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加工中心自动换刀装置(ATC)弧面凸轮加工工艺研究

卜凡华  
【摘要】:随着机械制造业的发展,加工中心的使用越来越广泛。自动换刀装置(ATC)是加工中心的重要功能部件,弧面凸轮是自动换刀装置中的关键零件,其加工制造困难。使用国产弧面凸轮的自动换刀装置运行时噪音大、振动大。国内使用的高档自动换刀装置主要依赖进口。因此,研究加工中心自动换刀装置弧面凸轮的加工工艺具有重要的现实意义。 本文对加工中心自动换刀装置弧面凸轮的加工误差和铣削力进行了分析,并且进行了弧面凸轮的加工制作和性能测试。其研究内容有以下几方面: 首先,研究了两旋转轴联动加工弧面凸轮时,相互联动的机床A轴和B轴运动误差对工件加工误差的影响,提出了用最小距离法建立弧面凸轮廓面误差数学模型,提出了用线性影响系数来快捷求解弧面凸轮廓面误差的最大值,运用等值线图表示了机床A轴和B轴运动误差与弧面凸轮廓面最大误差之间的关系,可为弧面凸轮加工机床精度的确定提供参考。 其次,研究了由铣削和磨削造成的工件二次定位误差对弧面凸轮廓面误差的影响,用等值线图描述了工件圆周方向的定位误差和轴线方向的定位误差与弧面凸轮廓面最大误差之间的关系,从而为确定夹具的设计精度提供理论指导,以实现通过控制夹具误差来控制工件的二次装卡定位精度。 第三,研究了弧面凸轮加工时的铣削力。建立了弧面凸轮铣削力数学模型并给出了计算流程,以TC40型弧面凸轮加工为例计算出了铣削加工的铣削力。通过计算发现,使用右旋刀刃铣刀粗铣时,若铣削深度过大,右旋槽法向铣削力和铣削力振幅小;精铣时右旋槽法向铣削力和铣削力的振幅比左旋槽的小。使用左旋刀刃铣刀铣削时,情况正好相反。对右旋槽和左旋槽铣削力不同的现象进行了分析,给出了螺旋槽由于旋向不同,铣削力不同,而导致槽宽不同现象的控制方法。 第四,进行了弧面凸轮加工制作,在上述误差分析和铣削力计算的指导下,通过改造夹具、改变工艺参数,成功制造出了合格的用于加工中心自动换刀装置的弧面凸轮。通过改变粗铣的铣削深度,解决了螺旋槽旋向不同槽宽不同的问题。 最后,对使用了自制弧面凸轮的加工中心自动换刀装置进行了性能测试与检验。使用自己制作的实验装置检测了自动换刀装置输出角位移、角速度、角加速度,与理论值进行比较,实测值与理论值相符。另外,与日本进口的自动换刀装置作了相同的对比实验,实验结果显示自制产品的性能与日本产品相当。对使用了自制弧面凸轮的加工中心自动换刀装置进行了200万次可靠性试验。在实验过程中,适时观察和采集凸轮箱体的振动速度;当机床主轴已经出现故障的时候,自动换刀装置仍然正常。实验结束后,对装置进行拆卸并检查零件,发现凸轮箱体内的其它零件比弧面分度凸轮本身的磨损要大得多,这证明了自制弧面凸轮的质量是可靠的。


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