凸轮数控车削系统关键技术的研究.pdf

维普资讯 第39卷第12期 机 械 工 程 学 报 v01．39No．12 2003年 12月 CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERING Dee． 2003 凸轮数控车削系统关键技术的研究 · 江思敏 王先逵 吴 丹 司 勇 (清华大学精密仪器与机械学系 北京 100084) 摘要：研究了基于数控车削加工凸轮的方法，并对数控车削凸轮的关键技术进行研究，提出了有效的方法，为凸 轮的高效率加工提供了一个新的途径。一般在凸轮数控车削加工过程中，切削角与切削速度随加工凸轮轮廓位置 不同会发生很大变化，为了实现切削角随凸轮轮廓位置实时变化，采用了高频响直线伺服电动机驱动刀具高频摆 动的方法，实现刀具的位置实时控制。凸轮的轮廓是一个非圆截面，为了生成凸轮非圆截面，采用高频响直线伺 服电动机驱动刀具往复高速运动，实现凸轮非圆截面的生成。车削凸轮时，切削速度一般需要保持恒定，这样有 利于刀具的寿命延长，并保证凸轮表面的粗糙度，为了实现凸轮车削的恒定线速度 ，采用变主轴转速的车削方法， 解决这个重要的切削工艺问题。 关键词：凸轮 高频响直线伺服电动机 刀具摆动 刀具往复直线运动 主轴变转速 运动控制 中图分类号：TP273 TM346 TM38 所以如果主轴转动是匀速的话，那么切削加工的线 0 前言 速度变化范围很大，这样将会严重影响凸轮的加工 质量以及刀具的使用寿命，采用了主轴变转速的方 凸轮是一个在很多工业场合均有应用的重要零 法来实现凸轮加工过程中的切削线速度保持定常 件，但是凸轮的加工 目前最常用的还是磨削加工和 值。通过采用以上几个方面的关键技术，并对它们 靠模仿形加工方法，这种加工效率很低，从而成本 实现协调控制，将能实现凸轮的数控车削加工，大 很高，无法满足大批量高效率的生产要求。而随着 大提高其加工效率。 技术的不断发展，特别是计算机技术的飞速发展， 使新的高效率加工凸轮得以产生。无论如何，数控 1 凸轮车削加工的原理 车削加工凸轮的方法是效率最高，而且能保证精度 的最好方法。针对如何实现凸轮的数控车削加工进 当在车床上加工凸轮时，其加工原理是在凸轮 行了大量的研究工作，提出了实现凸轮数控加工的 随车床主轴转动的同时，刀具沿径向的进给方向按 几个关键技术问题，并进行了相应的研究，为凸轮 一 定轨迹高频往复运动，运动的轨迹 由凸轮轮廓曲 数控车削加工的实现提供的理论依据和实际方案。 线及其转角决定。为了实现刀具的高频往复直线运 凸轮是一个非圆度较大的非圆零件，要实现凸轮的 动(运动幅度达到3--8ram)，可以采用仿形(硬靠模)L-J 数控车削加工，刀具首先必须按照凸轮的形线，并 或数控加工(软靠模或电子凸轮)方法来实现，如图 l 与凸轮的旋转角度实现同步控制运动，这可以采用 所示为采用直线电动机驱动刀具高频往复运动，其 大行程的高频响直线电动机来实现。同时，由于凸 运动控制可以根据凸轮轮廓和转角一起协调实现。 轮的形状是一个发散型的非圆截面，当车削加工 时，如果刀具不转动的话，那么切削角度(前角和 后角1就会发生变化。这对于车削加工来说是不允 许的，会大大降低刀具寿命，并影响加工表面的质 量。所以为了实现 良好的加工工艺性，设计了一个 由高频响直线电动机驱动的机构，实现刀具与凸轮 实时同步转动控制，以确保加工过程中的切削角的 动方向 一 致性。由于凸轮的非圆度很大(常大于 10ram)，