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近年來(lái),凸輪結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化機(jī)械、儀器儀表和控制裝置等領(lǐng)域。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的特點(diǎn),能根據(jù)工件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律靈活調(diào)整輪廓曲線(xiàn)。只需根據(jù)載體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就可以將凸輪的輪廓曲線(xiàn)控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),提高了生產(chǎn)加工的便利性。然而,要精確控制復(fù)雜從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律下的凸輪,就必須在精確設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上提高加工精度?;诖?,本文對(duì)數(shù)控銑床在凸輪加工中的應(yīng)用進(jìn)行了研究,并提出了一些建議,主要是結(jié)合凸輪加工的特點(diǎn),以盤(pán)形凸輪為研究對(duì)象,提出了數(shù)控銑床的改進(jìn)措施,旨在為提高凸輪加工的精度和準(zhǔn)確度提供指導(dǎo)。
在凸輪加工過(guò)程中應(yīng)用數(shù)控銑床技術(shù)時(shí),應(yīng)樹(shù)立準(zhǔn)確的意識(shí),遵循科學(xué)的原則和要點(diǎn),根據(jù)凸輪加工的特點(diǎn)和要求制定完善的方案,確保凸輪加工的效果、質(zhì)量和水平在新環(huán)境下不斷提高,真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、精密化加工的目標(biāo)。
1.凸輪故障的原因
要想用數(shù)控銑床完成高質(zhì)量的凸輪加工,首先要研究故障問(wèn)題產(chǎn)生的原因,并根據(jù)故障問(wèn)題的具體因素對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化,從而提高凸輪生產(chǎn)的質(zhì)量。主要失敗原因如下。
1.1變形因素
通常,變形現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致凸輪運(yùn)動(dòng)畸變,主要涉及兩種變形問(wèn)題:彈性變形和塑性變形。只有合理控制彈性變形,管理極限運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的彈性變形,才能保證整體運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。對(duì)于塑性變形,可以采用科學(xué)的材料選擇和加工工藝控制來(lái)防止,可以起到調(diào)節(jié)凸輪精確運(yùn)動(dòng)的作用。
1.2磨損因素
一般來(lái)說(shuō),磨損問(wèn)題主要發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位置。各個(gè)位置出現(xiàn)磨損現(xiàn)象后,不同結(jié)構(gòu)之間的間隙會(huì)加大,甚至?xí)档瓦\(yùn)動(dòng)控制的精度。因此,在數(shù)控銑床加工過(guò)程中應(yīng)考慮磨損的影響因素。
1.3穩(wěn)定性因素
穩(wěn)定性是衡量凸輪等機(jī)器應(yīng)用質(zhì)量的核心指標(biāo)。如果凸輪傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中缺乏穩(wěn)定性,就不能保證載荷和運(yùn)動(dòng)之間的平衡,從而導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)的精度缺陷。因此,在用數(shù)控銑床加工時(shí),要考慮到凸輪穩(wěn)定性的影響因素,結(jié)合載荷變化的特點(diǎn)和極限載荷的情況,合理設(shè)計(jì)其中的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)和防磨結(jié)構(gòu),使穩(wěn)定性符合標(biāo)準(zhǔn),系統(tǒng)運(yùn)行和使用不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
除上述因素外,疲勞點(diǎn)蝕還會(huì)對(duì)凸輪系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成非常不利的危害,這是高副接觸中常見(jiàn)的失效原因,影響系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。因此,有必要考慮數(shù)控銑床加工凸輪過(guò)程中疲勞點(diǎn)蝕的影響因素,改進(jìn)生產(chǎn)方式和機(jī)制,從根本上提升凸輪生產(chǎn)的效果。
2.數(shù)控銑床在凸輪加工中的應(yīng)用措施
2.1各種加工指標(biāo)的控制
(1)嚴(yán)格控制平整度。據(jù)調(diào)查,用數(shù)控銑床生產(chǎn)凸輪,如果出現(xiàn)表面粗糙的問(wèn)題,會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)早期磨損和失效的嚴(yán)重后果。因此,在加工過(guò)程中必須嚴(yán)格管理和控制粗糙度。一般凸輪按Ra≤ 1.6μm的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),高速凸輪按Ra≤ 0.4μm m的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),如果有溝槽,考慮到輪廓的加工難度高于平面區(qū)域,需要適當(dāng)降低表面粗糙度的指標(biāo)要求,避免加工難度過(guò)高帶來(lái)的問(wèn)題。
(2)嚴(yán)格控制輪廓曲線(xiàn)。一般情況下,一旦輪廓曲線(xiàn)與其對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)中心存在位置偏差,就會(huì)導(dǎo)致磨削過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重偏差。因此,應(yīng)結(jié)合問(wèn)題的發(fā)生特點(diǎn),積極應(yīng)用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的多弧面分度凸輪專(zhuān)業(yè)精密磨床設(shè)備和系統(tǒng)。這種設(shè)備在應(yīng)用過(guò)程中可以將磨削精度控制在0.002mm以下,值得推廣。
(3)嚴(yán)格控制幾何尺寸。凸輪的表面輪廓指數(shù)包含了表面形狀的加工標(biāo)準(zhǔn),可以控制實(shí)際表面加工過(guò)程中理想表面的變化次數(shù)。如果屬于常規(guī)的低速輕載型外力鎖緊凸輪系統(tǒng),只需要在數(shù)控銑削過(guò)程中將輪廓控制到光滑連續(xù)的狀態(tài),即使存在徑向誤差,也能保證凸輪系統(tǒng)的正常應(yīng)用。如果是幾何鎖緊凸輪系統(tǒng),比如共軛凸輪系統(tǒng),對(duì)誤差有一定的敏感性,在數(shù)控銑床加工過(guò)程中就要把誤差控制在0.02mm以下,以免影響凸輪系統(tǒng)的正常應(yīng)用。如果是單滾子槽式凸輪系統(tǒng),在數(shù)控銑床的加工階段應(yīng)嚴(yán)格控制滾子部分與槽部分的間隙,誤差應(yīng)保持在0.015 ~ 0.025mm,以保證生產(chǎn)精度。如果是高速凸輪系統(tǒng),輪廓的幾何尺寸和形狀誤差應(yīng)保持在0.02mm以下,以保證凸輪系統(tǒng)后續(xù)應(yīng)用的精度和穩(wěn)定性。
(4)嚴(yán)格控制基準(zhǔn)孔的公差。如果凸輪加工過(guò)程中基準(zhǔn)孔的公差精度很低,可以選用H8和H9型。如果精度要求一般,可以選擇H8、H7型;如果對(duì)精度要求高,可以選擇H7型;如果對(duì)精度要求太高,可以選擇H6型,這樣可以使基準(zhǔn)孔的公差保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),滿(mǎn)足數(shù)控銑床的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。
2.2合理選擇加工材料
目前,我國(guó)數(shù)控銑床加工凸輪的工藝主要采用低碳鋼、中碳鋼、珠光體可鍛鑄鐵、珠光體球墨鑄鐵等。采用熔鑄技術(shù)和熱處理技術(shù)強(qiáng)化凸輪與軸之間的摩擦部位。在各種材料的應(yīng)用過(guò)程中,例如用碳鋼表面淬火工藝生產(chǎn)凸輪,很容易被劃傷。低碳鋼滲碳淬火技術(shù)的生產(chǎn)雖然可以提高抗劃傷性,但是在滲碳技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中生產(chǎn)周期很長(zhǎng),容易產(chǎn)生變形。
因此,建議在實(shí)際加工過(guò)程中積極使用新型鋼鉬錫蠕墨鑄鐵材料。在應(yīng)用過(guò)程中,這種材料可以通過(guò)數(shù)控銑床的高頻淬火生產(chǎn)cam系統(tǒng),與15Cr鋼的滲碳淬火工藝相匹配,提高抗劃傷性。使用效果遠(yuǎn)優(yōu)于45鋼高頻淬火生產(chǎn)工藝,耐磨性高,在與負(fù)載相互接觸的情況下,耐久性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。因此,在生產(chǎn)過(guò)程中,應(yīng)重點(diǎn)使用鋼鉬錫蠕墨鑄鐵,延長(zhǎng)凸輪的使用壽命,降低數(shù)控銑床的生產(chǎn)加工成本,保證良好的效益。
2.3合理選擇切割工藝
目前,在數(shù)控銑床加工凸輪的過(guò)程中,主要采用電火花切割方法和仿形切割方法。如果大批量生產(chǎn)凸輪,可以通過(guò)仿數(shù)控銑床采取切削措施,對(duì)精度要求高的工件可以通過(guò)磨削加工。目前,計(jì)算機(jī)信息技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)數(shù)控銑床生產(chǎn)領(lǐng)域得到應(yīng)用。為了保證凸輪加工過(guò)程中的切削質(zhì)量和精度,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)控銑床應(yīng)相互集成,以保證凸輪的生產(chǎn)質(zhì)量和切削精度。
2.4加強(qiáng)普通銑床的改造。
目前,在數(shù)控銑床加工凸輪的過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)軌跡主要由直角坐標(biāo)逐點(diǎn)比較插補(bǔ)形成。原理是通過(guò)設(shè)定加工軌跡,不斷逐點(diǎn)比較刀具和零件的輪廓軌跡位置,根據(jù)比較結(jié)果確定下一步的坐標(biāo)方向,最大限度地防止誤差。在采用逐點(diǎn)比較插補(bǔ)的對(duì)角插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程中,每一步都需要比較分析加工點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)和零件規(guī)定輪廓軌跡之間的相互距離,并在此基礎(chǔ)上確定下一步生產(chǎn)工序的趨勢(shì)指標(biāo)。當(dāng)加工點(diǎn)的位置進(jìn)入輪廓軌跡的外側(cè)區(qū)域時(shí),下一步操作需要控制內(nèi)側(cè)輪廓軌跡。同樣,加工點(diǎn)的位置進(jìn)入輪廓軌跡的內(nèi)側(cè)區(qū)域,下一步操作會(huì)控制外側(cè)輪廓軌跡,這樣偏差就可以控制在一定范圍內(nèi)。
預(yù)先定義相同的輪廓軌跡。為了增強(qiáng)數(shù)控銑床的加工精度和軌跡控制效果,在改造過(guò)程中,可以通過(guò)將步進(jìn)電機(jī)連接到圓盤(pán)工作臺(tái)來(lái)設(shè)定輸入蝸桿,使坐標(biāo)在加工過(guò)程中控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在使用對(duì)角線(xiàn)命令執(zhí)行加工工作的過(guò)程中,兩個(gè)線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)動(dòng)可以轉(zhuǎn)換成一個(gè)線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)和另一個(gè)線(xiàn)性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)形式。插補(bǔ)采集的曲線(xiàn)成為圓弧和直線(xiàn)之間的部分,插補(bǔ)運(yùn)算更加準(zhǔn)確合理。這種改造方法的優(yōu)點(diǎn)是可以提高凸輪生產(chǎn)加工的精度和精密度,防止表面過(guò)于粗糙,將粗糙度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),提高精加工和高質(zhì)量生產(chǎn)的有效性,符合凸輪加工的要求和生產(chǎn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。
3.結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,在凸輪應(yīng)用過(guò)程中,由于變形問(wèn)題、磨損問(wèn)題、穩(wěn)定性問(wèn)題,經(jīng)常出現(xiàn)故障,嚴(yán)重影響使用的精度和性能。因此,在使用數(shù)控銑床進(jìn)行加工生產(chǎn)的過(guò)程中,應(yīng)結(jié)合故障原因,合理控制各項(xiàng)指標(biāo)和數(shù)值,科學(xué)選擇原材料,加大普通銑床的改造力度,增強(qiáng)切削技術(shù)的應(yīng)用效果,確保在合理使用各種技術(shù)的情況下,能夠提升生產(chǎn)加工質(zhì)量。