數控機床旋轉軸組合角度計算的創新研究

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，延伸機械零件的長度、深度和角度。萬能銑頭有兩個可調旋轉軸,即在機床原X、Y、Z三軸基礎上,增加C軸(繞Z軸旋轉)和A軸(繞X軸旋轉),通過數控或人工可對兩旋轉軸的角度進行組合調整,理論上可實現對任意角度的面或孔等的加工1復合銑頭的角整倍數調整按C軸和A軸角度調整的自動化程度分類,分為數控自動調角、手動搬角度兩類;按角度調整的定位方式分類,又可分為力矩電機驅動任意角調整、蝸輪蝸桿傳動任意角調整、端面齒定位最小角整倍數調整三種。按萬能銑頭外形結構分類,分為45°萬能銑頭、(偏置式)90°萬能銑頭、音叉式萬能銑頭三類,三種銑頭的優缺點對比見表1。其中,45°萬能銑頭空間結構緊湊,且傳遞扭矩較大,因此廣泛應用于臥式鏜銑床,尤其適合有限空間內的加工作業;90°萬能銑頭外形結構較大,但角度調整更加直觀和靈活,因此主要應用于數控龍門銑床的開放空間作業,可方便實現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構緊湊和角度調整方便的優點,常見于數控龍門銑床,尤其是4軸或5軸聯動龍門銑床,但缺點在于可傳遞扭矩較小。2傳統worm產品的角積分布方法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”;另一類指與坐標平面XY、XZ、YZ均呈角度的斜面,如圖1所示B斜面,簡稱“復合斜面”。在加工以上斜面時,為提高加工效率和加工質量,通常將萬能銑頭的A軸和C軸旋轉特定角度,從而使銑刀端面平行于被加工斜面。2.2旋轉軸的調整對于90°萬能銑頭和音叉式萬能銑頭,在加工“單斜面”時,僅需將銑頭的A軸或C軸旋轉相應α或β角即可,簡單直觀,方便調節。對于45°萬能銑頭,在加工“單斜面”時,一般情況下,需根據機床說明書附表,查詢相應加工角度對應的兩旋轉軸的扭轉度數,然后進行調整。另外,也可根據文獻2.3復合銑頭旋轉角度對于“復合斜面”,文獻對于大型工件上“復合斜面”的加工,理論上通過調整萬能銑頭A軸和C軸的旋轉角度,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,A軸和C軸旋轉角度的計算是工藝難點。3用軟件設計程序要求,將“復合斜面”設置在三維軟件中以(偏置式)90°萬能銑頭為例,A軸和C軸組合角度的計算步驟如下:(1)忽略內部傳動機構,將90°萬能銑頭的結構簡化為滑枕連接部、C旋轉軸部和A旋轉軸部三部分,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,先導入“滑枕連接部”,并固定其位置;然后導入“C旋轉軸部”,并約束“C旋轉軸部”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“C旋轉軸部”可繞“滑枕連接部”中軸線任意旋轉;最后,導入“A旋轉軸部”,并約束“A旋轉軸部”右端的圓柱與“C旋轉軸部”左端的圓形槽同心,再約束兩連接面共面,此時“A旋轉軸部”可繞“C旋轉軸部”中軸線任意旋轉,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系,此時,銑頭的“A旋轉軸部”和“C旋轉軸部”自動旋轉適應,滿足上述約束關系,如圖4所示。(4)利用軟件“測量”功能,對“A旋轉軸部”和“C旋轉軸部”的旋轉角度進行測量,從而得出兩部分的旋轉角度。當需要計算其它零件上“復合斜面”所對應的銑頭旋轉角度時,僅需將新零件模型導入銑頭裝配文件,重新約束和測量即可,方便高效,準確直觀。另外,所呈現的銑頭模型外觀,僅為視覺上接近真實銑頭,實際計算時,可以進一步將銑頭各部分結構簡化為長方體。4復合截面的計算阿賽爾無縫管軋機是重要的單機架無縫管軋制設備,其上、下兩部分機架上設計有8處“復合斜面”,用于安裝供桶形轉鼓轉動的銅滑板。8處“復合斜面”面積大,加工精度要求高,且該面上包含鍵槽、孔等加工要素,因此需嚴格保證萬能銑頭組合角度的計算精度。圖4即為該下機架三維模型與銑頭模型裝配后的狀態,通過施加模型約束,最終計算出兩組“A旋轉軸部”和“C旋轉軸部”的旋轉角度。利用該方法順利完成了ue07e273mm～ue07e340mm系列阿賽爾軋機機架的加工。該創新方法為大型工件上“復合斜面”的加工提供了便捷的“工具”,并可應用在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控機床各種類型萬能銑頭組合角度的計算效率,降低了計算難度。(2)通過電腦模擬,可直觀顯示工件擺放、銑頭各部分旋轉方向等信息,節省了機床操作人員的識圖和銑頭調整時間。(3)通過建立車間不同類型萬能銑頭的三維模型,可形成設備數字資料庫,方便不同類型機