高速卷煙包裝機多軌跡空間凸輪的工藝設(shè)計與探索

發(fā)布于：06-10

本文通過對多軌跡空間凸輪在高速卷煙包裝機中的作用與結(jié)構(gòu)功能分析，發(fā)現(xiàn)了機械加工的難題，采取了相應(yīng)的解決措施，應(yīng)用機械加工的理論與實踐經(jīng)驗，制定出具有可操作性和經(jīng)濟性的多軌跡空間凸輪工藝設(shè)計方案。

［摘要］：本文通過對多軌跡空間凸輪在高速卷煙包裝機中的作用與結(jié)構(gòu)功能分析，發(fā)現(xiàn)了機械加工的難題，采取了相應(yīng)的解決措施，應(yīng)用機械加工的理論與實踐經(jīng)驗，制定出既科學(xué)合理又具有可操作性和經(jīng)濟性的多軌跡空間凸輪工藝設(shè)計方案。經(jīng)工藝試制和新產(chǎn)品YB47高速卷煙包裝機（550包/分）的試運轉(zhuǎn)，驗證了多軌跡空間凸輪工藝設(shè)計方案的科學(xué)性、合理性、可靠性和經(jīng)濟性。為探索高精度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多軌跡空間凸輪在超高速卷煙包裝機中的開發(fā)應(yīng)用奠定工藝設(shè)計基礎(chǔ)。?



［關(guān)鍵詞］：高速??多軌跡空間凸輪??數(shù)控程序??四軸四聯(lián)動?高速卷煙包裝機多軌跡空間凸輪的工藝設(shè)計與探索?朱亦茹?上海煙草機械有限責(zé)任公司技術(shù)開發(fā)部?,機械傳動



??1?序言



空間凸輪最重要的用途之一是作為自動機械的間歇轉(zhuǎn)位即空間分度，主要用于把連續(xù)圓周運動轉(zhuǎn)換為間歇圓周運動，即作為空間凸輪分度機構(gòu)應(yīng)用。空間凸輪分度機構(gòu)在各類高速卷煙包裝機中被廣泛運用。隨著卷煙包裝機技術(shù)的迅速發(fā)展，新型包裝機在包裝形式、包裝質(zhì)量等方面有完善和提高之外，最重要的參數(shù)之一是包裝速度有了明顯的提高。從原來的500包/分以下中速卷煙包裝機發(fā)展到現(xiàn)在的500包/分以上的高速機，國外已開發(fā)出了800包/分的超高速卷煙包裝機。高速卷煙包裝機的包裝動作主要是通過多軌跡空間凸輪分度機構(gòu)高速運動中實現(xiàn)的，因此多軌跡空間凸輪作為關(guān)鍵零件在高速卷煙包裝機分度機構(gòu)中起著極為重要的關(guān)鍵作用。高速卷煙包裝機技術(shù)的發(fā)展與空間凸輪，特別是多軌跡空間凸輪分度機構(gòu)的應(yīng)用有著極為密切的必然聯(lián)系，是其它機構(gòu)無法替代的。在我公司新產(chǎn)品YB47高速卷煙包裝機中（500包/分）就采用了G.D公司X3000（700包/分）卷煙包裝機的多軌跡空間凸輪分度機構(gòu)。高精度空間凸輪作為高副機構(gòu)零件其加工制造的復(fù)雜性，對工藝設(shè)計提出了全新的要求。



??2?多軌跡空間凸輪的工藝設(shè)計



2.1??多軌跡空間凸輪結(jié)構(gòu)的比較與分析



當(dāng)空間凸輪轉(zhuǎn)速n＞500r/min則為高速空間凸輪?？臻g凸輪分度機構(gòu)的轉(zhuǎn)速越高，動載荷越大，因此產(chǎn)生的慣性力、沖擊力和振動也增大，對機構(gòu)的分度精度、運動傳遞的平穩(wěn)性造成很大的影響。圖1和圖2分別為卷煙包裝機YB45（400包/分）中的YB45.11.084—48和YB47（550包/分）中的1BBG41002400空間凸輪，通過比較得出以下不同處：







a.轉(zhuǎn)速分別為n=400r/min和n=550r/min，轉(zhuǎn)速提高37.5%。



b.高速空間凸輪采用雙軌跡（A軌跡、B軌跡）、雙滾輪傳遞運動，而中速空間凸輪則用單軌跡單滾輪傳遞運動。



c.中速空間凸輪軌跡至定位基準的精度為±0.020mm，高速空間凸輪軌跡至定位基準的精度為±0.015。中速空間凸輪兩軌跡之間的尺寸精度為±0.015mm，高速空間凸輪兩軌跡之間的尺寸精度為±0.010mm。



d.由于高速空間凸輪的雙軌跡在軌跡面上（見圖1E—E剖視）上下分布，因此軌跡面加工深度是中速空間凸輪的3倍以上。



d.高速空間凸輪比中速空間凸輪的結(jié)構(gòu)剛性差，容易變形。



2.2??多軌跡空間凸輪的加工分析



2.2.1??加工現(xiàn)狀



多軌跡空間凸輪分度機構(gòu)是高副機構(gòu)，運動中凸輪與滾輪之間是線接觸。凸輪長期高速運轉(zhuǎn)后軌跡面磨損嚴重，凸輪材料須滲碳淬硬處理，硬度達HRC58～62，因此凸輪軌跡需磨削加工。如YB45卷煙包裝機中的YB45.11.084—48和YB47中的1BBG41002400空間凸輪材料為20CrMnTi，熱處理：T215—S0.5—C58。沒有磨削功能的專用數(shù)控加工設(shè)備是無法滿足空間凸輪的加工要求，因此多軌跡空間凸輪主要依賴進口或委外加工。



2.2.2??加工方式和加工設(shè)備的選擇



空間凸輪的加工通常采用四軸四聯(lián)動的數(shù)控鏜銑床或凸輪數(shù)控銑磨機床。機床的選擇則根據(jù)凸輪的結(jié)構(gòu)、軌跡精度、熱處理狀態(tài)、加工裝夾方式、加工效率及加工成本等因素確定。圖3和圖4是凸輪在兩種機床上的裝夾方式。圖3是四軸四聯(lián)動的數(shù)控鏜銑床的加工裝夾方式。由于凸輪在加工過程中始終處于懸臂受力狀態(tài)，受切削力的作用容易產(chǎn)生振動，導(dǎo)致凸輪軌跡精度和軌跡的表面粗糙度不易保證。由于我公司目前的空間凸輪輪廓曲面是各個瞬時被轉(zhuǎn)換到凸輪坐標系中的接觸線的集合，在建立三維數(shù)學(xué)模型的上具有一定的困難，因而不能用刀具補償方式在數(shù)控鏜銑床上加工空間凸輪，所以在精加工凸輪軌跡時所使用的刀具直徑必須與滾輪直徑相同，刀具稍有磨損即不能滿足加工要求，刀具的消耗量很大。表1是數(shù)控鏜銑床和數(shù)控凸輪銑磨機的精度參數(shù)和加工能力的對照。由表1可知數(shù)控鏜銑床的主軸功率較小（WF72C是我公司數(shù)控鏜銑床設(shè)備中主軸功率最大的），又因裝夾方式的原因，加工時的切削量很小，其值為1～2毫米/刀，導(dǎo)致生產(chǎn)周期長。因此采用四軸四聯(lián)動的數(shù)控鏜銑床加工成本高。圖4是凸輪銑磨機床的加工裝夾方式。其采用的一夾一頂裝夾方式，保證凸輪在加工過程中始終處于良好的受力狀態(tài)，從而能消除受切削力的作用而產(chǎn)生的振動，保證凸輪軌跡精度和軌跡表面粗糙度要求。該機床具有銑削和磨削雙重加工功能，由表1可知，與四軸四聯(lián)動數(shù)控鏜銑床相比其機床定位精度高主軸功率大，所以切削量也大為提高，不同的材料切削量可達8～15毫米/刀。機床的另一特點是數(shù)控操作系統(tǒng)具有刀具或磨輪自動補償功能，即只要刀具或磨輪直徑小于滾輪直徑均能加工，并且磨損的刀具或磨輪經(jīng)刃磨或修正后可重復(fù)使用，因此加工成本明顯下降。綜合比較裝夾方式、機床精度、加工性能和加工能力，只有采用德國KOPP公司制造的當(dāng)今世界上最為先進的FSK25S數(shù)控凸輪銑磨專用機床才能加工出符合高速卷煙包裝機設(shè)計要求的多軌跡空間凸輪。







圖3??數(shù)控鏜銑床







圖4??凸輪銑磨機



表1??數(shù)控鏜銑床和數(shù)控凸輪銑磨機的精度參數(shù)和加工能力的對照



加工設(shè)備?軸定位精度?重復(fù)定位精度?加工



方式?冷卻方式?主軸功率?



凸輪銑磨機SFK25S?x.y.z≤0.005



mm



C≤±5sec?x.y.z≤0.003



mm



C≤±3sec?銑、磨?高壓恒定低溫?11kw?



數(shù)控鏜銑床



WF72C?x.y.z≤0.012



mm



C≤±15sec?x.y.z≤0.006



mm



C≤±8sec?銑?常規(guī)冷卻?7.5kw?