弧面凸轮磨削加工研究及专用数控磨床设计与开发

摘要

本课题以弧面凸轮轮廓面磨削加工为研究对象，对传统弧面凸轮加工工艺方法进行深入分析和研究，提出单侧面麽削凸轮的磨削机理与方法。在此理论基础上，提出弧面凸轮专用数控磨床总体设计方案并对及主要部件进行了设计。课题的主要内容有以下几个方面：
　　 1）本课题围绕弧面凸轮磨削如何实现这一问题，提出了弧面凸轮单侧面磨削方法，并论证了该方法的可行性。运用空间啮合原理与旋转变换矩阵法，推导出单侧面磨削加工弧面凸轮轮廓面实际轨迹方程和砂轮中心线轨迹方程。
　　 2）通过控制砂轮来有效补偿砂轮半径误差和砂轮磨损量以及砂轮修整量，从而使砂轮轮廓面始终与凸轮轮廓面单侧面接触，得到单侧面磨削加工刀位控制方法，解决了弧面凸轮轮廓面单侧面磨削的加工刀位控制问题。这种刀位控制法可通过数控编程来实现砂轮误差补偿；因此，用小砂轮加工弧面凸轮工作曲面，也能够磨削加工出高精度和高质量的弧面凸轮。
　　 3）在弧面凸轮单侧面磨削机理的基础上得出两种凸轮轮廓面的法向误差模型：（1）法向误差精确计算模型；（2）法向误差近似计算模型。以法向误差近似计算结果与给定允许的误差范围作比较，对实际加工出的轮廓面进行评估。根据凸轮轮廓面的最大允许误差来选择砂轮半径变动范围，提高了砂轮的使用寿命，具有良好的经济效益。
　　 4）在单侧面磨削弧面凸轮的理论基础上，根据现有加工凸轮机构机床中的缺点和不足，开发一台磨削加工弧面凸轮的专用数控磨床，提出合理的机床总体设计方案，并确定了工作台及床身结构设计方案。对其主要部件进行了设计，包括采用电主轴为主运动形式，对主轴箱竖直运动导轨和配重进行分析与设计，对Z-X工作台、数控回转工作台、数控分度头进行设计计算和选型。对目前使用较广泛的几类控制系统进行了分析和比较，初步选用BEIJING-FIANUC Oi系统作为本机床的控制系统。
　　 最后，在上述研究内容的基础上，对砂轮修整方法进行了探讨，为磨床砂轮修整技术的选择提供了理论基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2课题主要研究内容

1.3课题难点及解决方法

2弧面凸轮工作曲面磨削机理研究

2.1引言

2.2传统弧面分度凸轮加工方法分析

2.3弧面凸轮单侧磨削加工机理研究

2.3.1单侧面磨削的可行性分析

2.3.2单侧面磨削加工凸轮的实际轨迹方程及砂轮中心线轨迹方程

2.4砂轮半径补偿的实现

2.5小结

3单侧面磨削加工弧面凸轮误差模型建立

3.1法向误差精确计算

3.2法向误差的近似计算

3.3轮廓面误差评估及砂轮半径的选取

3.4影响弧面凸轮轮廓面误差的因素及解决办法

3.5小结

4弧面凸轮专用数控磨床的结构设计与开发

4.1引言

4.2机床结构设计

4.2.1现有五坐标弧面凸轮数控铣床结构分析

4.2.2专用弧面凸轮数控磨床与铣床的不同点

4.2.3专用数控磨床结构方案的设计

4.2.4工作台设计方案

4.2.5床身结构设计

4.3相关技术参数

4.4小结

5弧面凸轮专用数控磨床主要部件设计及控制系统选型

5.1机床主轴箱的设计

5.1.1引言

5.1.2主轴组件设计与计算

5.1.3主轴箱竖直运动设计

5.2工作台的设计

5.2.1 Z向工作台的设计

5.2.2 X向工作台的设计

5.2.3 X-Z工作台导轨

5.2.4回转工作台的设计

5.3数控分度头的选用

5.4联轴器的选择

5.5控制系统选型

5.5.1 BEIJING-FANUC SERIES Oi数控系统功能

5.5.2 BEIJlNG-FANUC SERIES Oi磨削数控单元功能描述

5.6小结

6砂轮的修整补偿技术初探

6.1砂轮修整的判断依据

6.2超硬磨料砂轮的修整

6.2.1超硬磨料砂轮的整形法

6.2.2超硬磨料砂轮的修锐法

6.3超硬磨料磨具修整技术的进展

6.3.1磨削法的改进

6.3.2游离磨料修整法的改进

6.3.3在线电解修锐技术

6.3.4电火花修整技术

6.3.5其它修整技术

6.4 小结

7结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文