在成形聯(lián)接軸的車削過程中斑渠，以典型的帶錐度的PK-3成形軸的加工為例萍聊，本文采用一套數(shù)控系統(tǒng)同時完成錐度和PK-3成形軸截面兩種運動砖瞧。加工時嘲恍，成形聯(lián)接軸表面的空間軌跡足画，該軌跡由工件繞主軸的回轉(zhuǎn)運動(繞Z軸)雄驹、伺服刀架的往復(fù)進給運動(X軸方向)和伺服刀架的勻速走刀運動(沿Z軸方向)復(fù)合而成。伺服刀架的往復(fù)進給運動軌跡淹辞，是由計算機控制下的電液伺服系統(tǒng)跟蹤特定的輸入曲線來實現(xiàn)的医舆。該輸入曲線被稱為跟蹤曲線，其本質(zhì)是液壓靠模仿形加工中仿形頭的運動軌跡象缀。當跟蹤曲線由計算機生成時彪饺，如果加工相同零件時，跟蹤曲線能夠精確地保持不變促弯；如果加工零件變化時通冕，跟蹤曲線能夠靈活地由軟件改變，完全代替靠模诲厚。因此创炉，跟蹤曲線又稱為“軟靠模”蔽曙。跟蹤曲線以工件繞主軸回轉(zhuǎn)一周的角度(2p弧度)為一個周期尺那。本系統(tǒng)用光電編碼器檢測主軸回轉(zhuǎn)的角度，計算機控制跟蹤曲線與回轉(zhuǎn)的角度同步家澈，電液伺服系統(tǒng)跟蹤曲線丹自，使刀架運動與工件回轉(zhuǎn)運動保持協(xié)調(diào)同步。

1 引言

    成形聯(lián)接是利用非圓剖面的軸與相應(yīng)輪廓的轂孔所構(gòu)成的軸轂聯(lián)接蚀比。這種聯(lián)接不用鍵或花鍵弹值，故又稱無鍵聯(lián)接，或型面聯(lián)接甩汞。軸頭和轂孔可以是柱形的(圖1a)也可以是錐形的(圖1b)豫尽。柱形的除靜聯(lián)接外還可以用于無載荷作用下做軸向移動的動聯(lián)接；錐形的裝拆容易样悟，還可承受單方向的軸向力拂募。

    由于成形聯(lián)接具有拆裝方便，能保證良好的對中性窟她；聯(lián)接面上沒有鍵槽及尖角，減小了應(yīng)力集中蔼水，因而承載能力高震糖，可傳遞大扭矩，疲勞強度高趴腋，可替代鍵或花鍵聯(lián)接吊说。對于帶錐度的成形聯(lián)接軸(孔)能夠做到無間隙配合，性能更優(yōu)良优炬，工作更可靠颁井。這種理想的設(shè)計厅贪，一直因為加工工藝復(fù)雜，對工藝過程研究不夠雅宾，尚無良好的加工設(shè)備及刀具倚撰、量具，至今使其廣泛應(yīng)用受到很大的限制擅锁。因此窝秤，要使其作為通用的基礎(chǔ)零件推廣應(yīng)用，關(guān)鍵在于正確地解決其加工方法母谋。

    現(xiàn)有的加工方法中幽州，典型的非圓成形軸加工可以采用靠模仿型法和機械式運動合成法實現(xiàn)。非圓型孔可以用成形插刀來加工堰哗，這些方法或需要硬靠模匙戚，或需要專用機床或系列專用刀具，制造柔性差恐梅，生產(chǎn)效率低猴试，所以，采用數(shù)控加工已成為趨勢载易。浙江大學的鄔義杰粒惜，在一臺XK5040三坐標聯(lián)動數(shù)控銑床上，對三角軸進行了銑削加工試驗颈墅。本文介紹的數(shù)控車削系統(tǒng)利用高響應(yīng)電液伺服油缸作進給機構(gòu)蜡镶，驅(qū)動刀架在工件的徑向作快速運動，跟蹤加工成形聯(lián)接面恤筛。只用一套數(shù)控裝置官还，就能夠完成非圓軸截面和錐度的加工，對刀和調(diào)整十分方便毒坛。

2 成形聯(lián)接軸(孔)數(shù)控車削系統(tǒng)的構(gòu)成和加工原理

    在PC總線的工控機上望伦，可通過軟件來改變成形軸(孔)的形狀、尺寸大小和錐度比例等煎殷。加工時屯伞，工控機檢測車床主軸轉(zhuǎn)角和液壓伺服刀架位置，實時反饋控制伺服系統(tǒng)車削工件豪直，做到了無靠模車削劣摇。
 
    在完成加工這一動力學過程的問題上，本設(shè)計采用的跟蹤方法與插補法完全不同弓乙。一般數(shù)控系統(tǒng)是指采用計算機的控制系統(tǒng)末融，既包括基于插補原理的數(shù)值控制(Numerical Control)，也包括基于動力學的數(shù)字控制(Digital Control)暇韧。本文采用了后者粮郁。這就要求提高伺服刀架的頻寬和行程叮歧。本文采用的新型電液伺服進給刀架，克服了一般電液伺服系統(tǒng)響應(yīng)低的缺點学咸，頻寬超過130Hz菌秘，設(shè)計的最大行程為8mm。

    本文用PK—3成形軸的廓形曲線(又稱P3或K形成型軸聯(lián)接)來進行討論纠惧。PK—3成形曲線有簡明的表達式卿截，參數(shù)方程為： x(t0)=(R-ecos3t0)cost0+3esin3t0sint0 (1)
y(t0)=(R-ecos3t0)sint0-3esin3t0cost0  (2)式中 R——平均半徑，mme——偏心量赛虽，mmt0——角參數(shù)拨蓖，rad由式(1)和(2)，如圖4用極坐標時刺泌，計算截面廓形曲線的矢徑r(mm)和極角q(rad)為r=(x2+y2)?q=arctg(y/x)照旺。

    當采用伺服液壓缸作為執(zhí)行機構(gòu)時，很容易跟隨合成的跟蹤曲線男枝。這樣酝浦，一套數(shù)控系統(tǒng)同時完成了錐度和PK—3成形軸截面兩種變化。刀架按合成的軌跡運動场刑，其行程大于單獨加工不帶錐度的PK—3成形軸時的行程般此。

3 系統(tǒng)控制方法和加工試驗

    采用電液伺服刀架作驅(qū)動機構(gòu)，具有切削力大牵现，剛性好的特點铐懊。但由于電液伺服系統(tǒng)本身的非線性因素，一般線性系統(tǒng)的控制方法難以勝任瞎疼，必須采用具有一定適應(yīng)能力的非線性控制策略科乎。本系統(tǒng)采用筆者已研究的自適應(yīng)控制算法，具體可見《機床與液壓》雜志1995年第2期刊載的《高響應(yīng)高精度電液伺服系統(tǒng)自適應(yīng)控制的工程實現(xiàn)》一文贼急。

    PK—3成形軸的數(shù)控車削試驗是在一臺普通MAZAK—J1車床上進行的茅茂，結(jié)構(gòu)如圖2。改裝時太抓，首先空闲，在原車床主軸尾端加上了一個光電編碼器，用來測主軸轉(zhuǎn)角腻异。其次进副，將原車床刀架換成了液壓伺服刀架，并在液壓伺服刀架上加裝位移傳感器铣修，用來測刀架位移，安裝十分方便意宝。在控制系統(tǒng)中杭喊，主機為一PC總線的CONTEC工控機庵臼，接口是12位的A/D和D/A，位移傳感器為LVDT-1型壓差式傳感器烤恃，-3dB頻寬240Hz揽邀，測量范圍0～±3mm。伺服刀架為自制高響應(yīng)低摩擦液壓油缸肴奠，行程為±4mm辙势，液壓剛度kh=66.8N/μm，固有頻率為fh=450.7Hz乡优。試驗時羞媳，利用光電編碼器每周的零位脈沖，作為主軸回轉(zhuǎn)角與跟蹤曲線的周期同步信號秫辨。加工時扼菠，無論成形軸或孔，車削刀具均采用普通通用刀具(外圓車刀和內(nèi)孔鏜刀)坝咐，安裝在伺服刀架上循榆。對刀時，先由計算機將控制輸出量送零值墨坚，保持刀架不動秧饮，按一般車削圓工件方法，手動試切對刀泽篮。試驗加工零件為45號鋼盗尸，在主軸轉(zhuǎn)速為600r/min時，進行了平均直徑?20mm咪辱、錐度比為1∶40振劳、帶錐度的PK—3成形軸和孔的車削。用加工好的錐度PK—3成形軸和孔油狂，可以做到無間隙配合历恐，取得較滿意的效果。

4 結(jié)論

（1）采用本文提出的方法車削加工成形聯(lián)接軸(孔)時专筷，設(shè)備簡單弱贼，工件裝夾和對刀調(diào)整容易，使用方便槐骂，成形聯(lián)接件易于推廣應(yīng)用卓胶。

（2）作為一般應(yīng)用，帶錐度的成形聯(lián)接件肪躯，能做到無間隙配合鄙划，更便于使用推廣。

（3）作為產(chǎn)品掀舷，成形聯(lián)接件的檢驗測量問題有待進一步研究药锯。

    試驗表明都陵，本文的理論分析、電液伺服系統(tǒng)的設(shè)計及計算機控制系統(tǒng)的開發(fā)是正確可行的怒随，該方法還可為其它非圓表面的加工提供借鑒造轴。
 
 

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