數(shù)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸組合角度計(jì)算的創(chuàng)新研究

數(shù)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸組合角度計(jì)算的創(chuàng)新研究

為了提高大型女式車床和龍門床的加工精度，可在加工滑枕的前端安裝直角鉆、延長鉆、專用鉆等附件，延伸機(jī)械零件的長度、深度和角度。萬能銑頭有兩個可調(diào)旋轉(zhuǎn)軸,即在機(jī)床原X、Y、Z三軸基礎(chǔ)上,增加C軸(繞Z軸旋轉(zhuǎn))和A軸(繞X軸旋轉(zhuǎn)),通過數(shù)控或人工可對兩旋轉(zhuǎn)軸的角度進(jìn)行組合調(diào)整,理論上可實(shí)現(xiàn)對任意角度的面或孔等的加工1復(fù)合銑頭的角整倍數(shù)調(diào)整按C軸和A軸角度調(diào)整的自動化程度分類,分為數(shù)控自動調(diào)角、手動搬角度兩類;按角度調(diào)整的定位方式分類,又可分為力矩電機(jī)驅(qū)動任意角調(diào)整、蝸輪蝸桿傳動任意角調(diào)整、端面齒定位最小角整倍數(shù)調(diào)整三種。按萬能銑頭外形結(jié)構(gòu)分類,分為45°萬能銑頭、(偏置式)90°萬能銑頭、音叉式萬能銑頭三類,三種銑頭的優(yōu)缺點(diǎn)對比見表1。其中,45°萬能銑頭空間結(jié)構(gòu)緊湊,且傳遞扭矩較大,因此廣泛應(yīng)用于臥式鏜銑床,尤其適合有限空間內(nèi)的加工作業(yè);90°萬能銑頭外形結(jié)構(gòu)較大,但角度調(diào)整更加直觀和靈活,因此主要應(yīng)用于數(shù)控龍門銑床的開放空間作業(yè),可方便實(shí)現(xiàn)一次安裝中對工件周邊5個面的加工;音叉式萬能銑頭具有結(jié)構(gòu)緊湊和角度調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn),常見于數(shù)控龍門銑床,尤其是4軸或5軸聯(lián)動龍門銑床,但缺點(diǎn)在于可傳遞扭矩較小。2傳統(tǒng)worm產(chǎn)品的角積分布方法2.1兩個面呈角度的斜面工件上的斜面分為兩類,其中一類是指與坐標(biāo)平面XY、XZ、YZ的其中一個面垂直,并與另外兩個面呈角度的斜面,如圖1所示A斜面,簡稱“單斜面”;另一類指與坐標(biāo)平面XY、XZ、YZ均呈角度的斜面,如圖1所示B斜面,簡稱“復(fù)合斜面”。在加工以上斜面時(shí),為提高加工效率和加工質(zhì)量,通常將萬能銑頭的A軸和C軸旋轉(zhuǎn)特定角度,從而使銑刀端面平行于被加工斜面。2.2旋轉(zhuǎn)軸的調(diào)整對于90°萬能銑頭和音叉式萬能銑頭,在加工“單斜面”時(shí),僅需將銑頭的A軸或C軸旋轉(zhuǎn)相應(yīng)α或β角即可,簡單直觀,方便調(diào)節(jié)。對于45°萬能銑頭,在加工“單斜面”時(shí),一般情況下,需根據(jù)機(jī)床說明書附表,查詢相應(yīng)加工角度對應(yīng)的兩旋轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)度數(shù),然后進(jìn)行調(diào)整。另外,也可根據(jù)文獻(xiàn)2.3復(fù)合銑頭旋轉(zhuǎn)角度對于“復(fù)合斜面”,文獻(xiàn)對于大型工件上“復(fù)合斜面”的加工,理論上通過調(diào)整萬能銑頭A軸和C軸的旋轉(zhuǎn)角度,可以使刀具的前端面與任意被加工斜面平行,從而提高刀具切削效率和被加工面的光潔度。此時(shí),A軸和C軸旋轉(zhuǎn)角度的計(jì)算是工藝難點(diǎn)。3用軟件設(shè)計(jì)程序要求,將“復(fù)合斜面”設(shè)置在三維軟件中以(偏置式)90°萬能銑頭為例,A軸和C軸組合角度的計(jì)算步驟如下:(1)忽略內(nèi)部傳動機(jī)構(gòu),將90°萬能銑頭的結(jié)構(gòu)簡化為滑枕連接部、C旋轉(zhuǎn)軸部和A旋轉(zhuǎn)軸部三部分,然后在三維建模軟件中,分別建立銑頭各部分的三維模型,連接部分以圓柱和圓形槽進(jìn)行簡化,如圖2所示。(2)在三維軟件中,新建90°萬能銑頭的裝配文件,先導(dǎo)入“滑枕連接部”,并固定其位置;然后導(dǎo)入“C旋轉(zhuǎn)軸部”,并約束“C旋轉(zhuǎn)軸部”上端的圓柱與“滑枕連接部”下端的圓形槽同心,再約束兩連接面共面,此時(shí)“C旋轉(zhuǎn)軸部”可繞“滑枕連接部”中軸線任意旋轉(zhuǎn);最后,導(dǎo)入“A旋轉(zhuǎn)軸部”,并約束“A旋轉(zhuǎn)軸部”右端的圓柱與“C旋轉(zhuǎn)軸部”左端的圓形槽同心,再約束兩連接面共面,此時(shí)“A旋轉(zhuǎn)軸部”可繞“C旋轉(zhuǎn)軸部”中軸線任意旋轉(zhuǎn),如圖3所示。(3)在三維軟件中,建立被加工零件的三維模型,然后導(dǎo)入銑頭裝配文件中,添加被加工面與刀具前端面的平行或共面約束關(guān)系,此時(shí),銑頭的“A旋轉(zhuǎn)軸部”和“C旋轉(zhuǎn)軸部”自動旋轉(zhuǎn)適應(yīng),滿足上述約束關(guān)系,如圖4所示。(4)利用軟件“測量”功能,對“A旋轉(zhuǎn)軸部”和“C旋轉(zhuǎn)軸部”的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測量,從而得出兩部分的旋轉(zhuǎn)角度。當(dāng)需要計(jì)算其它零件上“復(fù)合斜面”所對應(yīng)的銑頭旋轉(zhuǎn)角度時(shí),僅需將新零件模型導(dǎo)入銑頭裝配文件,重新約束和測量即可,方便高效,準(zhǔn)確直觀。另外,所呈現(xiàn)的銑頭模型外觀,僅為視覺上接近真實(shí)銑頭,實(shí)際計(jì)算時(shí),可以進(jìn)一步將銑頭各部分結(jié)構(gòu)簡化為長方體。4復(fù)合截面的計(jì)算阿賽爾無縫管軋機(jī)是重要的單機(jī)架無縫管軋制設(shè)備,其上、下兩部分機(jī)架上設(shè)計(jì)有8處“復(fù)合斜面”,用于安裝供桶形轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動的銅滑板。8處“復(fù)合斜面”面積大,加工精度要求高,且該面上包含鍵槽、孔等加工要素,因此需嚴(yán)格保證萬能銑頭組合角度的計(jì)算精度。圖4即為該下機(jī)架三維模型與銑頭模型裝配后的狀態(tài),通過施加模型約束,最終計(jì)算出兩組“A旋轉(zhuǎn)軸部”和“C旋轉(zhuǎn)軸部”的旋轉(zhuǎn)角度。利用該方法順利完成了ue07e273mm～ue07e340mm系列阿賽爾軋機(jī)機(jī)架的加工。該創(chuàng)新方法為大型工件上“復(fù)合斜面”的加工提供了便捷的“工具”,并可應(yīng)用在45°萬能銑頭“單斜面”的加工中,其顯著效益如下:(1)該方法極大提高了數(shù)控機(jī)床各種類型萬能銑頭組合角度的計(jì)算效率,降低了計(jì)算難度。(2)通過電腦模擬,可直觀顯示工件擺放、銑頭各部分旋轉(zhuǎn)方向等信息,節(jié)省了機(jī)床操作人員的識圖和銑頭調(diào)整時(shí)間。(3)通過建立車間不同類型萬能銑頭的三維模型,可形成設(shè)備數(shù)字資料庫,方便不同類型機(jī)