數(shù)控磨削回轉面刀具時機床聯(lián)動軸數(shù)的確江蘇科技大學蘇州理工學院機制1班摘要:根據(jù)回轉面刀槽螺旋面的成形原理,闡釋了回轉面刀具數(shù)控磨削CNC工具磨床的運動形式,討論了機床聯(lián)動軸數(shù)的確定原則并給出了計:CNC工具磨床 回轉面刀具 刀槽螺旋面 聯(lián)動軸:Accordingtotheformingprincipleofrotaryhelicalflutesurface,itisexplainedthattheshaprocessofrotarycuttersbyNCgrindingisvirtuallytheprocesstocontroltherelativepositionandattitudeandtherelativemotiondirectioninthespacebetweenthegrindingwheelbodyandworkpiecebodyattheeverymoment.ThemotionmodalitiesofCNCtoolgrinderswithmovinggrindingwheelandswinggrindingwheelwereyzed.Theprincipleofdeterminingthenumberofmotionaxeswasdis2cussed,andacalculatingexamplewas:CNCtoolgrinder, rotarycutter, helicalflutesurface,numberofmotionaxes引現(xiàn)有的設計軟件(如Ug、Pro/E、Cimarton等)對其進行圖形描述則更為。因此,目前常用的CAD/CAM工程軟件并不適合對數(shù)控磨形、有無特殊工藝裝備等)以及機床的結構型式有關。本文研究數(shù)控加工時機床所用聯(lián)動軸數(shù)的意義在于:①運動軸數(shù)越少,相對運動副就越少,機床的運動剛性和運動精度也就越高;②減少運動軸數(shù)可簡化編程,加工成本;③可為用戶根據(jù)自身產(chǎn)品進行機床選型和設備投資提供可行CNC工具磨床的基本加工原具幾何體相對工件幾何體在空間的相對位姿(positionandattitude)和相對運動趨勢的過程[1]。圖1給出了錐形砂輪與工件之間的空間相對位置。選取砂輪大圓的圓心Og和工件軸線上的一點Ow作為各自實體的參考點,Ow點建立工件(指被加工刀具體,以下統(tǒng)稱工件)的刀刃曲線方程,u為刀刃曲線的參變量;Og點建立砂輪的回轉面方程,v,w為砂輪表面的幾何參變量(也包括對砂輪大端面的描述)。當用砂輪磨削工件刀刃時,給出一定的約束條件fiuvw)i1,2,?為約束條件數(shù)。則可建立如下方程組:r1Wu)r2Gvw)fiuvw)0(1)式中,約束條件式fi(u,v,w)=0是根據(jù)砂轉面方程G(v,w)與工件刀刃曲線方程W(u)的共軛關系以及它們的幾何參數(shù)建立的,以上關系確定了與uvw參變量有關的砂輪與工件的相對位置(位姿)。然后根據(jù)機1砂輪與工件的相對3.機床加工所需聯(lián)動軸數(shù)目的確在用盤形砂輪(碟形、碗形、平行砂輪或盤狀成形砂輪)磨削加工回轉面螺旋刀具時,通常采用砂輪的一個端面圓或大圓(碟形、碗形砂輪)來磨削前刀面槽形,采用砂輪的錐面或外圓柱面來磨削刀具的后刀面,或采用成形砂輪的表面廓形來包絡生成整個螺旋槽面[2]。下面根據(jù)幾何學原理來討論選取最少聯(lián)動軸數(shù)的判定原則。根據(jù)文獻[3]中的螺旋刀刃曲線方程:r(t)={L+x(t),r(t)sinθ,r(t)cosθ},可作如下分析:當θ=0時,工件的刀刃為平面曲線,刀槽為直槽,加工時不需要角動(圖1所示的運動參數(shù)AC)參與聯(lián)動即可成形。如果rt)也為常數(shù),采用沿工件軸線(X軸)方向的單軸加工即可;r(t)是變化的(如錐度直槽、異形直槽等加工中砂輪相對工件需作沿工件軸線和工件徑向的直線運動,即機床需要有X、Z兩個方向直線運動的聯(lián)動功能。為了輔助靠模等),以實現(xiàn)砂輪相對工件徑向的距離變化,加工中仍然采用沿工件軸線X方向的單軸加工方式。當θ變化時,工件回轉面為直紋面(如柱面、錐面等),其上各點的法裝總能使工件的槽底母線平行于刀具的單軸進給方向,從而具有如圖1示的A、X兩軸聯(lián)動,即工件相對于砂輪作繞自身軸線的角運動和沿自加工,這種方法僅適合小錐度(或螺旋槽非一次成形)的情況。然而在實心線至工件線(兩異面直線)的距離以及它們之間的夾角需要不斷種產(chǎn)品,因此機床還應具有如圖1所示d1、d2、d3C軸方2004年第38卷№1041的手動調(diào)整功能當θ變化時,前角可控(前角的變化與圖1中砂輪相對工件的Y向距離有關)的情況,除了需要角位移A和線位移X聯(lián)動以外另一個角位移———砂轉線與工件回轉線的夾角(圖1中的)也要發(fā)生實時變化,才能保證刃帶寬度或控制前角不發(fā)生,因此機床需要有三軸聯(lián)動功能。對于要求一次成形但不要求控制前角的異形回轉面螺旋刀刃(如球頭刀刃、弧形刀刃等)的加工除滿足上述(3)的要求外,還必須增加圖1所示的Z向線位移,即通過四軸聯(lián)動才能滿足加工要求,度的變化和后角的控制要求并不十分嚴格。Y向線位移來調(diào)整刀刃前角的大小,因此除滿足上述(4)的要求外,還有必要增加如圖1所示的Y向線位移,即采用五軸聯(lián)動才能滿足加工要用。在數(shù)據(jù)轉換中應注意,不同結構型式的機床需要采用的聯(lián)動軸數(shù)也不同根據(jù)幾何學原理判定的最少聯(lián)動軸數(shù)不一定就是機床加工時的實際運動軸數(shù)。在圖3所示的砂輪擺動型工具磨加工螺旋角為β的一般圓柱螺旋線時,僅需將工件軸A繞擺動中心逆時針擺動≥90°-β,并給定兩異面直線(砂輪線和工件線)的距離,即在加工中需要床的B和Y兩軸聯(lián)動。在圖2所示的砂輪平動型工具磨加工螺旋角為β的一般圓柱螺旋槽時,需首先根據(jù)工件旋向?qū)軸調(diào)整到要求的位置,X軸方向的移動量ΔX和Y軸方向的移動量ΔY始終滿足ΔY/ΔX=tanβ的關系,以保證砂輪相對工件線的空間位置保持不變,再加上工件的自轉A,即加工時需要機床的X、Y、A三軸聯(lián)動。如果為加工此類刀具而專門改變機床結構,X軸移動副導軌置于C軸旋轉機構之上,則在加工一般圓柱螺旋槽時,C軸逆時針轉過β后,僅需提供XA兩軸聯(lián)動即可達到加工要求。因此,在進行機床運動結構優(yōu)化具磨床結構模

圖 砂輪擺動型CNC五軸聯(lián)動圖 砂輪平動型CNC五軸聯(lián)動具磨床結構模 結形的過程;分析了砂輪平動型CNC工具磨床和砂輪擺動型CNC