拋光磨頭凸輪曲線的新型加工方法探討

鄧小明　隋旭東　陳光永

摘要 本文通過介紹凸輪式拋光磨頭的工作原理,指出了凸輪曲線目前在設(shè)計及加工方面存在的不足,并提出了凸輪式拋光磨頭凸輪曲線一種全新的設(shè)計、加工思路。

關(guān)鍵詞 拋光磨頭,凸輪曲線,數(shù)控技術(shù)

在現(xiàn)有的瓷質(zhì)磚(石材)拋光磨頭設(shè)備中,有一種各磨塊擺桿以凸輪為驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu),其工作原理如圖1所示,在磨盤公轉(zhuǎn)的同時,通過差動輪系,使凸輪相對磨盤產(chǎn)生一個相對轉(zhuǎn)動, 由于凸輪曲線的起伏變化,凸輪驅(qū)動主動擺桿1(三個)往復(fù)擺動(n1),主動擺桿又驅(qū)動被動擺桿4(三個)往復(fù)擺動(n2),這樣就使磨塊與磚面始終保持線接觸的狀態(tài),從而保證了磨削所需的比壓以及利于排屑操作。

為了保證系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠地工作,擺桿兩個主動滾輪與凸輪曲線必須共軛,也就是說,在運動過程中,擺桿中心O與凸輪定位面A的距離始終保持恒值H,而主動滾輪1、2與凸輪曲線必須始終保持良好的貼合狀態(tài)(見圖2上),否則的話,若有間隙,就可能引起沖出和振動現(xiàn)象(見圖2下)。

現(xiàn)有凸輪曲線的設(shè)計及加工方法可參見圖3及圖4。

圖3為現(xiàn)有凸輪工作圖中所附的凸輪曲線展開圖。

圖4為現(xiàn)有凸輪的加工原理圖,其加工設(shè)備采用普通(數(shù)控)銑床或加工中心進行加工。

現(xiàn)有設(shè)計曲線與凸輪加工方法存在的不足有以下幾方面:

(1) 現(xiàn)有設(shè)計曲線缺乏足夠的理論支持證明其為共軛曲線。

(2) 加工方法與工作狀況不符,在加工過程中,刀具中心線N與凸輪定位面A始終平行,而實際工作情況為:僅水平位置與凸輪定位面平行,在其余位置時,滾輪軸線與凸輪定位面只是一般的空間位置關(guān)系(不平行也不相交)。

(3) 實際應(yīng)用中,凸輪旋轉(zhuǎn)一周,曲線與滾輪間隙變化較大(只是近似共軛)。

本方案所要解決的技術(shù)問題就是為凸輪式拋光磨頭凸輪曲線設(shè)計一種新的設(shè)計及加工方法,徹底消除原理誤差,解決該類磨頭因凸輪曲線不能共軛而產(chǎn)生的振動現(xiàn)象。

為實現(xiàn)上述目的,本方案擬采用以下技術(shù)方案:

(1) 加工系統(tǒng)的傳動原理完全符合其工作原理;

(2) 系統(tǒng)共有4個運動:被加工件(凸輪)的旋轉(zhuǎn)運動(n1)、被加工件(凸輪)的進給運動(t1)、刀具的旋轉(zhuǎn)運動(n2)、刀具的擺動(t2);

(3) 其中t1、n2相互之間以及與系統(tǒng)其它運動無嚴(yán)格配套要求,僅由工藝需要決定,屬于外傳動鏈;而n1、t2之間有嚴(yán)格運動關(guān)系要求,屬于內(nèi)傳動鏈;

(4) n1、t2的相互關(guān)系由所需運動規(guī)律確定;

(5) n1、t2的運動可由機械傳動(齒輪系)實現(xiàn),也可采用數(shù)控技術(shù)實現(xiàn),本方案優(yōu)先考慮數(shù)控方案;

(6) n1采用控制電機A來實現(xiàn);t2采用控制電機B來實現(xiàn)。上述方案如圖5所示。

下面結(jié)合圖5和具體實施方式對本方案作進一步的詳細(xì)說明。

根據(jù)圖5提供的凸輪加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖,其工作原理為:

被加工產(chǎn)品(凸輪3)裝于滑座2上,且由控制電機A驅(qū)動;銑刀4 由刀具電機8驅(qū)動,且裝于擺架10上,該系統(tǒng)由控制電機B驅(qū)動。

被加工產(chǎn)品(凸輪3)按某特定方向旋轉(zhuǎn);刀具4在自轉(zhuǎn)的同時,隨擺架10繞擺架軸線擺動;根據(jù)運動規(guī)律要求,凸輪每轉(zhuǎn)一個步距角,擺架按正(或逆)轉(zhuǎn)動相應(yīng)步距角,兩者有嚴(yán)格運動比例關(guān)系要求;而刀具轉(zhuǎn)速僅決定于被加工產(chǎn)品所需的切削速度;凸輪3與滑座2由進給絲桿5驅(qū)動,在滑座7上移動做進給運動。

凸輪與擺架的運動規(guī)律為:如圖6所示,可備選的有等速運動規(guī)律;勻加速、勻減速運動規(guī)律;余弦運動規(guī)律、正弦運動規(guī)律;也可以是各種運動組合的復(fù)合運動規(guī)律等,經(jīng)分析考慮,本方案優(yōu)先采用余弦運動規(guī)律。

上述設(shè)想可通過設(shè)計專用設(shè)備來實現(xiàn),也可對現(xiàn)有的數(shù)控設(shè)備進行一定的改造后來實現(xiàn),從產(chǎn)品的批量、產(chǎn)品一致性要求及經(jīng)濟性考慮,以采用專用設(shè)備為宜。