平面凸轮与非圆工件的参数化数控磨削研究

摘要

本文根据MK250数控凸轮磨床的极坐标数控磨削加工的特点，侧重对平面凸轮与非圆工件两大类零件参数化数控磨削加工的研究。在对国内外研究现状深入分析的基础上，展开了以下研究内容：
　　首先，对四种常见的平面凸轮进行运动学分析，基于反转法原理，以直动滚子凸轮为例，推导极坐标下的砂轮中心轨迹、凸轮工作轮廓曲线极坐标方程与恒速磨削的数学模型。
　　其次，采用VC++6.0作为系统开发工具，开发设计针对平面凸轮极坐标数控磨削的CAD/CAM系统软件。实现了四种平面凸轮轮廓计算、刀心轨迹的计算、参数判断、插补误差控制以及自动输出数控加工文件与仿真文件，并且在MK250数控凸轮磨床上进行了实验验证。
　　再次，采用矢量几何法求解由直线与圆弧组成的非圆工件的刀心轨迹，开发了非圆工件的极坐标数控磨削的编程软件。实现部分C型刀具半径补偿的功能，输出数控加工代码文件，在MK250数控凸轮磨床上得到了验证。
　　最后，根据直角坐标与极坐标数控加工的特点，分别建立极坐标与直角坐标磨削凸轮的插补误差模型。在VC++环境下对上述模型进行编程计算输出，运用 MATLAB绘制具体实例的点位图。比较极坐标与直角坐标磨削的插补误差的大小发现，极坐标磨削加工凸轮的插补误差减小约31％。讨论极角步长、平面凸轮运动规律、行程、平面凸轮的基圆半径、推程角与回程角、砂轮半径等因素对极坐标插补误差的影响。得出了等分极角能够把插补误差控制在很小的范围内，并且随着极角步长的减小，插补误差呈非线性递减、平面凸轮的运动规律影响插补误差曲线的变化趋势、选取较大基圆半径、较小的行程、较大的推程运动角或回程运动角能适量的减小插补误差等结论。

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第1章 绪论

1.1 CAD/CAM的发展与应用

1.2 凸轮机构的基础理论发展及CAD/CAM技术的研究

1.3 极坐标数控加工技术概述

1.4 本文研究的内容

第2章 平面凸轮数控磨削加工算法

2.1 平面凸轮简介

2.2 平面凸轮机构的从动件运动规律

2.3 平面凸轮刀心轨迹及轮廓廓线计算

2.4 用等步长极角插值运算计算平面凸轮的刀心轨迹算法

2.5 直动对心加工恒速磨削的实现

2.6 平面凸轮轮廓的约束条件

2.7 本章小结

第3章 平面凸轮CAD/CAM系统设计与实现

3.1 系统开发工具的选择

3.2 系统总体结构

3.3 平面凸轮设计功能的实现

3.4 平面凸轮数控编程与CNC的集成

3.5 直动滚子平面凸轮磨削模拟实验

3.6 摆动滚子平面凸轮磨削模拟实验

3.7 本章小结

第4章 非圆工件自动编程系统设计与实现

4.1 非圆工件数控加工中刀心轨迹计算

4.2 判断转接类型及采用的过渡方式

4.3 直角坐标跟极坐标的转化

4.4 非圆工件自动编程系统各模块的实现

4.5 非圆工件自动编程系统的极坐标磨削加工验证

4.6 本章小结

第5章 数控凸轮磨床等分极角插补误差分析

5.1 数控加工误差产生的原因

5.2 极坐标数控加工的刀具路径的轨迹插补

5.3 数控磨削凸轮的插补误差建模

5.4 数控加工中等分极角插补误差变化规律

5.5 本章小结

结论

附录 软件验证报告

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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