凸轮的范成法加工研究
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第7卷第l期湖南纺织高等专科学校Yol7No?l
lg97年6月J.HUNANTEXLOLLJUB1997
凸轮的范成法加工研究
陈小异
(机撼系)
摘要:皋文提出了甩范成浊加L凸轮的新连拄.并介绍1这种加I方法的原理及实现.
关键词:凸轮范成法加-,共轭曲线
中图分类号:THI3
凸轮机构是各种机器中应用较广的一种传动和控制机构,凸轮又是凸轮机构中的重要零
件,若能适当
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
凸轮的轮廓曲线,便可使从动件获得任意顶定的运动规律,且机构简单紧
凑.因此在机床,内燃机及各种轻纺机械中都有应用.目前,凸轮常用的加工方法主要有两
种:一是在数控机床上加工,利用刀具(或工件)在两个坐标方向上的协同运动来加工各种
凸轮,这种加工方法有很好的通用性.另一种加工方法为仿形法,即做一个形状与被加工凸
轮相同的样件,在仿形或相关机床上加工,这种加工方法具有较高的生产率(如仿形车),
因此在大批大量生产中应用较广.上述两种加工方法各具特点,然而,笔者在本文中提出的
方法与上述两种方法有较大的区别,有它的独到之处.
1范成法凸轮加工的原理
要讲清凸轮这种加工方法的原理
圈I凸轮的成形方法及所需运动
收稿日期:1996—1i-30
我们必须先从凸轮的表面形状及成形方法人手.我们
知道任何线性表面,都可以看作是母线措着导线运
动的结果对于盘形凸轮来说,其母线为一平面曲
线(即凸轮轮廓),导线为一直线,这条平面曲线
沿着直导线运动就形成了盘形凸轮.如图1所示.
】一钎崩缔2一凸轮曲辨
圈2凸轮伪范戚瞌加工币意圈
第7卷第J期
1997年6月
湖南纺织高等专科学校
J.HUNANTEXcoLL
VOl7Nol
Jun1997
在数控铣床上加工凸轮,形成直导线用的是成形法.不需要任何成形运动.形成母线用的是
相切法,需要二个成形运动,一个是铣刀的自转,这是一个简单运动,另,个运动是铣刀中
心沿离凸轮表面距离为r(铣刀半径)形状与被加工凸轮相似的平面曲线运动,显然这是一
个复合运动,即这个运动的X方向的分量A和Y方向的分量A,z应满足,定的传动比,它
们之问不是互相独立的.在仿形车床上车凸轮,形成母线和导线都是用的轨迹法(若用宽刃
车刀车削的话,直导线的形成用的是成形法).凸轮的范成法加工指的是迭条平面曲线(即
母线)的形成用的是范成法(也称展成法),它足利甩"乎面上任意一条曲线,都可找到
与其共轭的另一条曲线"的原理来进行加工的.这里刀具的轮廓形状是一条与被加工凸轮的
轮廊曲线共轭的另一条曲线,如图2所示,图中的1为刀刃即切削线,2为被加工凸轮的轮
廓线.切削线1与发生线2之问彼此作无滑动的纯滚动,发生线2(即盘形凸轮的母线)就
是切削线1在切削过程中连续位置的包络线.
用这种方法加工凸轮,很重要的一个条件就是刀具
与凸轮的轮廓都应是一对共轭的曲线.所渭共轭曲线是 指能满足齿廓啮合基本定理而相互啮合的一对平面曲线. 如图3所示,平面上有任意曲线F(t)和f(t),当
F(c)与f(t)绕各自的回转中心O,O.旋转,井在
K点接触,过K点作两曲线的公法线rlFi,它与O,O的连 线相交于P点,再分别过O和O作rln的垂线与之相交 于N1和N2.若F(t),f(t)绕各自回转中心旋转,
并且它们之间的传动比满足
?10N202P
l12一一,一
.201N101P
即传动比等于连心线OO被曲线接触点的公法线
所分成的两段长度的反比,则F(t)f(t)两曲线共轭.
范成法就是利用刀具轮廓曲线与被加工凸轮的轮廓曲线 共轭,并保证在加工中工件与刀具在啮合点作纯滚动而 将凸轮加工出来,这就是范成法加工凸轮的原理.
图3平面上的一对共轭曲线
2范成法加工凸轮的实现
上面所述的方法是刀具和工件均作旋转运动来进行加工的,这可以在一般的插齿机上实
现.先将工件和插刀(不能再称为插曲刀)分别装在工作台和机床主轴上,启动机床,在刀
具与工件对滚的同时,插刀作上,下往复运动(机床的主运动).并保证工件转一圈,插刀
也转一圈,(这可以由插齿机的范成运动传动链来保证).这时刀具轮廓上各点分别与工件
轮廓上各点依次接触(当然也可以在刀具上做n段凸轮的共轭曲线,这时应保证刀具转一圈,
工件转n圈,这虽可提高刀具的耐用度,但刀具尺寸增加,制造也会更麻烦些)并将凸轮加
工出来,这时插齿机的运动及调整几乎与齿轮加工完全相同,当然也少不了径向切入运动
这种实现方法既简单又实用,只是刀具的设计制造略为麻烦
第7卷第1期湖南纺,织高等专科学校
]997年6月JHUNANTEXCOLL
Vo1.7No.1
Jtill1997
另外,也可以将刀具沿半径剖开然后展开成直线,相当于将刀具凸轮的半径增加到无穷
大,这时刀具由旋转运动变为直线移动(范成运动的一个分运动).这种加工方法可在滚齿
机,铣床或磨床上实现对凸轮的范成法加工.当然在滚齿机,铣床上加工,刀具的制造会更
麻炳,而且机床的结构也会有所改变,因为刀具还多了一个轴向移动.而在磨床上加工比较
容易实现,这主要是砂轮的修整比铣刀的制造要来的方便些.这时母线的形成仍是范成法,
需要一个复合运动A十B…导线
的形成用的相切法,需要二个简单运
动Az,B,如图4所示,复合运动
A-+B的两末端件刀架和工件之
间的计算位移为:工件旋转0弧度,
刀具轴向移动0R,(R为凸轮在此
处的半径,问接为rm)毫米,显然这
种实现方法,机床的运动较多,但当
被加工零件的批量较大,又要求有一
定的精度及表面粗糙度时,磨削法仍
不失为一种选择.
A
图4凸轮的范成法加工在铣床,磨床上的实现
3特点与应用
用范成法加工凸轮,为凸轮的加工又提供了一种新方法.虽然其中几种实现方法,机床
在结构上会略作变化或调整,但均无需设计,制造专门的机床,而可在原有机床上实现加工.
滚刀和铣刀的设计制造较麻烦,而插刀和砂轮的制造或修整相对要简单一些,对于具有一定
批量的凸轮来说,采用范成法,在成本,生产率方面都不会令人失望最后要特别强调的是,
虽然本文讨论的仅仅是凸轮的范成法加工,但实际上也为其它非圆表面的加工提供了一个新
思路.
参考文献
[11天津大学主编,《机构原理》,^民教育出版社.1979
[2】戴曙主编.《金属啊削机床》.机械工业出版社.1994
E33顾维邦主编,《金属切削机床概论》,机槭工业出版社.1999
浙公网安备 33021202002483