《四自由度卧式外铣头装置设计及加工方法的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四自由度卧式外铣头装置设计及加工方法的研究（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1四自由度卧式外铣头装置设计及加工方法的研究四自由度卧式外铣头装置设计及加工方法的研究顾丽亚顾丽亚1摘摘 要要： 本文提出了四自由度刀具变安装角无瞬心包络铣削螺旋曲面的新加工法方法。描述了一种复杂螺旋曲面加工专用数控主轴装置，采用通用变频器实现分段变频调速，分析复杂螺旋曲面的加工特点和加工中存在的问题，从而设计出了一种卧式专用数控机床的主轴装置，系统结构简单，运行平稳可靠，快速灵活，提高了动静态性能。用于粗加工，效率高，此装置的使用将降低螺旋曲面的加工成本。关键词关键词： 无瞬心包络；四自由度；螺旋曲面；变安装角0 0 引引 言言随着现代制造技术的不断发展，螺旋面工件的加工技术层出不穷，在机械
2、制造领域正处于不断发展阶段，各种通用机械，比如螺杆、气体压缩机、螺杆钻具等在石油钻泵、化工、轻工、军工、造船、橡塑机械等行业应用日益广泛,各种螺旋曲面的零件精度和形状亦越来越复杂,随着螺旋曲面应用范围的扩大，其机械性能、使用寿命的提高，对其加工质量和精度的要求也越来越高。本文所述螺旋曲面加工工艺方法，是基于盘铣刀加工螺旋曲面，采用四自由度刀具变安装角无瞬心包络铣削螺旋曲面, 它不同于传统的工艺方法，不仅提高了其加工质量，而且大大提高了螺杆的加工效率。无论在理论研究还是在实际应用都取得了显著的成效。1 1 螺旋曲面的加工方法分析螺旋曲面的加工方法分析1.1 螺旋曲面的典型加工工艺（1）粗铣（2）
3、调质或局部硬化处理（3）精磨。目前国内多数采用的螺杆加工工艺路线是：（1）粗铣（2）抛光。螺杆加工典型工艺路线既保证了加工精度，又大大提高了加工效率，所以非常必要研究四自由度包络加工法。1.2 铣削复杂螺旋面的方法1 作者简介：作者简介：顾丽亚（1981-） ，女，江苏常州人，工学学士，助理实验师,研究方向: 数控技术实训。2（1）成形法铣削螺旋曲面（2）螺旋线铣削法加工螺旋曲面（3）截面包络法铣削复杂异形螺旋曲面（4）磨削螺旋曲面2 2 刀触点运动轨迹刀触点运动轨迹 用盘形铣刀加工螺旋曲面原理如图 1 所示：采用无瞬心包络法加工螺旋曲面时，刀具一般呈点接触状态，依据工件上的螺旋曲面是盘形铣刀
4、切削刃回转面绕工件轴心线作螺旋运动所形成的包络，因而这两个表面在相对运动的任一瞬间是沿一条空间曲线相切。这条空间曲线既在工件螺旋面上，又在刀具回转面上，称为接触线。当接触线沿工件轴心线作螺旋运动时，便形成了刀具的回转面。工件螺旋曲面和刀具回转面在接触线处相切，则在每个切点都有公共的法线。刀具与工件作空间点接触的连续啮合运动，在导程一定的情况下，所在螺旋线上的螺旋角是变化的，若要进行螺旋线切线方向包络，则刀具安装角是变化的，此即刀具变安装角铣削螺旋曲面的原由。3 3 刀具变安装角加工原理刀具变安装角加工原理通过四自由度无瞬心包络法的加工方法的分析，采用包络法在四坐标数控机床上加工左螺旋曲面，其方
5、案的机构如图 2 所示：其原理为：视工件静止不动；刀具的旋转即主轴的绕 X 轴的旋转是通过伺服电机来实现，其旋转角度在45 范围内，即沿 Z 轴的旋转，刀具一边绕工件转一边进行切削运动，即 X 轴的旋转、A 自由度、再沿 X 轴的移动是通过 X,A 轴插补运动，包络加工出工件的一个截面廓形，其次工件的进给 Z的联动是通过 Z、C 轴的插补运动沿工件螺旋线方向移动一个进给量至下一个加工截面，由此来实现 X、A、Z、C 四自图 1 刀具绕工件截面无瞬心包络图 2 刀具变安装角加工原理图3由度的运动。重复上述插补运动，包络加工出工件的螺旋表面。此机构由主电机、伺服电机、支架、主轴、轴承和一系列传动齿
6、轮（圆锥、圆柱）等组成的。4 4 刀具变安装角铣头装置刀具变安装角铣头装置图 3 为刀具变安装角铣头装置示意图。在设计计算时，通过选用电机，齿轮强度校核，齿轮受力分析及其轴承寿命计算，轴的强度计算等设计出主轴传动装置，其原理为：切削运动驱动主电机通过轴承、联轴器、轴、齿轮等传动路线到达主轴，驱动安装铣刀盘的主轴转动，带动刀具进行主切削运动，伺服电机通过同步带绕回转轴线转动，使其切削螺杆安装角不断变化。其中，盘铣刀自身在主轴驱动下进行回转运动，加工范围得到改善，灵活性大大加强。5 5 结束语结束语螺旋曲面的加工方法很多，三自由度专用数控铣床不能实现变安装角加工螺旋曲面的问题，其加工工艺范围具有一
7、定的局限性，会带来一定的干涉问题。而四自由度数控螺杆铣床利用无瞬心包络铣削加工方法，针对刀具定安装角铣削螺旋曲面存在的问题和不足，采用变安装角铣削螺旋曲面，减小刀具与工件发生干涉的几率，从空间编程解决了螺杆加工理论上计算精确性问题，保证了刀具切削主运动方向与切削工件点所在螺旋线切线方向一致，扩大了加工螺旋曲面的工艺范围，提高了螺旋曲面的加工的表面质量。在装置设计方面，通过对外铣头的运动分析，进行一系列的尺寸的计算，设计出四自由度卧式外铣头装置，将能提高旋曲面的加工的效率，从而，可以提高经济价值，使企业在少投入的情况下收到的价值是可观的。参考文献：参考文献：图 3 刀具变安装角铣头装置示意图伺服
8、电机41崔正昀.机械设计基础M.天津大学出版社, 2000.82孙新.螺旋曲面加工截面包络理论及数控编程算法D. 沈阳工业大学硕士论文,19993尤德昆. 我国螺杆加工技术现状及水平M.石油机械出版社,1993 4王可,赵文珍,唐宗军等.异形螺杆加工所用无瞬心包络法原理与实践J.制 造与机床，1992Design of milling head device out side of Four-axis horintazol and research on its manufacturing Gu Li-ya Abstract： The paper based on four-axial non
9、-instaneous envelope milling screw presents the new method that is multiple-axil and changed installation of tool non- intaneous envelope milling helical surface.In this article,This paper introduces a kind of special NC devices.For manufacturing complicated helical surface, general inverter are ado
10、pted to change the traditional electric control system of milling.Subsection frequency speeds are adjusted.The characteristics and existing problems in work out of complicated helical surface manufacturing ,the design produre of spindle carrier of horizontal machining centre, The structure is predig
11、ested and the operation is stabilized,The static and dynamic performances are improved.It is used for rough turning milling and effective.Therefore use of the spindle carrier and the cost of manufacturing helical surface. Key words： non-intaneous envelope； four-axis helical；surface changed； installation angle
