弧面分度凸轮多轴联动加工综合误差分析研究

发布时间：2020-09-11 13:10

　　弧面分度凸轮机构具有结构紧凑、精度高、性能可靠等优点,广泛应用于包装机械、印刷机械、数控机床等领域。但是,由于其关键零件弧面分度凸轮廓面的复杂性,加工和检测十分困难,目前我国弧面分度凸轮的加工制造水平与国外相比还有较大差距,导致国产弧面分度凸轮承载能力差、可靠性差、使用寿命短,严重制约了国产弧面分度凸轮机构产品的推广与应用。因此,迫切需要对弧面分度凸轮的加工误差进行全面深入研究,通过掌握加工系统包括工艺方法、工装误差、刀具误差、编程误差等因素对凸轮廓面误差的影响规律,可为有效抑制和消减加工误差,提高弧面分度凸轮的加工精度和加工质量提供科学依据。为此,本文以圆柱滚子弧面分度凸轮多轴加工误差为研究对象,从其结构特点、啮合特性入手,以空间啮合原理和旋转变换矩阵为工具推导了弧面分度凸轮廓面方程,在此基础上,探索范成法和单侧面法加工的工艺系统误差的影响规律,同时对范成法加工的编程误差进行了较深入研究。具体研究工作如下: 1)综述了弧面分度凸轮机构的设计制造基本理论的研究现状和存在的问题,尤其对弧面分度凸轮廓面的加工方法进行了较系统的归纳。 2)分析了基于范成法加工的弧面分度凸轮工艺系统误差,并建立了范成法加工的综合廓面误差预测模型,以数字实验实例揭示了单因素误差以及综合因素误差对凸轮廓面法向误差的影响规律。 3)研究了基于单侧面加工的弧面分度凸轮工艺系统误差,同时,建立了单侧面加工的综合廓面误差预测模型,并以数字实验实例揭示了单因素误差以及综合因素误差对凸轮廓面法向误差的影响规律。 4)针对范成法,通过编程误差分析,综合考虑加工精度和加工效率,建立了基于进给速度恒定和弓高误差有效控制的非等步长弧面分度凸轮数控编程算法,并以实例仿真验证算法的正确性。综上,本文对弧面分度凸轮的多轴联动数控加工误差进行了较全面系统的分析研究,所建立的误差预测模型将为抑制和消减加工误差,进一步提高弧面分度凸轮的加工精度和加工质量奠定了有效的理论基础。
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH132.47
【部分图文】：

弧面分度凸轮机构

凸轮机构或者包含凸轮机构的组合机构可以实现几乎所有简单的、复杂械动作。因此，凸轮机构是目前机械化、自动化生产设备中的关键零部件，轮机构由凸轮体、从动件及机架组成。一般情况下，凸轮做匀速回转运动，期的输出运动。与其它机构相比，凸轮机构具有结构紧凑、性能可靠以及可杂的运动形式等特点，在众多领域中起着不可替代的作用。目前机械行业中应用最为广泛的凸轮机构就是弧面分度凸轮机构。弧面分度Globoidal Indexing Cam Mechanism 或 Ferguson Drive For Indexing Mec滚子齿形凸轮分度机构、圆弧面凸轮步进机构或蜗杆式凸轮机构。如图 1.1带有凸脊的空间凸轮和在径向放射状等分装有滚子的从动盘两部分组成。这机构是由美国人 C.N.Neklutin 在 20 世纪 20 年代发明的，并由他创建的 Fer先开始标准化、系列化生产。随后，前苏联、英国、德国、瑞士、日本等国弧面分度凸轮机构进行了研究，并成立有专门的生产厂家和研究机构。我国研究起步比较晚，直到 20 世纪 70 年代才开始相关的工作。经过 30 多年的目前在弧面分度凸轮机构的设计、制造、检测等方面取得了一定成果。

弧面分度凸轮机构,结构示意图,分度凸轮机构

第2章弧面分度凸轮机构设计制造基本理分度凸轮机构的设计基本理论分度凸轮机构的基本构造和工作原理度凸轮机构是一种用于两垂直交错轴间的分度步进传动机构从动盘组成。如图 2.1，主动凸轮基体 1 为圆弧回转体，按沟槽型；从动转盘 2 上装有若干个沿圆周均匀分布的滚子，向。由于滚子可以绕其自身轴线旋转，因此弧面分度凸轮机摩檫，它相对于蜗杆传动摩檫小，传动效率更高。

坐标系,共轭,接触点,曲面

接触都是相切的，它们可能相切于一条线（线接触），也可能相切于一个点（无论是哪一种情况，它们在切点处总有公共的切平面和公共的法线。所以可间包络曲面的共轭原理来建立它们之间的关系。根据共轭曲面原理，弧面分度作曲面与从动盘的滚子曲面在接触点处必须满足以下三个条件[27]：（1）在共轭接触点处，两曲面上相对应的一对共轭接触点必须重合。（2）在共轭接触点处，两曲面间的相对运动速度必须垂直于其公法线。（3）两曲面在共轭接触点处必须相切，不产生干涉，且在共轭接触点处亦无曲.2 坐标系的建立[70]弧面分度凸轮机构的坐标系设置如图 2.2 所示。

【引证文献】