮机构实体模型,导入到 UG 软件数控加工模块中,选取凸 轮廓面加工工艺参数选择如表 2 所示,在 UG 仿真模块

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