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“范成法”加工对称凸轮轮廓应用及前景展望 第33卷第5期范成法加工对称凸轮轮廓应用及前景展望101 文章编号:1004—2539(2009)05—0101—02 范成法N-r对称凸轮轮廓应用及前景展望 (中州大学工程技术学院,河南郑州450o44)刘冬敏 摘要通过几种凸轮加工方法的优劣对比,论述了范成法加工凸轮轮廓曲线的原理及优势;介绍 了范成法在加工对称凸轮轮廓曲线中的方法及工艺特点. 关键词范成法加工对称凸轮轮廓 0引言 凸轮机构是机器中应用非常广泛的传动和控制机 构,凸轮则是凸轮机构中的主要组成部分,合理地设计 凸轮轮廓曲线,可以实现从动件预定的运动规律.通常 用来加工凸轮轮廓的方法有仿形,拉削,数控加工等. 仿形加工法是依据凸轮的尺寸形状,首先设计制作 一 个形状与被加工凸轮同样的靠模凸轮,由靠模凸轮的 轮廓形状控制加工凸轮的进给运动,完成对凸轮加工的 一 种加工方法.这种方法一般在仿形车床和专用的仿 形铣床上加工凸轮,具有较高的生产率.但是仿形车床 加工凸轮能加工出凸轮的一个工作面,并不能完成凸轮 全部轮廓的加工;而仿形铣床加工凸轮是通过采用1:1 的仿形加工,即首先作好一个与待加工凸轮一样的标准 凸轮,以该标准凸轮作为靠模进行仿形加工,仿形铣床 加工凸轮的不足之处是加工节拍长,加工精度比较低. 拉削加工法是针对加工单一凸轮品种,且大批量生产而 采用的一种工艺方法.它不适合小批量生产,而且加工 精度比较低,拉刀制造费用却很高. 数控加工虽然是目前机械行业中加工零件的先进 工艺,但也有它的不足.采用数控加工对称凸轮价格 高,加工节拍也较长;另外利用数控加工对于凸轮为标 准曲线(如渐开线)的加工有很大优势,而对于凸轮轮 廓没有确定表达式的许多曲线(如有许多点通过光滑 连接而形成的曲线),数控加工就显得无能为力. 上述3种加工方法,从加工精度,加工效率和加工 品种更换的灵活性等方面看都有其不足.为此提出 范成法llI3j加工对称凸轮轮廓的新工艺,它在一定 程度上可以克服前面几种加工方法的不足. 1范成法加工凸轮轮廓的原理 我们知道,凸轮轮廓的形成可看做是母线沿着导 线运动的结果.对于盘状凸轮来讲,其母线为一平面 曲线,导线为一直线,这条平面曲线沿直线运动就形成 盘状凸轮的轮廓. 用范成法加工零件轮廓线必须满足两个条件:一 是刀具与工件问必须作范成运动;二是刀具轮廓线与工 件轮廓线应为共轭曲线.对于凸轮的范成法加工,凸轮 的轮摩线可以看做由刀具和工件所组成的共轭机构按预 定的相对运动关系对滚而形成的运动轨迹【j43～. 针对对称凸轮的特点,把180~范围内的待加工轮 廓曲线展成360~的靠模凸轮曲线,图1中曲线3为待 加工凸轮形状,图2中曲线1为根据待加工凸轮曲线 展成的靠模凸轮曲线.其原理是把待加工凸轮180~范 围内曲线的每一个升程点对应到靠模凸轮360~圆周上 分布的各对应的升程点,同时考虑压轮大小对凸轮曲 线的影响,设计出靠模凸轮的理论轮廓曲线.这样就 实现了范成的靠模凸轮旋转一周,被加工凸轮旋转半 周,完成凸轮一半轮廓曲线的加工,范成靠模凸轮旋转 两周,完成整个凸轮曲线的加工.这种利用一种靠模 凸轮曲线,依次加工对称凸轮的两段曲线,从而保证了 加工凸轮的对称性和轮廓曲线的一致性. : — / : 1.刀具起点基圆1.靠模凸轮实际随线 2.刀具中心运动轨迹2.实际曲线升程点基圆 3.待加工凸轮曲线3.压轮基圆 4.基圆5.加工铣刀4.压轮中心运动轨迹 图1范成法加工原理示意图图2靠模凸轮曲线图 2利用范成法原理加工的凸轮轮廓 及其实现 可以实现凸轮范成法加工的机床有很多,通过 插削,铣削,磨削等多种工艺均能完成. 在插齿机上用范成法加工凸轮[5]一12,机床结构 不必作任何改动,只需将刀具和工件分别装在主轴和 工作台上,并按计算的位移调整机床即可.如图3所 机械传动2009正 示,刀具轮廓与被加-Y~T.件轮廓是共轭曲线.A+A 是复合的成形运动,其运动轨迹由插齿机上范成运动 传动链来保证;凸轮直导线的形成是由简单运动B实 现,可由插齿机主传动链来保证. 图3插齿机卜范成法加:r凸轮图4磨齿机上范成法加1,轮 在磨齿机上用范成法加工凸轮【J也非常方 便.磨齿机一般采用钢带滚圆盘机构来实现范成运 动,因此,可直接用凸轮的运动曲线来修正出砂轮参加 磨削的工作曲线——即凸轮的运动规律曲线.如图4 所示. 可实现范成法加工凸轮的方法还有铣削[j.-4[』 等方法,但为保证范成法加工所需的相对运动关系, 需要对机床结构进行必要的改装和调整. 利用范成法原理加工的凸轮轮廓对于对称凸轮 是最有效的,例如汽车制动器的各种渐开线s形凸轮 和圆弧形凸轮等,如图5所示. (a)S形廓线凸轮(b)圆弧形廓线凸轮 图5待加工凸轮曲线形状 3