凸轮砂带磨削中共轭轮的设计与加工

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3.0 赵德峰 2024-11-19 4 4 808.84KB 54 页 15积分
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目 录
摘 要
ABSTRACT
第一章 绪 论 .............................................................................................................. 1
§1.1 选题背景 ..........................................................................................................1
§1.1.1 砂带磨削机理 .......................................................................................1
§1.1.2 砂带磨削特点 .......................................................................................2
§1.1.3 国外的研发及应用现状 .......................................................................3
§1.1.4 国内的研发及应用现状 .......................................................................5
§1.2 论文的主要研究内容 ......................................................................................7
§1.3 论文的组织安排 ..............................................................................................8
第二章 数控共轭凸轮轴砂带磨床简介 ...................................................................... 9
§2.1 数控共轭凸轮轴砂带磨床 ..............................................................................9
§2.2 共轭原理磨削凸轮轴凸轮的装置 ................................................................10
§2.3 本章小结 ........................................................................................................11
第三章 凸轮轮廓计算 ................................................................................................ 12
§3.1 平底直动凸轮轮廓曲线的数学模型 ............................................................13
§3.2 滚子直动凸轮轮廓曲线的数学模型 ............................................................14
§3.3 尖顶直动凸轮轮廓曲线的数学模型 ............................................................15
§3.4 凸轮轮廓计算算例 ........................................................................................17
§3.5 本章小结 ........................................................................................................24
第四章 共轭轮轮廓计算 ............................................................................................ 25
§4.1 共轭原理磨削凸轮轴凸轮的应用 ................................................................25
§4.2 共轭轮轮廓的计算方法 ................................................................................26
§4.3 共轭凸轮改进机构的比较 ............................................................................28
§4.3.1 共轭凸轮平移机构 .............................................................................29
§4.3.2 共轭凸轮摆动机构 .............................................................................29
§4.4 共轭凸轮摆动机构的计算 ............................................................................30
§4.4.1 参数定义及凸轮轮廓描述 .................................................................30
§4.4.2 计算工件凸轮顺时针转动时，与过渡轮
2
O
的接触点位置 ........... 31
§4.4.3 共轭凸轮轮廓曲线的反求计算 .........................................................31
§4.5 共轭凸轮轮廓计算算例 ................................................................................32
§4.6 本章小结 ........................................................................................................37
第五章 共轭轮的数控加工 ........................................................................................ 38
§5.1 三次参数样条曲线插值原理 ........................................................................38
§5.1.1 对于共轭轮轮廓进行三次参数样条曲线的拟合计算 .....................39
§5.1.2 边界条件 .............................................................................................40
§5.1.3 M 关系式的确定 ................................................................................. 41
§5.2 基于三次参数样条曲线模型的二次逼近算法 ............................................41
§5.2.1 逼近原理 .............................................................................................41
§5.2.2 插补算法 .............................................................................................41
§5.2.3 步长参数选择
t
的选择 ....................................................................43
§5.2.4 插补精度分析 .....................................................................................44
§5.3 凸轮轮廓切削加工方法简述 ........................................................................44
§5.3.1 划线加工 .............................................................................................44
§5.3.2 数控机床加工 .....................................................................................45
§5.3.3 电火花机床加工 .................................................................................45
§5.3.4 仿形机床加工 .....................................................................................45
§5.4 共轭轮的数控加工实例 ................................................................................46
§5.4 本章小结 ........................................................................................................46
第六章 结 论 ............................................................................................................ 47
§6.1 论文完成的工作 ............................................................................................47
§6.2 下一步的研究方向 ........................................................................................47
参考文献 .........................................................................................................................48
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ............................................ 51
致 谢 .............................................................................................................................52
摘 要
应用共轭磨削原理，上海机床厂创新研制数控共轭凸轮轴砂带磨床。该凸轮
轴磨床采用不同于以往的凸轮轴加工方式，可实现高效磨削。该机床可以对一根
凸轮轴上的多个凸轮型面和主轴颈在一次进给中同时进行磨削，是可大批量高效
加工凸轮轴凸轮的专用机床。
共轭轮是这台数控共轭凸轮轴砂带磨床的关键零件之一，通过研究共轭轮的
设计与加工，可实现凸轮轴凸轮砂带磨削的高效磨削，并能保证凸轮轮廓表面精
度。共轭轮轮廓的加工质量直接影响到凸轮轴凸轮的磨削质量，因此探讨共轭轮
设计与加工过程中所碰到的问题是很有必要的。
通过对共轭轮设计的研究，本文解决了根据不同从动件方式下的列表函数型
值点求解凸轮轮廓型值点的计算公式推导问题；解决了已知工件凸轮轮廓求解共
轭轮轮廓的计算公式推导问题。通过对共轭轮加工的研究，解决了用三次参数样
条曲线分段构造共轭轮轮廓的软件编程问题；二次逼近凸轮轮廓曲线求解拟合加
工数据点的软件编程问题。本文讨论了从共轭轮的设计到加工整个过程中所碰到
的重要问题，给出了共轭轮设计与加工的一种合理方法，并最终试制得到符合精
度要求的共轭轮工件，为数控凸轮轴砂带磨削机床功能的实现做出技术保证。
本文研究的结论适用于偏心直动从动件方式下平面外圆凸轮的加工。
关键词：共轭轮 砂带磨削 凸轮轮廓 共轭原理 凸轮轴
三次参数样条曲线 凸轮加工
ABSTRACT
Shanghai Machine Tool Works Ltd. researched and developed an innovational
machine tool, named NC conjugate camshaft belt grinder, by use of conjugate grinding
principle. It can realize high grinding efficiency, which is different from previous
processing methods to process camshafts. The machine, which is a special grinder of
processing cams of camshaft efficiently in mass production, can simultaneously grind
face and neck of many cams on a camshaft with once feed of grinding.
Conjugate cam is one of the key components in the NC conjugate camshaft belt
grinder. By research on the designing and processing of conjugate cam, it can improve
efficiency of camshaft grinding, and it is to ensure the surface accuracy of cams. The
processing quality of outline of conjugate cam impacts on the grinding quality of cams
on the camshaft. So it is necessary for this paper to do research on the problems in the
course of the designing and processing of the conjugate cam.
Through research on the design of conjugate cam, the paper resolved based on
different ways follower of the list function data points for cam profile data points
derived formula for calculating the problem solved the work-piece cam profile known
for conjugate cam contour the formula derived problems. Through research on the
process of conjugate cam, the paper solved the problem of software programming of
conjugate cam outline by use of Cubic parameter spline curves. Cam contour of the
second approach for processing data points fitting the software programming problems.
In this paper from the conjugate cam of the design process to meet the entire process of
the important issues presented conjugate cam of design and processing of a reasonable
approach and, ultimately, trial production by the accuracy of the conjugate cam’s
work-piece, the number of camshaft belt grinding machine control functions to the
realization of technical assurance.
In this paper, the conclusions apply to the eccentric straight follower mode plane
Cylindrical cam design and processing.
Key Words: Conjugate cam, Abrasive Belt Grinding, Cam Shape,
Conjugate Principle, Camshaft, Cubic Parameter Spline Curves
第一章 绪 论
1
第一章 绪 论
§1.1 选题背景
汽车工业特别是轿车工业，是世界各工业发达国家的支柱产业之一。二十世
纪九十年代以来，我国的汽车内燃机行业出现了新态势：作为汽车工业重点发展
领域的轿车工业有了长足的进步，产量、品种增长迅速，质量稳步上升，国产化
程度显著提高。近年来国内轿车工业的发展迅速，对发动机及其零部件的性能、
技术水平、质量和产量等方面均提出了许多新的要求。从技术上看，轿车工业的
发展对内燃机及其零部件的质量和生产效率的要求越来越高。
凸轮轴是内燃机进、排气系统的关键零件之一，整个进、排气系统是由凸轮
轴驱动的。凸轮的轮廓精度对发动机性能的影响是及其关键的，凸轮轴的加工质
量和加工效率之间影响到汽车产品的质量和汽车工业的发展。由于凸轮轴具有形
状复杂、刚性差、加工精度要求高等特点，一直是汽车内燃机零部件制造的难点
之一。凸轮的表面为非圆柱表面，其传统的精加工方法采用靠模仿形磨床加工来
完成。传统的采用靠模仿形磨削加工，靠模加工复杂。一般使用的是普通砂轮，
随着砂轮直径的变化和靠模的磨损，此加工方法在理论上就存在加工精度难以保
证，加工效率低等缺点。
随着汽车、建材、航空及轻工业的进步和发展，对金属材料和非金属材料特
别是难加工材料如不锈钢、钛合金、半导体材料、陶瓷材料等的表面加工质量、
精度、完整性等提出了更高要求，若采用传统的车削、铣削等工艺方法难以满足
这些要求。而砂带磨削作为一种磨削和抛光的新工艺，是一种优质、高效、低耗
的加工方法，已成为精密、超精密加工的有效方法之一，在各行各业发挥着越来
越大的作用，现已成为国内外材料和机械交叉学科中引人注目的领域，具有很大
的发展潜力[1,2]。
§1.1.1 砂带磨削机理
砂带磨削是根据工件形状，以相应的接触方式，利用高速运动的砂带对工件
表面进行磨削、研磨和抛光的一种新型高效磨抛工艺。砂带是砂带磨削的主体，
它是一种特殊的、多刀多刃的切削工具，主要由基体、结合剂和磨粒三部分组成。
砂带磨削时，磨粒在一定压力作用下作切削运动，与工件表面相互作用实现对工
件表面磨削和抛光。根据磨粒与工件表面接触时干涉程度的不同，可以分为 3个
凸轮砂带磨削中共轭轮的设计与加工
2
阶段，即滑擦、耕犁和切削。滑擦:磨粒与工件表面相互接触干涉少，工件表面发
生弹塑性变形，磨粒只摩擦工件表面，不切除材料；耕犁：随着磨削用量的增加，
磨粒与工件表面干涉增大，材料表面发生塑性流动产生挤压式运动从磨粒的下方
和两侧挤出，磨粒在工件表面犁出“刻线”，切除少量材料；切削：在一定压力作
用和温度条件下，磨粒与工件表面间产生足够的干涉，开始真正地“切削”，材料
在磨粒的前方产生断裂，形成切屑，有较大的材料去除率。在磨削加工过程中，
不同磨粒的作用可能不同，即一部分磨粒起滑擦作用，一部分进行耕犁，还有一
些进行切削，即使同一颗磨粒的不同部位以及同一部位在不同加工时间所起的作
用也不尽相同。对于磨削的机理、切屑的形成、磨削力、磨削温度、磨削热等问
题的解释涉及到物理学、数学、弹塑性力学、断裂力学、摩擦学、计算机科学等
基础科学，可见砂带磨削机理较为复杂。
§1.1.2 砂带磨削特点
砂带磨削经过近三十年的发展，现已成为一项较完整且自成体系的新的加工
技术。因其加工效率高、应用范围广、适应性强、使用成本低、操作安全方便等
特点而深受用户青睐。在国外，砂带磨削技术已有了很大的进步，其加工对象和
应用领域日趋广泛，它几乎能加工所有的工程材料，从一般日常生活用具到大型
宇航器具无所不可应用，并已成为获取显著经济效益的一种重要手段。其作为一
种加工技术之所以受到人们日益广泛的重视，得到迅速发展，是因为它具有以下
一些重要的特点：
砂带磨削是一种弹性磨削，是一种具有磨削、研磨、抛光多种作用的复合加工
工艺。由于砂带自身有很好的挠性和柔性，与工件是柔性接触，具有很好的磨合
和抛光作用[3]。
砂带上的磨粒比砂轮磨粒具有更强的切削能力，所以其磨削效率非常高。砂带
磨削效率高表现在它的切除率、磨削比（切除工件重量与磨料磨损重量之比）和
机床功率利用率三个方面都很高。目前已知的砂带磨削对钢材的切除率已达到
700mm3/mm•s，甚至超过了车削或铣削等。砂带的磨削比大大超过了砂轮，高达
300:1，甚至 400:1，而砂轮才 30:1。砂带磨床的功率利用率，远在砂带磨削发展初
期就已达到 80%，领先于其它机床，而今则高达 96%，国外生产的强力砂带磨床，
金属切除率已达 737.5cm3[4,5]。相比之下，砂轮磨床只有 52%，铣床 57%，车床 65%，
所以砂带磨削还是一种很好的节能加工技术。
砂带磨削工件表面质量高。这除了因其具有磨削、研磨和抛光的多重作用外，
摘要：

目录摘要ABSTRACT第一章绪论..............................................................................................................1§1.1选题背景..........................................................................................................1§1.1.1砂带磨削机理................................................

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作者：赵德峰 分类：高等教育资料 价格：15积分 属性：54 页 大小：808.84KB 格式：PDF 时间：2024-11-19

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