轮胎模具花纹数控铣床加工的新方法_常宏敏.pdf

1 909年第20卷弟2期山东工业 大学 学 报Vlo.2 0No.2JOR NLUAOFHSANDONPGOLYTH NE CICUNVIRESITY1990轮胎模具花纹数控铣床加工的新方法自动化工程系机械工程系常宏敏司纪涛窦克琪王乃银(.月一杏 毛一今一已几一几一佗卜次毛毛一毛一,一司班一企月毛产一份毛.仓.毛一月r一今尸几一夕一勺一书习之1月叫色一弋毛.仓月尸尸毛一门一佗产翻Q州勺产J;!尸摘要抢胎模具花纹由空 间曲面组成,人工制造困难。提出利用两个旋转坐标轴 的数控系统 再附加一简单的靠模的方法,可实现必需有四个坐标轴时才具备的数控机床功能。加工中采用函数跟踪法插补,并附有刀具 偏移计算的功能,故可方便地完 成各种复杂花纹 的加工。关键词数控切削;工 具铣床;仿形控制勺一力一习一,一价一刃一息一丹一(产一含月一勺一 二)叹勺尸、仑勺月尸刃卜J李弓卫尸戒卜月沙一、一杏了斗芍一刃一刃一抓二戒几一月勺叹尸阅产戒卜e毛尸心扣户,勺产司尸o概述汽车、拖拉机的轮胎模具花纹图案,常用的有流线型的、波浪型的、曲折线型的、元宝 型的等等。花纹是一条由部分直线和曲率半径不等的各圆弧所组成的空间曲线。目前,在我 国数百家模具制造厂中,轮胎模具花纹的市州亨仍十分落后,绝大多数都是依靠手工作业,加工的工艺路线是:铸毛坯、车内腔、划线、手工刻 花一手工磨光等。操作工人按划好的线用钻、铲、契、砂轮磨的方法,将模具花纹刻出来,劳动强度大,加工精度低。由于轮胎模具花纹几何形状复杂,要解决花纹图形的自动铣削与自动分度,就必须用数控系统来控制加工。加工轮胎模具所要 求的花纹,机床需要具有四个坐标轴的数控控制系统。例如北京、上海都曾设计与制造过这类数控铣床。但这种机床的数控系统与机械传动结构复杂、机床造价高,控制与管理 的水平也要求较高,故一直没能推广应用。数控系统 与辅助机械装置联合完成花纹的加工如图1所示,轮胎模具的花纹是由胎冠I和胎侧兀两部分组成,其中胎冠是由一个收 稿日期:1 989一03一1446山东工业大学学士I 乏1 990年半径为R的圆弧所组成。对于某个轮胎模具来说,胎冠底部半径尺是固定不变的。因此,从数控系统要求的坐标轴来说,就较为容易解决了。据此,为满足胎冠的加工要求,有两个坐标轴的数控系统即可。如图2示,一是需要有数控控制的正、反方向的迥转运动,(a)中I;二是铣刀主轴需要沿着扇形齿轮B的迥转 中心o点作半径为R的摆移运动,(b)中I,二者密切配合。由于二者相对运动的轨迹是数控控制,因而可以满足曲率连续变化的轮胎各种复杂花纹的加工要求,实现胎冠的加工。气气气气气气气气气气.O O OI I I I I I I I I I I l l l l l l l l l l l l l l l护护护护护护护护护护日日门|创图i胎侧部分是由部分直线和由半径不同的若千圆弧组成的不等半径圆弧连接而成,因胎侧轮廓不是一个等半径的圆弧,为完成胎侧的加工,除上述的两个坐标数控控制外,还必须增加两个纵 向与横向刀架移动的数控坐标轴,如 图3所示,以保证胎侧花纹的底面按图纸要求加工。这种四个坐标轴的数控系统,其缺点如前所述,用的。图2显然是不适实践证明,采用如图3所示的机械靠模后夕铣刀能沿着靠模获得轴向移动皿以获得胎侧花纹底面的曲线。靠模板是根据胎侧花纹底面曲线要求设计制造的,如图4所示。这样仅用两个坐标轴的数控系统,再图4第2期常宏放等:轮胎模 具花纹数控铣床加工的新方法47附加一个机械靠模,就具备了四个坐标轴数控系统的功能。使数控系统与机械传动大为简化,机床造价低廉,操作方便,编程简单,加工与分度精度大大提高。2两坐标控 制方法及计算轮胎模具花纹的加工是 由数控系统自动完成的,数控机床加工二维曲线的中心问题是根据初始数据和控制信号,经 过微型计算机的插补运算产生有规律的脉冲,以控制机床运动的轨迹。2.1函数跟踪法简介本机床数控系统是采用函数跟踪法插补原理控制两坐标的旋转,函数跟踪法插补原理的特点是机床运动的轨迹 时刻跟踪给定的函数值,利用函数跟踪法原理可 以直接插补直线、同弧、抛物线、椭圆、双曲线等标准二次 曲线。二次曲线函数方程为f(x,y)二AxZ十ByZ+C二y十Dx+Ey+F=o若函数有连续的一阶偏导数和二阶偏导数,如图5所示,在A点时函数值为犷A,根据泰勒公式可以求出+x,十y,+x十y的函数值fx,厂y,fxy分别是:f“=f+fx留+1,玄,x、弋x)厂+fyy+二l丫+厂,一户合厂一(Ay)-V.V.丫了夕.于 f.因为设定函数厂(x,y)=o,所以凡在 曲线上的点,其函数值一定等于零1。因此选择f义,产,fx y三个函数值。中的绝对值小者作为进给到达点,控 制 系统则发出相应的控制信号指挥机床按预定规律运动。因x轴与y轴可以同时进给夕插补速度快,加工误差为0.5个 脉冲当量。y_/_护歹 叮了河一图52.2控制系统介绍本机用280CP U芯片为核心 组成控制系统,其结构如图6所示。根据图纸尺 寸输入程序按函数跟踪法计算,经PIO输出到环形分配器,再由功率放大电路驱动 步进电机,使两坐标轴联动,实现曲率连续变化的轨迹要求【“。分配器环形Z一80C卫Ur工0泣泣泣泣泣.*:匕匕_ _ _ _ _以卫卫卫图62.3刀具半径偏移计算微机控制铣花机,在加工胎冠花纹时,由于系统控制的轨迹是刀具中心路径,与轮胎模具上给出的轮廓图形相差 一个刀具半径的距离,在加工中更换刀具时,需重新编制48山东工业大学学报t99o年程序,为解决这一问题,在软件的设计中增加了刀具偏移计算。对于圆弧采用乘除法实现刀偏计算。对于直线特 别是两条成尖角的直线夕在尖角处 由于刀具半径的影响会出现尖角过渡现象。程序中我们采用了角平分线法,见图o 7如果加工的两直线夹角乙ABC为锐角,刀具在被加工图形内侧,刀具半径为T,B点坐标为(x e,y。),刀具中心轨迹为ABC。若要从A点加工到B点,点坐标,计算公式为图7由图知必须先计算出DBD=retgoAB二R=侧匕0为平分 线角xZ+yZD点坐标为(二。,夕。)则x。二x。一r etgoR3re,=夕。一retgo尺刀具的实际切削路径是A D而不是AB,当送入直线AB值,便自动计算出D点的坐标值。使刀具按AB方向自动进行切削,刀具 中心路径是走到B产点后再进而加工BC直线。这样按图纸尺寸进行加工,保证 了精度要求。对于钝角,即刀具在被加工图形外侧,见图8。在程序中也能自动求出D点坐标(x。,y。)。设B点坐 标为(xe,y。),AB二R二召xZ+夕2夕r为刀具半径,则图8xe=xe+retgo.一一二百一一X”ye,=夕e+retgoR由于有刀偏计算功能,在编制零件的加工程序时,只需按照零件图纸编制,更 换刀具时,只需计算机更换刀具半径值,而不用另编程序。3数据处理方法轮胎模具加工时铣刀主轴是沿着扇形轮的迥转中心而 获得可控制的摆移运动,此扇形轮亦由步进电机驱动。轮胎模具安放在花盘上,花盘经齿轮传动亦由另一步进 电机驱动。刀具轴线的摆功与工件的转动合成运动轨迹,数控系统发出相应的脉冲夕才能加工第2期常宏敏等:轮胎模具花纹数控铣床加工的新方法49出轮胎的花纹。由于轮胎模具半 径的变化,引起步距变化,为了解决这个问题,需进行数据处理。首先,在配置齿轮时,使铣刀与工件的边缘速度相等,以保证加工的花纹图形与图纸上的一致。其次,要对铣刀轴的步距进行 换算,对于工件轴的步距则利用梯形求弦长的办法进行计算。如图9,已知h二,人2,l、和半径R。求AB线上任一点C的步距。方法如下,先求弦长CD,入,一h,入,L.L,_几3=一,一=一二厂 乞一,yl=一二一二n3艺y;为:乙;CD=Zy l+气然后 根据边缘步距与弦长比,再乘齿轮比,便 求出C点的步距。4结论采用轮胎模具数控铣床加工花纹新工艺,用于加工多种复杂的花纹,可自动铣削、自动分度、尺寸精度、光洁度均符合技术要求夕所铣花纹均匀,加工出的轮胎动平衡性能好,延长了轮胎的使用寿命,且比手工操作提高工效1 0倍多。本数控装置抗千扰能力强,对工作环境无特殊要求,键盘操作简单,便于推广使用。参考文献许传俊,于发 忠.微处理机控制机床.济南:山东省经委技术交流站,1 98 5.3 0许 传俊.于发忠.间歇运动凸轮的加工控制方法.见:中国电子学会机械工程学会.第一届中国机电一体化学术会议论文集.北京:1988.c8 2P RO C E S SINGF IG U R EO FTYREMOULD丫 VITHNUMERICALC O N T R O LMACHINETOOLC hangHongminetal(Dept.ofAutom.Eng.A BST R ACTIno rder103 ub:ti一u(efo rman ualma ni Pulation夕厂re:enl。an e.v xProe essuoed旧 ma nufaeturethemo uld王igu:eeompos edofeu:vedfaeesin又l)oee.Usingthenume,;e几1eont10ls冬,十mw ilhtwo飞uznngeo ordi-(下转第39页)第2期阎怀英等:可锻铸铁中上贝 氏体转变的研究398汀序英.见:山东工业大学主编.山东工业大学8 4级硕士研究生 毕业论文集.济南:山东工业大学1此了.邹、529李承基.Fe一S卜C及Fe一iN一C台金中的贝氏体亚 结构的观察.金属学报,198 5,2 1 A:18 71941 0speichGRandLe s一ievc著,姚忠凯等编译.钢的组织转变译文集。北京:机械工业出版 社198 0:跳7、2 48UP PERB A INITICTR A N S F O RMA T IO NOFA U S T EMPER E DMA L L E A BLEC ASTIR O NYa nH一 l aiyillgotal(S handongMa ehineryDesignandResearehInstitute)ABSTRA C TI3yoptieala ndeleetr o nmieroseop ystud iesthemo rPhol-ogya ndphasetransformatio nfe aturesofuP PerbainiteinaustemPeredmalleablceastir o n.Theres ultsshowthatthePhasetra nsformatione anbodividedintotwostages:i)e arb ide一fre ebainiteformed,whieheo nsistsofti lelati lfer rlteandea rbo n一richau stenite;2)ea rbo n一riehaustenitetransformedtoferriteandeementite。Th iskindofeementiteintheform0fveryf inepartieleswereobservedmainlyalongferrite/fer riteand/orferrite/austenitebou ndariesands omew ithintheferrite.Simi larbehavi-o rinsilico nste elandspheroidalcastir onwasd始eus sedaswel l。KE YWO RDSBainftjetransfo rmationsCa stiron,Ba笼n更te;Au stemPering知.里 参呜盆;声改叉j仁奋二笔:;、二写奋二决裂二巴多红备己乌 理二奋 趁二石(上接 第4 9页)natedaxesando n。impledi.l eetcozy,*henume rie alcontrolma chinetoolattainssuehfunetiona s、hieh15bas edo nfoureoordinatedaxesneeessa ry。In飞heproee s oingandeon飞ril ling,飞hefune飞iontraeeme飞hod15us edtoin七erpolate,alid飞11 eof王污etealeulatingfunetio nissupplementodforneedo王to 0Ir eplae(ment,:0aliyeompliearefjgureeanbewo,*kedwi*h宜teonvenin-tly.K EYWOR DSNu,nor主ealeo ntr olmaehinng,Ta eemethod;To olz00mmil lingInn ehir:。;(几01。;,19eontl01;Cop yde vie。