弧面凸輪數(shù)控加工中心距誤差分析方法研究*

龔青山 羅 敏 常治斌 任愛華

(湖北汽車工業(yè)學(xué)院，湖北 十堰442002)

1 機床及原理分析

弧面凸輪機構(gòu)是一種性能優(yōu)良的高速、高精度間歇分度機構(gòu)，它由弧面分度凸輪和在徑向放射狀等分裝有滾子的從動盤兩部分組成，如圖1所示。因其具有分度精度高，傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞扭矩大等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種輕工機械、紡織機械、加工中心等領(lǐng)域。其核心部件弧面凸輪的曲面輪廓要求精度高，形狀較復(fù)雜，加工制造十分困難，因此課題組對弧面凸輪加工技術(shù)進行研究，最終研制成功XK6401弧面凸輪數(shù)控加工專用銑床。

XK6401弧面凸輪數(shù)控加工專用銑床是一臺具有雙回轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸聯(lián)動的五軸銑床，如圖2所示。加工弧面分度凸輪時，按照范成原理，成形銑刀相當(dāng)于從動盤滾子，刀具高速旋轉(zhuǎn)、工件自轉(zhuǎn)同時又以距凸輪中心一定距離的位置點為圓心繞刀具擺動。根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)置機床加工參數(shù)，啟動機床，刀具與工件按照設(shè)定的運動規(guī)律作相對切削運動，就可以加工出所需廓面弧面凸輪。

范成法加工弧面凸輪廓面，理論上無誤差，加工效率高，但由于其機構(gòu)及誤差分析的復(fù)雜性且影響廓面誤差因素具有多樣性，依此加工原理，影響凸輪廓面誤差的因素有刀具誤差、中心距誤差、軸線偏移誤差、凸輪體回轉(zhuǎn)誤差等。由于弧面凸輪在裝配時通過調(diào)整中心距消除間隙、產(chǎn)生預(yù)壓，因此研究中心距誤差對機構(gòu)輸出運動的影響，有助于合理地選擇中心距調(diào)整量進行修形，形成合適的預(yù)壓，從而提高機構(gòu)的定位精度、動態(tài)性能和運動的平穩(wěn)性。

XK6401弧面凸輪數(shù)控加工專用銑床設(shè)置了一個手動控制坐標(biāo)軸，用于設(shè)定所加工弧面凸輪的中心距。該坐標(biāo)軸根據(jù)所設(shè)計的弧面凸輪中心距在加工前手動調(diào)整設(shè)置好后，鎖死，在加工過程中不能變動。但是由于弧面凸輪廓面的復(fù)雜性，缺乏相應(yīng)的檢測手段對加工產(chǎn)品精度進行檢測，尤其是中心距加工誤差，大多情況采用裝配調(diào)整的方法，裝配調(diào)整法比較麻煩，加工完成后必須將凸輪從機床上取下裝配測試。筆者在實踐中針對這個問題嘗試找到簡便方法對所加工凸輪中心距誤差進行分析，以便及時進行調(diào)整，提高加工精度。實踐中筆者采用了通過測量停歇期凸輪凸脊寬度的方法進行分析。

2 中心距誤差分析

通過對弧面凸輪相關(guān)參數(shù)分析，如表1所示，通過添加相應(yīng)的輔助線建立弧面凸輪誤差分析模型，如圖3所示。

表1 弧面分度凸輪機構(gòu)相關(guān)參數(shù)

作輔助線連接OB、BC，則BC為凸輪頂弧面停歇期凸脊的弦(即檢測中便于測量的凸脊寬度)，BC交中心線于D點，則OB=OC=rc，AB=r=ρ，且令∠AOB=α、∠BOD=β、BC=t。

凸脊寬度:

根據(jù)式(1)可以求出所給參數(shù)下凸輪停歇期寬度的理論值BC與現(xiàn)實實測值BC＇進行比較以判斷中心距誤差大小，如果BC＇＞BC則中心距偏大，則需要重新調(diào)整機床中心距再進行加工;如果BC＇＜BC，則中心距偏小，產(chǎn)品不滿足要求。

在加工中為了便于調(diào)整，一般如果能通過實測凸輪停歇期凸脊寬度計算出中心距的大小，以方便機床中心距調(diào)整，加工出合格的產(chǎn)品?？梢酝ㄟ^實測凸脊寬度計算出凸輪頂弧面半徑rc與理論值比較間接得出中心距的大小，根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整機床消除誤差。

通過上面的推導(dǎo)已知:sinα=ρ/rc，sinβ=t/(2rc)，α=π/z-β，則有

最后推導(dǎo)出凸輪頂弧面半徑rc計算公式為:

3 加工實例

通過上面分析推導(dǎo)出弧面凸輪停歇期凸脊計算公式和頂弧面半徑計算公式?，F(xiàn)對設(shè)計的弧面凸輪應(yīng)用XK6401數(shù)控銑床進行加工，參數(shù)見表2，然后應(yīng)用所推導(dǎo)公式進行分析，驗證所推導(dǎo)公式正確性。

表2 弧面分度凸輪機構(gòu)參數(shù)值

設(shè)定好機床XK6401弧面凸輪數(shù)控加工專用銑床參數(shù)，對毛坯進行加工，加工后裝配調(diào)試，凸輪卡死，不能正常工作，經(jīng)檢測加工出的凸輪停歇期凸脊寬度為13.5 mm，代入式(2)計算弧面凸輪頂弧面半徑實際值rc＇，為

誤差分析:δ=rc＇-rc=50.72-49=1.72 mm。

經(jīng)檢測計算得出凸輪加工中心距偏大，δ=1.72 mm，應(yīng)用機床的手動調(diào)整軸將中心距調(diào)小1.72 mm，再次裝夾后加工，加工完成后經(jīng)檢測尺寸滿足要求，將加工好的凸輪不經(jīng)過修形直接裝配試驗，凸輪運轉(zhuǎn)靈活，分度箱工作正常。

4 結(jié)語

由于弧面凸輪是空間曲面，目前尚無簡便的檢測手段和儀器對加工凸輪精度進行檢測。本文是筆者在實踐中總結(jié)的一種方法，當(dāng)然這里計算出的誤差不包含其他方面因素的影響，但在現(xiàn)實應(yīng)用中也不失為一種簡便方法，經(jīng)實際加工驗證，該方法有一定的實用價值。筆者還將在以后實踐中進一步探討。

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