CN111168157A - 弧面凸轮加工机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弧面凸轮加工机床，包括三爪卡盘夹持装置、工件切削装置、顶尖尾座、机床底座、控制器，机床底座上一端安装三爪卡盘夹持装置，另一端安装顶尖尾座，工件切削装置设置在三爪卡盘夹持装置和顶尖尾座间一侧，工件切削装置与机床底座间设有弧面凸轮箱、刀具进给装置、刀具支撑底座、转盘轴承，弧面凸轮箱设在机床底座上，弧面凸轮箱上端固定连接有转盘轴承，分度盘输出轴一端与弧面凸轮箱底座连接，另一端穿出弧面凸轮箱与刀具支撑底座连接，工件切削装置经刀具进给装置与刀具支撑底座连接，弧面凸轮输入轴一端穿出弧面凸轮箱与三爪卡盘夹持装置中的齿轮箱的输出轴固定连接，本发明具有结构简单、设备成本低、加工精度高等优点。

Description

弧面凸轮加工机床

技术领域

本发明涉及机床技术领域，特别是涉及一种弧面凸轮加工机床。

背景技术

弧面凸轮机构在动力学性能、承载能力、分度精度等方面均有不可比拟的优越性，被誉为最理想的间歇传动机构，具有广阔的市场前景。但弧面凸轮的加工具有较高的难度，普通的机床无法完成。

经检索,CN2015202780578公开了一种加工弧面凸轮的专用机床的实用新型专利、CN2019101185402公开了一种加工复合凸轮的专用机床的发明专利，如上两个专利的结构都是采用四轴双联动的方式对弧面凸轮进行加工，通过在机床床体上设置两个线性轴、两个旋转轴，并通过数控***控制运动，刀具、加工弧面凸轮的工作台分别沿着两个线性轴做往复直线运动，弧面凸轮以及加工弧面凸轮的工作台通过两个旋转轴做旋转运动，加工时，加工弧面凸轮的工作台沿着线性轴移动，弧面凸轮随着旋转轴旋转实现双联动，通过两个旋转轴的旋转保证刀具在任意角度接触凸轮，通过设置两个线性轴，可以保证凸轮的任意部位都在刀具的可达范围。

此种结构的不足之处在于：一是采用四轴双联动的数控机床对弧面凸轮进行加工，机床结构复杂、数控***复杂，设备采购成本高；二是采用四轴双联动来实现刀具对弧面凸轮的加工，存在曲线插补误差，编程时连续的曲线段需要用多直线段或多圆弧段来拟合形成，两坐标轴插补的精度会影响凸轮的运动规律，同样弦长和拟合误差会使得弧面凸轮的加工精度降低，弧面凸轮的加工精度无法保证；三是加工不同规格大小的弧面凸轮，需要根据凸轮运动规律和机构参数，借助专用弧面凸轮加工***生成凸轮廓面坐标点，利用CAD/CAM软件生成三维模型、刀具轨迹和加工程序或者根据凸轮运动规律，利用更专业的弧面凸轮加工用CAD/CAM***生成加工程序，再测试加工效果，调试时间长。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现有技术存在的不足，提出了一种结构简单、设备成本低、加工精度高的弧面凸轮加工机床。

本发明可以通过如下措施达到。

一种弧面凸轮加工机床，包括三爪卡盘夹持装置、工件切削装置、顶尖尾座、机床底座、控制器，所述三爪卡盘夹持装置和工件切削装置经控制器控制，所述机床底座上一端安装三爪卡盘夹持装置，另一端安装顶尖尾座，所述工件切削装置设置在三爪卡盘夹持装置和顶尖尾座间一侧，其特征在于：所述工件切削装置与机床底座间设有弧面凸轮加工装置，其包括弧面凸轮箱、刀具进给装置、刀具支撑底座、转盘轴承，所述弧面凸轮箱设在机床底座上，所述弧面凸轮箱内设有弧面凸轮、分度盘、弧面凸轮输入轴、分度盘输出轴、辊轴和辊筒，弧面凸轮箱上端固定连接有转盘轴承，所述分度盘输出轴一端与分度盘固定套接并经轴承与弧面凸轮箱底座连接，另一端穿出弧面凸轮箱并经转盘轴承与刀具支撑底座下端固定连接，所述工件切削装置经刀具进给装置与刀具支撑底座固定连接，所述分度盘外周均匀固定连接有若干个辊轴，所述辊轴上可滚动的安装有辊筒，所述辊轴的轴线与分度盘的轴线相垂直，所述分度盘经其中的两个辊筒与弧面凸轮的两端弧形凸面贴合，弧面凸轮与弧面凸轮输入轴固定套接，弧面凸轮输入轴经轴承、轴承座与弧面凸轮箱固定连接，所述弧面凸轮输入轴一端穿出弧面凸轮箱与三爪卡盘夹持装置中的齿轮箱的第二输出轴固定连接，以利于通过三爪卡盘夹持装置驱动弧面凸轮旋转，使得弧面凸轮与三爪卡盘夹持的工件的旋转速度同步，所述的弧面凸轮中心线到分度盘中心线的间距等于三爪卡盘中心线到分度盘中心线的间距，以达到模拟弧面凸轮的形状来加工工件的作用。

本发明所述三爪卡盘夹持装置包括齿轮箱、三爪卡盘驱动装置、三爪卡盘，所述齿轮箱下端与机床底座固定连接，所述齿轮箱第一输出轴与三爪卡盘相连接，所述第一输出轴经齿轮箱内的齿轮与第二输出轴连接，所述三爪卡盘经三爪卡盘驱动装置控制开合，所述三爪卡盘驱动装置采用现有技术，此不赘述。

本发明所述顶尖尾座上设有顶尖，所述顶尖与顶尖尾座的结构与现有技术相同，此不赘述。

本发明所述工件切削装置包括主轴支撑座、加工主轴、刀具、旋切电机，所述加工主轴经轴承与主轴支撑座固定连接，所述加工主轴一端与刀具固定连接，另一端与旋切电机固定连接，所述旋切电机与主轴支撑座固定连接，所述旋切电机经控制器控制，以使旋切电机控制刀具切削凸轮毛坯。

本发明所述刀具进给装置包括轴向进给电机、轴向进给工作台、轴向固定座、第一丝杠、第一螺母、径向进给电机、径向进给工作台、径向固定座、第二丝杠、第二螺母，所述轴向固定座下端与刀具支撑底座固定连接，上端面上设有平行的轴向滑轨，所述轴向滑轨间设有第一丝杠，所述第一丝杠经轴承、轴承座与轴向固定座连接，所述第一丝杠经固定在轴承座或轴向固定座上的轴向进给电机驱动，第一螺母与第一丝杠螺纹连接，所述轴向进给工作台下端与第一螺母固定连接，两侧分别与轴向固定座上设有的轴向滑轨滑动连接；所述径向固定座下端与轴向进给工作台固定连接，上端面上设有平行的径向滑轨，所述径向滑轨间设有第二丝杠，所述第二丝杠经轴承、轴承座与径向固定座连接，所述第二丝杠经固定在轴承座或径向固定座上的径向进给电机驱动，第二螺母与第二丝杠螺纹连接，所述径向进给工作台下端与第二螺母固定连接，两侧分别与径向固定座上设有的径向滑轨滑动连接，所述主轴支撑座固定在径向进给工作台上，所述轴向进给电机、径向进给电机分别与控制器连接，通过轴向进给电机、径向进给电机驱动调整轴向进给工作台、径向进给工作台的位置，以达到调整刀具与凸轮毛坯切削距离的作用。

本发明所述弧面凸轮输入轴一端与齿轮箱第二输出轴通过电磁离合器连接，另一端与手动位置调整手轮连接，所述电磁离合器与控制器连接，刀具支撑底座的转角位置可以通过手动位置调整手轮调整，达到调整旋切刀具初始位置的作用。

本发明所述机床底座与弧面凸轮箱之间设有弧面凸轮箱径向移动装置，所述弧面凸轮箱径向移动装置包括滑台平板、第三丝杠、第三螺母、滑台调整手轮、滑台底座，所述滑台底座下端与机床底座固定连接，上端面上设有平行的滑台滑轨，所述滑台滑轨间设有第三丝杠，所述第三丝杠经轴承、轴承座与滑台底座固定连接，所述第三丝杠经滑台调整手轮驱动，第三螺母与第三丝杠螺纹连接，所述滑台平板下端与第三螺母固定连接，两侧分别与滑台底座上设有的滑台滑轨滑动连接，所述弧面凸轮箱下端固定在滑台平板上，以使更换不同尺寸规格的弧面凸轮后，用于调整弧面凸轮箱的水平径向位置使弧面凸轮输入轴能够与齿轮箱第二输出轴连接。

本发明所述弧面凸轮箱径向移动装置与弧面凸轮箱之间设有高度调节装置，所述高度调节装置包括调整螺杆、滑块、固定底座、支撑板，所述固定底座下端与滑台平板固定连接，上端面上设有平行的斜坡滑轨，所述固定底座一侧固定连接有支撑板，所述支撑板上开有U形槽，所述斜坡滑轨间设有调整螺杆，所述调整螺杆一端经轴肩约束在U形槽上并沿U形槽上下滑动，所述调整螺杆与滑块螺纹连接，所述滑块下端面两侧为斜面并与固定底座上设有的斜坡滑轨滑动连接，所述滑块上端面为水平面，旋转调整螺杆带动滑块沿固定底座斜坡滑轨移动，用于调整弧面凸轮箱的高度使弧面凸轮输入轴与齿轮箱的第二输出轴连接，同时可以调整使刀具支撑底座保持水平放置。

本发明所述转盘轴承下方以转盘轴承中心线为中心圆周阵列设有若干个刀具高度调节装置，所述刀具高度调节装置包括调整套底座和调整套上座，所述调整套底座与弧面凸轮箱上端固定连接，所述调整套上座与转盘轴承下端固定连接，所述调整套底座与调整套上座螺纹连接，通过调整套底座与调整套上座的配合调整刀具的高度，以使刀具的中心线与凸轮毛坯的中心线共平面。

本发明所述齿轮箱上在齿轮箱第二输出轴一侧经编码器支撑架固定连接有编码器，所述编码器的主轴上套接有第一同步带带轮，齿轮箱第二输出轴上套接有第二同步带带轮，所述第一同步带带轮与第二同步带带轮经同步带连接，设置编码器用于测量齿轮箱输出轴的转角和转速，以测量分度盘的转动角度，进而调整轴向和径向进给的位置和时间。

本发明的有益效果为：本发明利用弧面凸轮箱作为被复制的弧面凸轮机构，齿轮箱第一输出轴、第二输出轴带动弧面凸轮箱中的弧面凸轮及三爪卡盘夹持的凸轮毛坯同速同向转动，分度盘输出轴驱动刀具使其与分度盘同速同向旋转，用刀具和凸轮毛坯模拟弧面凸轮、分度盘的运动规律来进行加工，设备简单，开发周期短，成本低；加工过程中按照弧面凸轮的运动规律完成运动，没有了弦长误差估算等，加工方法属于范成法加工，用刀具和凸轮毛坯模拟辊筒和凸轮的啮合完成加工，加工精度高；利用弧面凸轮本身的运动规律传动，通过更换所需的弧面凸轮并调整相对位置，可以满足不同型号弧面凸轮实现自复制。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的整体结构示意图。

图3是本发明的整体结构示意图。

图4是本发明弧面凸轮箱径向移动装置和高度调节装置结构示意图。

图5是弧面凸轮箱径向移动装置结构剖视图。

图6是高度调节装置结构示意图。

图7是弧面凸轮箱与刀具支撑底座连接结构剖视图。

图8是本发明工作原理示意图。

图9是本发明等径加工和非等径加工进给示意图。

图10是本发明固定板的结构示意图。

图11是本发明调整套结构剖视图。

图12是本发明编码器与齿轮箱第二输出轴连接结构示意图。

图中符号说明：

齿轮箱-1、齿轮箱输入轴-101、齿轮箱第一输出轴-102、齿轮箱第二输出轴-103、机床底座-2、弧面凸轮箱-3、弧面凸轮输入轴-301、分度盘输出轴-302、手动位置调整手轮-303、弧面凸轮-304、分度盘-305、下端盖-306、分度盘轴承-307、上端盖-308、端面轴承-309、箱体-310、支撑盘-311、刀具进给装置-4、径向进给电机-401、径向固定座-402、轴向进给电机-403、轴向固定座-404、顶尖尾座-5、顶尖-501、尾座调整手轮-502、高度调节装置-6、调整螺杆-601、滑块-602、固定底座-603、支撑板-604、刀具支撑底座-7、弧面凸轮箱径向移动装置-8、滑台平板-801、第三丝杠-802、滑台调整手轮-803、滑台底座-804、紧固螺钉-805、前端盖-806、丝杠轴承-807、后端盖-808、第三螺母-809、固定螺栓-810、凸轮毛坯-9、电磁离合器-10、三爪卡盘-11、螺栓-12、固定板-13、工件切削装置-14、加工主轴-1401、旋切电机-1402、刀具-1403、调整套-15、调整套底座-1501、调整套上座-1502、编码器-16、第一同步带带轮1701、第二同步带带轮-1702、同步带-18、平键-19、调整套固定座-20。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

实施例1（电动调整刀具支撑底座上刀具的初始位置）：

如附图所示，一种弧面凸轮加工机床，包括三爪卡盘夹持装置、工件切削装置14、顶尖尾座5、机床底座2、控制器，所述三爪卡盘夹持装置和工件切削装置经控制器控制，所述机床底座2上一端安装三爪卡盘夹持装置，另一端安装顶尖尾座5，所述工件切削装置14设置在三爪卡盘夹持装置和顶尖尾座间一侧，所述工件切削装置14与机床底座2间设有弧面凸轮加工装置，其包括弧面凸轮箱3、刀具进给装置4、刀具支撑底座7、转盘轴承，所述弧面凸轮箱3设在机床底座2上，所述弧面凸轮箱3内设有弧面凸轮304、分度盘305、弧面凸轮输入轴301、分度盘输出轴302、辊轴和辊筒，弧面凸轮箱3上端固定连接有转盘轴承，所述分度盘输出轴302一端与分度盘305固定套接并经轴承与弧面凸轮箱底座连接，另一端穿出弧面凸轮箱并经转盘轴承与刀具支撑底座7下端固定连接，所述工件切削装置14经刀具进给装置4与刀具支撑底座7固定连接，所述分度盘外周均匀固定连接有若干个辊轴，所述辊轴上可滚动的安装有辊筒，此实施例中辊筒使用的是滚针轴承，所述辊轴的轴线与分度盘的轴线相垂直，所述分度盘经其中的两个辊筒与弧面凸轮的两端弧形凸面贴合，弧面凸轮与弧面凸轮输入轴固定套接，弧面凸轮输入轴301经轴承、轴承座与弧面凸轮箱3固定连接，所述弧面凸轮输入轴301一端穿出弧面凸轮箱与三爪卡盘夹持装置中的齿轮箱的第二输出轴固定连接，以利于通过三爪卡盘夹持装置驱动弧面凸轮旋转，使得弧面凸轮与三爪卡盘夹持的工件的旋转速度同步，所述的弧面凸轮中心线到分度盘中心线的间距等于三爪卡盘中心线到分度盘中心线的间距，以达到模拟弧面凸轮的形状来加工工件的作用。

三爪卡盘夹持装置包括齿轮箱1、三爪卡盘驱动装置、三爪卡盘11，此实施例中齿轮箱1设有齿轮箱输入轴101、齿轮箱第一输出轴102、齿轮箱第二输出轴103，所述齿轮箱1下端与机床底座固定连接，所述齿轮箱第一输出轴102与三爪卡盘11相连接，齿轮箱输入轴101与三爪卡盘驱动电机连接，所述第一输出轴经齿轮箱内的齿轮与第二输出轴连接，所述三爪卡盘经三爪卡盘驱动装置控制开合，此实施例中齿轮箱第一输出轴102设置在齿轮箱第二输出轴103的正上方，齿轮箱第一输出轴和齿轮箱第二输出轴的转速保持相同，此实施例中齿轮箱输入轴与齿轮箱第一输出轴不同轴，也可设置齿轮箱输入轴与齿轮箱第一输出轴同轴，所述三爪卡盘、三爪卡盘驱动装置采用现有技术，此不赘述。顶尖尾座5上设有顶尖501和尾座调整手轮502，齿轮箱第一输出轴102上固定连接有三爪卡盘11，三爪卡盘11夹持凸轮毛坯9一端，另一端通过尾座调整手轮502调整顶尖501的位置，使顶尖抵紧凸轮毛坯。所述顶尖与顶尖尾座的结构与现有技术相同，此不赘述。所述工件切削装置包括加工主轴1401、旋切电机1402、刀具1403、主轴支撑座，加工主轴1401经轴承与主轴支撑座固定连接，加工主轴1401的一端与刀具1403固定连接，另一端与旋切电机1402固定连接，旋切电机与主轴支撑座固定连接。所述旋切电机经控制器控制，以使旋切电机控制刀具切削凸轮毛坯。刀具进给装置4包括轴向进给电机403、轴向进给工作台、轴向固定座404、第一丝杠、第一螺母、径向进给电机401、径向进给工作台、径向固定座402、第二丝杠、第二螺母，所述轴向固定座404下端与刀具支撑底座7固定连接，上端面上设有平行的轴向滑轨，所述轴向滑轨间设有第一丝杠，所述第一丝杠经轴承、轴承座与轴向固定座404连接，所述第一丝杠经固定在轴承座或轴向固定座上的轴向进给电机403驱动，第一螺母与第一丝杠螺纹连接，所述轴向进给工作台下端与第一螺母固定连接，两侧分别与轴向固定座404上设有的轴向滑轨滑动连接；所述径向固定座下端与轴向进给工作台固定连接，上端面上设有平行的径向滑轨，所述径向滑轨间设有第二丝杠，所述第二丝杠经轴承、轴承座与径向固定座连接，所述第二丝杠经固定在轴承座或径向固定座上的径向进给电机401驱动，第二螺母与第二丝杠螺纹连接，所述径向进给工作台下端与第二螺母固定连接，两侧分别与径向固定座上设有的径向滑轨滑动连接，所述主轴支撑座固定在径向进给工作台上，所述轴向进给电机、径向进给电机分别与控制器连接，通过轴向进给电机、径向进给电机驱动调整轴向进给工作台、径向进给工作台的位置，以达到调整刀具与凸轮毛坯切削距离的作用。此实施例中轴向进给电机与第一丝杠、径向进给电机与第二丝杠分别通过联轴器连接。

此实施例中轴向进给工作台、径向进给工作台、刀具随刀具支撑底座旋转。通过电动的方式驱动轴向进给工作台、径向进给工作台移动，用于调整刀具与凸轮毛坯轴向和径向的位置，此实施例中径向固定座放置在轴向进给工作台上，也可将轴向固定座放置在径向进给工作台上等多种方式，只要能够实现刀具轴向、径向位置调整即可。

机床底座2与弧面凸轮箱3之间设有弧面凸轮箱径向移动装置8，所述弧面凸轮箱径向移动装置8包括滑台平板801、第三丝杠802、滑台调整手轮803、滑台底座804、第三螺母809，滑台底座804固定在机床底座上，上端面上设有平行的滑台滑轨，所述滑台滑轨间设有第三丝杠802，第三丝杠802两端经过丝杠轴承807并分别盖有前端盖806、后端盖808，前端盖、后端盖通过固定螺栓810与滑台底座804固定连接，第三丝杠的一端通过紧固螺钉805与滑台调整手轮803固定连接，第三丝杠802经滑台调整手轮803驱动，第三螺母809与第三丝杠802螺纹连接，滑台平板801下端与第三螺母809固定连接，两侧分别与滑台底座804上设有的滑台滑轨滑动连接，位置调整好以后，弧面凸轮箱3下端通过螺栓12固定在滑台平板801上，以使更换不同尺寸规格的弧面凸轮后，确保使齿轮箱的第二输出轴能够与弧面凸轮输入轴连接，以使刀具支撑底座的中心到凸轮毛坯的中心距等于弧面凸轮箱内弧面凸轮的中心到分度盘的中心距。

弧面凸轮箱径向移动装置8与弧面凸轮箱3之间设有高度调节装置6，所述高度调节装置6包括调整螺杆601、滑块602、固定底座603、支撑板604，所述固定底座603下端与滑台平板经螺栓、焊接等方式固定连接，上端面上设有平行的斜坡滑轨，所述固定底座一侧固定连接有支撑板，所述支撑板604上开有U形槽，所述斜坡滑轨间设有调整螺杆601，所述调整螺杆601一端经轴肩约束在U形槽上并沿U形槽上下滑动，所述调整螺杆与滑块螺纹连接，所述滑块下端面两侧为斜面并与固定底座上设有的斜坡滑轨滑动连接，所述滑块上端面为水平面，滑块上端面与弧面凸轮箱下端面接触，旋转调整螺杆带动滑块沿固定底座斜坡滑轨移动的同时，调整螺杆经轴肩沿U形槽上下滑动，用于调整弧面凸轮箱的高度使弧面凸轮输入轴与齿轮箱的第二输出轴连接，同时可以调整使刀具支撑底座保持水平放置。位置调整好之后，再通过螺栓12将弧面凸轮箱固定在滑台平板上。

所述转盘轴承下方以转盘轴承中心线为中心圆周阵列设有若干个刀具高度调节装置，所述刀具高度调节装置为调整套15，包括调整套底座1501和调整套上座1502，所述调整套底座1501与弧面凸轮箱上端固定连接，所述调整套上座1502与转盘轴承下端固定连接，所述调整套底座与调整套上座螺纹连接，通过调整套底座与调整套上座的配合调整刀具的高度，以使刀具的中心线与凸轮毛坯的中心线共平面。此实施例中分度盘输出轴与刀具支撑底座的中心孔过渡配合，通过调整套调整刀具的位置后，通过平键19使分度盘输出轴与刀具支撑底座固定连接。

所述齿轮箱上在齿轮箱第二输出轴一侧经编码器支撑架固定连接有编码器16，所述编码器16的主轴上套接有第一同步带带轮1701，齿轮箱第二输出轴上套接有第二同步带带轮1702，所述第一同步带带轮1701与第二同步带带轮1702经同步带1703连接，设置编码器用于测量齿轮箱输出轴的转角和转速，以测量分度盘的转动角度，进而调整轴向和径向进给的位置和时间。

此实施例中为确保凸轮毛坯的加工精度最高，弧面凸轮的中心线与凸轮毛坯的中心线平行，刀具中心线与凸轮毛坯中心线共平面，弧面凸轮中心线到分度盘中心线的垂直距离与凸轮毛坯中心线到分度盘中心线的垂直距离相等，齿轮箱第一输出轴与齿轮箱第二输出轴同速、同向转动。

加工过程中可以使用半径小于分度盘辊筒半径的刀具，通过轴向进给和径向进给进行非等径加工，最后精加工时使用的刀具半径等于分度盘辊筒的半径，这样传动用的弧面凸轮的运动规律就完整的复制到被加工的凸轮上。

此实施例中三爪卡盘驱动电机、旋切电机、轴向进给电机、径向进给电机、电磁离合器分别与控制器连接，控制器使用的是PLC控制器。

上述描述弧面凸轮箱与刀具支撑底座之间设有转盘轴承，通过转盘轴承保持刀具支撑底座的稳定性，具体结构有两种方式：

第一种：弧面凸轮箱与刀具支撑底座之间通过设置回转轴承来确保刀具支撑底座的稳定性，弧面凸轮箱上盖上设有穿孔并固定连接有回转轴承，分度盘输出轴302一端与分度盘305固定套接并经轴承与弧面凸轮箱底座连接，分度盘输出轴302另一端穿出弧面凸轮箱上盖穿孔并经回转轴承与刀具支撑底座下端连接，分度盘输出轴与回转轴承内圈固定连接，回转轴承内圈经螺栓与刀具支撑底座固定连接，使用回转轴承可保持刀具支撑底座的稳定性。也可将分度盘输出轴与回转轴承内圈、刀具支撑底座均固定连接。

在回转轴承下方设置刀具高度调节装置的方式为：

回转轴承的下端与调整套上座经螺栓、焊接等方式固定连接，调整套底座经螺栓固定在弧面凸轮箱上端，分度盘输出轴与回转轴承内圈可经平键固定连接，回转轴承内圈经螺栓与刀具支撑底座固定连接。也可将分度盘输出轴与回转轴承内圈、刀具支撑底座的中心孔均通过平键固定连接。

第二种：分度盘输出轴302一端与分度盘305固定套接经分度盘轴承307与箱体310底座连接并盖有下端盖306，分度盘输出轴302另一端经分度盘轴承307穿出箱体上端盖308通孔。弧面凸轮箱上方依次设有支撑盘311和刀具支撑底座7，支撑盘与刀具支撑底座7之间安装有端面轴承309，刀具支撑底座经端面轴承转动，分度盘输出轴302穿出上端盖、支撑盘中心孔与刀具支撑底座下端通过螺栓固定连接，还可通过过盈配合、经平键过度配合、轴用挡圈、止推环等方式固定。支撑盘下端以支撑盘中心线为中心沿周向设有至少两个固定板，固定板一端设有圆形螺栓孔，另一端设有长条孔，长条孔内壁为阶梯状，固定板的一端经螺栓、螺栓孔与弧面凸轮箱的一个角固定连接，另一端经长条孔、螺栓与支撑盘固定连接，设置阶梯状长条孔以使螺栓固定后螺栓头部完全沉入固定板。通过设置支撑盘以及固定板既可以确保刀具支撑底座的稳定性，防止刀具支撑底座转动时产生摆动，也可以实现不同尺寸弧面凸轮箱的灵活、快速安装。

在支撑盘下方设置刀具高度调节装置的方式为：

此实施例中为了确保刀具中心线与凸轮毛坯中心线共平面，在支撑盘下方设置调整套固定座，调整套固定座下端以调整套固定座中心线为中心沿周向设有至少两个固定板，固定板的一端经螺栓、螺栓孔与弧面凸轮箱的一个角固定连接，另一端经长条孔、螺栓与调整套固定座下端固定连接，调整套底座与调整套固定座上端固定连接，调整套上座与支撑盘下端固定连接，分度盘输出轴302穿出上端盖、调整套固定座中心孔、支撑盘中心孔与刀具支撑底座下端中心孔过渡配合，此实施例中使用平键实现分度盘输出轴与刀具支撑底座固定连接。通过调整套调整刀具的高度后，再通过平键使分度盘输出轴与刀具支撑底座下端的中心孔固定连接。

如附图所示，此实施例中调整套固定座下端以调整套固定座中心线为中心沿周向等间距设有四个固定板孔，根据弧面凸轮箱四个角上螺栓孔的位置和调整套固定座下端四个固定板孔的位置，通过调整固定板的角度实现不同大小弧面凸轮箱的灵活安装。

当弧面凸轮输入轴转动时，带动弧面凸轮转动，弧面凸轮带动分度盘转动，分度盘转动带动分度盘输出轴转动，分度盘输出轴带动刀具支撑底座在支撑盘上经端面轴承转动。

本发明使用时，将弧面凸轮箱放置在高度调节装置的滑块上，通过弧面凸轮箱径向移动装置的滑台调整手轮驱动第三丝杠，带动弧面凸轮箱及刀具支撑底座径向移动，通过高度调节装置的调整螺杆带动滑块沿固定底座的斜坡滑轨移动，调整弧面凸轮箱距离机床底座的高度，使弧面凸轮输入轴与齿轮箱第二输出轴能够连接以及通过高度调节装置确保刀具支撑底座保持水平，将齿轮箱第二输出轴与弧面凸轮输入轴固定连接，通过刀具高度调节装置调整刀具的高度，使刀具的中心线与凸轮毛坯中心线共平面，再将刀具支撑底座与分度盘输出轴固定连接；凸轮毛坯一端经三爪卡盘夹持，另一端通过尾座顶尖抵紧，启动三爪卡盘驱动电机带动齿轮箱第一输出轴、第二输出轴同速、同向转动，带动弧面凸轮、分度盘转动，分度盘输出轴带动刀具支撑底座转动，调整刀具支撑底座转角的初始位置，位置调整好以后，三爪卡盘驱动电机停止驱动，再通过刀具进给装置驱动轴向进给工作台、径向进给工作台移动，带动刀具沿轴向、径向移动，调整刀具距离凸轮毛坯的初始位置；刀具距离凸轮毛坯位置调整好以后，按动控制面板上的启动按钮，PLC控制器控制三爪卡盘驱动电机，带动齿轮箱的输入轴旋转，经过齿轮箱转换为齿轮箱第一输出轴、齿轮箱第二输出轴同速、同向转动，带动弧面凸轮、凸轮毛坯同速、同向转动，通过编码器记录齿轮箱第二输出轴的转角和转速，分度盘输出轴带动刀具支撑底座转动，PLC控制器控制旋切电机带动刀具做切削运动，切入凸轮毛坯，控制好切削用量，刀具按照弧面凸轮的运动规律在凸轮毛坯上加工廓面，弧面凸轮与分度盘之间的运动规律被刀具复制在凸轮毛坯上，一轮加工完成后，通过旋切电机控制刀具停止切削，通过调整轴向进给工作台和径向进给工作台的位置，调整刀具距离凸轮毛坯的位置后，齿轮箱第一输出轴、第二输出轴转动，转动方向与上一次的转动方向相反，刀具支撑底座沿着上一次转动的反向转动带动刀具加工，加工完成后，刀具停止切削，再次通过刀具进给装置调整刀具轴向、径向位置，经过多次粗精加工后，凸轮毛坯就复制成高精度的弧面凸轮。

当需要加工不同型号的弧面凸轮时，用需要被复制的弧面凸轮机构替换弧面凸轮箱3，重新通过弧面凸轮箱径向移动装置和高度调节装置调整弧面凸轮输入轴的位置，使弧面凸轮输入轴与齿轮箱第二输出轴连接，通过刀具高度调节装置调整刀具的高度，再将刀具支撑底座与分度盘输出轴固定连接，更换适合的凸轮毛坯，调整好刀具支撑底座转角以及刀具距离凸轮毛坯的位置，控制面板上选择此加工形状的按钮，点击按钮启动，旋切电机驱动刀具对凸轮毛坯进行加工，此机床结构设计简单，也不存在数控插补的步长精度误差，能够实现加工高精度的弧面凸轮。

实施例2（手动调整刀具支撑底座上刀具的初始位置）：

一种弧面凸轮加工机床，包括三爪卡盘夹持装置、工件切削装置14、顶尖尾座5、机床底座2、弧面凸轮加工装置、控制器，弧面凸轮加工装置其包括弧面凸轮箱3、刀具进给装置4、刀具支撑底座7、转盘轴承。此实施例与实施例1的不同之处为在弧面凸轮输入轴的一端固定连接有手动位置调整手轮，通过手动位置调整手轮带动刀具支撑底座转动，达到调整刀具初始位置的作用，其他的结构及连接关系与实施例1相同，此实施例中不再重复。

手动调整刀具初始位置的结构为，弧面凸轮输入轴301一端与齿轮箱第二输出轴103通过电磁离合器10连接，另一端与手动位置调整手轮303连接，所述电磁离合器与控制器连接，通过控制器控制电磁离合器的通电和断电，通电时使齿轮箱第二输出轴与弧面凸轮输入轴固定连接，断电时，齿轮箱第二输出轴与弧面凸轮输入轴断开连接。

本发明使用时，将弧面凸轮箱放置在高度调节装置的滑块上，通过弧面凸轮箱径向移动装置的滑台调整手轮驱动第三丝杠，带动弧面凸轮箱及刀具支撑底座径向移动，通过高度调节装置的调整螺杆带动滑块沿固定底座的斜坡滑轨移动，调整弧面凸轮箱距离机床底座的高度，使弧面凸轮输入轴与齿轮箱第二输出轴能够连接以及通过高度调节装置确保刀具支撑底座保持水平，通过刀具高度调节装置调整刀具的高度，使刀具的中心线与凸轮毛坯中心线共平面，再将刀具支撑底座与分度盘输出轴固定连接；凸轮毛坯一端经三爪卡盘夹持，另一端通过尾座顶尖抵紧，通过手动位置调整手轮调整带动弧面凸轮、分度盘转动，分度盘输出轴带动刀具支撑底座转动，调整刀具支撑底座转角的初始位置，位置调整好以后，再通过刀具进给装置驱动轴向进给工作台、径向进给工作台移动，带动刀具沿轴向、径向移动，调整刀具距离凸轮毛坯的初始位置；刀具距离凸轮毛坯的初始位置调整好以后，电磁离合器通电使齿轮箱第二输出轴与弧面凸轮输入轴固定连接，按动控制面板上的启动按钮，PLC控制器控制三爪卡盘驱动电机，带动齿轮箱的输入轴旋转，经过齿轮箱转换为齿轮箱第一输出轴、齿轮箱第二输出轴同速、同向转动，带动弧面凸轮、凸轮毛坯同速、同向转动，通过编码器记录齿轮箱第二输出轴的转角和转速，分度盘输出轴带动刀具支撑底座转动，PLC控制器控制旋切电机带动刀具做切削运动，切入凸轮毛坯，控制好切削用量，刀具按照弧面凸轮的运动规律在凸轮毛坯上加工廓面，弧面凸轮与分度盘之间的运动规律被刀具复制在凸轮毛坯上，一轮加工完成后，通过旋切电机控制刀具停止切削，通过调整轴向进给工作台和径向进给工作台的位置，调整刀具距离凸轮毛坯的位置后，齿轮箱第一输出轴、第二输出轴转动方向与上一次的转动方向相反，刀具支撑底座沿着上一次转动的反向转动带动刀具加工，加工完成后，再次通过刀具进给装置调整刀具轴向、径向位置，经过多次粗精加工后，凸轮毛坯就复制成高精度的弧面凸轮。

当需要加工不同型号的弧面凸轮时，用需要被复制的弧面凸轮机构替换弧面凸轮箱3，重新通过弧面凸轮箱径向移动装置和高度调节装置调整弧面凸轮输入轴的位置，使弧面凸轮输入轴与齿轮箱第二输出轴连接，通过刀具高度调节装置调整刀具的高度，再将刀具支撑底座与分度盘输出轴固定连接，更换适合的凸轮毛坯，调整好刀具支撑底座转角以及刀具距离凸轮毛坯的位置，控制面板上选择此加工形状的按钮，点击按钮启动，旋切电机驱动刀具对凸轮毛坯进行加工，此机床结构设计简单，也不存在数控插补的步长精度误差，能够实现加工高精度的弧面凸轮。

本发明的有益效果为：本发明利用弧面凸轮箱作为被复制的弧面凸轮机构，齿轮箱第一输出轴、第二输出轴带动弧面凸轮箱中的弧面凸轮及三爪卡盘夹持的凸轮毛坯同速同向转动，分度盘输出轴驱动刀具与分度盘同速同向旋转，用刀具和凸轮毛坯模拟弧面凸轮、分度盘的运动规律来进行加工，设备简单，开发周期短，成本低；加工过程中按照弧面凸轮的运动规律完成运动，没有了弦长误差估算等，加工方法属于范成法加工，用刀具和凸轮毛坯模拟辊筒和凸轮的啮合完成加工，加工精度高；利用弧面凸轮本身的运动规律传动，通过更换所需的弧面凸轮并调整相对位置，可以满足不同型号弧面凸轮实现自复制。

Claims (10)

1.一种弧面凸轮加工机床，包括三爪卡盘夹持装置、工件切削装置、顶尖尾座、机床底座、控制器，所述三爪卡盘夹持装置和工件切削装置经控制器控制，所述机床底座上一端安装三爪卡盘夹持装置，另一端安装顶尖尾座，所述工件切削装置设置在三爪卡盘夹持装置和顶尖尾座间一侧，其特征在于：所述工件切削装置与机床底座间设有弧面凸轮加工装置，其包括弧面凸轮箱、刀具进给装置、刀具支撑底座、转盘轴承，所述弧面凸轮箱设在机床底座上，所述弧面凸轮箱内设有弧面凸轮、分度盘、弧面凸轮输入轴、分度盘输出轴、辊轴和辊筒，弧面凸轮箱上端固定连接有转盘轴承，所述分度盘输出轴一端与分度盘固定套接并经轴承与弧面凸轮箱底座连接，另一端穿出弧面凸轮箱并经转盘轴承与刀具支撑底座下端固定连接，所述工件切削装置经刀具进给装置与刀具支撑底座固定连接，所述分度盘外周均匀固定连接有若干个辊轴，所述辊轴上可滚动的安装有辊筒，所述辊轴的轴线与分度盘的轴线相垂直，所述分度盘经其中的两个辊筒与弧面凸轮的两端弧形凸面贴合，弧面凸轮与弧面凸轮输入轴固定套接，弧面凸轮输入轴经轴承、轴承座与弧面凸轮箱固定连接，所述弧面凸轮输入轴一端穿出弧面凸轮箱与三爪卡盘夹持装置中的齿轮箱的第二输出轴固定连接，所述弧面凸轮中心线到分度盘中心线的间距等于三爪卡盘中心线到刀具支撑底座中心线的间距。

2.根据权利要求1所述的一种弧面凸轮加工机床，其特征在于：所述三爪卡盘夹持装置包括齿轮箱、三爪卡盘驱动装置、三爪卡盘，所述齿轮箱下端与机床底座固定连接，所述齿轮箱第一输出轴与三爪卡盘相连接，所述第一输出轴经齿轮箱内的齿轮与第二输出轴连接，所述三爪卡盘经三爪卡盘驱动装置控制开合。

3.根据权利要求1所述的一种弧面凸轮加工机床，其特征在于：所述顶尖尾座上设有顶尖。

4.根据权利要求1所述的一种弧面凸轮加工机床，其特征在于：所述工件切削装置包括主轴支撑座、加工主轴、刀具、旋切电机，所述加工主轴经轴承与主轴支撑座固定连接，所述加工主轴一端与刀具固定连接，另一端与旋切电机固定连接，所述旋切电机与主轴支撑座固定连接，所述旋切电机经控制器控制。

5.根据权利要求4所述的一种弧面凸轮加工机床，其特征在于：所述刀具进给装置包括轴向进给电机、轴向进给工作台、轴向固定座、第一丝杠、第一螺母、径向进给电机、径向进给工作台、径向固定座、第二丝杠、第二螺母，所述轴向固定座下端与刀具支撑底座固定连接，上端面上设有平行的轴向滑轨，所述轴向滑轨间设有第一丝杠，所述第一丝杠经轴承、轴承座与轴向固定座连接，所述第一丝杠经固定在轴承座或轴向固定座上的轴向进给电机驱动，第一螺母与第一丝杠螺纹连接，所述轴向进给工作台下端与第一螺母固定连接，两侧分别与轴向固定座上设有的轴向滑轨滑动连接；所述径向固定座下端与轴向进给工作台固定连接，上端面上设有平行的径向滑轨，所述径向滑轨间设有第二丝杠，所述第二丝杠经轴承、轴承座与径向固定座连接，所述第二丝杠经固定在轴承座或径向固定座上的径向进给电机驱动，第二螺母与第二丝杠螺纹连接，所述径向进给工作台下端与第二螺母固定连接，两侧分别与径向固定座上设有的径向滑轨滑动连接，所述主轴支撑座固定在径向进给工作台上，所述轴向进给电机、径向进给电机分别与控制器连接。

6.根据权利要求2所述的一种弧面凸轮加工机床，其特征在于：所述弧面凸轮输入轴一端与齿轮箱第二输出轴通过电磁离合器连接，另一端与手动位置调整手轮连接，所述电磁离合器与控制器连接。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种弧面凸轮加工机床，其特征在于：所述机床底座与弧面凸轮箱之间设有弧面凸轮箱径向移动装置，所述弧面凸轮箱径向移动装置包括滑台平板、第三丝杠、第三螺母、滑台调整手轮、滑台底座，所述滑台底座下端与机床底座固定连接，上端面上设有平行的滑台滑轨，所述滑台滑轨间设有第三丝杠，所述第三丝杠经轴承、轴承座与滑台底座固定连接，所述第三丝杠经滑台调整手轮驱动，第三螺母与第三丝杠螺纹连接，所述滑台平板下端与第三螺母固定连接，两侧分别与滑台底座上设有的滑台滑轨滑动连接，所述弧面凸轮箱下端固定在滑台平板上。

8.根据权利要求7所述的一种弧面凸轮加工机床，其特征在于：所述弧面凸轮箱径向移动装置与弧面凸轮箱之间设有高度调节装置，所述高度调节装置包括调整螺杆、滑块、固定底座、支撑板，所述固定底座下端与滑台平板固定连接，上端面上设有平行的斜坡滑轨，所述固定底座一侧固定连接有支撑板，所述支撑板上开有U形槽，所述斜坡滑轨间设有调整螺杆，所述调整螺杆一端经轴肩约束在U形槽上并沿U形槽上下滑动，所述调整螺杆与滑块螺纹连接，所述滑块下端面两侧为斜面并与固定底座上设有的斜坡滑轨滑动连接，所述滑块上端面为水平面。

9.根据权利要求8所述的一种弧面凸轮加工机床，其特征在于：所述转盘轴承下方以转盘轴承中心线为中心圆周阵列设有若干个刀具高度调节装置，所述刀具高度调节装置包括调整套底座和调整套上座，所述调整套底座与弧面凸轮箱上端固定连接，所述调整套上座与转盘轴承下端固定连接，所述调整套底座与调整套上座螺纹连接。

10.根据权利要求2或6所述的一种弧面凸轮加工机床，其特征在于：所述齿轮箱上在齿轮箱第二输出轴一侧经编码器支撑架固定连接有编码器，所述编码器的主轴上套接有第一同步带带轮，齿轮箱第二输出轴上套接有第二同步带带轮，所述第一同步带带轮与第二同步带带轮经同步带连接。

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