專利名稱：凸輪非圓磨削基于恒接觸弧長的變速控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于根據(jù)凸輪非圓磨削中動(dòng)態(tài)接觸弧長變化規(guī)律，來控制凸輪轉(zhuǎn)速以實(shí) 現(xiàn)恒磨削量磨削的一種非圓磨削變速控制方法。
技術(shù)背景所謂非圓磨削一般指在數(shù)控磨削過程中，磨削點(diǎn)的軌跡為非圓曲線的磨削過程。非圓磨削又可分為軌跡磨削(多軸多維聯(lián)動(dòng)，類似數(shù)控銑削過程)和c一x同步磨削 技術(shù)。所指非圓磨削即為o^x同步磨削技術(shù)，是發(fā)達(dá)國家近年新開發(fā)的一種跟蹤磨 削技術(shù)，它采用磨床頭架即c軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，磨床砂輪架運(yùn)動(dòng)即x軸根據(jù)頭架指令隨動(dòng)跟蹤進(jìn)行磨削的一種技術(shù)。凸輪磨削加工是一種特殊的非圓磨削加工，在磨削基圓部分時(shí)與普通的外圓磨削 加工狀況一樣，非基圓部分的磨削條件是不斷變化的。目前，對(duì)凸輪類非圓零件的加 工基本采用的是恒角速度和恒線速度的控制方法。采用恒角速度控制方法進(jìn)行磨削加 工時(shí)，被磨削工件表面的磨削量會(huì)發(fā)生較大的變化，導(dǎo)致磨削力的波動(dòng)，往往不可避 免的使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生非線性彈性變形，從而對(duì)工件的加工精度和表面質(zhì)量產(chǎn)生很大的 影響。而恒線速控制方法進(jìn)行磨削時(shí)，工件輪廓上的磨削量變化較恒角速度平緩，恒 線速度磨削可近似的保證磨削量恒定。但是磨削量與凸輪輪廓各點(diǎn)的曲率半徑有關(guān)， 曲率半徑越大磨削量就越大。而以恒線速原則控制凸輪非圓磨削時(shí)，并沒有將各種凸 輪輪廓的特征對(duì)磨削量變化的影響考慮在內(nèi)，所以凸輪的磨削量并非理想的恒磨削 量。因此有必要去尋求一種新的速度控制方法來保證磨削量恒定，在提高加工效率的 同時(shí)獲得更好的加工精度和表面質(zhì)量。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于根據(jù)非圓磨削原理和凸輪的輪廓特點(diǎn)，詳細(xì)研究分析了磨削接 觸弧長在凹弧段和凸弧段不同的變化規(guī)律，按照磨削量基本恒定的原則，提供了一種 凸輪非圓磨削基于恒接觸弧長的變速控制方法，提高凸輪非圓磨削的加工精度和表面 質(zhì)量。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是由于磨削過程是一個(gè)復(fù)雜的過程，磨削運(yùn)動(dòng)不僅決定了工件的加工精度也決定了工件的表面質(zhì)量。恒磨削量磨削不僅能保證一定 的加工精度而且能獲得較好的磨削表面質(zhì)量。所以本發(fā)明通過分析凸輪的磨削機(jī)理，4對(duì)凸輪非圓磨削中凸弧段和凹弧段的運(yùn)動(dòng)接觸弧長進(jìn)行研究，提出了一種基于恒接觸 弧長的變速控制方法。在實(shí)際的磨削中，通過對(duì)工件的變速控制來尋求磨削量基本恒 定。該方法根據(jù)凸輪非圓磨削中動(dòng)態(tài)接觸弧長變化規(guī)律，進(jìn)行變角速度控制，自變量 確定方便，容易得到較好的加工精度將和表面質(zhì)量。為便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，先作原理推導(dǎo)如下-凸輪非圓磨削運(yùn)動(dòng)數(shù)字模型<formula>formula see original document page 5</formula>(1)<formula>formula see original document page 5</formula>
式中/"為基圓半徑，^為滾子半徑，^為砂輪半徑，凸輪轉(zhuǎn)角為^，滾子中心轉(zhuǎn)角為^， //為升程值，if(60為升程函數(shù)，ZO,OC^為滾子中心到凸輪基圓圓心連 線和砂輪中心到凸輪基圓圓心連線的夾角，Z(9C^M與ZO(92M見附圖l，其中OM為凸輪基圓中心o與滾子中心Q連線oo,的垂線。砂輪架即X軸的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)位置可按方程(l)求出，而凸輪轉(zhuǎn)角p即C軸的位置可按方程(2)求出。按此方程控制，即可實(shí)現(xiàn)凸輪非圓磨削的基本功能，但是加工效率、 加工精度以及表面質(zhì)量的保證，還需要依賴對(duì)凸輪轉(zhuǎn)速的合理控制。磨削量恒定的磨削過程是高磨削精度和良好表面質(zhì)量的關(guān)鍵保證。由于磨削量與 運(yùn)動(dòng)接觸弧長成正比，因此恒定的磨削量可以通過控制運(yùn)動(dòng)弧長保持不變來獲得。運(yùn) 動(dòng)接觸弧長與工件線速度、砂輪線速度、砂輪半徑、接觸點(diǎn)曲率半徑以及磨削深度有 關(guān)，是一個(gè)描述磨削區(qū)域的復(fù)雜變量。但是在實(shí)際凸輪非圓磨削中，砂輪線速度、砂 輪半徑以及磨削深度是不變的量；而且一旦所加工的凸輪確定，則各接觸點(diǎn)的曲率半 徑也可相應(yīng)地求出，因此采用改變工件線速度來保證運(yùn)動(dòng)接觸弧長基本恒定的方法。首先，在對(duì)凸輪非圓磨削中運(yùn)動(dòng)接觸弧長的變化規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，由恒定運(yùn)動(dòng) 接觸弧長確定凸輪回轉(zhuǎn)一周內(nèi)任意時(shí)刻工件線速度。最后根據(jù)凸輪非圓磨削的運(yùn)動(dòng)特 征確定實(shí)際加工時(shí)凸輪任意時(shí)刻的角速度，以便應(yīng)用于編制數(shù)控加工程序。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案-一種凸輪非圓磨削基于恒接觸弧長的變速控制方法，其特征在于 恒定的磨削量通過控制運(yùn)動(dòng)弧長保持不變來獲得，即采用改變工件線速度來保 證運(yùn)動(dòng)接觸弧長基本恒定的方法，從而獲得恒定的磨削量。具體操作步驟如下(1) 將初始化參數(shù)r、 ^、 &、 ^、 H、 //(0)、 /7、 K、 、丄輸入計(jì)算機(jī)；式中r為基圓半徑，^為滾子半徑，^為砂輪半徑，^為滾子中心轉(zhuǎn)角，//為升 程值，/f(^)為升程函數(shù)，p為曲率半徑，F(xiàn),為砂輪線速度，"p為磨削進(jìn)給量，丄為 接觸弧長。(2) 計(jì)算任意凸輪升程角處的砂輪中心位置X、凸輪轉(zhuǎn)角p以及基于恒接觸弧長的凸 輪角速度fi^;(3) 根據(jù)求得的凸輪轉(zhuǎn)角p、砂輪中心位置X編寫數(shù)控加工程序，使C軸和X軸聯(lián) 動(dòng)；再配合求得的凸輪角速度"p對(duì)C軸的轉(zhuǎn)角，即凸輪轉(zhuǎn)角p進(jìn)行變角速控制。上述步驟(2)中的任意凸輪升程角處的砂輪中心位置X、凸輪轉(zhuǎn)角p以及基于恒接觸弧長的凸輪角速度^p的計(jì)算步驟如下-(1)求出任意凸輪升程角e處砂輪中心的位置X:<formula>formula see original document page 6</formula>
(2)求出任意凸輪升程角《處的凸輪轉(zhuǎn)角^:(3)求出凸輪凸弧和凹弧段的工件線速度、 (l)奢sV p化(^￡=-1).60&(4)求出凸輪的角速度，其中SfeO為凸輪形狀函數(shù)，^為凸輪轉(zhuǎn)角必(w本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下實(shí)質(zhì)性的優(yōu)點(diǎn)目前非圓磨削技術(shù)基本采用 的是恒角速或是基于恒線速的變角速控制方法，無法保證工件各處的磨削量恒定。這 樣就會(huì)造成工件的加工精度不高，且容易發(fā)生燒傷或裂紋等現(xiàn)象。而本發(fā)明全面考慮 了各種凸輪輪廓的特點(diǎn)，得出了不僅適用于普通凸輪還適用于具有凹弧段的凸輪的非 圓磨削恒接觸弧長變速控制方法，通過對(duì)工件的變角速控制來尋求一個(gè)基本恒定的磨 削量。這樣可以避免磨削力激烈變化導(dǎo)致的沖擊與顫振，提高凸輪的加工精度，獲得 較好的表面質(zhì)量。
圖1是本發(fā)明中所述的非圓磨削過程中砂輪與凸輪的位置關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下參見圖1，圖中標(biāo)號(hào)1為凸輪，2為挺桿滾子，3為砂輪。本實(shí)施例是采用凸輪非圓磨削技術(shù)加工大型凹凸輪，本凸輪非圓磨削基于恒接觸弧長的變速控制方法進(jìn)行 磨削控制的具體實(shí)施步驟如下式中ZOiOC^為滾子中心到凸輪基圓圓心連線和砂輪中心到凸輪基圓圓心連線 的夾角，2(9(^71/與ZO(927^見附圖1，其中OM為凸輪基圓中心O與滾子中心q連 線O"的垂線。(4)求出凸輪凸弧和凹弧段的工件線速度^-.i).6ofs1 /0 + C卩W, P、(5)求出凸輪的角速度，其中SfeO為凸輪形狀函數(shù)，^為凸輪轉(zhuǎn)角:+(r + + rp) cos(ar"g——^-) + rt — ~(3)求出任意凸輪升程角P處的凸輪轉(zhuǎn)角0:_。 ,諷的，、 , 斷。，(1) 初始化參數(shù)r、 、rs、 6 、 //、 //(P)、 /7、 Fs、 "p、 Zr為基圓半徑，^為滾子半徑，^為砂輪半徑，0為滾子中心轉(zhuǎn)角，H為升程值, H(0為升程函數(shù)，p為曲率半徑，^為砂輪線速度， 為磨削進(jìn)給量，Z為接觸弧 長。(2) 求出任意凸輪升程角P處砂輪中心的位置JT:l一2II_ : =必⑨最后只需按照以上求得的凸輪轉(zhuǎn)角^、砂輪中心位置x編寫數(shù)控加工程序，使c軸和X軸聯(lián)動(dòng)；再配合求得的凸輪角速度Wp對(duì)C軸(即凸輪)的轉(zhuǎn)角^進(jìn)行變角速控制，即可實(shí)現(xiàn)凸輪非圓磨削，并且控制磨削過程中任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)接觸弧長不變，從 而保證磨削量基本恒定，達(dá)到提高凸輪的加工精度和表面質(zhì)量效果。
權(quán)利要求
1.一種凸輪非圓磨削基于恒接觸弧長的變速控制方法，其特征在于恒定的磨削量通過控制運(yùn)動(dòng)弧長保持不變來獲得，即采用改變工件線速度來保證運(yùn)動(dòng)接觸弧長基本恒定的方法，從而獲得恒定的磨削量。具體操作步驟如下(1)將初始化參數(shù)r、rg、rS、θ、H、H(θ)、ρ、VS、ap、L輸入計(jì)算機(jī)；式中r為基圓半徑，rg為滾子半徑，rS為砂輪半徑，θ為滾子中心轉(zhuǎn)角，H為升程值，H(θ)為升程函數(shù)，ρ為曲率半徑，VS為砂輪線速度，ap為磨削進(jìn)給量，L為接觸弧長。(2)計(jì)算任意凸輪升程角處的砂輪中心位置X、凸輪轉(zhuǎn)角 id="icf0001" file="A2008100406350002C1.tif" wi="2" he="3" top= "98" left = "129" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>以及基于恒接觸弧長的凸輪角速度ωp；(3)根據(jù)求得的凸輪轉(zhuǎn)角 id="icf0002" file="A2008100406350002C2.tif" wi="4" he="3" top= "120" left = "72" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>砂輪中心位置X編寫數(shù)控加工程序，使C軸和X軸聯(lián)動(dòng)；再配合求得的凸輪角速度ωp對(duì)C軸的轉(zhuǎn)角，即凸輪轉(zhuǎn)角 id="icf0003" file="A2008100406350002C3.tif" wi="2" he="3" top= "131" left = "137" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>進(jìn)行變角速控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的凸輪非圓磨削基于恒接觸弧長的變速控制方法，其特征在 于所述步驟(2)中的任意凸輪升程角處的砂輪中心位置X、凸輪轉(zhuǎn)角p以及基于恒接觸弧長的凸輪角速度fi)p的計(jì)算步驟如下 (1)求出任意凸輪升程角6處砂輪中心的位置1:<formula>formula see original document page 2</formula>(2)求出任意凸輪升程角e處的凸輪轉(zhuǎn)角p:<formula>formula see original document page 2</formula>(3)求出凸輪凸弧和凹弧段的工件線速度<formula>formula see original document page 3</formula>(4)求出凸輪的角速度，其中S(《)為凸輪形狀函數(shù)，^為凸輪轉(zhuǎn)角:<formula>formula see original document page 3</formula>
全文摘要
本發(fā)明涉及一種凸輪非圓磨削基于接觸弧長恒定的變速控制方法。針對(duì)凸輪非圓磨削中如何保證磨削量恒定的問題，給出了根據(jù)接觸弧長恒定原則控制工件變速回轉(zhuǎn)的非圓磨削控制方式。此方法較好的克服了凸輪輪廓曲率半徑變化明顯所導(dǎo)致的各磨削點(diǎn)處磨削弧長及磨削量的不斷變化。與現(xiàn)有的恒角速和恒線速度控制方法相比，更有利于避免磨削力激烈變化導(dǎo)致的沖擊與顫振，從而獲得較好的工件加工精度和表面質(zhì)量。
文檔編號(hào)B24B19/12GK101323099SQ20081004063
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者何永義, 博 劉, 吳鋼華, 靜 李, 沈南燕, 陳榮蓮 申請(qǐng)人:上海大學(xué)