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五轴双铣刀数控机床系统及加工精度的研究

张良  
【摘要】:随着塑料机械行业的快速发展,市场对塑料机械的加工精度、数控控制方法的要求越来越高,而螺杆机械在该行业内所占比重日益剧增。螺杆作为塑料机械的核心构件,其长径比、压缩比、表面精度及其螺旋面的形状影响塑料塑化的品质。因此设计出一套高效率、高精度加工螺杆的设备成为当前的重要研发方向之一。结合刀具螺旋面与螺杆螺旋面的啮合原理,构建包络面数学模型,并通过数控系统来实现基于包络面的加工方法来加工螺杆,是当前的主要研究方向之一。五轴双铣刀数控机床为加工螺杆带来极大的便利,不仅提高其加工效率,而且相对于三轴单铣刀数控机床来说,它采用了两个刀架来替代单个刀架,从而增大了工件的支撑力以及工件轴向长度上限值,进而提高螺杆材料长径比,加工出来大长径比的螺杆可以让热稳性佳的塑料塑化更加均匀。在研发五轴双铣刀数控机床中,它的关键技术难点在于包络法螺旋面数学模型的设计、加工精度的提高、刀架刀具的装配以及友好人机界面的设定。基于包络方程式,利用编程软件来搭建五轴相对运动的数据中心,从而设计出五轴双铣刀机床运动程序,并采取图形编程语言LabVIEW进行编制,进行五轴双铣刀数控系统软件平台与硬件的对接,是研发创新点之一。其中,通过空间啮合理论来设计螺旋面的形成是研发过程中的重点。分析刀具旋转面与工件螺旋面啮合的关系,构建空间啮合方程,求出啮合界限点条件式,缩减螺杆加工时产生的误差,提高螺杆表面加工精度。在刀具装配不当产生的过渡表面中,刀具轴线与工件轴线的夹角以及其二者中心距的设计是消除过渡表面产生的重要参数,故对于刀架刀具与铣床的定位组装是研发创新点之二。在铣床加工螺杆过程中,友好的人机界面是提高工作效率与降低劳动强度的主要因素之一,而分析影响人机界面设计的主要因素有界面的美观和操作逻辑。


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