CN1087565A - 一种精车中凸变椭圆曲面的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种精车中凸变椭圆曲面控制装置主要由一个 有曲柄、滑块、摇杆、凸轮等构件构成的变椭圆控制机 构和一个有凸轮机构构成的中凸曲线控制机构组 成。变椭圆控制机构能将输入的转动变换成按椭圆 半径变化规律进行的往复直线运动，并在车床纵向进 给过程中改变椭圆的离心率。用该装置控制车刀在 切削过程中的横向进给运动，可在工件表面车出中凸 变椭圆形面。

Description

本发明涉及一种精车内燃机活塞裙部中凸变椭圆曲面的控制装置。

活塞裙部中凸变椭圆曲面的特征是：毋线是一段中间凸起的曲线，各个横截面是离心率各不相等的椭圆，即变椭圆。目前加工方法主要有两类：一是用数控车床加工;二是用仿形靠模车床加工。数控车床加工精度高，但车床价格昂贵;仿形靠模车床存在仿形靠模（立体靠模）制作困难且不能互换，控制系统高转速时稳定性差等缺陷。

本发明的目的，是提供一种精车活塞中凸变椭圆曲面的控制装置，用它控制切削过程中刀具的横向进给运动，在被加工另件表面精车出中凸变椭圆曲面。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提出的精车中凸变椭圆曲面的控制装置包括一个控制中拖板按中凸曲线规律移动的中凸曲线控制机构和一个安装在中拖板上的变椭圆控制机构。

中凸曲线控制机构是一个凸轮控制机构。在车床大拖板作纵向进给运动过程中，安装在床身上的靠模控制中拖板按中凸曲线的中凸变化量作横向进给运动。

变椭圆控制机构由一个椭圆控制机构和一个改变椭圆离心率的凸轮控制机构组成。其中，椭圆控制机构安装在中拖板上，主要由曲柄、滑块、摇杆等构件组成，它能将输入曲柄的转动变换成按椭圆半径变化规律进行的往复直线运动，用来控制小拖板作切削椭圆的横向进给运动。改变椭圆离心率的凸轮控制机构主要由安装在床身支架上的变椭圆靠模和安装在中拖板上的压杆、转换靠模、滑板等构件组成，在车床作纵向进给运动时，变椭圆靠模控制滑板移动，从而改变椭圆控制机构中的中间摇杆的摆长，达到改变椭圆离心率的目的。

由于变椭圆控制机构安装在中拖板上，工作中随中拖板一起运动，所以，合成进给运动是按照中凸变椭圆柱半径变化规律进行的。

由精车中凸变椭圆曲面控制装置控制的中凸变椭圆车床，刀架固定安装在小拖板上，小拖板安装在中拖板上，小拖板的移动方向与中拖板移动方向相同。工作时，输入变椭圆控制机构的转动与工件的转动同步。

图一是精车中凸变椭圆曲面控制装置的机构原理图。

图一中：1、曲柄，2、滑块，3、中间摇杆，4、输出摇杆，5、滑块，6、导杆，7、变椭圆控制靠模，8、靠模压杆，9、转换靠模，10、滑板，11、床身支架，12、中拖板，13、靠模压杆，14、中凸曲线靠模，15、刀架小拖板，16、工件，A、摇杆3、4的摆动支点，B、滑块5与导杆6的铰接点。

图一中，构件1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等构成一个变椭圆控制机构，构件12、13、14等构成一个中凸曲线控制机构。

在图一中，曲柄1插在滑块2左侧的滑槽中，曲柄1转动时，带动滑块2作往复直线运动，滑块2的运动方向与曲柄1的回转轴线垂直，滑块2与中间摇杆3铰接。输出摇杆4的两端各有一个互相平行的滑套和滑槽，摇杆3插在摇杆4一端的滑套中，可在滑套中抽动。摇杆4绕A点摆动，滑块5可在输出摇杆4的滑槽内滑动，驱动导杆6作往复直线运动。导杆6驱动刀架小拖板15作切削椭圆的横向进给运动。刀架小拖板15的运动方向与中拖板运动方向相同，与车床主轴轴线垂直。曲柄1的支承、滑块2的支承和靠模9安装在滑板10上，滑板10的导轨固定在中拖板12上，滑板10可沿曲柄1的回转轴线方向移动。摇杆4的摆动支座和导杆6的支承安装在车床的中拖板上，当车床大拖板作纵向进给运动时，靠模7通过压杆8和靠模9控制滑板10移动，从而改变中间摇杆3的摆长，达到变椭圆的目的。安装在床身支架11上的中凸靠模14通过固定安装在中拖板上的压杆13控制中拖板12按中凸曲线的中凸变化规律移动。因此，纵向进给运动过程中刀具获得一个横向进给运动，这个横向进给运动是一个由变椭圆控制机构和中凸曲线控制机构控制产生的合成运动。曲柄1的回转轴线与导杆6的运动方向AB垂直相交，交点与A点重合。

下面推导导杆6的运动轨迹。

在图一中，设滑块2与中间摇杆3的铰接点到AB的距离为L，输出摇杆4的摆长为R，曲柄1的回转半径r，任意一时刻曲柄的转角为θ，摇杆的摆角为α，并设当θ＝0度时，α＝0度

则：

tgα＝ (r.sinθ)/(L)

$\mathrm{AB\; =}\frac{R}{\mathrm{COS\alpha }}\mathrm{=\; R\; ·}\sqrt{\mathrm{t\; g}{}^2\mathrm{\alpha \; +\; 1}}$

$=\sqrt{(\frac{R}{L}\sqrt{r{}^2\mathrm{+\; L}{}^2}{\mathrm{·\; S\; I\; N\; \theta \; )}}^2\mathrm{+\; (\; R\; ·\; C\; O\; S\; \theta \; )}{}^2}$

可见，B点的运动轨迹是按照椭圆半径变化规律进行的往复直线运动。这个椭圆的半短轴是R，半长轴是

$\frac{\mathrm{R\; ·}\sqrt{r^2{\mathrm{+\; L}}^2}}{L}$

。

若改变L，则会引起椭圆长轴的改变，达到改变椭圆离心率的目的。

实际应用时，要求曲柄1与工件同步转动，B点通过导杆6与刀架相连，由于B点，即刀尖的运动规律是按照以工件转角θ为参数的椭圆进行的，所以刀尖在工件表面上加工出的椭圆有误差。误差分析如下：

图＝是椭圆

的图形。

在图二中，P点是椭圆上任意一点，P点参数方程中的角度参数为θ，椭圆与直线y＝tgθ·x的交点是Q。

可以求出Q点座标是

$(\frac{a\·b}{\sqrt{a^2+b^2\·{\mathrm{tg}}^2\mathrm{\θ}}},\frac{a\·b\·\mathrm{tg\θ}}{a^2+b^2\·t{g}^2\mathrm{\θ}})$ $\mathrm{OQ}=\frac{a\·b\sqrt{1+{\mathrm{tg}}^2\mathrm{\θ}}}{\sqrt{a^2+b^2\·{\mathrm{tg}}^2\mathrm{\θ}}}=\frac{a\·b}{\sqrt{a^{2}c{\mathrm{os}}^2\mathrm{\θ}+b^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}}$ $\mathrm{OP}=\sqrt{a^2\·{\sin }^2\mathrm{\θ}+b^2\·\mathrm{co}{s}^2\mathrm{\θ}}$

相对误差为：

$\frac{\mathrm{OP\; -\; OQ}}{\mathrm{OP}}\mathrm{=1-}\frac{\mathrm{a\; ·b}}{\sqrt{a^2{\mathrm{·\; c\; o\; s}}^2{\mathrm{\theta \; +\; b}}^2{\mathrm{·\; s\; i\; n}}^2\theta }·\sqrt{a^2{\mathrm{·s\; i\; n}}^2{\mathrm{\theta +b}}^2{\mathrm{·\; c\; o\; s}}^2\theta }}$

$\mathrm{\le \; 1\; -}\frac{\mathrm{a\; ·\; b}}{\sqrt{\frac{a^2}{2}+\frac{b^2}{2}·\sqrt{\frac{a^2}{2}+\frac{b^2}{2}}}}=\frac{{\mathrm{(\; a\; -\; b)}}^2}{a^2{\mathrm{+\; b}}^2}$

因为活塞裙部椭圆离心率很小，实际使用的活塞直径一般在50～150mm，裙部长短轴之差一般在0.20～0.60mm之间，所以，用本装置控制加工活塞裙部的变椭圆时，原理误差很小，可忽略不计。例如：活塞直径100mm，裙部长短轴之差最大值为0.40mm，半径方向的相对误差最大值约为0.000006，绝对误差最大值约为0.0004mm，最大误差发生在θ＝±45度和θ＝180度±45度方向。

本发明提出的精车中凸变椭圆控制装置，主要是由曲柄、滑块、摇杆、导杆、靠模等机械构件组成的，结构简单可靠，与目前的仿形控制装置相比，工件转速较高时，控制系统仍能保持较好的稳定性。当需要加工不同的中凸变椭圆活塞时，只需更换靠模和输出摇杆即可，靠模和摇杆制作方便，克服了目前使用的中凸变椭圆立体靠模车床立体靠模不能互换且制作困难，高转速时控制系统稳定性差等缺陷。

下面通过实施例对本发明的具体结构和使用情况做进一步说明。

实施例一

图三是本发明提出的精车中凸变椭圆控制机构的剖视图。

图四是图三中的A-A剖视图。

图五是图三中B-B剖视图。

图三中：1、曲柄，2、轴承，3、轴承座，4、滑块，5、导向支座，6、销钉，7、中间摇杆，8、输出摇杆，9、销钉，10、小拖板，11、中拖板，12、小拖板导轨，13、触头，14、中凸靠模，15、滑板导轨，16、滑板，17、变椭圆靠模，18、压杆，19、弹簧，20、支座，21、转换靠模，22、床身支架，23、大拖板，O1、输出摇杆8的转动轴心，O2、销钉9的中心。

图四中：24、导向键，25、导向块。其余标号和名称与图三表示的相同。

图五中，各标号和名称与图三表示的相同。

在图三、四、五中，曲柄1转动，带动滑块4作往复直线运动。曲柄1的转动轴线与车床主轴平行。工作时，曲柄1与工件作同步转动，曲柄1插在滑块4一侧的滑槽中，滑槽与滑块4的运动方向垂直，导向块25起滑块4运动过程中的导向作用，中间摇杆7一端通过销钉6与滑块4连接，另一端插在输出摇杆8一端的套筒内。中间摇杆7可绕销钉6转动，并可在输出摇杆8一端的套筒内抽动，输出摇杆8一端的套筒下面有一个与摇杆相垂直的转动轴，该转动轴垂直安装在中拖板11上。转动轴轴线与套筒中心线、曲柄1的回转轴心线三线相交于一点O1，工作时中间摇杆7带动输出摇杆8绕O1摆动。输出摇杆8的另一端有一个滑槽，固定安装在小拖板10上的销钉9在输出摇杆8的一端的滑槽内可以滑动。小拖板导轨12安装在中拖板11上，小拖板10的运动方向与中拖板11的运动方向一致。输出摇杆8摆动时，通过销钉9使小拖板10作往复直线运动。O2与O1的连线与曲柄1的转动轴线垂直，压杆18可在支座20内滑动，压杆18的一端有一个销子插在转换靠模21的滑槽里，压杆18移动时，驱动转换靠模21移动。轴承支座3，支座5，转换靠模21安装在滑板16上，滑板导轨15安装在中拖板11上。在大拖板23作轴向进给运动时，安装在床身支架22上的变椭圆靠模17通过压杆18，转换靠模21驱动滑板16沿曲柄1的转动轴线方向移动，从而改变中间摇杆7的摆长，达到变椭圆的目的。车床大拖板23作轴向进给运动时，安装在床身支架22上的中凸靠模14通过固定安装在中拖板11上的触头13控制中拖板按中凸曲线的中凸变化规律移动。

在本实施例的精车中凸变椭圆控制装置中，变椭圆靠模17、压杆18、弹簧19、支座20、转换靠模21、滑板16、导轨15、曲柄1、轴承2、轴承座3、滑块4、导向支座5、销子6、中间摇杆7、输出摇杆8、销钉9等构成一个变椭圆控制机构，控制安装刀架的小拖板10按变椭圆半径的变化规律作往复运动。中凸靠模14、触头13、中拖板11等构成中凸曲线控制机构，控制中拖板按中凸曲线的中凸变化量移动。由于变椭圆控制机构和安装刀架的小拖板10都安装在中拖板11上，因此，在车削工件（活塞）时，小拖板10按中凸变椭圆曲面的要求作横向进给运动，车刀在工件表面车出的是中凸变椭圆曲面。

下面通过实施例二将进一步说明本发明在车床上的具体应用。

实施例二

图六是运用本发明提出的精车中凸变椭圆控制装置控制的中凸变椭圆活塞车床府视图。

图六中：1、车床主轴，2、活塞，3、刀架，4、弹簧，5、大拖板，6、小拖板，7、中拖板，8、尾架，9、床身，10、中凸变椭圆控制装置，11、床身支架，12、连轴器，13、花键轴，14、花键套，15、同步带轮，16、同步皮带，17，主轴皮带轮，18、同步带轮，19、轴承。在图六中，同步带轮18安装在主轴上，与主轴1一起转动，通过同步皮带16带动同步带轮15同步转动。同步带轮15安装在花键套14上，并带动花键套14转动。花键轴13在花键套14内可自由抽动，并与之一起转动，通过连轴器12将花键轴13的转动同步传入中凸变椭圆控制装置。花键轴    13与车床主轴平行。弹簧4安装在大拖板5上，压在中拖板7上，使安装在中拖板7上的中凸变椭圆控制装置10中的触头始终压在中凸靠模上。刀架3固定安装在小拖板6上，在车削过程中，中凸变椭圆控制装置控制小拖板运动，从而在活塞2的表面车削出中凸变椭圆曲面。

Claims (6)

1、一种精车中凸变椭圆曲面的控制装置，该装置由一个有凸轮机构所构成的中凸曲线控制机构和一个安装在中拖板上的变椭圆控制机构组成，其特征是，中凸曲线控制机构控制中拖板以及安装在中拖板上的变椭圆控制机构和小拖板在纵向进给过程中按中凸曲线的中凸变化规律作横向进给运动，同时，变椭圆控制机构将输入的转动变换成按变椭圆半径变化规律进行的往复直线运动，控制小拖板在切削过程中作切削变椭圆的横向进给运动。

2、根据权利要求1中所述的中凸曲线控制机构，其特征是，中凸曲线控制机构中的中凸靠模安装在床身上，在车床的纵向进给运动过程中，中凸靠模控制中拖板按中凸曲线的中凸变化规律移动。

3、根据权利要求1中所述的变椭圆控制机构，其特征是，变椭圆控制机构由一个椭圆控制机构和一个改变椭圆离心率的凸轮机构所组成。

4、根据权利要求1、3中所述的椭圆控制机构，其特征是，椭圆控制机构安装在中拖板上，主要由曲柄、滑块、摇杆等构件组成，并随中拖板一起运动。

5、根据权利要求1、3中所述的改变椭圆离心率的凸轮控制机构，其特征是，该机构主要由安装在床身上的变椭圆靠模和安装在中拖板上的压杆、转换靠摸、滑板等构件组成，在车床纵向进给运动过程中，变椭圆靠模控制滑板移动，从而控制椭圆控制机构中的中间摇杆摆长的改变，达到改变椭圆离心率的目的。

6、根据权利要求1所述的一种精车中凸变椭圆曲面的控制装置，其特征是，输入该装置的转动与工件的转动同步。

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