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軋輥磨床輥形輪廓曲線的生成方法
閱讀：1040 發(fā)布時(shí)間：2013-6-26
1.1凸輪杠桿法凸輪杠桿法是軋輥磨床早期廣泛使用的曲線生成方法，它的中高機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)原理如所示。砂輪架拖板變速箱電機(jī)m通過變速齒輪將運(yùn)動傳到z1后分成兩路。一路通過z11、z12直到z13完成拖板縱向移動；另一路通過i直到z9，z10轉(zhuǎn)動凸輪，并推動直角杠桿A、B、C，使砂輪架繞支點(diǎn)D回轉(zhuǎn)，砂輪即在工件長度的不同截面上磨出不同尺寸的直徑，移動機(jī)構(gòu)F用以調(diào)整中高量。
凸輪杠桿法的優(yōu)點(diǎn)：組成部分都是傳統(tǒng)部件，成本小，在精度要求不高，軋輥曲線種類較少時(shí)可以使用。
凸輪杠桿法的缺點(diǎn)：砂輪架架體必須做成三層結(jié)構(gòu)，砂輪架抗彎剛度較小，而且在磨削工件直徑較小時(shí)，因?yàn)橐苿由斐鎏L，砂輪架剛度降低，在強(qiáng)力磨削時(shí)產(chǎn)生震動，導(dǎo)致磨削精度下降。凸輪受力非常大，導(dǎo)致磨損嚴(yán)重，致使加工精度下降。軋輥的曲線形狀取決于凸輪的形狀，在磨削不同曲線的軋輥時(shí)，要更換不同的凸輪，生產(chǎn)效率較低。凸輪種類要求很多，加工困難，柔性不好。？結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且砂輪架的鎖定困難。
1.2電機(jī)直接驅(qū)動法日本東芝機(jī)械公司的KWA系列和意大利因賽公司的RCH系列軋輥磨床采用了結(jié)構(gòu)zui為簡單的實(shí)現(xiàn)方法，由數(shù)控系統(tǒng)控制伺服電機(jī)，經(jīng)預(yù)加負(fù)荷給精密滾珠絲杠，直接驅(qū)動砂輪架橫向進(jìn)給，通過控制橫向進(jìn)給和縱向移動的復(fù)合運(yùn)動，應(yīng)用插補(bǔ)原理，實(shí)現(xiàn)中凸或中凹磨削。
滾珠絲杠是一種新型的螺旋傳動機(jī)構(gòu)，主要組成為絲杠、螺母、滾珠和反向器。滾珠絲杠副螺母是在絲杠和螺母之間放入適量的滾珠使絲杠和螺母之間由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的螺旋傳動。滾珠絲杠副的工作原理：當(dāng)絲杠和螺母相對運(yùn)動時(shí)，滾珠就沿絲杠螺旋滾道面滾動。
設(shè)滾珠絲杠基本導(dǎo)程為L0，伺服電機(jī)（電機(jī)重繞的研究與改進(jìn)）編碼器精度為M脈沖/轉(zhuǎn)，則此傳動方式的脈沖當(dāng)量（分辨率）為U=1ML0，如果選擇電機(jī)編碼器精度很高，*可以實(shí)現(xiàn)U=0.0001mm0.001mm的數(shù)控系統(tǒng)要求，同時(shí)也能滿足軋輥磨床實(shí)現(xiàn)微小量中凸或中凹磨削。
使用這種方法的主要缺點(diǎn)：設(shè)備非常昂貴，不經(jīng)濟(jì)。
主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)非常簡單。精度高，傳動系統(tǒng)簡化，機(jī)械效率提高。曲線形狀可按兩軸插補(bǔ)直接獲得，軟件控制，柔性好。
1.3電機(jī)蝸輪蝸桿偏心套法現(xiàn)代軋輥磨床大都取消了傳統(tǒng)的凸輪杠桿機(jī)構(gòu)，代之以高性能的直流（或交流）伺服系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)直接控制實(shí)現(xiàn)。由德國瓦德里希！濟(jì)根公司生產(chǎn)的WSC系列和國內(nèi)貴州險(xiǎn)峰機(jī)床廠生產(chǎn)的MK84系列以及星火機(jī)床有限責(zé)任公司推出的MK84系列軋輥磨床的中高機(jī)構(gòu)，均采用靜壓偏心套機(jī)構(gòu)，由位置脈沖發(fā)訊裝置發(fā)出控制指令，中高伺服電機(jī)經(jīng)雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿副和滾珠絲杠驅(qū)動偏心套做一定角度的回轉(zhuǎn)，使砂輪架在水平方向上產(chǎn)生相應(yīng)的微量位移，實(shí)現(xiàn)中凸或中凹磨削。
如所示，這種設(shè)計(jì)方案采用兩級尺寸放大，*級將微小的砂輪架中心點(diǎn)的橫向進(jìn)給，通過偏心套機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)變成推板3的直線運(yùn)動，且行程變大，第二級通過蝸輪蝸桿副較大的降速比的特點(diǎn)，將滾珠絲杠的低速運(yùn)動，轉(zhuǎn)變成電機(jī)的較高速運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的放大。
1.偏心套2.安全液壓裝置3.推板4.編碼器5.蝸輪蝸桿副6.
直流（或交流）電機(jī)7.滾珠絲杠8.軸承電機(jī)蝸輪蝸桿偏心套法實(shí)現(xiàn)原理圖設(shè)：偏心套的放大比例系數(shù)為K（K=H/h），蝸輪蝸桿減速比為I（I=Zl/Zg），滾珠絲杠基本導(dǎo)程為L0伺服電機(jī)編碼器精度為M脈沖/轉(zhuǎn)，則此傳動方式的脈沖當(dāng)量為U=1MIKL0。
這種方法的主要缺點(diǎn)：機(jī)械結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，且蝸輪蝸桿副易磨損。
主要優(yōu)點(diǎn)：采用兩級放大，精度提高。整個系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，補(bǔ)償功能強(qiáng)大。
1.4齒輪齒條蝸輪蝸桿偏心套法這種方法的中高機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)原理如所示，當(dāng)走刀工作臺進(jìn)行軸向進(jìn)給運(yùn)動時(shí)，床身5上的齒條6，通過齒輪7驅(qū)動安裝在軸向走刀工作臺上的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)8.隨著蝸輪的轉(zhuǎn)動，與其同軸的偏心調(diào)整盤9也隨之轉(zhuǎn)動。于是，偏心調(diào)整滑塊10上的偏心軸D圍繞蝸輪的軸心O，以偏心距e為半徑做圓周運(yùn)動，因而支撐連桿11對于杠桿臂4上的支撐點(diǎn)A實(shí)現(xiàn)了升降運(yùn)動，杠桿搖臂4對于砂輪磨頭安裝平臺2的支撐點(diǎn)B相應(yīng)的按比例升降。隨著砂輪磨頭安裝平臺2隨鉸鏈軸O的轉(zhuǎn)角變化，不斷的改變著砂輪的切削深度，顯然，當(dāng)偏心軸D處于zui低位置時(shí)，砂輪切削深度tzui淺，使磨削工件形成中高，當(dāng)偏心軸D離開zui低位置時(shí)，砂輪的切削深度則相應(yīng)的增加t，偏心軸D離開zui低位置越遠(yuǎn)，砂輪的切削深度越深。偏心式中高形成機(jī)構(gòu)，就是這樣在砂輪軸向走刀的過程中，相應(yīng)的控制徑向走刀的切削深度，從而使工件外圓表面產(chǎn)生一定的中高量。
1.砂輪磨頭2.砂輪磨頭的安裝平臺3.軸向走刀工作臺4.
杠桿搖臂5.床身6.齒條7.齒輪8.蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)9.偏心調(diào)整10.偏心調(diào)整滑塊11.支撐連桿齒輪齒條蝸輪蝸桿偏心套法實(shí)現(xiàn)原理圖使用這種方法，主要缺點(diǎn)：屬于開環(huán)結(jié)構(gòu)，決定加工精度的因素很多，導(dǎo)致精度不高。軋輥的曲線形狀取決于偏心套的形狀和偏心量，加工曲線的種類單一。
主要優(yōu)點(diǎn)：采用傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)床成本低。
1.5靠模加工法靠模磨削是仿行磨削的一種，在機(jī)床上按放大樣板（或靠模）或放大圖進(jìn)行磨削?？磕＜庸r(shí)，砂輪按靠模的形狀，不斷改變運(yùn)動軌跡，將工件磨削成與靠模一樣形狀的曲線。
靠模加工軋輥磨削曲線的實(shí)現(xiàn)原理如所示，工作臺縱向移動，長臂5頂在直尺4上，工作臺同時(shí)繞定位柱O回轉(zhuǎn)，形成中凸或中凹軋輥面。
臺面回轉(zhuǎn)式：工件向砂輪移動量yy=tanlx2=Kx2K=tanl靠模直尺與工作臺運(yùn)動方向夾角x工作臺縱向移動距離l長臂與靠模直尺的接觸點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心O的距離K常數(shù)
1.6棘輪實(shí)現(xiàn)法棘輪機(jī)構(gòu)由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。它將連續(xù)轉(zhuǎn)動或往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成單向步進(jìn)運(yùn)動。棘輪輪齒通常用單向齒，棘爪鉸接于搖桿上，當(dāng)搖桿逆時(shí)針方向擺動時(shí)，驅(qū)動棘爪便插入棘輪齒以推動棘輪同向轉(zhuǎn)動；當(dāng)搖桿順時(shí)針方向擺動時(shí)，棘爪在棘輪上滑過，棘輪停止轉(zhuǎn)動。棘輪每次轉(zhuǎn)過的角度稱為動程。動程的大小可利用改變驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)或遮齒罩的位置等方法調(diào)節(jié)，也可以在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中加以調(diào)節(jié)。
在MG1432A型高精度外圓磨床中，圓形防護(hù)罩由于應(yīng)用了棘輪機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)具有中凸或中凹的軋輥磨削。
當(dāng)用于軋輥磨削時(shí)，手動調(diào)節(jié)棘輪（Z=500mm）微量進(jìn)給，每推一次棘輪旋轉(zhuǎn)1/500轉(zhuǎn)，砂輪架微量進(jìn)給0.002mm.設(shè)基本導(dǎo)程為L0，齒輪減速比為I，棘輪輪齒數(shù)為Z，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為X；則有X=L0/IZ.由式中可以看出減小絲杠基本導(dǎo)程，增大齒輪減速比和棘輪輪齒數(shù)可以使進(jìn)給量變的更小，精度更高。
使用這種方法，主要缺點(diǎn)：屬于開環(huán)結(jié)構(gòu)，精度不高。工人必須手動進(jìn)給，勞動強(qiáng)度大。主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)床成本低。
凸輪杠桿法的優(yōu)點(diǎn)：組成部分都是傳統(tǒng)部件，成本小，在精度要求不高，軋輥曲線種類較少時(shí)可以使用。
凸輪杠桿法的缺點(diǎn)：砂輪架架體必須做成三層結(jié)構(gòu)，砂輪架抗彎剛度較小，而且在磨削工件直徑較小時(shí)，因?yàn)橐苿由斐鎏L，砂輪架剛度降低，在強(qiáng)力磨削時(shí)產(chǎn)生震動，導(dǎo)致磨削精度下降。凸輪受力非常大，導(dǎo)致磨損嚴(yán)重，致使加工精度下降。軋輥的曲線形狀取決于凸輪的形狀，在磨削不同曲線的軋輥時(shí)，要更換不同的凸輪，生產(chǎn)效率較低。凸輪種類要求很多，加工困難，柔性不好。？結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且砂輪架的鎖定困難。
1.2電機(jī)直接驅(qū)動法日本東芝機(jī)械公司的KWA系列和意大利因賽公司的RCH系列軋輥磨床采用了結(jié)構(gòu)zui為簡單的實(shí)現(xiàn)方法，由數(shù)控系統(tǒng)控制伺服電機(jī)，經(jīng)預(yù)加負(fù)荷給精密滾珠絲杠，直接驅(qū)動砂輪架橫向進(jìn)給，通過控制橫向進(jìn)給和縱向移動的復(fù)合運(yùn)動，應(yīng)用插補(bǔ)原理，實(shí)現(xiàn)中凸或中凹磨削。
滾珠絲杠是一種新型的螺旋傳動機(jī)構(gòu)，主要組成為絲杠、螺母、滾珠和反向器。滾珠絲杠副螺母是在絲杠和螺母之間放入適量的滾珠使絲杠和螺母之間由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的螺旋傳動。滾珠絲杠副的工作原理：當(dāng)絲杠和螺母相對運(yùn)動時(shí)，滾珠就沿絲杠螺旋滾道面滾動。
設(shè)滾珠絲杠基本導(dǎo)程為L0，伺服電機(jī)（電機(jī)重繞的研究與改進(jìn)）編碼器精度為M脈沖/轉(zhuǎn)，則此傳動方式的脈沖當(dāng)量（分辨率）為U=1ML0，如果選擇電機(jī)編碼器精度很高，*可以實(shí)現(xiàn)U=0.0001mm0.001mm的數(shù)控系統(tǒng)要求，同時(shí)也能滿足軋輥磨床實(shí)現(xiàn)微小量中凸或中凹磨削。
使用這種方法的主要缺點(diǎn)：設(shè)備非常昂貴，不經(jīng)濟(jì)。
主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)非常簡單。精度高，傳動系統(tǒng)簡化，機(jī)械效率提高。曲線形狀可按兩軸插補(bǔ)直接獲得，軟件控制，柔性好。
1.3電機(jī)蝸輪蝸桿偏心套法現(xiàn)代軋輥磨床大都取消了傳統(tǒng)的凸輪杠桿機(jī)構(gòu)，代之以高性能的直流（或交流）伺服系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)直接控制實(shí)現(xiàn)。由德國瓦德里希！濟(jì)根公司生產(chǎn)的WSC系列和國內(nèi)貴州險(xiǎn)峰機(jī)床廠生產(chǎn)的MK84系列以及星火機(jī)床有限責(zé)任公司推出的MK84系列軋輥磨床的中高機(jī)構(gòu)，均采用靜壓偏心套機(jī)構(gòu)，由位置脈沖發(fā)訊裝置發(fā)出控制指令，中高伺服電機(jī)經(jīng)雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿副和滾珠絲杠驅(qū)動偏心套做一定角度的回轉(zhuǎn)，使砂輪架在水平方向上產(chǎn)生相應(yīng)的微量位移，實(shí)現(xiàn)中凸或中凹磨削。
如所示，這種設(shè)計(jì)方案采用兩級尺寸放大，*級將微小的砂輪架中心點(diǎn)的橫向進(jìn)給，通過偏心套機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)變成推板3的直線運(yùn)動，且行程變大，第二級通過蝸輪蝸桿副較大的降速比的特點(diǎn)，將滾珠絲杠的低速運(yùn)動，轉(zhuǎn)變成電機(jī)的較高速運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的放大。
1.偏心套2.安全液壓裝置3.推板4.編碼器5.蝸輪蝸桿副6.
直流（或交流）電機(jī)7.滾珠絲杠8.軸承電機(jī)蝸輪蝸桿偏心套法實(shí)現(xiàn)原理圖設(shè)：偏心套的放大比例系數(shù)為K（K=H/h），蝸輪蝸桿減速比為I（I=Zl/Zg），滾珠絲杠基本導(dǎo)程為L0伺服電機(jī)編碼器精度為M脈沖/轉(zhuǎn)，則此傳動方式的脈沖當(dāng)量為U=1MIKL0。
這種方法的主要缺點(diǎn)：機(jī)械結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，且蝸輪蝸桿副易磨損。
主要優(yōu)點(diǎn)：采用兩級放大，精度提高。整個系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，補(bǔ)償功能強(qiáng)大。
1.4齒輪齒條蝸輪蝸桿偏心套法這種方法的中高機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)原理如所示，當(dāng)走刀工作臺進(jìn)行軸向進(jìn)給運(yùn)動時(shí)，床身5上的齒條6，通過齒輪7驅(qū)動安裝在軸向走刀工作臺上的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)8.隨著蝸輪的轉(zhuǎn)動，與其同軸的偏心調(diào)整盤9也隨之轉(zhuǎn)動。于是，偏心調(diào)整滑塊10上的偏心軸D圍繞蝸輪的軸心O，以偏心距e為半徑做圓周運(yùn)動，因而支撐連桿11對于杠桿臂4上的支撐點(diǎn)A實(shí)現(xiàn)了升降運(yùn)動，杠桿搖臂4對于砂輪磨頭安裝平臺2的支撐點(diǎn)B相應(yīng)的按比例升降。隨著砂輪磨頭安裝平臺2隨鉸鏈軸O的轉(zhuǎn)角變化，不斷的改變著砂輪的切削深度，顯然，當(dāng)偏心軸D處于zui低位置時(shí)，砂輪切削深度tzui淺，使磨削工件形成中高，當(dāng)偏心軸D離開zui低位置時(shí)，砂輪的切削深度則相應(yīng)的增加t，偏心軸D離開zui低位置越遠(yuǎn)，砂輪的切削深度越深。偏心式中高形成機(jī)構(gòu)，就是這樣在砂輪軸向走刀的過程中，相應(yīng)的控制徑向走刀的切削深度，從而使工件外圓表面產(chǎn)生一定的中高量。
1.砂輪磨頭2.砂輪磨頭的安裝平臺3.軸向走刀工作臺4.
杠桿搖臂5.床身6.齒條7.齒輪8.蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)9.偏心調(diào)整10.偏心調(diào)整滑塊11.支撐連桿齒輪齒條蝸輪蝸桿偏心套法實(shí)現(xiàn)原理圖使用這種方法，主要缺點(diǎn)：屬于開環(huán)結(jié)構(gòu)，決定加工精度的因素很多，導(dǎo)致精度不高。軋輥的曲線形狀取決于偏心套的形狀和偏心量，加工曲線的種類單一。
主要優(yōu)點(diǎn)：采用傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)床成本低。
1.5靠模加工法靠模磨削是仿行磨削的一種，在機(jī)床上按放大樣板（或靠模）或放大圖進(jìn)行磨削?？磕＜庸r(shí)，砂輪按靠模的形狀，不斷改變運(yùn)動軌跡，將工件磨削成與靠模一樣形狀的曲線。
靠模加工軋輥磨削曲線的實(shí)現(xiàn)原理如所示，工作臺縱向移動，長臂5頂在直尺4上，工作臺同時(shí)繞定位柱O回轉(zhuǎn)，形成中凸或中凹軋輥面。
臺面回轉(zhuǎn)式：工件向砂輪移動量yy=tanlx2=Kx2K=tanl靠模直尺與工作臺運(yùn)動方向夾角x工作臺縱向移動距離l長臂與靠模直尺的接觸點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心O的距離K常數(shù)
1.6棘輪實(shí)現(xiàn)法棘輪機(jī)構(gòu)由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。它將連續(xù)轉(zhuǎn)動或往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成單向步進(jìn)運(yùn)動。棘輪輪齒通常用單向齒，棘爪鉸接于搖桿上，當(dāng)搖桿逆時(shí)針方向擺動時(shí)，驅(qū)動棘爪便插入棘輪齒以推動棘輪同向轉(zhuǎn)動；當(dāng)搖桿順時(shí)針方向擺動時(shí)，棘爪在棘輪上滑過，棘輪停止轉(zhuǎn)動。棘輪每次轉(zhuǎn)過的角度稱為動程。動程的大小可利用改變驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)或遮齒罩的位置等方法調(diào)節(jié)，也可以在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中加以調(diào)節(jié)。
在MG1432A型高精度外圓磨床中，圓形防護(hù)罩由于應(yīng)用了棘輪機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)具有中凸或中凹的軋輥磨削。
當(dāng)用于軋輥磨削時(shí)，手動調(diào)節(jié)棘輪（Z=500mm）微量進(jìn)給，每推一次棘輪旋轉(zhuǎn)1/500轉(zhuǎn)，砂輪架微量進(jìn)給0.002mm.設(shè)基本導(dǎo)程為L0，齒輪減速比為I，棘輪輪齒數(shù)為Z，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為X；則有X=L0/IZ.由式中可以看出減小絲杠基本導(dǎo)程，增大齒輪減速比和棘輪輪齒數(shù)可以使進(jìn)給量變的更小，精度更高。
使用這種方法，主要缺點(diǎn)：屬于開環(huán)結(jié)構(gòu)，精度不高。工人必須手動進(jìn)給，勞動強(qiáng)度大。主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)床成本低。