淺析螺旋銑末端執(zhí)行器研制

蔡清華，王靜，楊紅濤

摘 要：本文在分析復(fù)合材料螺旋銑制孔存在較多優(yōu)點的情況下，指出突破超薄偏心筒狀零件及其滾動部件研制技術(shù)是本裝置研制的重點，給出了一種螺旋銑末端執(zhí)行器研制方法，并對螺旋銑末端執(zhí)行器通訊接口與集成控制的方法進行了說明。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；螺旋銑；超薄偏心筒狀；集成控制

1 概述

針對復(fù)合材料傳統(tǒng)制孔工藝存在較多問題，包括制孔工藝流程長、使用刀具多、生產(chǎn)成本高、加工效率很低、勞動強度大、粉塵污染嚴(yán)重；制孔精度和質(zhì)量差，分層、撕裂和毛刺等加工缺陷嚴(yán)重；刀具磨損嚴(yán)重、刀具成本高；不同材料制孔工藝參數(shù)的匹配困難；鉆孔排屑不暢，熱影響嚴(yán)重，造成復(fù)材的劃傷和熱損傷等，而復(fù)合材料螺旋銑制孔存在較多優(yōu)點，包括加工復(fù)合材料時軸向力小，抑制分層缺陷的產(chǎn)生，出入口完整，不會出現(xiàn)撕裂；加工鈦合金時沒有燒傷，出入口無毛刺；對于直徑10mm以上的孔也可以一次加工達(dá)到質(zhì)量要求，無需鉆、擴、鉸多種步驟，實現(xiàn)單工序短流程高效制孔。

2 螺旋銑末端執(zhí)行器研制

末端執(zhí)行器是在每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)的高速回轉(zhuǎn)和自動調(diào)整精密偏心的復(fù)合運動條件下工作的移動設(shè)備，其功能和運動的復(fù)雜性等同一臺數(shù)控機床，末端執(zhí)行器由電主軸、回轉(zhuǎn)伺服電機、偏心齒輪、同步帶、導(dǎo)向軸及外殼組成，除伺服電機為標(biāo)準(zhǔn)件外，大部分零件需自行研制或定制。多層精密配合嵌套結(jié)構(gòu)零部件需實現(xiàn)相互獨立轉(zhuǎn)動或定位功能?，F(xiàn)有的滾動軸承部件的徑向尺寸過大，安裝和調(diào)整困難，而超薄滾動部件的關(guān)鍵零件要求薄壁不均勻、高硬度淬火、大直徑長筒同心回轉(zhuǎn)，嵌套結(jié)構(gòu)間要求間隙最小，因此突破超薄偏心筒狀零件及其滾動部件研制技術(shù)是本裝置研制的重點?；剞D(zhuǎn)單元是螺旋銑末端執(zhí)行器核心部分，其由通過伺服電機帶動一副齒輪組來調(diào)節(jié)偏心，采用高性能的耐磨件進行加工制造，具有高精度、高穩(wěn)定性、良好的可靠性、可長時間運行等特點?；剞D(zhuǎn)單元的工作方式：首先外部發(fā)指令，公轉(zhuǎn)機構(gòu)自動回到初始原點，伺服電機停止，撥叉氣缸收回，使小齒輪與內(nèi)偏心套上的大齒輪嚙合；通過偏心距及與基準(zhǔn)孔比較，伺服電機可自動轉(zhuǎn)動，調(diào)整到所需的偏心位置；調(diào)整到位后，伺服電機停轉(zhuǎn)，撥叉氣缸重新推出，使小齒輪與內(nèi)偏心套上的大齒輪脫開，再與公轉(zhuǎn)主動帶輪嚙合，回到待命銑孔的命令狀態(tài)。

3 螺旋銑末端執(zhí)行器通訊接口與集成控制

本系統(tǒng)利用C/S結(jié)構(gòu)，采用上位機控制螺旋銑末端執(zhí)行器動作。上位機作為總控系統(tǒng)功能包括集成了五軸數(shù)控機床進給軸、旋轉(zhuǎn)軸運動控制，水冷系統(tǒng)開關(guān)、吸屑系統(tǒng)開關(guān)等控制；利用控制板卡控制螺旋銑的公轉(zhuǎn)運動；規(guī)劃螺旋銑加工路徑，并將數(shù)控代碼輸出給數(shù)控機床；按照螺旋銑工藝流程以及加工路徑規(guī)劃協(xié)調(diào)各部件運動等。其功能模塊包括人機交互模塊、螺旋銑工藝數(shù)據(jù)庫、螺旋銑運動協(xié)調(diào)模塊、路徑規(guī)劃和數(shù)控代碼輸出模塊。人機交互模塊定制人性化人機交互界面，便于模型導(dǎo)入，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等；螺旋銑工藝數(shù)據(jù)庫采用SQLite數(shù)據(jù)庫，記錄螺旋銑狀態(tài)信息以及質(zhì)量信息，可追溯可查找；螺旋銑運動協(xié)調(diào)模塊可驅(qū)動和協(xié)調(diào)各功能系統(tǒng)的運行；路徑規(guī)劃模塊可根據(jù)計算機圖形學(xué)相關(guān)理論和算法，自動規(guī)劃螺旋銑加工路徑，并自動把數(shù)控代碼輸出給五軸數(shù)控機床。

4 結(jié)束語

本文在分析復(fù)合材料螺旋銑制孔存在較多優(yōu)點的情況下，指出突破超薄偏心筒狀零件及其滾動部件研制技術(shù)是本裝置研制的重點，給出了一種螺旋銑末端執(zhí)行器研制方法，并對螺旋銑末端執(zhí)行器通訊接口與集成控制的方法進行了說明。