【摘 要】近年來在弧面凸輪機(jī)構(gòu)研究領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新思想和新方法，本文將對近期這一領(lǐng)域的研究成果作一回顧，并對有關(guān)資料作一整理。

【關(guān)鍵詞】弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)

0.引言

弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)是由美國人C.N.Neklutin在19世紀(jì)20年代發(fā)明的，又稱滾子齒形凸輪分度機(jī)構(gòu)、蝸桿式凸輪機(jī)構(gòu)、球面凸輪步進(jìn)機(jī)構(gòu)?；∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)一問世就吸引了世界各國的目光并相繼對其展開研究。我國對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究始于19世紀(jì)70年代末，天津大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、陜西科技大學(xué)(原西北輕工業(yè)學(xué)院，下同)等高校以及西安鐘表機(jī)械廠、蕪湖電工機(jī)械廠等廠家都在弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究、制造方面取得了一批成果。

1.弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的幾何學(xué)、運(yùn)動學(xué)

我國在弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)研究方面的早期文獻(xiàn)主要集中介紹了弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角、凸輪嚙合曲面的曲率半徑、從動滾子的轉(zhuǎn)速、凸輪廓形曲面及接觸線方程等。到80年代中后期，出現(xiàn)了應(yīng)用矩陣法、空間回轉(zhuǎn)變換張量法等方法研究弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)幾何運(yùn)動學(xué)及嚙合原理的文獻(xiàn)。同時有文獻(xiàn)對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的預(yù)緊干涉和嚙合間隙等問題進(jìn)行了研究，指出Ⅰ型結(jié)構(gòu)和Ⅱ型結(jié)構(gòu)有各自不同的傳動特性。在運(yùn)動學(xué)分析方面一個比較困難的課題是根據(jù)從動件系統(tǒng)設(shè)計出能實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動規(guī)律的凸輪輪廓參數(shù)。

2.弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動態(tài)特性研究

弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)在高速高精度傳動和分度運(yùn)動中有著不可替代的優(yōu)越性，但是僅僅提高凸輪的加工精度并不能保證系統(tǒng)有良好的動態(tài)特性，為此動力學(xué)研究已經(jīng)成為凸輪機(jī)構(gòu)的一個重要研究課題。對凸輪機(jī)構(gòu)動力學(xué)的研究可以追溯到上世紀(jì)50年代，隨后的幾十年，凸輪機(jī)構(gòu)動力學(xué)的研究在凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計中受到越來越多的重視，而凸輪機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析也向模型的精細(xì)化方向發(fā)展，并計及各種非線性效應(yīng)。

有文獻(xiàn)分析了從動件的動態(tài)響應(yīng)隨負(fù)載、剛度和配合間隙變化的關(guān)系，并對動態(tài)響應(yīng)隨主動件輸入轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系進(jìn)行了研究。還有文獻(xiàn)將復(fù)雜的凸輪機(jī)構(gòu)簡化為多自由度方向的動態(tài)模型，采用有限差分法求解非線性問題，編制了整個動態(tài)連續(xù)模擬的CSDYCAM計算機(jī)軟件系統(tǒng)，繪制了考慮各種不同因素凸輪機(jī)構(gòu)動態(tài)特性圖譜。

3.弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的制造及其CAD/CAM

弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)制造的關(guān)鍵是弧面分度凸輪的加工。在國內(nèi)，弧面分度凸輪的加工起初是采用滾齒機(jī)改造或其它機(jī)床改造后的凸輪專用機(jī)床加工，也有采用引進(jìn)的五坐標(biāo)聯(lián)動加工中心進(jìn)行加工。陜西科技大學(xué)與西安鐘表機(jī)械廠、南通機(jī)床廠合作，研制成功了NT-XK5001型弧面分度凸輪專用數(shù)控立式銑床。之后，弧面分度凸輪專用磨削裝置由陜西科技大學(xué)研制成功。使磨削后的凸輪輪廓精度已高達(dá)±0.002。

近期在弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)CAD/CAM及運(yùn)用數(shù)控機(jī)床加工制造凸輪方面出現(xiàn)了一些新的思維和方法。有些研究在分析弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)嚙合原理的基礎(chǔ)上給出了通用的解析方程式和簡單的修正方法，實(shí)用于不同旋向、工位和運(yùn)動規(guī)律。通過ADS編程實(shí)現(xiàn)了自動設(shè)計、自動建模和虛擬再現(xiàn)真實(shí)產(chǎn)品磨削的過程。由于弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)工作曲面在空間具有不可展特性，只能通過兩個旋轉(zhuǎn)軸加工，大多數(shù)加工弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的專用機(jī)床的缺點(diǎn)是加工范圍有限，而對于五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床編程復(fù)雜，設(shè)備成本也較高?；谶@種情況，有研究通過坐標(biāo)變換和多坐標(biāo)聯(lián)動控制調(diào)整數(shù)控機(jī)床的加工范圍，推導(dǎo)出各個參數(shù)之間的關(guān)系并編制出編程軟件。該方法可以用于擴(kuò)大機(jī)床的原有加工范圍以及通過調(diào)整加工參數(shù)提高機(jī)床剛度和工作效率。

4.弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的檢測

由于凸輪輪廓幾何形狀誤差的檢測有一定的困難，所以很長一段時間弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的檢測都是比較薄弱的環(huán)節(jié)，由此將影響到整個分度機(jī)構(gòu)的分度精度。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，借助計算機(jī)的檢測系統(tǒng)的研究成為一個新的方向。有文獻(xiàn)介紹了一種以單片機(jī)為核心組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在系統(tǒng)機(jī)（80×86）的配合下完成凸輪檢測數(shù)據(jù)的處理。既可檢驗凸輪輪廓的加工質(zhì)量，也可以由凸輪輪廓測量數(shù)據(jù)通過在系統(tǒng)機(jī)上所開發(fā)的CAD/CAM軟件反求原始設(shè)計、復(fù)制凸輪、實(shí)現(xiàn)從凸輪測量數(shù)據(jù)到凸輪CAD/CAM的一體化技術(shù)。

1994年由吉林工業(yè)大學(xué)牽頭，參照圓柱蝸桿傳動和弧面蝸桿傳動的精度標(biāo)準(zhǔn)，提出了弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的精度指標(biāo)體系，規(guī)定了弧面凸輪復(fù)雜曲面的檢驗項目，并制定了弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的部頒標(biāo)準(zhǔn)（送審稿），有待在實(shí)踐中結(jié)合凸輪的特點(diǎn)修改完善。

5.弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)研究方向和重點(diǎn)的展望

縱觀其發(fā)展的歷史及近年的發(fā)展，今后我國弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究重點(diǎn)應(yīng)在如下幾個方面：

(1)新型點(diǎn)嚙合傳動的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究。

(2)弧面分度凸輪的動態(tài)特性及其仿真研究依然是研究熱點(diǎn)。

(3)高效率、高精度弧面分度凸輪曲面磨削機(jī)床或裝置的研制；通用有效并引入專家系統(tǒng)或人工智能型CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)。

(4)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)精度指標(biāo)體系的制定、修改、完善和檢測原理、方法和儀器的研究和制造。

(5)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)新結(jié)構(gòu)的研制。 [科]

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