复杂曲面型面柔性砂带磨削关键技术研究.pdf

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1、2013年7月机械设计与制造工程Ju1．2013第42卷第7期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．42No．7DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2013．07．001复杂曲面型面柔性砂带磨削关键技术研究王隆太，项余建(扬州大学机械学院，江苏扬州225009)摘要：根据曲面型面砂带磨削的特点和要求，在分析曲面型面砂带磨削所需控制运动基础上，建立了砂带磨削运动关系模型；讨论了曲面型面砂带磨床的可行性结构方案，完成了磨床机械结构的开发和设计；针对柔性砂带磨削精度难以控制问题，提出了通过控制磨削压力

2、实现对磨削深度的控制，开发了可控磨削力的砂带磨头；以UG／API为开发工具，在UG平台上开发了砂带磨削编程系统，包括对磨削力的编程控制；基于工控机+运动控制器平台开发了曲面型面砂带磨削专用数控系统。通过一个个关键技术研究，最终研制完成可控磨削力的六轴联动数控砂带磨床样机产品，经对汽轮机叶片曲面型面实际磨削试验验证，所研制的砂带磨床样机产品满足曲面型面零件光整加工要求。关键词：复杂曲面型面；砂带磨削；可控磨削力；磨削编程中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：2095—509X(2013)07—0001—04由于复杂曲面零件的特殊功能，在机械制造、通过柱形或鼓形砂

3、带接触轮驱动着砂带相对于叶船舶、冶金、轻工、航天、航空、国防以及尖端科学领片型面进行磨削包络成形，除了需有接触轮相对叶域得到日益广泛的应用，但复杂曲面型面的光整加片3个方向的直线运动和叶片绕自身轴线的回转工却是一项技术难度大、理论性强的加工工艺，多运动之外，还需有接触轮绕磨削点2个方向的摆年来一直是机械制造业瓶颈性的工艺难题。砂带动，为此可使砂带接触轮轴线矢量与曲面型面磨削磨削具有磨削效率高、磨削温度低、磨削抗力小的点处的最小曲率方向一致。满足这一曲面包络理特点，被普遍认为是一种优质、高效、低耗以及用途论要求，可最大限度地减小欠切或过切的磨削过程广泛的机械加工工艺方

4、法¨J。然而，用柔性砂带干涉J。因而曲面型面的砂带磨削加工，必须配进行复杂曲面型面磨削的光整加工，存在着磨削运置有3个直线运动和3个回转运动的六轴联动控动多、磨削精度难于控制的技术难题J。为此，本制。文针对复杂曲面型面柔性砂带磨削要求，开展了曲面型面砂带磨削运动分析以及磨削模型建立、磨床结构组成及其结构实现、磨削压力补偿控制以及数qA-接触轮一1■IIn1“目——B—r’控编程及后置处理等关键技术研究，最终完成可控磨削力六轴联动数控砂带磨床样机产品的开发。1曲面型面砂带磨削运动分析及磨削模型的建立图1曲面型面砂带磨削运行分析曲面型面的砂带磨削，首先要解决所需的磨削运

5、动以及各运动之间的关联，以此可根据被磨削对在串行机床切削加工中，刀具位置和姿态通常象的型面信息求取所要求的磨削刀具控制运动。是根据被加工型面参数经各自独立的控制运动按如图1所示，汽轮机叶片型面的砂带磨削加工，是照先后次序串行转换求得。如图2所示，工件型面收稿日期：2013—04—02基金项目：江苏省高技术研究计划项目(BG2007024)；江苏省科技支撑计划项目(SBE201000770)作者简介：王隆太(1949一)，男，江苏扬州人，扬州大学教授，硕士，主要研究方向为数控技术及现代制造装备技术。2013年第42卷机械设计与制造工程上某点位置矢量r0，经n个独立运动

6、(k，k，⋯，床床身基础结构件，可构成(6+1)!=5040种不同k)转换后，可求得加工刀具的运动控制矢量，．：的机床布局方案。当然，实际的机床结构由于受到，=ro·T=ro·T1·T2⋯(1)被加工对象、机床结构实现以及结构刚性等条件的式(1)既表达了工件与刀具间信息的关联，又包含约束，可行的机床结构方案将大为减少，如图1所示了各控制运动的转换关系，可作为曲面型面砂带磨汽轮机叶片的磨削加工，将受到如下条件的约束：削的运动关系模型。式(1)中运动关系矩阵与a．从工件到刀具之间各运动部件排列次序分机床的具体结构有关，不同的机床组成结构其各转析，控制叶片回转的／4轴应为

7、第一部件；换运动先后次序不一样，其运动关系矩阵也不b．从长叶片磨削特点考虑，机床的其余两回尽相同。转轴B，C最好设置在刀具端；c．沿叶片轴线进给的控制轴位于工件端，紧贴A轴布置；d．从机床刚度考虑，回转轴不宜夹于任意两直线轴之间；e．直线轴，l，，z之一必须与机床床身0相联。在上述条件约束下，可行的叶片磨削机床结构将大为减少，仅有如下12种机床结构布局方案：AXOYZBCAXOYZCBAXOZYBCAXOZYCB图2串行加工运动关系模型AXYOZBCAXYOZCBAXZOYBCAXZOYCB2曲面型面砂带磨床布局方案及结构实现AXYZOBC、AXYZOCB、AX