用數(shù)控銑床進(jìn)行弧面分度凸輪輪廓面的精密磨削

1.擺頭 2.磨頭 3.頂尖 4.凸輪毛坯 5.芯軸 6.分度頭
圖1 弧面分度凸輪示意圖

1 概述

弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)(如圖1所示)不僅分度精度高贿汞、傳動(dòng)平穩(wěn)逼肯，而且結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞扭矩大桃煎，特別適用于高速篮幢、高精度分度。因其分度運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)为迈，可設(shè)計(jì)成適于各種工作場(chǎng)合的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)三椿，從而在運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、降噪曲尸、延長(zhǎng)機(jī)構(gòu)使用壽命等方面都具有良好性能赋续。改變凸輪的分度角以調(diào)整動(dòng)停比，很容易滿(mǎn)足停歇運(yùn)動(dòng)階段所需要的時(shí)間另患。

由于弧面分度凸輪輪廓面為一空間不可展開(kāi)的螺旋面(見(jiàn)圖3)纽乱，目前國(guó)內(nèi)對(duì)該零件的加工，仍舊停留在數(shù)控成型銑削+修研裝配的工藝水平上昆箕。該工藝的主要缺點(diǎn)是精度低鸦列、零件修配工作量大，難以形成批量生產(chǎn)鹏倘，加工質(zhì)量也難以得到保證策退。國(guó)外解決的辦法是采用五坐標(biāo)磨削加工中心進(jìn)行加工，但該方案設(shè)備投資巨大气穴，加工成本也很高跑腮，其價(jià)格國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)用戶(hù)很難接受。為此肉敏，我們?cè)O(shè)計(jì)了QMT型短外伸端高速氣動(dòng)磨頭(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?5218369.7)帮冶，將其安裝在專(zhuān)用數(shù)控銑床的主軸上(見(jiàn)圖2)，利用聚晶復(fù)合材料長(zhǎng)壽砂輪成功地對(duì)弧面分度凸輪輪廓面進(jìn)行了磨削加工索击，其主要原理是利用QMT型短外伸端高速氣動(dòng)磨頭來(lái)增加機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速隧帜，使之滿(mǎn)足高速磨削時(shí)的轉(zhuǎn)速要求。若機(jī)床參數(shù)調(diào)整得當(dāng)邢侵，其效果接近數(shù)控磨床豫柿，有效地?cái)U(kuò)大了數(shù)控銑床的使用范圍，把數(shù)控銑床變?yōu)閿?shù)控磨床版鳞。

2 磨削方法及主要工藝參數(shù)

圖2 弧面分度凸輪輪廓面加工示意

圖3 實(shí)體造型中提取的單側(cè)輪廓面特征

弧面分度凸輪輪廓面磨削工藝實(shí)驗(yàn)是在西北輕工業(yè)學(xué)院CAD/CAM工程研究中心的XK5001專(zhuān)用數(shù)控銑床上進(jìn)行的剧灰。將自制的QMT型短外伸端高速氣動(dòng)磨頭直接裝入該機(jī)床主軸端部并加以固定栓栋，用最新研制的聚晶復(fù)合材料PCBN砂輪(代替銑刀)做磨具，按修正正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律編制NC程序钠四，對(duì)弧面分度凸輪輪廓面進(jìn)行磨削盗扒，磨削軌跡為一不可展空間曲面，參見(jiàn)附圖3缀去。由于QMT型短外伸端高速氣動(dòng)磨頭是以壓縮空氣為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)主軸作高速旋轉(zhuǎn)侣灶，帶動(dòng)砂輪進(jìn)行磨削的，它以壓縮空氣作為冷卻缕碎，磨削中無(wú)需加冷卻液褥影。在整個(gè)磨削區(qū)，采用微量油霧籠罩咏雌，來(lái)控制磨削區(qū)溫度場(chǎng)凡怎，并起到防塵作用。由于聚晶立方氮化硼PCBN砂輪磨削時(shí)無(wú)脫落赊抖，鐵屑比重大不易飛揚(yáng)统倒，整個(gè)磨削過(guò)程基本無(wú)粉塵污染。

主要工藝參數(shù)如下：

砂輪材質(zhì)：聚晶立方氮化硼PCBN;
砂輪粒度：120～140;
砂輪直徑：10mm氛雪；
工作氣壓：0.3～0.6MPa;
砂輪速度：25000r/min;
進(jìn)給速度：(9～60)r/min;
安裝方式：莫式3#錐柄房匆；
工件硬度：HRC60～62;
冷卻條件：氣冷；
環(huán)境溫度：18℃灶昏。

試件為分度數(shù)10分度的弧面分度凸輪茬麻，工件材料為20CrMnTi,粗銑后經(jīng)碳氮?dú)怏w共滲后淬硬至HRC60～62。采用在壓縮空氣中加入少量潤(rùn)滑油言雀，霧化后模譬，直接噴罩在砂輪及磨削區(qū)的方法進(jìn)行冷卻與降塵。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

凸輪輪廓表面粗糙度(0.6～0.8)μm;

(0.006～0.125)mm;(0.002～0.038)mm;

凸輪槽寬尺寸誤差凸輪輪廓停留段跳動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)靜態(tài)分度精度見(jiàn)表1刚哼。

表1 凸輪機(jī)構(gòu)靜態(tài)分度測(cè)試記錄數(shù)據(jù)表
輸入軸角度	第1分度	第2分度	第3分度	第4分度	第5分度	第6分度	第7分度	第8分度	第9分度	第10分度
0°～180°	35.59.56	72.03.48	107.59.20	143.59.25	179.59.29	215.59.26	215.59.44	287.59.37	323.59.57	359.59.51
1	35.59.56	72.03.48	107.59.20	143.59.28	179.59.29	215.59.26	215.59.44	287.59.38	323.59.58	359.59.55
2	35.59.56	72.03.48	107.59.20	143.59.28	179.59.29	215.59.26	215.59.44	287.59.38	323.59.58	359.59.58
3	35.59.56	72.03.48	107.59.20	143.59.28	179.59.29	215.59.26	215.59.45	287.59.38	323.59.58	00.00.00
4	35.59.56	72.03.48	107.59.20	143.59.28	179.59.29	215.59.26	215.59.42	287.59.38	323.59.58	00.00.00
5	35.59.56	72.03.48	107.59.20	143.59.28	179.59.29	215.59.26	215.59.51	287.59.38	323.59.58	00.00.00
6	35.59.56	72.03.48	107.59.20	143.59.28	179.59.29	215.59.26	215.59.51	287.59.38	323.59.58	00.00.00

4 結(jié)果分析與討論

磨削后的凸輪輪廓表面粗糙度值為(Ra0.6～Ra0.8)m,已達(dá)到設(shè)計(jì)給定的要求啥读。如選用210～230號(hào)砂輪，表面粗糙度值可達(dá)(Ra0.2～Ra0.4)m,這已能滿(mǎn)足其高速丹残、高精度分度對(duì)表面粗糙度的要求捍辫。
凸輪槽寬尺寸誤差：已達(dá)到0.01mm左右，比銑削尺寸精度高一倍以上楞庸，較好地滿(mǎn)足了凸輪分度機(jī)構(gòu)傳動(dòng)嚙合上的要求。
從凸輪停留段跳動(dòng)看暂一，已達(dá)到(0.002～0.038)m,這與凸輪機(jī)構(gòu)靜態(tài)分度測(cè)試記錄數(shù)據(jù)表相吻合晾胡。由表中的縱向數(shù)值看，磨削后的凸輪停留精度可穩(wěn)定在1.5"左右拐云，說(shuō)明凸輪的該項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)到美罢猪、日等發(fā)達(dá)國(guó)家制定的小于0.005mm的標(biāo)準(zhǔn)近她。表中的橫向數(shù)值則反映出從動(dòng)盤(pán)的制造精度。而分度輸出的穩(wěn)定性與滾子的跳動(dòng)精度密切相關(guān)膳帕。
從防塵效果看粘捎，在壓縮空氣中加入少量潤(rùn)滑油、使之霧化后形成微量油霧氣氛危彩，籠罩在砂輪和整個(gè)磨削區(qū)來(lái)控制磨削粉塵攒磨，方法簡(jiǎn)便且效果顯著。PCBN砂輪自身幾乎無(wú)脫落汤徽，塵屑小娩缰，用它磨下的鐵屑呈纖維狀，這種鐵纖維不易飛揚(yáng)谒府，再加上油霧籠罩拼坎、使之集中在工作臺(tái)面上很小的區(qū)域里，成功的解決了因磨屑散布到機(jī)床導(dǎo)軌上而影響機(jī)床工作壽命的難題完疫。
從磨削區(qū)溫度場(chǎng)的分度看泰鸡，采用壓縮空氣冷卻(屬于干磨)效果顯著。在環(huán)境溫度為18℃時(shí)躯饿，砂輪的溫升維持在27℃左右(工件溫升僅為22℃)障翼。由于磨削區(qū)的溫度得到有效控制，不會(huì)產(chǎn)生磨削燒傷泛倦，更不會(huì)因磨削過(guò)熱使工件變形而影響磨削精度辽松，這對(duì)于高精度空間連續(xù)軌跡磨削至為重要。
另外习环，PCBN砂輪干磨時(shí)的法向磨削力與切向磨削力Fn裸努、Ft均小于濕磨，而金屬切除率Zw'大于濕磨芍规。這也是選擇氣冷干磨成功的又一重要因素垃桨。

5 結(jié)論

利用通用數(shù)控銑床、配置高速氣動(dòng)磨頭和聚晶立方氮化硼砂輪翰倡，對(duì)弧面分度凸輪輪廓面進(jìn)行數(shù)控磨削器赦，其方法簡(jiǎn)易可行，且成本低廉吹似。
這種空間曲面數(shù)控磨削工藝刚垦，已能滿(mǎn)足通用精度的淬硬曲面的磨削要求，若設(shè)備精良喷楣，其磨削效果可達(dá)到或接近數(shù)控磨削中心的加工精度趟大。完全可以將其推廣應(yīng)用到其它數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行空間曲面的磨削。

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