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4轴联动数控展成电解磨削机床
来源:  作者:本站

4轴联动数控展成电解磨床的研制

整体叶轮是火箭发动机、飞机发动机以及航空机载设备的重要零件之一。整体叶轮工作在高温、高压、高转速条件下,选用材料多为不锈钢、高温耐热合金和钛合金等难切削材料,再加上其为整体结构,带有复杂型面的叶片,使得它的制造非常困难,成为航空制造技术中的关键。
目前,整体叶轮的制造方法有精密铸造、数控铣和特种加工。不管采用哪一种方法,加工余量都比较大,一般要靠手工抛光去除余量来达到叶型的形位、尺寸精度。手工抛光主要存在以下一些问题:叶型精度难以保证,废品率高:要求工人技艺水平高:劳动生产率低,成本高:工人劳动条件恶劣,噪声大,粉尘污染严重,而且易出现工伤事故。采用多轴联动数控展成电解磨削可以很好地解决整体叶轮的精加工问题。
1 4轴联动数控展成电解磨削机床
展成运动分析为了实现整体叶轮复杂型面的电解磨削加工,导电磨轮相对于工件的展成运动必须是多轴联动。展成运动可分解为X、Y和Z向三个直线运动分量以及绕Z轴和Y轴的两个转动分量,其中前4个运动分量需要X 轴联动,最后一个为匀速转动(图1)。


展成运动的实现
根据加工整体叶轮的要求,已设计、制造出多轴联动数控电解磨床(获国家实用新型专利,专利号:96231072.7)。该机床运动机构的功能如下(图2):
导电磨轮相对于工件的Z轴方向直线运动分量,由机床导电磨轮弹性支承带动导电磨轮沿Z轴的直线运动来实现(0.0005mm/脉冲):
导电磨轮相对于工件的X 轴方向直线运动分量,由机床工作台带动工件沿X 轴的直线运动来实现(0.001mm/脉冲):
导电磨轮相对于工件的Y轴方向直线运动分量,由机床工作台带动工件沿Y轴的直线运动来实现(0.001mm/脉冲):
导电磨轮相对于工件的转动分量,由机床工作台转盘绕其心轴Cw的转动来实现,工件的分度运动也由机床工作台转盘绕其心轴Cw的转动来完成(0.001°/脉冲):
导电磨轮的磨削运动为绕Y轴的匀速转动。
组合式多轴联动数控系统
在满足公差要求的前提下,叶片上由型值点坐标给出的型面有相当一部分可以用直纹面来近似。所以这类零件的加工可以采用直线刃边的展成加工来实现。在磨削加工过程中,导电磨轮沿各联动轴分别作均匀进给运动(包括直线运动和转动),数控系统为各轴的驱动电动机均匀分配输入脉冲。数控展成电解磨削加工的导电磨轮相对于工件的展成运动,就是由数控系统控制步进电动机带动机床的运动机构来实现的。


该数控系统由经济型二轴数控单元组合而成,称组合式多轴联动数控系统(图3)。该设计思想的核心是以单个数控单元相对独立地控制单个联动轴,由多个单轴的简单运动组合成复杂的多轴联动。而机床的多轴联动主要通过独特的数控编程方案来实现:首先通过计算将导电磨轮轴线的运动轨迹以运动分量的形式分配给各联动轴。然后为控制每根轴的数控单元确定一个共同的基准轴,在此基础上对各个数控单元分别编程,以保证每个数控单元具有相同的运行周期,每个联动轴具有相同的运动时间。由于各数控单元之间是相对独立的,它们在加工过程中同时工作,实现了对机床各轴的并行控制,这与集中式微处理器数控系统依靠分时进行多轴控制的工作方式不同,是真正的多轴联动。这样,只要在加工开始的时候,使所有数控单元同时起动,即可按预定的运动轨迹实现展成加工。为了达到各数控单元同时起动的目的,为整个数控系统制作了一个总的起动按钮,在加工开始时刻按下该按钮,统一的起动信号将同时传送给组成系统的各数控单元,从而保证各数控单元同时起动。
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