关键词:立式数控铣床;机床改造;数控铣削加工;加工螺旋凸轮槽

 

    图1所示零件是日本进口设备上的凸轮零件。零件的圆周上设置有复杂的曲线槽轨迹,由于零件的曲线槽轨迹控制决定着设备上相关摆杆的运行动作。所以要求曲线 槽必须圆滑连接过渡,并且零件的几何精度和尺寸精度要求甚高。受机床结构与功能的限制,普通铣床上无法加工上述零件,更无法加工高精度的凸轮零件。作者介 绍了在普通立式铣床上实施数控改造,加工圆柱体表面上的螺旋凸轮槽的原理和方法。

 

    1圆柱体螺旋凸轮的运动条件与加工条件如图1所示,机床在具有绕圆柱凸轮中心轴线旋转运动的同时,亦具有沿圆柱凸轮中心轴线进行轴向的直线运动;在此基础 上,只要控制旋转的圆柱成型立铣刀,实现(沿凸轮零件径向)加工深度的直线进给,即可满足圆柱体螺旋凸轮加工的运动所需。

 

    2数控改造方案

    数控系统具有直线、斜线、圆弧轨迹的加工功能。上述功能的实现,是数控系统驱动两台(或三台)步进电动机,分别控制两坐标(或三坐标)方向的运行方向、运行速度和位移长度的准确运行。

    在X52K普通立式铣床上,将凸轮工件及工装芯轴装夹在分度头与分度头尾座顶尖之间,并将分度头与分度头尾座顶尖固定在普通铣床的纵向工作台上,利用分度 头的旋转运动和铣床纵向工作台的直线运动的联动(合成凸轮零件要求的螺旋线轨迹),来实现凸轮工件所需运动的要求。利用数控技术控制圆柱螺旋凸轮工件沿凸 轮工件轴线的旋转位移和沿凸轮工件轴线的直线位移符合凸轮工件的轨迹与尺寸要求,即可满足圆柱螺旋凸轮的加工条件要求。圆柱螺旋凸轮槽的型面结构由刀具形 状保证。从加工构成的运动条件可知:在加工中圆柱螺旋凸轮槽的深度进给运动是单动的,并且此项运动的精度要求不高,可由普通铣床的垂直进给手动控制的方式 来实现,也可由数控系统来实施控制。

    在X52K普通立式铣床上实施数控改造,数控改造采用二坐标的 SI NUMER I K802S数控系统。

 

    3数控加工原理斜线加工指令具有实现两步进电动机联动的功能。使用一台( Y向)步进电动机联接分度头的输入蜗杆,并控制分度头及安装在其上的凸轮工件做旋转运动,使用另一台(X向)步进电动机联接铣床纵向工作台的丝杠,并控制 纵向工作台及安装其上的分度头与凸轮工件做直线运动;应用斜线指令,就可以实现圆柱螺旋凸轮工件旋转运动和直线运动的联动运行。此数控改造方式与常规数控 改造的不同之处在于,将原来两直线位移运动(单动或联动运行)的控制,巧妙地变为了一直线运动和一旋转运动的联动运行控制。此时,当将凸轮工件的旋转位移 长度替代原斜线指令编程中 Y向的直线位移长度,用凸轮工件的轴向位移长度替代原斜线指令编程中 X向的直线位移长度,就可巧用斜线指令来实现圆柱体表面上螺旋凸轮槽的数控铣削加工。

     根据凸轮工件的几何轨迹,若将凸轮轴圆周母线上的圆弧槽和螺旋槽按凸轮轴圆周展开,可将其展开为平面的凸轮工件轨迹,由此可知,应用数控加工指令可以完成此轨迹的数控铣削加工。

 

    4机床改造

    数控改造在X52K普通铣床上进行。铣床纵向丝杠的螺距 t=6mm,铣床横向丝杠的螺距 t=4mm,改造采用 FW125型万能分度头;传动比T=140,数控改造采用 SI NUMERI K802型数控系统。选用 X向步进电动机的参数:配套丝杠螺距为 t=6mm,脉冲当量即步进控制精度为0.005mm;选用 Y向步进电动机的参数:配套丝杠螺距为 t=4mm,脉冲当量即步进控制精度为0.005mm。

    数控驱动系统的选择可用估算法求取参数。对X52K普通铣床的主传动系统,若实际扭矩M实<计算扭矩 M计,则安全;当M实＜M计,则危险。M计=9500P计/n计(1)

对普通机床进行数控改造时,一般仍采用原机床主传动系统,故对X52K普通铣床的主传动系统不做改造。

对进给驱动系统的选择,用实测法可得符合实际情况的数据,充分利用原机床的有关技术资料,将大大简化改造方案的选择。例如 X52K普通铣床,进给变速箱中有滚珠式安全离合器,由机修手册可知:调整其弹簧的松紧,可以得到不同的脱开极限压力,当切削力矩达到196Nm,运动将 中断,起保险作用。用类比法确定相同主参数,铣床的纵向、横向和分度头传动链的数控改造皆可用110BF型和130BF型步进电动机及配套减速器,就可满 足对力矩和传动比的要求。

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