曲轴的复合加工技术

1、曲轴的复合加在2000年以辰曲轴加工出现新的加工工艺I即复合加工工艺，采用此工艺的复合机床具有工序集成的突出优势.国外在这方面具有代表性的是奥地利的WFL公司。该公司生产的卧式车铳复合加工中心能在一次装夹的情况下完成所有粗加工工序加工后的曲轴能直接进行清加工而我国在这方面的代表则为沈阳数控机床有隔责任公司.该公旬生产的CKZ8O-5车铳加工中心通过直线光栅尺和圆度光尺检测从而实现五轴中四轴的闭坏控制.提高加工精度.并且该加工中心有非常完备的刀库.隐实规自动换刀，可以在不改变装夹位置的情况下一次性完成枕.车、钻以及攻丝零加工工序.而在曲轴精知工领域的代衷则为CBN数控磨床，它能实现在不议变装夹位

2、置的情况下的全部曲轴主轴颈和连杆颈的骸削即摆动丫腸磨削工艺时叫图1WM40G车铳复合加工中心本课题的研究对象是基于正弦机构的曲轴加工复合车床的刀架机构，该刀架采用随动车削方式对曲轴连杆轴颈和主轴颈进行加工.随动加工方式在很多曲轴加工机床中被采用，比如在数控高速外铳工艺中，通过建立曲轴旋转速度和铳刀进给量的联动控制机制，从而实现在一次装夹的情况下随动跟踪铳削曲轴连杆颈.高速外铳工艺是利用伺服控制技术来实现随动切削运动，而在本课题中将采用另一种机构一正弦刀架机构来实现曲轴连杆颈的随动车削.曲轴连杆颈随动切削加工的过程如图2-1所示.曲紬以主轴为旋转中心进行旋转，刀具水平放置，刀具同步跟随曲轴连杆颈

3、外圆进行高速高精度车削.曲轴与机床主轴一起以速度3转动.图2-1连杆轴颈加工示意图下面拟对夹具刀尖点A的运动轨迹进行计算.我们将曲轴连杆轴颈运动到最高点时的情况作为初始位置，规定曲轴顺时针旋转的方向为正方向，曲轴连杆轴颈的直径为R,连杆侧臂的长度为1,分别以主轴颈轴心和连杆轴颈轴心为原点建立静坐标系和动坐标系.刀尖点在动坐标系o'x'y1中的坐标方程为：八(21)y=_Rsm0动坐标系原点。相对静止坐标切的坐标方程为:(2-2)x°=sin0yc.=l<osB经分析得到动坐标系。'卩和静坐标系叩之间的转换关系为:(2-3)x«x4>.+x

4、lcos0-j,sin0尸儿+x'sin0+y'cos0将公式(2-1X(2-2)带入公式(2-3)中可以得到刀尖点A在静止坐标系中的坐标方程为：I(2-4)y=lKos0将公式(2-4)的参数方程转化成轨迹方程为:(x-/?)2+/=/2(2-5)从以上分析可以看出，刀具在对曲轴的连杆轴颈进行随动车削时，刀尖点的实际运动轨迹是一个以曲轴连杆侧臂长为半径的圆.至此，可以总结出实现随动切削的两个必要条件：1刀具必须做圆周平动。2.刀具做圆周平动轨迹圆的半径必须和曲轴连杆侧臂长度相等本文拟釆用正弦机构来带动刀具实现圆周平动运动，从而实现随动切削，并且正弦机构的曲柄长度必须和曲轴连杆

5、侧空长度相等.2.2正弦刀架机构的可行性分析前面分析了刀具在对连杆轴颈进行随动车削时刀尖点的运动轨迹，并总结出了能够实现随动切削的必要条件，接下来将分析采用正弦刀架机构进行随动切削的可行性.利用ADAMS软件对机构进行运动学仿真分析，将刀尖点和曲轴连杆颈表面上与刀尖点相对应的一点作为研究对象，画出刀尖点的运动轨迹图，说明刀尖点做圆周平动，满足随动切削的必要条件，求出刀尖点相对于曲轴连杆颈表面上相对应点的运动规律，证明用正弦机构作为随动切削机构是可行的.2.24正弦刀架机构模型的建立在ADAMS软件中建立机构模型的方法有两种，一种是直接利用ADAMS软件中的建模命令进行建模。由于ADAMS软件所

6、提供的建模功能与Pn)/E这种专业的建模软件相比较为繁琐且效率不高，因此这种建模方式一般运用于模型结构较为简单的结构中。另外一种是首先通过Pro/E进IT建模然后利用Pro/E和Admas间的接口软件Mechpro将模型导入，这种方法主要用于模型较复杂的结构中.由于只需要建立简单的正弦机构模型进行运动学研究，机构结构并不复杂，因此选择直接在ADAMS软件中利用建模命令进行建模.在ADAMS中建立正弦机构刀架的简化几何模型，如图2-2所示：fL.图22正弦刀架机构简化几何模型图中正弦机构分别由导轨、平动滑块、曲柄组成，其中导轨和机架之间用移动副进行约束，使得导轨在机架上沿看X轴进行左右移动；平动

7、滑块和导轨之间也用移动副约束，使得平动滑块在导轨上沿着Y轴进行上下移动；曲柄和机架之间用旋转副约束：曲轴和机架之间同样用旋转副约束。平动滑块的左端为刀尖点Marker，与其重合的Marker.B点为曲轴连杆轴颈表面上一点。经过测量模型中曲柄长度为250iiin与曲轴连杆侧臂长度相等，连杆轴颈半径为30nm2.23正弦刀架机构的仿真及结果分析在ADAMS中进行运动学分析，施加电机驱动为3607s,并设置好仿真时间为Is,步长为100步，保证正弦刀架机构和曲轴同步转动.首先测量刀尖点的位置随时间变化的规律，并绘制出刀尖点运动轨迹图，以证明刀具做圆周平动，满足随动切削的必要条件刀尖点相对于机架在X轴

8、方向的位移随时间变化规律如图2-3所示：图2-3刀尖点相对于机架在X轴方向的位移变化规律从曲线图中可以看出，刀尖点在X轴方向的位移在£70-170mm±间呈正弦规律变化，变化周期为01秒。将位移最大值减去位移最小值得500mm,正好等于曲柄长度的2倍堆小刀尖点相对于机架在Y轴方向的位移随时间变化規律如图2-4刀尖点相对于机架在Y轴方向的位移变化规律图2-4刀尖点相对于机架在Y轴方向的位移变化规律从曲线图中可以看出，刀尖点在Y轴方向的位移在250250個之间呈余弦规律变化，变化周期为01秒。其曲线的最大值正好等于曲柄长度。下面转换坐标轴，将X方向的位移作为Y轴、以Y方向的位移

9、为X轴，将上述两条曲线转换到一个坐标系下就得到刀尖点的运动轨迹如图2-5所示：图25刀尖点的运动轨迹图从曲线图中可以看出，刀尖点的轨迹为一个半径为250晒的圆.由此可以看出刀具做圆周平动，且运动轨迹圆的半径等于曲轴连杆侧臂长度，说明正弦机构满足随动切削的必要条件.下面测量Marker_A相对于Marker.B点的位置随时间变化的规律，以证明利用正弦机构实现随动切削的可行性Marker相对于Marker.B点在X轴方向的位移随时间变化规律如图26所示：图27Marker相对于Marker.B点在X轴方向的位移随时间变化规律从曲线图中可以看出，Markers相对于MarkerJ点在X轴方向的位移在

10、060之间呈余弦规律变化，变化周期为0.1秒.Marker相对于Marker.B点在Y轴图2-7Marker相对于MarkerJ点在Y轴方向的位移随时间变化规律从曲线图中可以看出，Marker_A相对于Marker_B点在X轴方向的位務在30+30之间呈正弦规律变化，变化周期为0.1秒。以X方向位移为X轴、以Y方向位移为Y轴将以上两条曲线转换到一个坐标系下，就可以得到两点相对运动轨迹曲线，如图28所示：图2-8Marker_A相对于Marker_B点的运动轨迹从上图中我们可以得到结论，当正弦机构刀架旋转一周后，Marker相对于Marker.B的运动轨迹为一个圆，而且该圆的半径和连杆轴颈半径相等.因此说明刀尖点可以紧贴着连杆轴颈进行相对转动，完成切削任务经过仿真验证，可以说明正弦刀架机构能够实现对曲轴连杆轴颈的随动车削，车削原理如下：将曲轴安装到机床上，曲轴以主轴颈为旋转中心由机床主轴带动进行高速旋转，曲轴连轩颈作平面回转运动.刀架机构为正弦机构，机构的曲柄长度必须和曲轴连杆颈侧臂的长度相等.正弦机构的曲柄和被加工曲轴连杆颈的曲柄一起做同相位同转速的旋转运动，从而带动车刀做跟随曲轴轴颈的圆周平动.将曲轴轴颈的运动跟车刀的运动进行复合产生了车刀刀尖相对于曲轴