拋光磨頭凸輪曲線的新型加工方法探討

摘要 本文通過介紹凸輪式拋光磨頭的工作原理，指出了凸輪曲線目前在設計及加工方面存在的不足，并提出了凸輪式拋光磨頭凸輪曲線一種全新的設計、加工思路。

關鍵詞 拋光磨頭，凸輪曲線，數控技術

在現有的瓷質磚(石材)拋光磨頭設備中，有一種各磨塊擺桿以凸輪為驅動裝置的結構，其工作原理如圖1所示，在磨盤公轉的同時，通過差動輪系，使凸輪相對磨盤產生一個相對轉動， 由于凸輪曲線的起伏變化，凸輪驅動主動擺桿1(三個)往復擺動(n1)，主動擺桿又驅動被動擺桿4(三個)往復擺動(n2)，這樣就使磨塊與磚面始終保持線接觸的狀態，從而保證了磨削所需的比壓以及利于排屑操作。

為了保證系統能穩定、可靠地工作，擺桿兩個主動滾輪與凸輪曲線必須共軛，也就是說，在運動過程中，擺桿中心O與凸輪定位面A的距離始終保持恒值H，而主動滾輪1、2與凸輪曲線必須始終保持良好的貼合狀態(見圖2上)，否則的話，若有間隙，就可能引起沖出和振動現象(見圖2下)。

現有凸輪曲線的設計及加工方法可參見圖3及圖4。

圖3為現有凸輪工作圖中所附的凸輪曲線展開圖。

圖4為現有凸輪的加工原理圖，其加工設備采用普通(數控)銑床或加工中心進行加工。

現有設計曲線與凸輪加工方法存在的不足有以下幾方面:

(1) 現有設計曲線缺乏足夠的理論支持證明其為共軛曲線。

(2) 加工方法與工作狀況不符，在加工過程中，刀具中心線N與凸輪定位面A始終平行，而實際工作情況為:僅水平位置與凸輪定位面平行，在其余位置時，滾輪軸線與凸輪定位面只是一般的空間位置關系(不平行也不相交)。

(3) 實際應用中，凸輪旋轉一周，曲線與滾輪間隙變化較大(只是近似共軛)。

本方案所要解決的技術問題就是為凸輪式拋光磨頭凸輪曲線設計一種新的設計及加工方法，徹底消除原理誤差，解決該類磨頭因凸輪曲線不能共軛而產生的振動現象。

為實現上述目的，本方案擬采用以下技術方案:

(1) 加工系統的傳動原理完全符合其工作原理;

(2) 系統共有4個運動:被加工件(凸輪)的旋轉運動(n1)、被加工件(凸輪)的進給運動(t1)、刀具的旋轉運動(n2)、刀具的擺動(t2);

(3) 其中t1、n2相互之間以及與系統其它運動無嚴格配套要求，僅由工藝需要決定，屬于外傳動鏈;而n1、t2之間有嚴格運動關系要求，屬于內傳動鏈;

(4) n1、t2的相互關系由所需運動規律確定;

(5) n1、t2的運動可由機械傳動(齒輪系)實現，也可采用數控技術實現，本方案優先考慮數控方案;

(6) n1采用控制電機A來實現;t2采用控制電機B來實現。上述方案如圖5所示。

下面結合圖5和具體實施方式對本方案作進一步的詳細說明。

根據圖5提供的凸輪加工裝置的結構示意圖，其工作原理為:

被加工產品(凸輪3)裝于滑座2上，且由控制電機A驅動;銑刀4 由刀具電機8驅動，且裝于擺架10上，該系統由控制電機B驅動。

被加工產品(凸輪3)按某特定方向旋轉;刀具4在自轉的同時，隨擺架10繞擺架軸線擺動;根據運動規律要求，凸輪每轉一個步距角，擺架按正(或逆)轉動相應步距角，兩者有嚴格運動比例關系要求;而刀具轉速僅決定于被加工產品所需的切削速度;凸輪3與滑座2由進給絲桿5驅動，在滑座7上移動做進給運動。

凸輪與擺架的運動規律為:如圖6所示，可備選的有等速運動規律;勻加速、勻減速運動規律;余弦運動規律、正弦運動規律;也可以是各種運動組合的復合運動規律等，經分析考慮，本方案優先采用余弦運動規律。

上述設想可通過設計專用設備來實現，也可對現有的數控設備進行一定的改造后來實現，從產品的批量、產品一致性要求及經濟性考慮，以采用專用設備為宜。