凸轮机构课件

凸轮机构5.1概述凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，他通过与从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。5.1概述示例一5.1.1凸轮机构的应用内燃机配气机构示例二5.1概述靠模车削机构5.1概述示例三分度转位机构5.1概述5.1.2凸轮机构的分类按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以下几种：盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮曲面凸轮按照凸轮的锁合方式可把凸轮分为以下几种：力锁合形锁合5.1概述5.1.2凸轮和滚子的材料凸轮的主要失效形势为磨损和疲劳点蚀。对凸轮和滚子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足够的表面接触强度凸轮芯部有较强的韧性常用的凸轮材料：40Cr、20Cr、40CrMnTi常用的滚子材料：20Cr或者滚动轴承5.2常用的从动件运动规律5.2.1平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数图为对心尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮回转时，从动件重复升—停—降—停的运动循环。从动件的位移s与凸轮转角a的关系可以用从动件的位移线图来表示，如右图所示。5.2常用的从动件运动规律5.2.2常用的从动件运动规律等速运动运动开始，V由0突变为加速度a为同理，运动结束由于存在刚性冲击，如果单独使用这种运动规律，只适用于低速场合a=-∞等加速—等减速运动5.2常用的从动件运动规律5.2常用的从动件运动规律余弦加速度运动5.2常用的从动件运动规律正弦加速度运动由运动图可见，其速度和加速度曲线都是连续的，因此没有柔性冲击，故常用于高速凸轮机构。5.2.3从动件运动规律的选择5.2常用的从动件运动规律在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求来确定。对无一定运动要求，只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。对于高速机构，应减小惯性力、改善动力性能，可选用正弦加速度运动规律或其他改进型的运动规律。5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法5.3.1反转法原理加角速度-w(与凸轮角速度大小相等、方向相反)从动件与导路绕角速度-w以凸轮转动凸轮静止不动从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线从动件相对导路移动对于滚子从动件，则滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距滚子半径rT的一条等距曲线。5.3.2解析法设计凸轮轮廓曲线偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法建立凸轮转轴中心的坐标系xOy根据反转法原理，凸轮以w转过j角；B点坐标为上式即为凸轮理论廓线方程实际廓线与理论廓线在法线上相距滚子半径rT，则推出式中取“—”号时为内等距曲线，取“＋”号时为外等距曲线摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法取摆杆的轴心A0与凸轮轴心O之连线为坐标系的y轴，Bo点是摆动杆的推程起始位置，摆动杆与y轴的夹角为初始角。根据反转法原理，得出B点坐标其中5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法5.3.3作图法设计凸轮轮廓曲线偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法5.3.4凸轮轮廓的加工凸轮轮廓的加工方法通常有两种1.铣、锉削加工对用于低速、轻载场合的凸轮，可以应用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削办法加工而成。必要时可进行淬火处理，但用这种方法则凸轮的变形难以得到修正。2.数控加工采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工，这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时应用解析法，求出凸轮轮廓曲线的x,y坐标，并将xOy坐标系的原点换算成切割时的起点，而滚子半径相当于钼丝半径再加上放电间隙。5.4凸轮机构基本尺寸的确定5.4.1凸轮机构的压力角从动件的运动方向和凸轮作用于它的法向力Fn方向之间所夹的角a称为压力角。由上述关系式知，压力角a愈大，有效分力Ｆy愈小，有害分力Ｆx愈大。当a角大到某一数值时，必将会出现Fy<Fx的情况。这时，不论施加多大的Fn力，都不能使从动件运动，这种现象称为自锁。因此，为了保证凸轮机构的正常工作，必须对凸轮机构的压力角进行限制。推荐压力角数值移动从动件[a]=30摆动从动件[a]=45回程中，一般不会有自锁现象，压力角取值为[a]=70～805.4凸轮机构基本尺寸的确定5.4.2基圆半径的确定从传动效率来看，压力角越小越好，但压力角减小将导致凸轮尺寸增加，因此在设计凸轮时要权衡两者的关系，使设计达到合理。A点:在∆ABD中即(式A)在∆ABD中导路在凸轮轴的左边时，式中分子部分取“＋”，凸轮顺时针转动时，符号取法与上述相反5.4凸轮机构基本尺寸的确定在给定运动规律时，合理设计偏距可减小压力角，增大基圆半径也可以减小压力角。获取较小的基圆半径的同时，必须要保证a≤[a]在设计凸轮时，先根据条件确定基圆半径r0。制作凸轮轴时，r0略大于轴的半径；单独制造凸轮时，r0=(1.6~2)r。5.4凸轮机构基本尺寸的确定5.4.3滚子半径的确定凸轮轮廓曲线形状与滚子半径的关系r'

=r+rr当理论廓线内凹时此时，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓总是光滑曲线(如图a)当理论廓线外凸时(可分为三种情况)r'

=r-rr1)

r>rr时

r

'

>0这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图b)2)

r=rr

时r

'=0，实际轮廓线变尖，极易磨损，不能使用(如图c)。3)r<rr

时r

'<0，

，即实际曲线出现交叉会出现失真(如图d)。5.4凸轮机构基本尺寸的确定理论廓线上任意点的曲率半径可用下式计算式中分别为理论廓线坐标x,y对凸轮转角的一阶、、、和二阶导数盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮曲面凸轮力锁合形锁合高速电主轴在卧式镗铣床上的应用越来越多，除了主轴速度和精度大幅提高外，还简化了主轴箱内部结构，缩短了制造周期，尤其是能进行高速切削，电主轴转速最高可大10000r/min以上。不足之处在于功率受到限制，其制造成本较高，尤其是不能进行深孔加工。而镗杆伸缩式结构其速度有限，精度虽不如电主轴结构，但可进行深孔加工，且功率大，可进行满负荷加工，效率高，是电主轴无法比拟的。因此，两种结构并存，工艺性能各异，却给用户提供了更多的选择。现在，又开发了一种可更换式主轴系统，具有一机两用的功效，用户根据不同的加工对象选择使用，即电主轴和镗杆可相互更换使用。这种结构兼顾了两种结构的不足，还大大降低了成本。是当今卧式镗铣床的一大创举。电主轴的优点在于高速切削和快速进给，大大提高了机床的精度和效率。卧式镗铣床运行速度越来越高，快速移动速度达到25～30m/min，镗杆最高转速6000r/min。而卧式加工中心的速度更高，快速移动高达50m/min，加速度5m/s2，位置精度0.008～0.01mm，重复定位精度0.004～0.005mm。落地式铣镗床铣刀由于落地式铣镗床以加工大型零件为主，铣削工艺范围广，尤其是大功率、强力切削是落地铣镗床的一大加工优势，这也是落地铣镗床的传统工艺概念。而当代落地铣镗床的技术发展，正在改变传统的工艺概念与加工方法，高速加工的工艺概念正在替代传统的重切削概念，以高速、高精、高效带来加工工艺方法的改变，从而也促进了落地式铣镗床结构性改变和技术水平的提高。当今，落地式铣镗床发展的最大特点是向高速铣削发展，均为滑枕式(无镗轴)结构，并配备各种不同工艺性能的铣头附件。该结构的优点是滑枕的截面大，刚性好，行程长，移动速度快，便于安装各种功能附件，主要是高速镗、铣头、两坐标双摆角铣头等，将落地铣镗床的工艺性能及加工范围达到极致，大大提高了加工速度与效率。传统的铣削是通过镗杆进行加工，而现代铣削加工，多由各种功能附件通过滑枕完成，已有替代传统加工的趋势，其优点不仅是铣削的速度、效率高，更主要是可进行多面体和曲面的加工，这是传统加工方法无法完成的。因此，现在，很多厂家都竞相开发生产滑枕式(无镗轴)高速加工中心，在于它的经济性，技术优势很明显，还能大大提高机床的工艺水平和工艺范围。同时，又提高了加工精度和加工效率。当然，需要各种不同型式的高精密铣头附件作技术保障，对其要求也很高。高速铣削给落地式铣镗床带来了结构上的变化，主轴箱居中的结构较为普遍，其刚性高，适合高速运行。滑