淺析螺旋銑末端執行器研制

蔡清華，王靜，楊紅濤

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

關鍵詞：復合材料；螺旋銑；超薄偏心筒狀；集成控制

1 概述

針對復合材料傳統制孔工藝存在較多問題，包括制孔工藝流程長、使用刀具多、生產成本高、加工效率很低、勞動強度大、粉塵污染嚴重；制孔精度和質量差，分層、撕裂和毛刺等加工缺陷嚴重；刀具磨損嚴重、刀具成本高；不同材料制孔工藝參數的匹配困難；鉆孔排屑不暢，熱影響嚴重，造成復材的劃傷和熱損傷等，而復合材料螺旋銑制孔存在較多優點，包括加工復合材料時軸向力小，抑制分層缺陷的產生，出入口完整，不會出現撕裂；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到質量要求，無需鉆、擴、鉸多種步驟，實現單工序短流程高效制孔。

2 螺旋銑末端執行器研制

末端執行器是在每分鐘數萬轉的高速回轉和自動調整精密偏心的復合運動條件下工作的移動設備，其功能和運動的復雜性等同一臺數控機床，末端執行器由電主軸、回轉伺服電機、偏心齒輪、同步帶、導向軸及外殼組成，除伺服電機為標準件外，大部分零件需自行研制或定制。多層精密配合嵌套結構零部件需實現相互獨立轉動或定位功能。現有的滾動軸承部件的徑向尺寸過大，安裝和調整困難，而超薄滾動部件的關鍵零件要求薄壁不均勻、高硬度淬火、大直徑長筒同心回轉，嵌套結構間要求間隙最小，因此突破超薄偏心筒狀零件及其滾動部件研制技術是本裝置研制的重點。回轉單元是螺旋銑末端執行器核心部分，其由通過伺服電機帶動一副齒輪組來調節偏心，采用高性能的耐磨件進行加工制造，具有高精度、高穩定性、良好的可靠性、可長時間運行等特點。回轉單元的工作方式：首先外部發指令，公轉機構自動回到初始原點，伺服電機停止，撥叉氣缸收回，使小齒輪與內偏心套上的大齒輪嚙合；通過偏心距及與基準孔比較，伺服電機可自動轉動，調整到所需的偏心位置；調整到位后，伺服電機停轉，撥叉氣缸重新推出，使小齒輪與內偏心套上的大齒輪脫開，再與公轉主動帶輪嚙合，回到待命銑孔的命令狀態。

3 螺旋銑末端執行器通訊接口與集成控制

本系統利用C/S結構，采用上位機控制螺旋銑末端執行器動作。上位機作為總控系統功能包括集成了五軸數控機床進給軸、旋轉軸運動控制，水冷系統開關、吸屑系統開關等控制；利用控制板卡控制螺旋銑的公轉運動；規劃螺旋銑加工路徑，并將數控代碼輸出給數控機床；按照螺旋銑工藝流程以及加工路徑規劃協調各部件運動等。其功能模塊包括人機交互模塊、螺旋銑工藝數據庫、螺旋銑運動協調模塊、路徑規劃和數控代碼輸出模塊。人機交互模塊定制人性化人機交互界面，便于模型導入，設備狀態監測等；螺旋銑工藝數據庫采用SQLite數據庫，記錄螺旋銑狀態信息以及質量信息，可追溯可查找；螺旋銑運動協調模塊可驅動和協調各功能系統的運行；路徑規劃模塊可根據計算機圖形學相關理論和算法，自動規劃螺旋銑加工路徑，并自動把數控代碼輸出給五軸數控機床。

4 結束語

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