[发明专利]一种凸轮轴数控磨削加工方法

摘要

本发明公开了一种凸轮轴数控磨削加工方法，包括以下步骤：1).利用计算机的数控程序控制数控磨床中作为X轴的砂轮架的横向进给系统和作为C轴的头架的旋转系统；2).计算出砂轮架的位移X(θ)、速度V(θ)、加速度a(θ)、加加速度J(θ)和头架转速ωP(θ)的理论值，将这些理论值输入编程软件，由编程软件自动生成砂轮架位移控制的数控加工子程序；3).采用MATLAB软件工具得到砂轮架的最大速度Vmax(θ)、最大加速度amax(θ)和最大加加速度Jmax(θ)的实际值等。本发明方法与现有技术相比，操作方便，能自动生成自动生成对砂轮架位移控制的数控加子工程序和头架转速控制的数控加子工程序，磨削精度高，型线误差小于0.015mm，无明显的波纹和振纹现象。

主权项

一种凸轮轴数控磨削加工方法，其特征在于由以下步骤实现：1)、利用计算机的数控程序控制数控磨床中作为X轴的砂轮架的横向进给系统和作为C轴的头架的旋转系统；2)、根据用户提供的凸轮轴升程表和公式(1)、(2)、(3)、(4)，计算出砂轮架的位移X(θ)、速度V(θ)、加速度a(θ)和加加速度J(θ)的理论值，用公式(10)计算出头架转速ωP(θ)的理论值，将砂轮架的位移X(θ)、速度V(θ)、加速度a(θ)和加加速度J(θ)的理论值以及头架转速ωP(θ)的理论值输入编程软件，由编程软件自动生成砂轮架位移控制的数控加工子程序； X ( θ ) = ( r + H ( θ ) + r 1 ) 2 + ( r 2 - r 1 ) 2 + 2 × ( r + H ( θ ) + r 1 ) × ( r 2 - r 1 ) × cos ( φ ) - r 2 - r 1 - - - ( 1 ) V ( θ ) = d ( X ( θ ) ) dθ - - - ( 2 ) d ( θ ) = d ( V ( θ ) ) dθ - - - ( 3 ) J ( θ ) = d ( a ( θ ) ) dθ - - - ( 4 ) ω p ( θ ) = ( ω 0 × r ( dρ ( θ ) dβ ( θ ) ) 2 + ρ ( θ ) 2 × ( 1 + k × | 1 - β ( θ ) α ( θ ) | ) ) - - - ( 10 ) 式中：r为凸轮基圆半径，r1为测头半径，r2为砂轮半径，φ为凸轮基圆圆心O到砂轮圆心O2的连线和凸轮瞬心M到砂轮圆心O2的连线之间的夹角，H(θ)为凸轮的升程值，θ为凸轮升程起点B到凸轮基圆圆心O的连线与凸轮基圆圆心O到滚子测头圆心O1的连线之间的夹角，ρ(θ)为凸轮轮廓与砂轮相切的切点P到凸轮基圆圆心O的极半径，α(θ)为凸轮基圆轮廓中点A与凸轮基圆圆心O连线与凸轮基圆圆心O到砂轮圆心O2连线之间夹角，β(θ)为凸轮起升程点B到凸轮基圆圆心O与凸轮基圆圆心O到凸轮轮廓与砂轮相切的切点P连线之间的夹角，ωP(θ)为头架转至凸轮升程时凸轮轮廓与砂轮相切的切点P的角速度，ω0为头架转至凸轮基圆时凸轮轮廓与砂轮相切的切点P的角速度，K为补偿系数，K＝2～4，∠BOC为凸轮基圆圆心角；3)、采用MATLAB软件工具对数控凸轮轴磨床原有头架C轴转速数控加工子程序进行分析、计算，得到砂轮架的最大速度Vmax(θ)、最大加速度amax(θ)和最大加加速度Jmax(θ)的实际值，将实际值中的最大加速度amax(θ)和最大加加速度Jmax(θ)作为进给系统允许的砂轮架的最大加速度值D和最大加加速度值J；4)、根据自适应加减速方法，用公式(16)、(17)计算出头架的角速度最小值ωPmin， T s max = 2 ( - D + D 2 + 2 J ( V i - V i - 1 ) max ) J - - - ( 16 ) ω p min = ω 0 × T T s max - - - ( 17 ) 式中：D为进给系统允许的砂轮架的最大加速度，J为进给系统允许的砂轮架的最大加加速度，Vi‑1为头架旋转1度砂轮架进给的初始速度，Vi为头架旋转1度砂轮架进给的末速度，Tsmax为头架旋转1度砂轮架移动的最长时间，ωPmin为头架在凸轮轮廓与砂轮相切的切点P处的角速度最小值，ω0为头架转至凸轮基圆时凸轮轮廓与砂轮相切的切点P的角速度，T为头架在凸轮基圆处旋转1度的周期；5)、根据公式(9)计算出的头架转速理论值中最小值(ωP(θ))min、和公式(17)计算的头架的角速度最小值ωPmin，通过公式(19)、(20)计算出修正后的头架转速ω’P(θ)， k = ω p min ( ω p ( θ ) ) min - - - ( 19 ) ω′p(θ)＝k×ωp(θ)                      (20)式中：(ωp(θ))min为头架转速理论值中最小值，ωpmin为限制砂轮架的加速度D和加加速度J时头架的角速度最小值，ω’P(θ)为修正后的头架转速，K为限制砂轮架的加速度D和加加速度J时头架的角速度最小值ωpmin与头架转速的理论计算最小值(ωp(θ))min的比值；6)、对步骤5)计算的修正后的头架转速ω′p(θ)进行分段处理，用最小二乘法对修正后的头架转速ω′p(θ)进行多次拟合，获得光滑的曲线，由编程软件自动生成对头架转速控制的数控加工子程序；7)、由步骤2)生成的对砂轮架位移控制的数控加工子程序和步骤6)生成的对头架转速控制的数控加工子程序，对被加工的凸轮轴进行实际磨削，用凸轮测试仪检测加工的凸轮，获得检测误差值Δx，用公式(21)、(22)对头架转速进行补偿，得到经补偿后的头架转速ω″P(θ)，用最小二乘法对经补偿后的头架转速ω″P(θ)值再进行分段多次拟合，获得光滑的曲线，再由编程软件自动生成对头架转速控制的数控加工子程序，对被加工的凸轮轴再进行磨削加工即可获得满意结果，ω″p(θ)＝k×ωp(θ)+Δω            (21)Δω＝α×Δx                         (22)式中：ω″P(θ)为经补偿后的头架转速，Δω为头架转速补偿值，Δx为凸轮理论升程值与实际检测升程值之差，α：为一常数，取值为30000～70000。