[发明专利]圆柱滚子空间凸轮廓面精加工的两重包络法

说明书

本发明涉及的是一种凸轮廓面精加工的方法，特别是一种圆柱滚子空间凸轮廓面精加工的两重包络法，属于机械加工领域。

空间凸轮廓面是复杂的空间不可展曲面，制造比较困难，采用等价加工方式(即刀具与滚子大小相同)，需要专门定制等价刀具，刀具因磨损其使用寿命也很短。另外，等价加工时凸轮槽的两个廓面一为顺铣、一为逆铣，影响凸轮产品的制造质量，因此，采用非等价加工方式，即用小刀具来精确加工空间凸轮有重要的实用价值。Zhang Yitong等提出用非等价刀具加工圆柱凸轮廓面的最优控制加工方法(Zhang Yitong,Lu Ling,Yin Mingfu.Optimal controlprinciple of profile errors for machining of cylinder cam.Chinese Journal ofMechanical Engineering,1997,10(3):176～181,194)。该方法具有如下不足之处：

(1)按平均接触角对应的单个接触点位置和法矢进行刀具补偿，目的在于减小凸轮廓面的制造误差。但平均接触角对应的接触点处位置与法矢难以确定；

(2)平均接触角对应的接触点并不一定是最佳刀具补偿位置；

(3)为达到需要的制造精度，不能随意选择刀具，只能在较小的尺寸范围内选用；

(4)该方法不能彻底消除理论制造误差，只能追求较小的制造误差。

该方法之所以存在如上所述问题，关键在于任意一条瞬时接触线的成形切削，都只能按该瞬时接触线上某一点来进行刀具补偿，而瞬时接触线为一条空间曲线，其上任一点的法矢都是不同的。因此，按单个接触点进行刀具补偿来加工出整条接触线的方法必然存在方法误差，这是原理性的误差，不可能消除。

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种圆柱滚子空间凸轮廓面精加工的两重包络法。

本发明的技术方案如下：空间凸轮廓面是三维曲面，根据两重包络法可选用瞬时接触线走刀加工方法或环线走刀加工方法，瞬时接触线走刀加工方法如下：

(1)数控机床的调整和装夹方式与普通的等价加工方法相同；

(2)小刀具回转轴线与滚子回转轴线保持平行，两根轴线之间的距离等于或略小于小刀具与滚子的半径之差；

(3)令小刀具绕滚子轴线回转一定角度，小刀具加工出凸轮廓面上的瞬时接触线，当回转一周时，上下两廓面同时被加工出来，当回转任一接触线对应的角度时，加工出与其对应的接触线，即上下两廓面分开加工；

(4)凸轮毛坯工作台旋转一定步长角，按步骤(3)加工出该转角对应的瞬时接触线；

(5)如此往复，直至加工完成整个凸轮廓面。

环线走刀加工方法如下：

(1)数控机床的调整和装夹方式与普通的等价加工方法相同；

(2)小刀具回转轴线与滚子回转轴线保持平行；

(3)刀具沿滚子回转轴线方向进给一定步长；

(4)凸轮毛坯工作台旋转，小刀具沿滚子法矢方向补偿的距离等于或略小于小刀具与滚子的半径之差，小刀具就加工出凸轮上/下廓面上的一条封闭环线；

(5)刀具沿滚子轴线方向进给一定步长，按步骤(4)加工出相邻的一条封闭环线，如此往复，直至加工完成整个上/下凸轮廓面。

两重包络法与蜗轮轮齿加工的二次包络法有本质的区别：

(1)二次包络法分两步进行：第一步用简单刀具包络加工出蜗杆；第二步用加工好的蜗杆作为刀具包络加工出蜗轮，蜗轮是前后二次包络合成的结果，而两重包络法是一次同时完成的。

(2)二次包络法将蜗杆刀具的加工作为蜗轮加工中的一个步骤，从本质上讲蜗轮的加工仍是一次包络，是蜗杆刀具表面的一次包络。两重包络法并不制作新的刀具，而是得到一种“虚拟刀具”，凸轮廓面是真正的两重包络的结果。

本发明具有实质性特点和显著进步，有益效果主要还体现在以下方面：两重包络法与等价加工方法一样不存在理论误差，两重包络法属于非等价加工方法，对刀具的要求大大降低。用任意小的刀具代替大刀具进行加工均不存在理论上的加工误差，两重包络法分别加工出凸轮槽的两个廓面，因此可全部采用逆铣加工，从而提高廓面加工质量；两重包络法适用于空间凸轮廓面的精加工(如精铣、磨削等)，免除定制特殊规格刀具所需的时间和费用，充分利用现有刀具，从而快速响应市场需求，降低生产成本，提高企业的市场竞争力。

以下结合附图对本发明的工作原理和实施例进一步描述：

图1本发明工作原理示意图

如图1所示，本发明两重包络法的技术原理如下：