纺机凸轮轮廓曲线等线速CNC磨削技术研究论文

1、纺机凸轮轮廓曲线等线速CNC磨削技术研究 大学机械工程学院机械设计制造专业2005届毕业设计论文纺机凸轮轮廓曲线等线速CNC磨削技术研究学生姓名： 学 号: 指导教师： 摘 要凸轮机构是最常用的传动机构之一，越来越广泛地应用于各种机械设备中。本课题所研究对象是某纺织机械开口机构共扼凸轮副上下两个凸轮，该凸轮是由非圆函数曲线组成，现有磨削加工工艺是在自行改造的三轴数控外圆磨床上，采用凸轮绕自身轴线等角速度磨削加工工艺，所磨削的凸轮表面存在着“棱边”现象，有时甚至伴随磨削烧伤，磨削加工还需要增加一道抛光工序，表面质量差，加工周期长。本文对凸轮等线速磨削进行了研究，首先通过给定的导轮运动轨迹，求解了上凸轮的轮廓曲线，并根据开口机构共扼原理求解了下凸轮的轮廓曲线；以等弦长磨削方法近似等线速磨削，通过给定的等弦长求解相应的凸轮转角，获取凸轮曲线上一个个磨削分割点；利用等距线原理，对凸轮曲线上的分割点求解砂轮中心运动轨迹；依据砂轮中心运动轨迹编写凸轮磨削NC程序；在改造的数控外圆磨床上对共扼凸轮进行等线速磨削试验。经磨削试验结果说明，共扼凸轮等线速磨削单位金属磨除率均匀，减小了磨削力的波动，消除了

2、磨削“棱边”现象，避免了磨削烧伤，取得较好的磨削避免质量。通过本课题的研究，不仅解决了纺机开口机构共扼磨削工艺难题，还为凸轮数控磨床设计开发和传统机床的改造提供了理论依据和经验借鉴。关键字：共扼凸轮；等线速磨削；CNC磨床AbstractContent: The cam organization is one of the most frequently used transmission organizations, and it is more and more widely applied to various kinds of machinery. As the object of this research , the cam 1 and cam 2 of the spinning machine cams are both have non- round curves as their components besides circle. Previously, the numerical control programs are automatically produce

3、d with Master CAM. However it is unfavourable that the grinded surfaces are unsatisfactory in quality. In this subject, we change the angular speed when cams rotating for the sake of the permanent linear velocity. We approach the curves with a series of little straight lines , calculate the coordinates of the ends, and then those points on the on the track of the sharpener center, which have the equal distance with the ends of those lines. We write the CNC programs and carry it on the cams. What

4、 we have to say is that the expressions of the curves ,the calculation of the coordinates and the generation of the programs are all achieved bu computer . It is practiced that the scheme is feasible, not only it has improved quality of processing, but also the whole course is uncomplicated. This scheme can be used when the curves expression is known and the curve is C1 continuous. The research to the equal linear velocity grinding about the the outline curve of the spinning machine cams has off

5、ered a key technological theory for the design of the modelling cam grinder and the reform to the existing grinder constantly.Key words: Spinning machine cam, outline curve, equal linear velocity, CNC grinding纺机凸轮轮廓曲线等线速CNC磨削技术研究目 录摘要 1 Abstract 2 第一章 绪论 31.1 本课题研究的目的意义及其背景 3 1.2 本课题研究的具体任务要求 3 1.3 本课题研究的思路和技术路线 4 第二章 纺机凸轮的运动分析及曲线求解2.1 纺机凸轮的运动分析52.1.1 已知条件说明52.1.2 凸轮运动副分析52.2 凸轮曲线计算 62.2.1 凸轮1曲线方程计算72.2.2 导轮4中心运动轨迹计算 92.2.3 凸轮2曲线方程计算10第三章 凸轮等线速磨削分析计算3.1等线速磨削原理 143.2 等线速磨削的相关计算 143.2.2 工件坐标系的确立15

6、3.2.3 步长的确定153.2.4 凸轮轮廓基点和节点坐标的计算153.3凸轮磨削刀位点的计算 18第四章 等线速磨削CNC程序的编制4.1 数控系统简介224.2 凸轮磨削加工工艺分析234.2.1起始点的选择254.2.2工件装夹 254.3 数控程序编制234.3.1数控编程方法的选择234.3.2凸轮等线速CNC磨削中的参数设定 244.3.3凸轮等线速磨削CNC程序的自动生成25第五章 凸轮等线速磨削试验与分析5.1 凸轮磨削试验前的准备295.1.1 砂轮修整 295.1.2 数控程序的传输与校验 295.1.3 初始位置调整 305.2 磨削结果与分析315.2.1 磨削试验过程 315.2.2 磨削试验结果分析 31第六章 总结与展望33致 谢34参考文献 35第一章 绪论1.1 课题研究的目的意义及其背景凸轮是一种常见的机械传动零件，凸轮轮廓的加工一直是机械制造工艺中的难点之一。最原始的凸轮加工是通过划线手锉法完成，这种低效率低精度的加工方法早已被淘汰。目前，广泛采用数控加工技术来完成凸轮轮廓的加工，对表面轮廓精度要求高的凸轮，常常还需要通过磨削加工来完成。现在生产

7、企业所使用的凸轮磨床有两大类：一类是机械靠模摆架式，这类凸轮磨床磨削砂轮不动，通过凸轮旋转和靠模架的摆动实现凸轮轮廓的磨削；另一类为数控凸轮磨床，它通过凸轮的旋转和砂轮沿径向的直线运动实现凸轮轮廓的磨削。数控凸轮磨床不需要凸轮靠模，对任意复杂的凸轮轮廓曲线，可通过数控程序的改变来实现不同凸轮的磨削，具有较大优越性，既能保证凸轮表面磨削质量，又方便于机床参数的调整。目前，凸轮的数控磨削常采用等角速度磨削工艺，即凸轮绕自身轴线作等角速度旋转，砂轮作跟随的直线运动。由于凸轮轮廓表面各点曲率半径不同，往往以较小的转角变化产生较大的磨削线速度变化，引起单位时间内金属切除率不均匀，从而总存在着所磨削的凸轮表面“棱边”现象，有时甚至还伴随着磨削表面烧伤。例如：扬州大学机械电子实习工厂所磨削加工的某纺织机械开口机构的一对共扼凸轮采用了等角速度磨削工艺，存在着较严重的“棱边”现象，为此不得不在磨削工艺之后增加一道手工抛光工艺。因而，近年来提出了凸轮等线速磨削工艺，国内外也有不少关于凸轮等线速磨削工艺研究的报道123。所谓凸轮等线速磨削即通过控制凸轮在一周内的转速变化，实现恒定凸轮表面磨削线速度，以此提高凸轮表面磨削精度。本课题研究的对象就是针对扬州大学机械电子实习工厂所加工纺机开口机构共扼凸轮，进行凸轮等线速磨削工艺研究，解决企业生产中的实际问题。利用本人四年来已学习掌握的专业知识，查阅学习现有的技术文献，分析一般凸轮磨削存在的现象和原因，提出自己关于凸轮等线磨削的解决办法，以此提高自己的科学研究能力、动手能力和分析解决实际问题的能力。1.2 本课题研究的具体任务要求以纺机开口共扼凸轮为研究对象，对所给凸轮曲线形状进行分析，针对凸轮磨削中存在的共性问题，拟定课题研究方案，进行凸轮轮廓曲线和磨削运动轨迹的计算、编写计算和NC磨削自动生成程序，进行数控磨削试验，验证磨削效果，获取较为完全的等线速磨削工艺。具体任务如下：1、学习与本课题有关的理论知识，学习计算机编程语言，学习西门子802D数控系统的操作方法和系统参数设置，为本课题研究顺利进行打好基础。2、分析开口机构共扼凸轮轮廓形状，根据已知的导轮运动轨迹，推导上、下凸轮的轮廓曲线方程，编写计算分析计算机模块软件，自动凸轮磨削NC数控程序。3、进行凸轮磨削试验，对凸轮等线速磨

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