纺机凸轮轮廓曲线等线速CNC磨削.docx

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纺机凸轮轮廓曲线等线速CNC磨削

摘要

凸轮机构是最常用的传动机构之一，越来越广泛地应用于各种机械设备中。

本课题所研究对象是某纺织机械开口机构共扼凸轮副上下两个凸轮，该凸轮是由非圆函数曲线组成，现有磨削加工工艺是在自行改造的三轴数控外圆磨床上，采用凸轮绕自身轴线等角速度磨削加工工艺，所磨削的凸轮表面存在着“棱边”现象，有时甚至伴随磨削烧伤，磨削加工还需要增加一道抛光工序，表面质量差，加工周期长。

本文对凸轮等线速磨削进行了研究，首先通过给定的导轮运动轨迹，求解了上凸轮的轮廓曲线，并根据开口机构共扼原理求解了下凸轮的轮廓曲线；以等弦长磨削方法近似等线速磨削，通过给定的等弦长求解相应的凸轮转角，获取凸轮曲线上一个个磨削分割点；利用等距线原理，对凸轮曲线上的分割点求解砂轮中心运动轨迹；依据砂轮中心运动轨迹编写凸轮磨削NC程序；在改造的数控外圆磨床上对共扼凸轮进行等线速磨削试验。

经磨削试验结果说明，共扼凸轮等线速磨削单位金属磨除率均匀，减小了磨削力的波动，消除了磨削“棱边”现象，避免了磨削烧伤，取得较好的磨削避免质量。

通过本课题的研究，不仅解决了纺机开口机构共扼磨削工艺难题，还为凸轮数控磨床设计开发和传统机床的改造提供了理论依据和经验借鉴。

关键字：

共扼凸轮；等线速磨削；CNC磨床

Abstract

Content:

Thecamorganizationisoneofthemostfrequentlyusedtransmissionorganizations,anditismoreandmorewidelyappliedtovariouskindsofmachinery.

ndthereformtotheexistinggrinderconstantly.

Keywords:

Spinningmachinecam,outlinecurve,equallinearvelocity,CNCgrinding

纺机凸轮轮廓曲线等线速CNC磨削技术研究

目录

摘要………………………………………………………………………1

Abstract…………………………………………………………………2

第一章绪论………………………………………………………………3

1.1本课题研究的目的意义及其背景………………………………3

1.2本课题研究的具体任务要求……………………………………3

1.3本课题研究的思路和技术路线…………………………………4

第二章纺机凸轮的运动分析及曲线求解

2.1纺机凸轮的运动分析……………………………………………5

2.1.1已知条件说明………………………………………………5

2.1.2凸轮运动副分析……………………………………………5

2.2凸轮曲线计算……………………………………………………6

2.2.1凸轮1曲线方程计算………………………………………7

2.2.2导轮4中心运动轨迹计算…………………………………9

2.2.3凸轮2曲线方程计算………………………………………10

第三章凸轮等线速磨削分析计算

3.1等线速磨削原理………………………………………………14

3.2等线速磨削的相关计算………………………………………14

3.2.2工件坐标系的确立…………………………………………15

3.2.3步长的确定…………………………………………………15

3.2.4凸轮轮廓基点和节点坐标的计算…………………………15

3.3凸轮磨削刀位点的计算…………………………………………18

第四章等线速磨削CNC程序的编制

4.1数控系统简介……………………………………………………22

4.2凸轮磨削加工工艺分析…………………………………………23

4.2.1起始点的选择………………………………………………25

4.2.2工件装夹……………………………………………………25

4.3数控程序编制……………………………………………………23

4.3.1数控编程方法的选择………………………………………23

4.3.2凸轮等线速CNC磨削中的参数设定………………………24

4.3.3凸轮等线速磨削CNC程序的自动生成……………………25

第五章凸轮等线速磨削试验与分析

5.1凸轮磨削试验前的准备…………………………………………29

5.1.1砂轮修整…………………………………………………29

5.1.2数控程序的传输与校验…………………………………29

5.1.3初始位置调整………………………………………………30

5.2磨削结果与分析…………………………………………………31

5.2.1磨削试验过程………………………………………………31

5.2.2磨削试验结果分析…………………………………………31

第六章总结与展望………………………………………………………33

致谢……………………………………………………………………34

参考文献…………………………………………………………………35

附录1:

纺机开口机构凸轮副照片………………………………………37

附录2:

共扼凸轮磨削照片………………………………………………37

附录3：

凸轮1程序………………………………………………………38

附录4:

凸轮2程序………………………………………………………45

第一章绪论

1.1课题研究的目的意义及其背景

凸轮是一种常见的机械传动零件，凸轮轮廓的加工一直是机械制造工艺中的难点之一。

最原始的凸轮加工是通过划线手锉法完成，这种低效率低精度的加工方法早已被淘汰。

目前，广泛采用数控加工技术来完成凸轮轮廓的加工，对表面轮廓精度要求高的凸轮，常常还需要通过磨削加工来完成。

现在生产企业所使用的凸轮磨床有两大类：

一类是机械靠模摆架式，这类凸轮磨床磨削砂轮不动，通过凸轮旋转和靠模架的摆动实现凸轮轮廓的磨削；另一类为数控凸轮磨床，它通过凸轮的旋转和砂轮沿径向的直线运动实现凸轮轮廓的磨削。

数控凸轮磨床不需要凸轮靠模，对任意复杂的凸轮轮廓曲线，可通过数控程序的改变来实现不同凸轮的磨削，具有较大优越性，既能保证凸轮表面磨削质量，又方便于机床参数的调整。

目前，凸轮的数控磨削常采用等角速度磨削工艺，即凸轮绕自身轴线作等角速度旋转，砂轮作跟随的直线运动。

由于凸轮轮廓表面各点曲率半径不同，往往以较小的转角变化产生较大的磨削线速度变化，引起单位时间内金属切除率不均匀，从而总存在着所磨削的凸轮表面“棱边”现象，有时甚至还伴随着磨削表面烧伤。

例如：

扬州大学机械电子实习工厂所磨削加工的某纺织机械开口机构的一对共扼凸轮采用了等角速度磨削工艺，存在着较严重的“棱边”现象，为此不得不在磨削工艺之后增加一道手工抛光工艺。

因而，近年来提出了凸轮等线速磨削工艺，国内外也有不少关于凸轮等线速磨削工艺研究的报道[123]。

所谓凸轮等线速磨削即通过控制凸轮在一周内的转速变化，实圆弧的过渡处存在一条小棱，严重影响凸轮的表面加工质量。

在本课题中，运用一系列微小的等弦长直线段来拟合曲线与圆弧，将曲线与圆弧的过渡转化成无数微小直线段的首尾相接，达到了恒线速磨削的目的。

实践证明，运用此方法能够有效地避免了“棱边”现象，达到所要求的凸轮加工表面质量。

1．无磨削烧伤

等线速NC磨削在每个直线段上采用了相等的磨削速度，单位时间内金属磨除率相等，不会产生局部的磨削热，因此不会出现磨削烧伤现象。

2．加工效率与成本

等线速磨削工艺所磨削凸轮轮廓表面粗糙度小，表面质量高，省去了原有的手工抛光工序，提高了加工效率，缩短了生产周期，降低了生产成本。

第六章总结与展望

本次毕业设计针对纺机凸轮磨削过程中所存在的生产实际问题，进行了等线速凸轮磨削方法的研究，完成了凸轮曲线的求解、磨削砂轮轨迹的计算、数控程序的生成、实际磨削试验等研究工作，实现了对纺机凸轮等线速CNC磨削工艺方法，在保证尺寸和形状精度的同时，消除了常见的棱边和烧伤现象，获得了较好的表面质量。

通过这次毕业设计，我们学习掌握了VC++编程语言、二分法数值计算、等距线计算、CNC磨床的参数设置和机床调整等工程应用中所需的理论和实践知识，大大提高了自己分析和解决工程实际问题的能力，得到了一次很好的工程实际训练，受益匪浅。

遗憾的是，由于毕业设计的时间有限，尚未来得及对磨削凸轮粗糙度做比较分析，因而关于磨削结果的分析还不够有说服力。

若能有机会的话，可进一步细化所做的工作，将凸轮等线速CNC磨削的机理、数控磨床的结构、机床精度对磨削质量的影响做进一步的研究，为凸轮恒线速磨床的改造和设计提供理论依据。

致谢

两个多月的毕业设计中，王隆太教授对我们进行了悉心的指导，不管工作多忙，基本上每天都抽空到设计地点为我们解决疑难问题，对毕业设计遇到的难题进行点拨，保证了毕业设计顺利进行。

王老师的敬业精神和敏捷的思维，给我们留下了深刻的印象，树立了良好的榜样，对我们今后的学习和工作都是一种鞭策和启示。

机电研究所的李吉中老师为我们指正了毕业设计中编程和计算方面的错误，为课题的顺利解决提供了较大的帮助，在此一并表示衷心的感谢。

此外，还要感谢同组的赵建飞同学在设计中的积极配合。

参考文献

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838~841

[2]王政帅唐浙东，凸轮磨削动态特性对磨削质量影响的探讨，内燃机，2004年，第2期：

10~13

[3]贾振元傅南红，凸轮轴变转速数控磨削方法的数学解析，大连理工大学学报，2000年，第40卷第3期：

320~322

[5]张炜郭维俊，凸轮变速磨削的探讨，甘肃农业大学学报，1996年，第31卷第2期：

160~162

[6]孟雅琴叶正麟，平面曲线等距线逼近的仿射变换方法，西北工业大学学报，1998年，第16卷第4期：

540~544

[7]陈增荣高卫国，数值分析，北京：

电子工业出版社，2002年，13~14

[8]王窿太，机械CAD/CAM技术，北京：

机械工业出版社，2001年，204~205

[9]扬科人，凸轮数控磨床磨削点位置的计算，机械，1997年，第24卷第4期：

28~29

[10]吴长富刘志方，凸轮数控磨床速度计算与分析，机械设计与制造工程，第28卷第6期：

6~7

[11]张迎春张艳萍，由弧长确定磨削凸轮时的变速规律，机械工程师，2000年8月，49~51

[12]施展李郝林，凸轮数控磨削成型的理论分析，组合机床与自动化加工技术，2001年第10期：

31~32

[13]李连江盛云，关于凸轮数控磨削加工的探讨，组合机床与自动化加工技术，2004年，第11期：

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[14]郭三学陈新，凸轮廓形变转速磨削方法的研讨，机械科学与技术，1999年，第18卷第1期：

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[15]扬福田，凸轮磨削过程动态分析的解析法，机械工艺师，1996年，第1期：

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[16]吕福阳，磨削速度变化对凸轮磨削精度的影响，内燃机，1995年，第2期：

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[17]郭磊熊清平，平面凸轮的数控磨削，机械设计与制造，2001年，第2期：

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[18]王银彪杨杰，凸轮磨削力变化产生的振纹及消除方法，齐齐哈尔大学学报，1998年，第14卷第1期：

75~78

[19]郭培全王红岩，数控机床编程与应用，北京：

电子工业出版社，2000年，35~57

附录

附录1：

凸轮1C程序

#include

#include

#defineEPS5e-6

#defineDL0.5

#definePI3.1415926

#defineRAD（PI/180）

db=sqrt（k*k+1）*rad;

if（x1

if（nFlag==1）b+=db;

elseb-=db;

*A1=k;*B1=-1;*C1=b;

}

}

_

附录1:

纺机开口机构共扼凸轮副照片

附录2:

共扼凸轮磨削照片