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(xiàn)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(xiàn)的碰撞、干涉進行檢查,能夠在設(shè)計階段了解其可加工性和工藝規(guī)程的合理性、評估和預(yù)測加工精度,并進行改進設(shè)計。虛擬切削加工系統(tǒng)的應(yīng)用,能夠縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,保證產(chǎn)品性能和質(zhì)量,降低開發(fā)和制造成本,全面提升分度凸輪的設(shè)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(shù)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(guān)鍵技術(shù)。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(chǔ)上,將刀具沿軸線離散化,并引入窗口函數(shù),建立起了切削力模型,導(dǎo)出了切削力計算公式。分析了進給運動的變化規(guī)律,導(dǎo)出了切削厚度計算公式。進行了切削力仿真,研究結(jié)果表明：(1) 加工分度盤分度運動對應(yīng)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(yīng),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(yīng)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(yīng)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(xiàn)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(zhuǎn)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(chǔ)上,導(dǎo)出了切削力的系數(shù)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(jié)果表明：(1) 分度運動對應(yīng)區(qū)域的切削面積、切削力明顯大于分度盤位置保持對應(yīng)區(qū)域的數(shù)值。(2) 加工分度盤位置保持階段對應(yīng)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(yīng)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(shù)。導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)用軟件山東人學(xué)博十學(xué)位論文框圖和弧面分度凸輪非等徑加1_程序?qū)嵗?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(dǎo)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?qū)嵗?研究了圓柱分度凸輪廓形的近似加工方法。導(dǎo)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(yīng),該值由滾子分布圓半徑、分度數(shù)、凸輪外徑和動程角決定。當滾子數(shù)、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(shù)控機床方案,堅持盡量采用由專門化制造商生產(chǎn)的標準部件和通用部件的設(shè)計原則,完成了整臺機

7、床的全部設(shè)計任務(wù)。機床已試制成功,使用效果良好。 構(gòu)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(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動慣量組成的單自由度振動系統(tǒng),導(dǎo)出了系統(tǒng)的動力學(xué)方程。分析了分度凸輪虛擬切削加工系統(tǒng)的動力學(xué)求解問題,提出了求解方法,導(dǎo)出了基于數(shù)值計算思路的解的表達式。 切削加工系統(tǒng)的動力學(xué)仿真結(jié)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?yún)^(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(zhuǎn)速會影響系統(tǒng)響應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)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(xué)博t：學(xué)位