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弧面凸轮式自动换刀装置凸轮机构的设计与研究

张丹丹  
【摘要】:加工中心是一种高效率的自动化机床,目前已经成为机械制造领域的首选,并得到了越来越广泛的应用。自动换刀装置是加工中心的重要组成部分,其结构及驱动方式的不同直接影响换刀时间和加工效率。传统的自动换刀装置采用液压或气动的驱动形式,但其存在换刀时间长、效率低、运动规律固定等不足,为改善装置性能,目前国际上趋向于采用弧面凸轮式自动换刀装置。 弧面凸轮式自动换刀装置的凸轮机构由弧面分度凸轮和平面沟槽凸轮两部分组成,其中弧面分度凸轮在设计理论、设计方法以及制造上都比较特殊,目前国内还没有形成比较成熟实用的理论研究体系,所使用的弧面凸轮式自动换刀装置几乎都依靠进口,为改变这种现状,对这类凸轮机构进行必要的研究迫在眉睫。 本文主要对弧面凸轮式自动换刀装置的凸轮机构进行设计与研究。 首先,根据机械手的运动情况和工作特点,设计出比较合理的从动件的运动循环图。为使机械手在运动过程中具有良好的动力特性,从常用的从动件运动规律中分别选出了适合机械手直动和旋转的运动规律。 接着,以空间啮合原理为基础,推导出弧面分度凸轮的工作廓面方程,并以弧面分度凸轮的几何尺寸为参考,在凸轮基体上设计平面沟槽凸轮,并对两个凸轮机构分别进行运动学特性的分析。 再次,运用SolidWorks三维软件和集成于其中的COSMOSMotion插件完成整个凸轮机构的建模,并结合弧面凸轮式自动换刀装置的工作特点,设置运动参数,完成整个凸轮机构的运动学仿真。 最后,对凸轮的制造工艺进行了分析研究,确定了凸轮的材料及加工方法。鉴于弧面凸轮加工的难度较大,运用Matlab编程计算出弧面凸轮加工过程中每一刀的刀具轨迹,为弧面凸轮的加工奠定了基础。


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