磨削时凸轮转动变速规律的研究

jiang134

2 X% L+ ?1 j! X- E; W! {图1　不考虑砂轮修整与磨削进给量时的加工模型
一、联动坐标的数学通用模型
加工前，按约定输入凸轮轴数据(凸轮轴尺寸、凸轮个数、升程表数据等)、凸轮加工数据(磨削余量、磨削进给量等)、砂轮数据(砂轮修整量、砂轮修整时间间隔等)、机床系统参数等数据，计算出凸轮的实际轮廓坐标、磨削加工联动坐标，接着进行恒磨除率处理，经过三次样条函数插补，插补出的脉冲个数与脉冲频率输入伺服系统的位控板，并驱动伺服电机运动，实现X-C联动。
机床采用X-C二轴联动形式产生凸轮轮廓曲线，由凸轮实际轮廓的极坐标值、砂轮半径、砂轮修整量、磨削进给量等参数确定X-C联动坐标的数学通用模型见图1。
已知凸轮实际轮廓ρ(φ)，坐标系X'OY'固定于凸轮中心上，磨削时，砂轮与凸轮轮廓在法向上接触。图1中O(O')为凸轮固定基准点，沿X方向来回移动，B点为砂轮中心。经过i次修整后的砂轮半径Rw为：
8 I3 v7 _2 d' V7 h
(1)
式中，Rw0为砂轮的初始半径；dRw为砂轮每次修整量； 为经过i次砂轮修整后砂轮在半径方向的减少量。
( P5 D! s; T& ^4 ?又令：
* r4 ?2 R( |: P" E5 _5 O2 M则考虑砂轮修整和磨削进给量时砂轮中心点B到凸轮中心点O的距离Sx为：

$ u+ {) R" e4 G" c  T(2)
而凸轮(C轴)转过的角位移为：
3 T1 |; k2 J3 L* w8 Q7 K" m2 n" \C=φ+β-αA
3 M4 n2 G4 U; y0 E" H(3)
$ _0 N  J# Y4 p  O, O* C
(4)
) V0 Z2 I, C7 ]& f7 E3 U. E0 G$ s式中：ε为磨削当前圈时凸轮最外轮廓到理想要求轮廓的厚度，为：

(5)
式中， 为凸轮磨削总余量；n为磨削总圈数； 为磨削i圈后磨掉的凸轮轮廓厚度。
将式(5)代入式(2)得凸轮磨削加工数学模型为：
- a) g* R( F' G' N, @
' M8 k6 E- ^; J* U: Z, m(6)

5 ^* Y# s$ {: L3 R5 H: k图2　磨削过程中砂轮反转显示的三个磨削加工位置
! ]2 a1 x* U3 Y, s2 @0 ]
图3　凸轮磨削时磨削面积的简化
二、恒线速控制条件下联动坐标数学模型
+ p" r, M( D' g  i在C轴以恒转速进行磨削时，由于凸轮轮廓升程的不断变化，凸轮轮廓各点的线速度也不断变化，引起磨削的不均匀，磨削过程中金属磨除率随着凸轮轮廓面曲线变化而变化，从而引起烧伤、凸轮表面波度。磨削凸轮一周内的变化规律：按“基圆—升程—桃尖—顶圆—回程—基圆”的顺序金属磨除率变化。凸轮宽度b和磨削深度ap均可认为是一固定不变量，故凸轮磨削点处的瞬时线速度vω决定磨除率。只要控制C轴转速，使vω为一恒定值，则可实现恒磨除率磨削。
6 t; ?3 u" t. \+ T& e9 H9 J. b图2所示为磨削过程中的三个位置。在时间t1内磨除凸轮轮廓面积SA1A2B2B1，在时间t2内磨除凸轮轮廓面积为SA2A3B3B2，…。恒磨除率是指单位时间内磨除的金属体积相等，即：
: |+ V' g' V5 Q1 Y+ ]+ R
" B7 D9 T/ x5 G(7)
现将局部区域A1A2B2B1放大，并将它近似为曲平行四边形，如图3所示。平行四边形的一条边(弧A1B1的长度)为ρdφ，其高即为ap，则式(7)化为：
9 Q, x8 X% x2 M+ b9 i3 t
; Y% C6 a$ W2 F" R7 l(8)
0 P- r( m7 ?; ^; t3 U$ J: V式(8)进一步简化为：
! `) g; [3 k( K$ ]4 Z; \/ B
(9)
由式(9)有：
0 @- e# S6 a2 v! n3 @
(10)
- e4 f8 t  S( a/ A+ r  G由此可推导出：

4 r& P$ A; M: I1 ]5 ?8 i+ a0 Z5 \2 ^(11)
- M: v% q- s- r/ z0 O- _式中，K为常数，K＝磨除率/apb。
. j9 F8 M  n- t- M* N" Q由此控制C轴的转动规律，实现变速恒磨除率控制磨削加工凸轮。
文章关键词： 磨削