分度凸輪虛擬切削加工系統(tǒng)研究.pdf

1、分度凸輪虛擬切削加工系統(tǒng)能夠全面、逼真地反映現實的切削加工環(huán)境和分度凸輪廓形的切削加工過程,能對加工中出現的碰撞、干涉進行檢查,能夠在設計階段了解其可加工性和工藝規(guī)程的合理性、評估和預測加工精度,并進行改進設計。虛擬切削加工系統(tǒng)的應用,能夠縮短產品的開發(fā)周期,保證產品性能和質量,降低開發(fā)和制造成本,全面提升分度凸輪的設計和制造水平。本文從分度凸輪銑削加工的切削力建模和加工方法研究入手,研究了分度凸輪加工數控機床、分度凸輪虛擬切削加工系統(tǒng)

2、框架、虛擬切削加工系統(tǒng)的建模及NC代碼翻譯等關鍵技術。在建立了切削刃方程和切削力方向的單位矢量表達式的基礎上,將刀具沿軸線離散化,并引入窗口函數,建立起了切削力模型,導出了切削力計算公式。分析了進給運動的變化規(guī)律,導出了切削厚度計算公式。進行了切削力仿真,研究結果表明：(1) 加工分度盤分度運動對應的凸輪廓形時,主軸擺動的進給速度由零增至最大值,然后由最大值減小至零,與之相對應,切削面積的最大值、切削力的最大值也由最小值變到最大值,再由

3、最大值變到最小值。(2) 加工分度盤位置保持階段對應的凸輪廓形時,主軸擺動的進給速度為零,切削面積的最大值、切削力的最大值保持不變。(3) 在切入、切出對應的分度區(qū)域,切削面積、切削力的變化幅度小于中間分度區(qū)域廓形加工時的變化幅度,最大切削力出現在中間分度區(qū)域。(4) 切削力的三個分力中Fx最大,Fy最小。(5) 刀具(主軸)的轉速越高,切削力越??；工件的進給速度越高,切削力越大；軸向切削深度越大,切削力越大。在對圓柱分度凸輪廓形加工過

4、程分析的基礎上,導出了切削力的系數計算公式。分析了進給運動的變化規(guī)律。圓柱分度凸輪銑削加工切削力仿真的結果表明：(1) 分度運動對應區(qū)域的切削面積、切削力明顯大于分度盤位置保持對應區(qū)域的數值。(2) 加工分度盤位置保持階段對應的凸輪廓形時,切削面積的最大值、切削力的最大值保持不變。(3) 切入、切出對應的分度區(qū)域,切削面積、切削力是間斷變化的,最大值的變化很快。(4) 切削力的三個分力中Fy最大、Fz最小。研究了弧面分度凸輪廓形的非等徑

5、加工技術。導出了滾子軸線軌跡曲面方程,利用等距曲面理論,研究了非等徑加工時刀具軸線的位置確定,導出了非等徑加工的編程坐標換算公式,并給出了弧面分度凸輪非等徑加工自動編程的應用軟件山東人學博十學位論文框圖和弧面分度凸輪非等徑加1_程序實例。 研究了圓柱分度凸輪廓形的三軸聯(lián)動非等徑加工方法。導出了非等徑加_E刀位點的坐標計算公式和編程坐標的計算公式,并給出了圓柱分度凸輪廓形的非等徑加工程序實例。 研究了圓柱分度凸輪廓形的近似加工方法。導出了

6、滾子軸線軌跡的曲面矢量方程和近似加工編程坐標計算公式,對近似加工的理論加工誤差進行了分析,并給出了理論加工誤差分析的實例。當中心距與滾子分布圓半徑相等時,理論加工誤差最大,中心距a總有一個值與最小理論加工誤差相對應,該值由滾子分布圓半徑、分度數、凸輪外徑和動程角決定。當滾子數、動程角和凸輪外徑增大時,理論加工誤差減小。 提出并論證了用于分度凸輪加工的數控機床方案,堅持盡量采用由專門化制造商生產的標準部件和通用部件的設計原則,完成了整臺機

7、床的全部設計任務。機床已試制成功,使用效果良好。 構建了分度凸輪虛擬切削加工系統(tǒng)框架。論述了虛擬機床建模的基本要求,建立了所研制的分度凸輪數控加工機床的幾何模型和運動鏈表達式。 對分度凸輪虛擬切削加工系統(tǒng)進行了簡化：(l)以切削區(qū)域作為分界,將切削加工系統(tǒng)分為工件子系統(tǒng)和刀具子系統(tǒng)。(2)在工件子系統(tǒng)中,認為蝸桿的角速度等于伺服電動機的輸出角速度,忽略縱振和橫振,只有扭轉振動存在。(3)在刀具子系統(tǒng)中,Fx不足以在縱向引起激振,忽略振幅

8、非常小的橫振,僅考慮繞：軸的扭振。 利用等效的概念,將工件子系統(tǒng)和刀具子系統(tǒng)簡化成分別由等效彈簧、等效阻尼、等效轉動慣量組成的單自由度振動系統(tǒng),導出了系統(tǒng)的動力學方程。分析了分度凸輪虛擬切削加工系統(tǒng)的動力學求解問題,提出了求解方法,導出了基于數值計算思路的解的表達式。 切削加工系統(tǒng)的動力學仿真結果表明：(l)在凸輪切削加工過程中,隨著刀具的切入,振動由無到有,由弱到強；切出區(qū)域振動的變化與切入區(qū)域相反。振動最強烈的區(qū)域發(fā)生在切入階段和切

9、出階段。(2)在非分度區(qū),系統(tǒng)的特性是穩(wěn)定的；在中間分度區(qū),兩個子系統(tǒng)的扭振振幅變小。(3)刀具離開切削區(qū),振動迅速衰減。(4)刀具(主軸)轉速會影響系統(tǒng)響應圖譜的形態(tài),但對系統(tǒng)振動的最大振幅的影響不大。(5)工件進給速度減小,系統(tǒng)的振動減弱,生產率降低。(6)刀具軸向最大切削深度越小,激振力矩越小,系統(tǒng)的振動越弱。與減小工件進給速度相比,生產效率相同時,刀具軸向最大切削深度的減小,更能有效的減弱切削加工系統(tǒng)的振動。山勺、人學博t：學位