2026/3/5 16:24:00
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中国的抛光技术在21世纪日渐成熟#xff0c;伴随着科学的逐步发展#xff0c;用于军事领域、航空航天领域、计算机等高科技产品领域的特殊材料需求表面质量越来越高#xff0c;对人们日常生活的影响也越来越大。目前来看国内抛光技术正在逐步发展壮大#xff0c;在装…摘 要中国的抛光技术在21世纪日渐成熟伴随着科学的逐步发展用于军事领域、航空航天领域、计算机等高科技产品领域的特殊材料需求表面质量越来越高对人们日常生活的影响也越来越大。目前来看国内抛光技术正在逐步发展壮大在装备制造业方面抛光技术略有欠缺在抛光技术起步初期国内主要采用人工打磨这种抛光方法速度慢、工期长、效率低、生产精度差异大无法保证产品的抛光质量。在市场需求下国内的各大企业开始不断的深入研究抛光原理、升级抛光技术、提高抛光质量来满足市场的需求。现在看世界上应用最广泛的研磨抛光技术应该是机械抛光机械抛光速度快、效率高、抛光质量稳定、精度高。本文研发设计的五轴抛光机具有抛光数控操纵系统和夹持装置使抛光工件在数控系统的控制下抛光质量更加稳定和精确同时也能确保操作过程中操作人员的安全可完全替代手工抛光作业。本文设计的五轴抛光机采用了五轴联动的设计由三个直线进给轴和两个回转轴组成针对抛光工件不同的外型、细节和工件加工对工艺的特殊要求来确定机床的三个进给轴和两个回转轴的运动轨迹并对干涉轨迹进行规划合理的选择最佳抛光轨迹编写数控抛光程序进行抛光。最终通过机床实验验证整机性能完成设计方案。关键词抛光机结构设计五轴联动轴1 五轴抛光机整体设计方案1.1 整机结构及功能概述本文设计的五轴抛光机如图2.1所示工作时主要传动为电机启动带动三个直线轴和两个旋转轴进行运动三个直线轴分别控制三个不同方向分别为X、Y、Z,实现工件的精准定位两个旋转轴分别控制抛光工件和砂轮的旋转实现精密抛光以此来实现工作要求。图2.1五轴抛光机简图抛光机机床在安装的时候要确保各部分结构安装精度准确才能更好的达到预期加工要求。机床的X轴与底座通过螺栓固定连接并且通过定位销精准定位在整体装配的过程中要进行精确测量控制误差[20,21]。电机通过联轴器连接滚珠丝杠电机运行驱动滚珠丝杠做回转运动滚珠丝杠上的螺母副就会做直线运动控制工作台沿X方向的直线进给。图2.2给出了X轴运动系统结构示意图其它直线轴运动系统均与此类似。图2.2 抛光机X轴运动结构图2 传动机构设计2.1 电机的选择工作条件 1室内工作噪声小2电机每天工做12小时每年工作300天3三相交流220v/380v电源4大批量生产输送速度误差低于4%满足整个机器的传动效率和减小主要部件磨损 降低整机的噪音和增加机器的平稳型保障操作人员的安全[22]。将五轴抛光机电机型号定为异步电动机YB-132S-4电动机的主功率为4.4KW,选取抛光机电机的超载系数为K1.1,2-1具体参数如表2.2所示表2.2电动机参数电动机型号 额定功率 满载转速 级数 同步转速YB-132S-4 4KW 1440r/min 4级 1500r/minY系列电动机的优点是运行可靠、寿命长性能优良、体积小、重量轻、维护方便、转动惯量小、节能等优点所选的YB-132S-4电动机符合设计要求。2.2 滚珠丝杠的选择各个轴都采用日本进口的THK滚珠丝杠日本进口的THK滚珠丝杠的导程精度标准遵循JIS规格[23]为了确保机床能够有校准的定位精度以及直线行走精度我们选择的滚珠丝杠型号为C5[24,25].依据THK丝杠的轴径与导程配合表如图2.3设定滚珠丝杠外径尺寸为20mm导程为10mm。图2.3 THK滚珠丝杠轴径与导程组合2.3 机床控制电路设计抛光机机床控制电路设计是整个控制电路的核心通过数控系统来控制整个电路所以数控系统也可以说成是机床控制电路的核心我们把机床抛光每个轴所需要的运动方式编成数控程序再把这些数控程序输入到数控系统中通过数控系统自身来读取识别输入程序的内容并将其化做指令传送到相应的驱动器再进行伺服电机的驱动从而实现数控机床的整体运动[36]。伺服电机到驱动器有一个编码器这是一个反馈的环节伺服系统有两个重要组成部分分别是编码器和伺服驱动器可以通过编码器获得很多重要的信息比如扭矩和转子速度等。进而能够根据反馈回来的信息进行调整最终达到调节电机位置和速度的目的。数控系统还能够输出指令使夹具夹紧或松开以达到控制夹具的目的数控系统也能够发出指令来控制磨削液的开关以及磨削液释放的多少同时也能发出指令控制三色报警灯实时关注抛光工件的安全系数。最后数控机床还会发出位置光电传感器信号反馈给数控系统[37,38]用来提示操作人员机床运行动作的完成。下图2.8是整机控制系统的示意图。图2.8 整机控制系统以上对五轴抛光机的整机控制系统进行分析并且设计了机床的核心控制系统为了完成电路的整机设计分为机床主电路设计和控制电路设计同时电源需要通过稳压器输出所需电压交流电来实现机床的自动化集成。3 五轴抛光机建模及图纸目前国内市场依靠人力抛光加工效率低质量不稳定工期长的现状现代制造业朝着高科技方向发展随着自动化设备的不断发展应用自动化的抛光设备也随着时代潮流应运而生抛光技术也得到了成熟的应用逐渐满足市场需求。为了满足市场需求开发了一台五轴自动化抛光机具有专门的自动夹持模块和工具系统能够实现工件的精确定位和精密抛光极大的提高了生产效率和质量精度。本文五轴抛光机的三维建模使用Solidworks软件模拟装配找出不足之处并进行优化结构进而减少设计周期提高产品质量及降低费用的目的。随后为了实现模拟生产流程使用CAD进行非标准件和总装图的绘制。3.1 总装模型按照实际情况进行装配依次将各个零部件组装到底座上同时注意各个零件位置按顺序进行合理装配能够保证和真实抛光机加工的零件位置关系一致才能够准确完成整机装配图 3.1 为仿真装配示意图。图3.1总装图4 结 论目前来看五轴抛光机能够满足现在国内数控抛光领域的空缺同时也是数控加工所要发展的方向为了满足广大客户的使用要求做到结构外形尽可能简洁美观同时降低加工成本机器的实际操作性强安全可靠。其中传动设计、结构设计在现有产品的基础上进行合理的优化在保证工作效率的前提下能够适当的降低各部分部件的磨损。研制的五轴抛光机可以极大提高了生产效率和加工质量并且可以全面取代手工抛光满足加工要求。通过对五轴抛光机机床运动方式的选择以及对电机和滚珠丝杠进行的参数计算确保选择了合适的电机和滚珠丝杠并且对机床进行了主电路和控制电路设计保证输入五轴抛光机电压为220V交流电合理设计机床的运行这样才能保证抛光机的正常运行才能使抛光机的所有功能得以实现。现在国内很多家企业正在不断崛起在抛光机领域也有很多家企业他们不断的革新设备使抛光技术越发成熟。由于个人能力有限研究中提到的五轴抛光机内容还可以进行完善也存在发展空间我期望可以通过以下三个内容进行深入研究1抛光磨盘是决定抛光工件质量的根本因素。所以我们应该寻找更加合适的磨盘材料比如热膨胀系数很低的材料这种材料能够大大提高抛光工件的质量。2可以对机床外壳进行升级使抛光环境是一个全封闭状态这样也能提高抛光机的抛光精度。3改变机械结构增加磨盘和夹具数量。论文中提到的五轴抛光机仅为单工位如果能够优化结构增加工位由单工位转化为多工位更加能够提高工作效率减少零件的加工时间。