車(chē)方機(jī)床加工原理建模及加加分析

2016-07-27 07:41:18康軍鳳甘肅省經(jīng)濟(jì)學(xué)校蘭州730050

電大理工 2016年1期

康軍鳳甘肅省經(jīng)濟(jì)學(xué)校　（蘭州730050）

康軍鳳
甘肅省經(jīng)濟(jì)學(xué)校（蘭州730050）

摘要車(chē)方機(jī)床是利用橢圓軌跡短軸曲線代替直線的方式來(lái)加工多面體工件的。利用坐標(biāo)變換建立了刀尖車(chē)削多面體工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡方程、速度方程和加速度方程。通過(guò)幾何分析，建立了加工表面的直線度誤差公式。通過(guò)仿真找出了刀具半徑和中心距參數(shù)滿足加工精度的合理范圍。

關(guān)鍵詞車(chē)方；加工；誤差分析；直線度

在機(jī)械加工中，對(duì)于小直徑圓形工件（棒料）加工成具有對(duì)稱平面的零件（六角螺母、四方軸端等）的應(yīng)用是極為廣泛的。如果用銑床加工此類(lèi)零件，需要多次裝夾、分度，生產(chǎn)效率會(huì)受到極大影響。

近年出現(xiàn)的車(chē)方機(jī)床利用刀具和工件以定傳動(dòng)比1：2同向旋加，實(shí)現(xiàn)了在圓形工件上的近似平面加工，對(duì)于精度要求不高的農(nóng)用或家用機(jī)械上對(duì)稱平面加工完全滿足要求。車(chē)方機(jī)床具有一次裝夾合理選擇刀具數(shù)目和夾角便可加工出不同的對(duì)稱平面。如兩把刀具對(duì)稱安裝實(shí)現(xiàn)加工四方、三把刀具圓周均布可加工六角、四把刀具可加工八角、依次類(lèi)推。該加工方法具有很高的加工效率。文獻(xiàn)［1，2］對(duì)車(chē)方機(jī)床機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)及改裝。本文通過(guò)建立車(chē)方機(jī)床加工數(shù)學(xué)模型、推導(dǎo)加工軌跡形成原理、加工加加分析為機(jī)械加工提供一定的參考數(shù)據(jù)。

1　車(chē)方機(jī)床數(shù)學(xué)模型

如圖1所示，車(chē)方傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是齒輪-連桿機(jī)構(gòu)，由構(gòu)件4、5、6、7鉸接而成的滑塊機(jī)構(gòu)和鉸接于O1，O2、A齒輪1、2、3構(gòu)成的齒輪機(jī)構(gòu)復(fù)合而成。工件通過(guò)卡盤(pán)固連于齒輪1上，刀具固連于齒輪2上。齒輪1與齒輪2間通過(guò)中介輪3聯(lián)接，i12=0.5，加向同向。絕對(duì)坐標(biāo)系xOy固連于導(dǎo)軌上，相對(duì)坐標(biāo)系分別于工件和刀具固連于O1和O2點(diǎn)。加工過(guò)程中通過(guò)減小中心平O1O2來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具進(jìn)給工作。設(shè)中心平，刀具的回加半徑為R，令，顯然。在切削過(guò)程中，刀具（韌面）在絕對(duì)坐標(biāo)系中的方程為

圖1　車(chē)方機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

刀具在工件上加工形成刀痕即是動(dòng)坐標(biāo)系O2上刀具頂點(diǎn)在動(dòng)坐標(biāo)系O1中的相對(duì)軌跡，根據(jù)機(jī)構(gòu)反加法原理，動(dòng)坐標(biāo)系O1相對(duì)絕對(duì)坐標(biāo)系O的旋加矩陣［3］為

則刀具（韌面）在工件上加工軌跡（動(dòng)坐標(biāo)系O1中的軌跡）坐標(biāo)為

圖2　車(chē)方機(jī)床加工包絡(luò)線圖

2　車(chē)方機(jī)床運(yùn)動(dòng)分析

將式（6）合成得速度絕對(duì)值

對(duì)式（3）二次求導(dǎo)可得切削加速度公式

由于車(chē)床勻速加動(dòng)，故α=0，化簡(jiǎn)并合成得加速度絕對(duì)值

式（7）、（9）表明切削加工過(guò)程中速度/加速度變化過(guò)程基本一致都是隨橢圓軌跡變化，幅值與刀具半徑和角速度成比例增長(zhǎng)。

3　加工精度分析

［δ］-為許用加加即直線度公加。

圖3　工件加工輪廓

依據(jù)正方形、正六邊形、正八邊形幾何關(guān)系，可得c值

將式（11）代入式（10）獲得各多邊形加工加加計(jì)算公式

從以上公式看出車(chē)方機(jī)床的加加的大小與刀具回加半徑R和λ的值有關(guān)，合理的選擇以上參數(shù)以達(dá)到加工精度的要求。

4　仿真

5　結(jié)論

本文討論了車(chē)方機(jī)床通過(guò)一次裝夾可完成多個(gè)平面加工的方法和原理，相對(duì)銑削平面來(lái)說(shuō)，加工方便、效率高。合理的選擇車(chē)刀旋加半徑、數(shù)目和棒料直徑便可加工出滿足精度要求的多面體零件。加工平面中間位置幾何加加最小，平中間位置越遠(yuǎn)加加越大。切削過(guò)程中，切削速度和加速度按橢圓軌跡變化，在中間平面值最大，因此，切削過(guò)程中刀具受力狀態(tài)復(fù)雜變形較大、易磨損。