(安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 安徽 淮南 232001)

弧面分度凸輪廣泛應(yīng)用于包裝機(jī)，應(yīng)刷，化工，汽車制造等自動(dòng)化生產(chǎn)線中。其具有分度精度高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，是凸輪結(jié)構(gòu)中最完美的高速分度機(jī)構(gòu)，在機(jī)械裝備中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]。但由于弧面分度凸輪的廓面復(fù)雜并且精度要求比較高，基于快速成型技術(shù)，實(shí)現(xiàn)弧面凸輪的實(shí)體加工，這對(duì)于提高弧面凸輪的生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)成本具有一定的參考意義。

一、實(shí)驗(yàn)方法

(一)弧面凸輪模型

打印前需要對(duì)其進(jìn)行三維建模，需要轉(zhuǎn)化成STL格式的文件，再進(jìn)行切片處理，最后進(jìn)行打印和后續(xù)工作，這里借用Solidworks強(qiáng)大的建模工具實(shí)現(xiàn)模型的建立，并在Motion里進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證了弧面凸輪的運(yùn)動(dòng)特性，符合實(shí)際要求，如圖1.1,1.2所示。

圖1.1 弧面凸輪的三維模型

圖1.2 弧面凸輪的運(yùn)動(dòng)仿真

(二)弧面凸輪打印過程

由于熔融沉積技術(shù)使用無毒的原材料，整個(gè)工藝設(shè)備流程操作簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，運(yùn)行安全[2]。熔融沉積技術(shù)常被人們用于打印模型原型，也是快速成型技術(shù)中最熱門的工藝之一。實(shí)驗(yàn)過程中，在打印之前用專用快速成型軟件對(duì)弧面凸輪STL文件進(jìn)行切片處理，檢查及優(yōu)化STL文件，減少文件格式轉(zhuǎn)化過程出現(xiàn)的誤差，提高打印實(shí)體的精度。另一方面也要對(duì)打印參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，合理地提高打印層厚可以在一定程度上提高打印速度。在打印過程中，成形材料加熱到熔融狀態(tài)從噴頭里擠出，在工作臺(tái)的X-Y平面上渡過一個(gè)層面，在Z軸方向下降或上升一個(gè)層的高度，并迅速冷卻固化，依次層層堆積，最后形成一個(gè)完整實(shí)體。成形材料加熱從噴熔融狀態(tài)到冷卻為實(shí)體，由熱收縮引起的收縮量為：

ΔL=εLΔt

公式中：ε—材料的線脹系數(shù)，0C-1； L—零件尺寸，mm；Δt—溫差，0C?？梢姴牧系墓逃刑匦砸矔?huì)影響打印件的精度。如圖2.1所示為熔融沉積技術(shù)的基本原理。

圖2.1 熔融沉積技術(shù)基本原理

二、分析與討論

由實(shí)驗(yàn)過程可知，該方法不會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，也沒有化學(xué)物質(zhì)污染空氣，是一種純綠色制造方法，符合當(dāng)代制造業(yè)的發(fā)展方向。針對(duì)弧面凸輪的復(fù)雜廓面，也不需要數(shù)控代碼轉(zhuǎn)換和刀具的轉(zhuǎn)換即可實(shí)現(xiàn)實(shí)體加工。在加工弧面凸輪的傳統(tǒng)工藝中，其中范成法由于其機(jī)構(gòu)及誤差分析的復(fù)雜性影響廓面因素具有多樣性和刀具誤差等[3]。現(xiàn)代弧面凸輪的數(shù)控加工方法都由于刀具磨損很難加工精度高的弧面凸輪，對(duì)專門制造加工弧面凸輪的刀具成本大。最具有代表的五軸聯(lián)動(dòng)加工，其精度相對(duì)較高，但是其成本高，機(jī)床和刀具利用率低，因此國內(nèi)外很多人致力于凸輪的研究。在快速成型技術(shù)下打印的弧面凸輪，沒有繁瑣的加工過程，使其加工時(shí)間大大減少，完全擺脫了刀具和車床等，是制造各類零件的新途徑。

三、結(jié)論

由上文可知，在制造復(fù)雜形面的零件，熔融沉積技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)工藝具有很大優(yōu)勢(shì)，并且材料利用率可達(dá)到100%。其加工設(shè)備也比傳統(tǒng)工藝費(fèi)用更低，安全性能更可靠，在打印件的各方面性能也有待研究，快速成型技術(shù)的發(fā)展備受當(dāng)代人關(guān)注，為今后制造業(yè)提供極大的幫助。