[发明专利]摆动从动件空间凸轮凹槽的非等径数控加工方法

说明书

技术领域

本发明属于机械制造领域，涉及一种机械零件的加工方法，特别是一种摆动从动件空间凸轮凹槽的非等径数控加工方法。

背景技术

目前，空间凸轮的制造设备主要是数控机床或专用机床，采用的方法一般是共轭创成法(亦称范成法)。空间凸轮廓面和从动件滚子表面是一对共轭曲面。在一般情况下，共轭曲面的加工按共轭运动方法进行，即刀具曲面与工件按给定的共轭运动进行相对创成运动，刀具曲面在相对运动中包络加工出凸轮廓面。通常采用的刀具的特征几何参数(如半径)与摆动从动件(滚子)的特征几何参数相一致，称为等径刀具。用等径刀具进行的加工称为等径加工。显然，等径加工可以准确加工出空间凸轮的复杂廓面。虽然等径加工简单而明了，但在实际加工中经常遇到非等径加工的情况：如①刀库中刀具有限，不一定有等径刀具可选；②加工时不可避免的机械磨损，造成刀具半径发生变化；③对于从动件(滚子)半径较大的空间凸轮，制造等径刀具不现实。另外，空间凸轮属于非标准件、非系列化的机械产品，一般是单件小批量生产，制造等径刀具就意昧着延长生产周期，提高生产成本。这是与现代制造快速响应市场需要、低成本的特点不适应的。由此可见，开展空间凸轮的非等径加工的研究具有重要的现实意义。

空间凸轮一般分为直动从动件空间凸轮和摆动从动件空间凸轮两种类型。很多资料中都对空间凸轮凹槽的非等径加工进行了分析和研究，如【1】何有钧等.空间凸轮刀位补偿加工方式中理论加工误差的研究.中国机械工程.2001.9；【2】尹明富等.空间凸轮的精密加工和非等径数控加工刀位控制新方法.新技术新工艺.2002.7；【3】郭培全等.弧面分度凸轮的非等径数控加工自动编程.制造技术与机床.2004.8；【4】郭为忠.空间凸轮廓面非等价加工的基本原理.三峡大学学报.2001.4；【5】高秀兰等.圆柱滚子空间凸轮的两重包络法加工分析与改进.轻工机械.2005.2；【6】滕皓等.圆柱分度凸轮非等径数控加工自动编程.济南大学学报.2003.6。总而言之，空间凸轮凹槽的非等径加工目前可采用的方法有3种：第一种方法是凸轮廓面按自由曲面处理，采用端面铣刀或球头刀加工，这使凸轮与刀具之间失去了包络性质，是一种点位加工方式，其数据处理量大，加工效率低，加工精度较难保证；第二种方法是通过刀位来补偿刀径偏差，称为偏距法，刀具和工件按共轭运动来实现廓面加工，但受廓面加工误差范围的限制，无法保证高精度空间凸轮加工的要求；第三种方法就是两重包络法，刀径可选范围大，无理论误差，柔性好，但据申请人所知，目前还仅停留在理论研讨的层面上，在实际的非等径加工中未见有切实可行的技术解决方案。

如何用非等径刀具数控加工摆动从动件空间凸轮凹槽，这是许多生产企业均面临的实际问题。摆动从动件空间凸轮的非等径刀具数控加工须采用四轴数控加工，相应的数控设备可以是现有技术的四轴铣床或四轴加工中心。但关键是如何得到相应的数控程序，目前尚无通用CAM软件可直接生成该加工的数控程序。查阅相关文献如【6】刘德福等.空间凸轮数控加工的几个关键问题.机械传动.2003.3；【7】李俭等.圆锥凸轮廓面的数控加工方法研究.成都大学学报(自然科学版).2005.12等；但均未见有切实可行的数控加工的技术解决方案。【8】本发明人的公开号为CN 101008439A名称为“摆动从动件圆柱凸轮凹槽的加工方法”的发明专利申请，解决了空间凸轮的等径加工问题，但它为一种粗加工方案，仍未解决高精度空间凸轮的非等径加工问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能提高加工效率，保证加工精度，避免从动件的设计运动轨迹与实际工作过程中运动轨迹之间产生误差，且在实际生产中切实可行的摆动从动件空间凸轮凹槽的非等径数控加工方法。

本发明的技术解决思路是，对本发明人的在先发明专利申请《摆动从动件圆柱凸轮凹槽的加工方法》的进一步拓展，在原有的基础上，对与展开方向平行的3D展开线的直线部分切割成小直线段，再应用通用CAM软件根据所得3D展开线生成用小直线段拟合的数控加工刀路，进行数控编程，在数控程序中插入调用子程序指令，并根据空间凸轮凹槽宽度尺寸、加工刃具尺寸及加工余量，手工编写圆加工子程序，在四轴数控机床上，加工出符合精度要求的摆动从动件空间凸轮凹槽。

本发明的技术解决方案是，提供一套切实可行的摆动从动件空间凸轮凹槽的非等径数控加工方法，按以下步骤进行：

(1)生成空间凸轮机构运动关系的3D展开线；

(2)生成3D展开线的数控刀路；

(3)编辑数控程序；

(4)加工空间凸轮工件；