CN1054926A - 多边形零件旋转加工的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于切削加工技术，涉及的是一种多边形 零件旋转加工的方法及设备。本发明的特征是在零 件连续旋转的同时让切削工具在加工零件的多边形 直线边时相对于零件作直线运动，使切削工具相对于 零件的运动轨迹所包围的中间部分形成所要加工的 多边形，从而加工出几何精度高，外观质量好的多边 形零件。本发明提出的技术方案，设计合理，使用操 作简单，方便，易行，而且生产效率高，加工成本低，适 用于各种多边形零件的切削加工。

Description

本发明属于切削加工技术，涉及的是多边形零件旋转加工的方法及设备。

加工多边形零件一般是在铣床、刨床或平面磨床上进行的，为了提高生产效率，现有在车床上或多面形磨床上加工多边形零件的方法，参阅中国机械工业出版社1982年2月出版的《机械工程手册》第8卷第46-119页，第46-453页。在车床上加工多边形零件需要加装一套专用装置，车削时安装在车床中拖板上，其加工原理是车削时，在零件旋转的同时，刀具也以一定的转速（大于零件的转速）和零件同向旋转并保持一定的速比，便可以改变车刀和零件的相对运动轨迹，使其运动轨迹为一条周期性重复的封闭曲线，由该曲线所包围的中间部分就形成一个近似的多边形，所加工的多边形零件表面不是平面而是由内摆线形成的曲线。在多面形磨床上加工多边形零件的方法是由砂轮在作磨削旋转运动的同时还作附加的椭圆运动，椭圆运动与零件的旋转运动按一定的转速比保持同步关系，从而加工出多边形零件，零件的表面不是平面而是曲面，由于在车床和多面形磨床上加工的多边形零件表面是用曲面代替平面，因此加工精度低，几何形状误差大，外观质量差。

本发明的目的是为了提高加工多边形零件的生产效率，解决上述已有技术中的不足，而提出的新的技术方案。

本发明中所说的切削工具包括车刀、铣刀、砂轮，其切削工具的回转中心是指车刀的刀尖、铣刀的回转中心、砂轮的回转中心。多边形零件的多边形是广义的，可以是边数等于1的一边形和边数等于2的二边形，多边形的边指的是直线边。

本发明的多边形零件旋转加工的方法是这样实现的，在加工多边形零件的过程中，让零件连续旋转，在零件连续旋转的同时切削工具相对于旋转零件作往复的铲削运动，从而改变切削工具和零件的相对运动轨迹，使切削工具在加工零件的多边形直线边时相对于零件作直线运动，其切削工具相对于零件的运动轨迹所包围的中间部分就形成了所要加工的多边形。切削工具相对于零件所作的直线运动是由零件的旋转运动和切削工具相对于旋转零件所作的铲削运动迭加而形成的，其铲削运动的运动规律是由零件的多边形形状，切削工具的种类，铲削运动系统的结构形式，以及零件的旋转运动规律和切削工具相对于零件作直线运动的规律所决定的，用图解法或解析法就能求出其铲削运动的位移曲线或解析方程。

采用本发明的方法可以是切削工具在加工零件的多边形的任意一个直线边时，在以零件的旋转中心为极点的OX极坐标系中如图1所示，切削工具回转中心相对于零件作直线运动的轨迹满足方程：

ρ＝ (R+r-K)/(COS（θ-α）) （1）

其θ的取值范围是开区间

$(a-\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K},a+\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K})$

（1）式中α是从极点引出的垂直于该直线边的射线ON的极角，θ是切削工具回转中心相对于零件转过的极角，ρ为切削工具回转中心与零件旋转中心之间的距离，R是切削工具的回转半径，当切削工具为砂轮时R等于砂轮半径，当切削工具为铣刀时R等于铣刀直径的一半，当切削工具为车刀时R等于零，r为零件的多边形截面外形高点到零件旋转中心的距离，K称为铲削量，K值等于零件的多边形截面外形高点到零件旋转中心的距离与零件旋转中心到该直线边垂直距离的差值。

采用本发明的方法时，切削工具回转中心在零件旋转中心与切削工具回转中心连线上的相对于旋转零件作往复铲削运动的位移量的计算公式是

L＝H-（R+r-K）·（ 1/(COS（θ-α）) -1） （2）

其θ取值范围是开区间

$(a-\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K},a+\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K})$

（2）式中L是切削工具回转中心相对于旋转零件作往复铲削运动在零件旋转中心与切削工具回转中心连线上的位移量，H是切削工具回转中心相对于旋转零件作往复铲削运动在零件旋转中心与切削工具回转中心连线上的加工该直线的最大移量，H＝b+K，h称让刀间隙，是以零件旋转中心为圆心以r为半径的圆与切削工具之间在零件旋转中心与切削工具回转中心连线上的间隙。

采用本发明的方法时，在任意相邻的两次铲削运动之间，也就是位移量L从任意一次铲削运动达到的最大值到其后相邻的铲削运动达到的最大值这一过程中，旋转零件转过的角度φ可由下式计算：

φ＝360°k-（180°±β）  （3）

（3）式中k等于0或正整数，β为相邻的这两次铲削运动所加工的多边形直线边的夹角，如图2所示，相邻的两次铲削运动所加工的直线边分别是AB边和CD边，AB和CD的夹角是β，当相邻的两次铲削运动所对应加工的两个直线边的加工顺序按顺时针方向是先加工AB边后加工CD边或按逆时针方向是先加工DC边后加工BA边时（3）式中的“±”号取“-”号，反之取“+”号，当两直线边平行时（不重合）β＝0，当两直线边重合时“±”取“-”号β＝-180°

本发明的方法可以是在加工正多边形零件时，正多边形各直线边的铲削量K值相等，任意相邻的两次铲削运动之间旋转零件转过的角度φ，可由下式计算：

φ＝ (m)/(n) 360° （4）

（4）式中n是正多边形的边数，n为正整数，m是与边数n的最大公因数为1的正整数， (m)/(n) 是不能约分的分数。

采用本发明的方法时，切削工具相对于旋转零件作往复铲削运动可以是由旋转零件在连续旋转的同时又作往复摆动或往复直线运动实现的，也可以是由切削工具作往复摆动或往复直线运动来实现的，也可以是由切削工具作往复摆动或往复直线运动的同时旋转零件也作往复摆动或往复直线运动来实现的。

采用本发明的方法时，其铲削运动的运动规律是由凸轮机构控制实现的。凸轮机构中凸轮的转动与零件的旋转运动按一定的转速比保持同步关系。

采用本发明的方法时，凸轮机构中从动件的运动与其铲削运动之间的传动比是可以调整的。

用本发明的方法加工多边形零件的设备，具有零件旋转运动系统，铲削运动系统，其产削运动系统所作的铲削运动是由凸轮机构控制的，所用凸轮是盘形凸轮，在以凸轮旋转中心为极点，以极点引出的过凸轮轮廓上高点的射线为极轴的极坐标上，凸轮理论轮廓上工作部分的曲线满足方程：

方程（5）式中的ρ_L是极径，（6）式中的θ_L是极角，ψ是凸轮转角，凸轮转角ψ的取值范围是开区间

$(-i\·\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K},i\·\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K})$

r₀是凸轮基圆半径，e是从动件导路的偏距，i是凸轮与零件的转速比，μ是凸轮机构中从动件的运动与其铲削运动之间的传动比，当偏距偏置方向与凸轮转动方向相同时（6）式中的“±”号取“-”号，反之取“+”号。

用本发明的方法加工多边形零件所用的设备，具有零件旋转运动系统、铲削运动系统，其铲削运动系统所作的铲削运动是由凸轮机构控制实现的，凸轮机构中的凸轮是柱体凸轮，在以柱体凸轮的平均半径r_m为半径的圆柱展开面上，以过凸轮轮廓上高点的圆柱素线为y轴，以过凸轮轮廓上低点的纬线为x轴，在x-y直角坐标系中，展开的凸轮理论轮廓上工作部分的曲线满足方程：

方程（7）式与（8）式中凸轮转角ψ的取值范围是开区间：

$(-i\·\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K},i\·\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K})$

采用本发明所提出的技术方案加工多边形零件，由于在加工过程中零件是连续旋转，切削工具在加工零件的多边形直线边时相对于零件作直线运动，所以不仅生产效率高，而且加工出的多边形零件几何精度高，外观质量好。

图1是切削工具在加工零件的多边形的任意一个直线边时的示意图。其中1-零件，2-切削工具，线段MM′是切削工具2的回转中心相对于零件1作直线运动的运动轨迹。

图2是任意相邻的两次铲削运动所加工的直线边所夹角的示意图。AB边和CD边是两次相邻的铲削运动分别加工的两个直线边，β是其夹角。

图3是用于实施本发明的一种设备的原理示意图。图中凸轮7通过轮系齿轮3、齿轮4、齿轮5、齿轮6按一定的转速比i与零件1保持同步旋转的关系，其凸轮轮廓上高点附近的工作部分的曲线满足方程（5）式和（6）式。在零件1旋转的同时，凸轮7也旋转并且凸轮7通过从动件8以及杠杆调整器9使摆架10绕轴11往复摆动，使零件1在旋转的同时相对于砂轮2作往复的铲削运动，从而使砂轮2在加工零件的多边形直线边时相对于零件1作直线运动，其砂轮2相对于零件1的运动轨迹所包围的中间部分就形成了所要加工的多边形。调整杠杆调整器9就能调整从动件8的运动与其铲削运动之间的传动比μ。调整传动比μ能修正因砂轮2修正后引起的直径变化而造成的被加工零件1的形状误差。调整传动比μ能用同一个凸轮7加工出不同尺寸的同一形状的多边形零件1。调整凸轮与零件的转速比i能用同一个凸轮7加工出形状不同的多边形零件1。

图4是任意三边形零件的截面形状示意图。图5是加工图4中所示零件用的盘形凸轮的轮廓示意图，其凸轮轮廓上有与其三边形各边对应的3个高点，高点附近的工作部分的轮廓曲线满足方程（5）式和（6）式。转速比i＝1，传动比μ＝1，则各高点距凸轮基圆的距离（也就是每次铲削运动的最大位移量H）和各高点到凸轮旋转中心的连线之间的夹角。如图5所示。将图3中的凸轮7的轮廓按图5所示的轮廓设计就能加工出如图4所示的任意三边形。

图6是边长为a的正方形零件的截面形状示意图，图7是加工图6中零件所用的盘形凸轮的轮廓示意图，凸轮轮廓上有一个高点，高点附近的工作部分的轮廓曲线满足方程（5）式和（6）式，转速比i＝4（即凸轮转4圈，零件转1圈），传动比μ＝1，则凸轮轮廓上高点处到凸轮旋转中心的距离与凸轮基圆的差值等于（ -1） (a)/2 +h，h是让刀间隙。将图3中的凸轮7的轮廓按图7所示的轮廓设计，使其i＝4，μ＝1，就能加工出如图6所示的正方形零件。

由以上的例子我们可以举一反三，用前面所述的方法加工出各种多边形形状是边数为n的（n为正整数）任意n边形或正n边形零件。除了这些特别描述过的内容外，在此所述的本发明还可作出变化和变形，如多边形的形状可以是棱形，可以理解，本发明包括所有那些落入了本发明的精神和范围的变化和变形。

Claims (10)

1、一种多边形零件旋转加工的方法，其中在加工多边形零件的过程中，让零件连续旋转，其特征是在零件连续旋转的同时切削工具相对于旋转零件作往复的铲削运动，从而改变切削工具和零件的相对运动轨迹，使切削工具在加工零件的多边形直线边时相对于零件作直线运动，其切削工具相对于零件的运动轨迹所包围的中间部分就形成了所要加工的多边形。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是切削工具在加工零件的多边形的任意一个直线边时，在以零件的旋转中心为极点的极坐标系中，切削工具回转中心相对于零件作直线运动的轨迹满足方程ρ＝ (R+r-K)/(COS（θ-α）) 其θ的取值范围是开区间 $(a-\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K},a+\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K})$

3、根据权利要求2所述的方法，其特征是切削工具回转中心在零件旋转中心与切削工具回转中心连线上的相对于旋转零件作往复铲削运动的位移量的计算公式是：

L＝H-（R+r-K）·（ 1/(COS（θ-α）) -1）

其θ值范围是开区间 $(a-\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K},a+\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K})$

4、根据权利要求3所述的方法，其特征是在任意相邻的两次铲削运动之间，旋转零件转过的角度φ＝360°k-（180°±β）。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征是在加工正多边形零件时，正多边形各直线边的铲削量K值相等，任意相邻的两次铲削运动之间旋转零件转过的角度φ＝ (m)/(n) 360°，n为正多边形的边数，m是与边数n的最大公因数为1的正整数， (m)/(n) 是不能约分的分数。

6、根据权利要求1至5所述的方法，其特征是切削工具相对于旋转零件作往复的铲削运动可以是由旋转零件在连续旋转的同时又作往复摆动或往复直线运动实现的，也可以是由切削工具作往复摆动或往复直线运动来实现的，也可以是由切削工具作往复摆动或往复直线运动的同时旋转零件也作往复摆动或往复直线运动来实现的。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于铲削运动的运动规律是由凸轮机构控制实现的。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于凸轮机构中从动件的运动与其铲削运动之间的传动比是可以调整的。

9、一种加工多边形零件的设备，具有零件旋转运动系统、铲削运动系统，其铲削运动系统所作的铲削运动是由凸轮机构控制的，所用凸轮是盘形凸轮，其特征是在以凸轮旋转中心为极点，以极点引出的过凸轮轮廓上高点的射线为极轴的极坐标上，凸轮理论轮廓上工作部分的曲线满足方程：

凸轮转角ψ的取值范围是开区间 $(-i\·\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K},i\·\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K})$

10、一种加工多边形零件的设备，具有零件旋转运动系统、铲削运动系统，其铲削运动系统所作的铲削运动是由凸轮机构控制实现的，凸轮机构中的凸轮是柱体凸轮，其特征是在以柱体凸轮的平均半径r为半径的圆柱展开面上，以过凸轮轮廓上高点的圆柱素线为y轴，以过凸轮轮廓上低点的纬线为x轴，在x-y直角坐标系中，展开的凸轮理论轮廓上工作部分的曲线满足方程：

凸轮转角ψ的取值范围是开区间 $(-i\·\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K},i\·\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{r^2-{(r-K)}^2}}{R+r-K})$

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