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(圖1)屏酌。這種聯(lián)接不用鍵或花鍵邓尤，故又稱無鍵聯(lián)接畔况，或型面聯(lián)接敦跌。
軸頭和轂孔可以是柱形的(圖1a)也可以是錐形的(圖1b)澄干。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；錐形的裝拆容易柠傍，還可承受單方向的軸向力麸俘。
由于成形聯(lián)接具有拆裝方便，能保證良好的對中性；聯(lián)接面上沒有鍵槽及尖角从媚，減小了應(yīng)力集中逞泄，因而承載能力高，可傳遞大扭矩拜效，疲勞強度高喷众，可替代鍵或花鍵聯(lián)接。對于帶錐度的成形聯(lián)接軸(孔)能夠做到無間隙配合紧憾，性能更優(yōu)良到千，工作更可靠。這種理想的設(shè)計块生，一直因為加工工藝復(fù)雜栋灿，對工藝過程研究不夠，尚無良好的加工設(shè)備及刀具值舌、量具浴瞭，至今使其廣泛應(yīng)用受到很大的限制。因此漓蜗，要使其作為通用的基礎(chǔ)零件推廣應(yīng)用岳散，關(guān)鍵在于正確地解決其加工方法。
現(xiàn)有的加工方法中螃恕，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)眠煮。非圓型孔可以用成形插刀來加工，這些方法或需要硬靠模膳几，或需要專用機床或系列專用刀具茴审，制造柔性差，生產(chǎn)效率低启疙，所以躁绸，采用數(shù)控加工已成為趨勢。浙江大學(xué)的鄔義杰臣嚣，在一臺XK5040三坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控銑床上净刮，對三角軸進(jìn)行了銑削加工試驗。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(jìn)給機構(gòu)硅则，驅(qū)動刀架在工件的徑向作快速運動淹父，跟蹤加工成形聯(lián)接面。只用一套數(shù)控裝置怎虫，就能夠完成非圓軸截面和錐度的加工暑认，對刀和調(diào)整十分方便。
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
數(shù)控加工系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示大审。在PC總線的工控機上蘸际，可通過軟件來改變成形軸(孔)的形狀座哩、尺寸大小和錐度比例等。加工時捡鱼，工控機檢測車床主軸轉(zhuǎn)角和液壓伺服刀架位置八回，實時反饋控制伺服系統(tǒng)車削工件，做到了無靠模車削逛径。
1.伺服放大器 2.位移傳感器 3.閥控缸 4.工件 5.光電編碼器
圖2 加工系統(tǒng)構(gòu)成框圖 |
圖3 成形聯(lián)接軸表面的空間軌跡 |
在成形聯(lián)接軸的車削過程中撼烹，以典型的帶錐度的PK-3成形軸的加工為例，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匕憋。加工時远燕，成形聯(lián)接軸表面的空間軌跡如圖3所示，該軌跡由工件繞主軸的回轉(zhuǎn)運動(繞Z軸)族帅、伺服刀架的往復(fù)進(jìn)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)合而成奖放。伺服刀架的往復(fù)進(jìn)給運動軌跡，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)的廊睹。該輸入曲線被稱為跟蹤曲線砚粒，其本質(zhì)是液壓靠模仿形加工中仿形頭的運動軌跡。當(dāng)跟蹤曲線由計算機生成時贤疆，如果加工相同零件時益柳，跟蹤曲線能夠精確地保持不變；如果加工零件變化時枫演，跟蹤曲線能夠靈活地由軟件改變捕谢，完全代替靠模。因此酵熙，跟蹤曲線又稱為“軟靠脑颍”。
跟蹤曲線以工件繞主軸回轉(zhuǎn)一周的角度(2p弧度)為一個周期匾二。本系統(tǒng)用光電編碼器檢測主軸回轉(zhuǎn)的角度哮独，計算機控制跟蹤曲線與回轉(zhuǎn)的角度同步，電液伺服系統(tǒng)跟蹤曲線假勿，使刀架運動與工件回轉(zhuǎn)運動保持協(xié)調(diào)同步借嗽。
在完成加工這一動力學(xué)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转培。一般數(shù)控系統(tǒng)是指采用計算機的控制系統(tǒng)，既包括基于插補原理的數(shù)值控制 (Numerical Control)浆竭，也包括基于動力學(xué)的數(shù)字控制(Digital Control)浸须。本文采用了后者。這就要求提高伺服刀架的頻寬和行程邦泄。本文采用的新型電液伺服進(jìn)給刀架删窒，克服了一般電液伺服系統(tǒng)響應(yīng)低的缺點裂垦，頻寬超過 130Hz，設(shè)計的最大行程為8mm很撩。
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(jìn)行討論吝蔽。PK—3成形曲線有簡明的表達(dá)式，在圖4中的參數(shù)方程為：
| x(t0)=(R-ecos3t0)cost0+3esin3t0sint0 |
(1) |
| y(t0)=(R-ecos3t0)sint0-3esin3t0cost0 |
(2) |
圖4 PK-3成形軸的截面廓形 |
圖5 PK-3成形截面的跟蹤曲線 |
式中 R——平均半徑咨只，mm
e——偏心量超肃，mm
t0——角參數(shù)，rad
由式(1)和(2)械拉，如圖4用極坐標(biāo)時佳绩，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)
采用跟蹤法車削加工時，伺服刀架刀尖往復(fù)的位置就是矢徑r的變化量鸿铐，以下的跟蹤曲線均以矢徑r和極角q表示舰搜。PK—3成形軸截面的跟蹤曲線如圖5，圖例中取R=7mm胞仅，e=0.45mm蚪桐，該曲線的傅立葉展開式為
式中 w=3w0,t∈[0,60L/Sn]
w0——車床主軸角速度，rad/s
t——時間唁映，s
n——車床主軸轉(zhuǎn)速,r/min,n=60w0/2p
L——PK—3成形軸加工部分長度紫侵，mm
S——車床走刀量，mm/r
式(3)中的k實際并不取∞耳鸯，而是根據(jù)精度要求選取湿蛔，本文k取3。
根據(jù)kw县爬，設(shè)計電液伺服系統(tǒng)的頻寬阳啥。
在進(jìn)行錐度PK—3成形軸加工時，錐度的跟蹤曲線為
式中 a——PK—3成形軸的錐度比系數(shù)
圖6為錐度的跟蹤曲線财喳。合成后的跟蹤曲線為
r=r0+r1
圖7為加工長度L上的合成跟蹤曲線察迟。
圖6 錐度的跟蹤曲線 |
圖7 錐度PK-3成形軸的合成跟蹤曲線 |
當(dāng)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耳高。這樣扎瓶，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泌枪，其行程大于單獨加工不帶錐度的PK—3成形軸時的行程概荷。
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)，具有切削力大碌燕，剛性好的特點误证。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预旺，必須采用具有一定適應(yīng)能力的非線性控制策略棕凉。本系統(tǒng)采用筆者已研究的自適應(yīng)控制算法灯彩，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。
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(jìn)行的桃镐，結(jié)構(gòu)如圖2阵蔚。改裝時，首先杈鸵，在原車床主軸尾端加上了一個光電編碼器扶免，用來測主軸轉(zhuǎn)角。其次岸欣，將原車床刀架換成了液壓伺服刀架亏傅，并在液壓伺服刀架上加裝位移傳感器，用來測刀架位移凰届，安裝十分方便醉装。在控制系統(tǒng)中，主機為一PC總線的CONTEC工控機坚伍，接口是12位的A/D和D/A宵睦，位移傳感器為LVDT-1型壓差式傳感器，-3dB頻寬240Hz墅诡，測量范圍0～±3mm壳嚎。伺服刀架為自制高響應(yīng)低摩擦液壓油缸，行程為±4mm末早，液壓剛度kh=66.8N/μm烟馅，固有頻率為fh=450.7Hz。試驗時然磷，利用光電編碼器每周的零位脈沖郑趁，作為主軸回轉(zhuǎn)角與跟蹤曲線的周期同步信號。加工時姿搜，無論成形軸或孔寡润，車削刀具均采用普通通用刀具(外圓車刀和內(nèi)孔鏜刀)，安裝在伺服刀架上舅柜。對刀時梭纹，先由計算機將控制輸出量送零值，保持刀架不動致份，按一般車削圓工件方法晶襟，手動試切對刀。試驗加工零件為45號鋼挣仅，在主軸轉(zhuǎn)速為600r/min時百览，進(jìn)行了平均直徑20mm、錐度比為1∶40拔泪、帶錐度的PK—3成形軸和孔的車削笑杯。用加工好的錐度PK—3成形軸和孔，可以做到無間隙配合谍臀，取得較滿意的效果辱得。
4 結(jié)論
- 采用本文提出的方法車削加工成形聯(lián)接軸(孔)時，設(shè)備簡單抡杈，工件裝夾和對刀調(diào)整容易沉享，使用方便，成形聯(lián)接件易于推廣應(yīng)用加梁。
- 作為一般應(yīng)用顶质，帶錐度的成形聯(lián)接件，能做到無間隙配合融蹂，更便于使用推廣旺订。
- 作為產(chǎn)品，成形聯(lián)接件的檢驗測量問題有待進(jìn)一步研究超燃。
- 試驗表明区拳，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)是正確可行的意乓，該方法還可為其它非圓表面的加工提供借鑒樱调。
聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享届良，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé)笆凌，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布士葫、編輯整理上傳乞而，對此類作品本站僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)为障。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻晦闰、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題鳍怨，請第一時間告知散烂，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容，以保證您的權(quán)益估横！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn变钙。
