圆柱凸轮轮廓的三坐标测量法研究及应用

　　设计出凸轮的轮廓曲线,可以得到各种预期的运动规律,且结构紧凑,正是凸轮机构这一优点,在各种机械控制装置中得到广泛应用。在烟草行业的高速卷包机上,均看到各种不同类型的凸轮机构,其中最难测绘和制造的是圆柱凸轮,如GDX1包装机上的零件0X9674、0X9196、0X7400、0X7531及2XKDA4(GD公司件号)等,都是核心零件,每个进口价值数以万元计。卷烟的高速包装功能主要通过圆柱凸轮的分度机构在高速运动中实现,因此,高速卷烟技术的发展与凸轮设计水平和加工技术密切联系,圆柱凸轮作为关键零件在高速卷包机分度机构中所起的作用,是其他机械机构难于替代的。由于凸轮的轮廓与推杆(滚子)之间为点接触或线接触,故易于磨损和报废,对制造该类零件,提出的技术要求也多,如测绘精度、加工精度、材料性能等。所以,作为高副机构的圆柱凸轮,其复杂的曲线面测绘和制造成为技术难点,本文以圆柱凸轮2XKDA4为例,重点介绍其轮廓轨迹面的三坐标测量法。

　　1　圆柱凸轮的实际轮廓面

　　如图1所示,圆柱凸轮2XKDA4以ω角速度转动,两个滚子在曲面A、B上带动推杆在V方向上作往复的推程运动,两个滚子间的中心距和运动方向固定,推杆的运动规律与曲线面的特性密切联系,其存在的规律在设计中已确定。在机械原理中,称滚子中心的运动轨迹为理论轮廓线,与滚子直接接触的轮廓线为实际轮廓线,在机械设计和技术要求中,最关注的是理论轮廓线,在机械制造和计量检验中,直接涉及的是实际轮廓面。理论上,实际轮廓面上的任何一点至理论轮廓面的法线距离均等于该滚子的半径,因此,圆柱凸轮的理论轮廓和实际轮廓互为等距曲线面。A、B、C、D为曲线面,A、B是工作面,C、D为非工作面,完成A、B的测试和建模设计后,C、D可以在CAD/CAM中按求等距曲线面或通过类似的方法完成。

　　2　用等分度测量法测量实际轮廓曲线面

　　红塔集团使用测量机为:意大利SCIROCCO RE2CORD,测量软件为PC2DMIS3.7和TUTOR,精度为:1.9+3L/1000μm,两套测量系统均在W indowsXP下运行,使用TUTOR中的DEAPPL语言编程可实现测量自动化。

　　图2所示为图1剖面图,测量坐标系建立在测量零件面内,原点建立在凸轮轴的中心,坐标轴线的建立由定位孔确定,等分度测量实际轮廓面,角度变化量θ可以为1°或0.5°,测量范围由所测曲线面范围确定,如360°,对某些圆柱凸轮可以大于360°。

　　测量曲线面A时,确定扫描轨迹在XOY平面上的投影极半径R1值,在程序中设定测量趋近距离d,未设定时一般为6mm(不同的测量系统可能不同),d值的确定要根据滚子直径D的大小和曲线的属性,它取值的不合理易导致测量的碰针而中断程序运行。确定测量定位点P1坐标位置:P1M1的距离s要确保整个测量过程不碰针,即PjMj=s,例如s=20~30mm,起测点M1在实测点A1的上方;M1A1的取值距离e也要确保测量不碰针,即M1A1=e,例如e=4~6mm,而测量曲线面B时,M1B1和M1A1取值也可以不同, s和e取值的合理性会使测量安全和效率提高。