曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與加工實(shí)踐研究

王莉靜

（三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門(mén)峽 472000）

槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，工作可靠性強(qiáng)，同時(shí)轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，機(jī)械效率高。但是由于其動(dòng)程行走距離不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，且槽輪在完成起、停時(shí)的加速度大，有沖擊，所以不宜用于高速作業(yè)場(chǎng)合，可以多用于對(duì)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)位角度沒(méi)有要求的轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)。槽輪機(jī)構(gòu)一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高、要求間歇地轉(zhuǎn)過(guò)一定角度的分度裝置中，如轉(zhuǎn)塔車(chē)床上的刀具轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，此外在傳統(tǒng)的電影放映機(jī)中用以間歇移動(dòng)膠片等。

圖1 曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

圖1所示機(jī)構(gòu)為曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由5種專(zhuān)用結(jié)構(gòu)和2種緊固零件組成，分別是上模板、下模板、曲線槽轉(zhuǎn)套、異型滑塊和轉(zhuǎn)軸。緊固件由2個(gè)的銷(xiāo)子和螺套組成。

1 曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)工作原理

在整個(gè)裝配結(jié)構(gòu)中包含五種不同形式的機(jī)構(gòu)，如滑塊結(jié)構(gòu)、曲面槽的配合、軸套的裝配結(jié)構(gòu)、鑲件結(jié)構(gòu)、抽芯結(jié)構(gòu)等。在整個(gè)曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，芯軸與軸套配合，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)曲面槽軸套時(shí)，軸套上的曲面槽通過(guò)半徑變化推動(dòng)滑塊做直線移動(dòng)，滑塊的移動(dòng)完成曲線槽的拼形結(jié)合和抽芯，拼成的曲線槽還要與上模板凸曲面形成配合，從而實(shí)現(xiàn)間歇性方向轉(zhuǎn)動(dòng)，該曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，且結(jié)構(gòu)緊湊。

2 曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的加工方法

整個(gè)曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)很強(qiáng)的功能性，同時(shí)準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)向及定位，這對(duì)該機(jī)構(gòu)的加工工藝性以及加工工人的綜合加工技能水平要求較高。曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包含了許多類(lèi)型的零件，如上模板和下模板是板類(lèi)零件、曲面槽軸套是套類(lèi)零件，還有殼體類(lèi)、模具類(lèi)等零件。在幾何形狀加工方面，該曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也包含了各種孔、槽、曲面以及復(fù)雜的凹腔等幾何形狀。

隨著工業(yè)4.0的快速發(fā)展，CNC加工技術(shù)和加工質(zhì)量不斷提高，在CNC加工中，立式加工中心的占用量比較大，使用最為普遍的為三軸機(jī)床，可以滿足許多類(lèi)型的零件加工，適應(yīng)性強(qiáng)，加工效率高，上述的曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)適用于立式加工中心來(lái)完成。

3 曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和加工要點(diǎn)分析

3.1 曲線槽的加工和配合

如曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)圖紙所示，曲線槽的輪廓通常是指它的內(nèi)側(cè)面輪廓和外側(cè)面輪廓。曲面輪廓加工中，曲面的準(zhǔn)確度和精度以及對(duì)稱(chēng)度直接影響其使用性能。因此，在曲面輪廓中，中心輪廓線是公差分布的基準(zhǔn)，想要在圖紙中表示出曲線槽的精度，多數(shù)會(huì)標(biāo)注中心輪廓線和槽寬的偏差，所以在加工曲線槽時(shí)，想要保證內(nèi)側(cè)面輪廓和外側(cè)面輪廓加工完成的尺寸、形狀相對(duì)于中心輪廓線滿足對(duì)稱(chēng)度要求是比較困難的，尤其是在有配合要求的槽加工時(shí)，技術(shù)水平需求會(huì)更高。針對(duì)上述問(wèn)題，要提高曲線槽的加工質(zhì)量及配合精度，避免加工過(guò)程中涉及到的約束因素，需要注意以下因素：首先是刀具半徑補(bǔ)償值的確定，合理的刀具半徑補(bǔ)償值可以減少刀具磨損或換刀引起的刀具半徑變化，可以大大提高工件的數(shù)值精確度。其次是加工余量的對(duì)稱(chēng)分配，技術(shù)人員需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平合適選擇。再次是加工過(guò)程中的檢測(cè)，在保證加工效率的同時(shí)，應(yīng)適時(shí)對(duì)半成品工件的尺寸進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)存在問(wèn)題盡快修正，保證過(guò)程加工的準(zhǔn)確度。最后是加工中所使用的加工方法、加工工藝以及機(jī)床精度等的問(wèn)題。對(duì)于有精度配合要求的曲線槽機(jī)構(gòu)，還要涉及到基準(zhǔn)件的確定，通常情況下以凹槽為基準(zhǔn)來(lái)確定凸的輪廓偏差，另外還需要考慮兩種凸凹輪廓的公差分配等問(wèn)題。因此在本文的機(jī)構(gòu)中設(shè)計(jì)了曲線槽的配合加工。

3.2 滑塊機(jī)構(gòu)的加工

常見(jiàn)的滑塊機(jī)構(gòu)是滑塊導(dǎo)軌在直槽導(dǎo)軌槽中往復(fù)移動(dòng)，這種直線式的導(dǎo)軌槽配合后存在著一定的間隙誤差，使用時(shí)間越長(zhǎng)，間隙越大，配合精度越來(lái)越低，使用性能也會(huì)下降。為了保證滑塊與直槽導(dǎo)軌槽的高精度配合，在加工滑塊和導(dǎo)軌槽時(shí)，要注意采用合適的加工方法提高滑塊和滑塊槽的尺寸精度、位置精度（位置度和對(duì)稱(chēng)度）以及各尺寸在加工中的檢測(cè)方法。使裝配后能滿足滑塊移動(dòng)的尺寸精度和位置精度。本文中曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)滑塊移動(dòng)距離6±0.04是由轉(zhuǎn)套上橢圓槽中的長(zhǎng)短軸尺寸來(lái)確定的。

3.3 由曲面的曲率半徑變化轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)

在曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，轉(zhuǎn)套上設(shè)計(jì)有橢圓槽結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸套使橢輪的長(zhǎng)短軸半徑曲率交替變化，推動(dòng)滑塊移動(dòng)一定的距離，從而實(shí)現(xiàn)抽芯功能和拼型作用，而橢圓槽結(jié)構(gòu)的加工有一定的難度，同時(shí)各個(gè)零件與之精確地配合動(dòng)作，又體現(xiàn)了整個(gè)機(jī)構(gòu)的綜合精度。

3.4 整個(gè)機(jī)構(gòu)的零件加工具有很強(qiáng)的綜合工藝性

針對(duì)機(jī)構(gòu)中每個(gè)零件的幾何形狀、尺寸以及精度要求，都可以按照?qǐng)D紙要求加工完成。但從機(jī)構(gòu)的綜合性出發(fā)，各零件之間都不是獨(dú)立的，同時(shí)又是互相影響的，要想實(shí)現(xiàn)功能要求，滿足各組成部分之間的裝配關(guān)系，就必須在保證其加工精度的前提下，深入全面地考慮優(yōu)化零件加工的綜合工藝性，最終實(shí)現(xiàn)抽芯和拼型功能同時(shí)滿足配合要求，以達(dá)到凸曲面與凹曲面的間隙配合，來(lái)提高整個(gè)機(jī)構(gòu)的綜合精度。所以在加工每個(gè)零件時(shí)在加工方法、加工工藝、檢測(cè)方法、加工精度、公差分配等方面都要全面考慮，同時(shí)還要考慮各件的裝配關(guān)系和精度。

4 加工難點(diǎn)及解決辦法

完成曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中各種零件的加工，應(yīng)具備基礎(chǔ)的加工知識(shí)，掌握一定的加工工藝和加工方法。加工內(nèi)容豐富的零件有利于提高加工技能，同時(shí)零件上的各種幾何形狀也是立式加工中心實(shí)際操作的難點(diǎn)和重點(diǎn)。主要內(nèi)容有如下幾點(diǎn)：

4.1 曲線槽的配合加工

掌握刀具半徑補(bǔ)償值的確定方法、曲面輪的檢測(cè)方法以及對(duì)稱(chēng)加工配合槽的方法，重點(diǎn)要關(guān)注公差帶加工時(shí)要保證對(duì)稱(chēng)度要求。

4.2 滑塊的加工

它包含了與導(dǎo)軌槽形面的配合加工、導(dǎo)軌零件的加工、鍵類(lèi)零件的加工以及定位零件的加工。

4.3 曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)零件的結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)了模具結(jié)構(gòu)中鑲件的加工特點(diǎn)

當(dāng)在加工鑲件和滑塊零件時(shí)，要考慮零件之間件與件的相關(guān)裝配尺寸關(guān)系，同時(shí)還要考慮公差累積。在加工過(guò)程中對(duì)加工工藝性好、檢測(cè)工藝性好、容易在加工中控制尺寸的零件，可以適當(dāng)提高加工尺寸精度，對(duì)于在加工中不易保證的尺寸，可以適當(dāng)降低加工尺寸精度，最終達(dá)到裝配技術(shù)要求。

4.4 幾何形狀與幾何形狀的位置關(guān)系

通過(guò)裝配結(jié)構(gòu)圖可以看出，每種零件上的幾何形狀都與其它零件上的幾何形狀有著固定的位置關(guān)系，所以在加工各零件時(shí)一定要考慮獨(dú)立幾何形狀的位置精度，否則會(huì)造成各零件無(wú)法裝配在一起，實(shí)現(xiàn)不了預(yù)定的運(yùn)動(dòng)功能。對(duì)于一次性裝夾完成加工的零件，幾何形狀與幾何形狀間相互的位置尺寸精度容易保證，如果是通過(guò)工序轉(zhuǎn)換后加工的幾何形狀，就難以保證與其它工序加工的幾何形狀位置精度。如基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)板正面的幾何形狀與背面直徑最大處φ126H7孔的位置精度，就是兩道工序加工形成的?；瑝K上的凸臺(tái)與凹方腔的位置精度，它們是通過(guò)兩道工序加工形成的。還有軸套件上的外圓φ126H7與橢圓槽的位置精度也是兩道工序加工形成的。這些零件在加工過(guò)程中要進(jìn)行工序轉(zhuǎn)換，所以存在多種誤差積累，容易造成位置誤差。如果這些幾何形狀的位置精度誤差過(guò)大，就會(huì)造成零件不能裝配。

所以要盡量保證各零件獨(dú)立的幾何形狀位置精度，這樣才可以把誤差積累的數(shù)值降到最低，以保證零件間的裝配關(guān)系。

5 加工中的注意事項(xiàng)

（1）加工中要有正確的加工方法。

（2）在設(shè)定坐標(biāo)系時(shí)，要充分考慮定位面和孔的加工誤差范圍。

（3）為減少因工序轉(zhuǎn)換造成的幾何形狀位置誤差，在加工過(guò)程中要做到各零件設(shè)定統(tǒng)一的加工定位基準(zhǔn)。對(duì)所需要的定位面和孔要有一個(gè)好的幾何精度（平行度、垂直度、對(duì)稱(chēng)度、平面度、同軸度等）。

（4）在加工過(guò)程中要正確度運(yùn)動(dòng)檢測(cè)工具和檢測(cè)方法，在半精加工后一定要對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)，如有誤差過(guò)大及時(shí)進(jìn)行糾正。

（5）曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)加工內(nèi)容豐富，有平面、鍵槽、導(dǎo)軌、凹腔、鏜孔、絞孔、曲線槽、凸輪形，多種零件的幾何形狀要合理安排加工工序和工藝，完成高效率，高質(zhì)量的成品加工。

6 結(jié)語(yǔ)

曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是槽輪機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展和應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行加工技術(shù)分析和注意事項(xiàng)闡明，不僅提高了機(jī)構(gòu)各組成零件的成品精準(zhǔn)度，還通過(guò)技術(shù)、工藝等手段實(shí)現(xiàn)了裝配功能。

此外，在今后的實(shí)踐中著重考慮以下幾個(gè)問(wèn)題，首先是影響刀具半徑補(bǔ)償值的因素有哪些，如何創(chuàng)造確定刀具半徑補(bǔ)償值的條件；其次是在銑削高精度槽時(shí)，有哪些好的加工方法；最后是要認(rèn)真思考影響裝夾定位誤差的因素有哪些，怎么樣減小裝夾定位誤差及怎樣創(chuàng)造減小裝夾定位誤差的條件。

通過(guò)加工組裝該曲線槽轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，提高了技術(shù)人員應(yīng)對(duì)綜合件的實(shí)踐能力，同是也提高了處理技術(shù)問(wèn)題的能力，擴(kuò)大了加工工藝和方法的思路。