三坐标联动数控铣床异型螺旋曲面加工数控软件设计(3)

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空间无瞬心包络加工原理是一类高新的针对复杂螺旋曲面加工的技术，奥地利的 Weingartner 公司是该技术的代表，该方法的出现，在当时市场引起了巨大的轰动，对传统的成形铣削方法构成了挑战，并逐渐的成为了加工复杂螺旋曲面的主流方法，各个公司和企业纷纷效仿。我国在 90 年代由于石油钻探行业的发展，异形螺杆的加工精度水平与日益提高的要求产生了较大差距，在这种需求下，从 1994 年就开始研究空间无瞬心包络技术，并与德国的 LEISTRITZ 公司几乎同时完成，成为当时仅有的三个运用和推广该技术的国家[3]。文献综述

进入 21 世纪以来，复杂曲面的加工技术在我国发展迅速，但和发达国家的技术水平比起来还有较大的差距。造成这种局面的原因有很复杂[4]。一是加工高精度螺旋曲面所依赖的高精度多轴联动高档数控机床不能大量自主制造而受制于人，我国在复杂数控机床领域的研究的起步时间相对来说比较晚，虽然现在已取得一些成果，但是和发达国家的水平相比还存在一定差距，质量、功能方面还

亟待进一步的提高和发展，在机床的质量控制方面也存在一些不足。二是数控软件开发滞后，我国在复杂曲面的加工方法方面取得一些成就，但还需继续提高，由于数控软件的设计跟不上机床发展的脚步，导致机床的整机质量受到影响，直接牵涉到我国机床行业的发展。三是复杂曲面检测技术和仪器设备的研究还比较落后，由于在加工过程中，要使所需要的加工表面形成有一定的难度，而且有可能因为刀具的选择不当而使得在加工过程中发生干涉现象，按照传统的测量方法得到所需的精确数据，其过程非常复杂，所以必须研发出新的先进的方法，并研制先进的测量设备。

1.4 本课题的研究内容

本文主要针对双头螺杆的加工制造，初步设计一个分析、计算、编程流程，确立解决该类型曲面的一般化算法。在此研究中，选择无瞬心空间包络技术作为主要研究方法，在 HNC—21T 型数控机床三坐标联动坐标系下对双头螺杆进行铣削。选择加工刀具，主要采用空间包络的理论原理对工件和刀具在坐标系中的位置进行分析计算，对加工精度进行分析，在计算的过程中，使用拟牛顿法对方程组进行求解，得到刀具中心所在坐标，进而得到刀具相对于工件的位置，然后使用 VB 编程语言编制一套可以自动生成特定机床的数控程序的自动数控编程系统，在加工该类工件前，只要在系统中输入零件的主要参数，就能直接得到加工所需的数控程序。并对加工过程中是否存在干涉现象进行了判断，并对加工的精度进行了分析，对加工过程中提高零件加工精度和误差补偿的方法进行了思考。

1.5 目的和意义

随着石油勘探行业的迅速发展，异型螺杆的应用也随之越来越广泛。异形螺杆形状复杂，对于这种不同于普通曲面的复杂螺旋曲面，如果使用普通曲面的常规的加工理论，会导致加工误差较大、过切等一系列问题的出现。因为异形螺杆的形状呈细长螺旋回转形，而自由曲面是单面形，对螺杆进行铣削的盘来!自~751论-文|网www.751com.cn

形铣刀在刀具的回转方向上与刀尖圆弧方向的几何参数有很大的差异。在异形螺杆的加工领域，传统上多采用成形铣削方法，这种方法理论简单，对机床的要求较低且工艺较为成熟。但这种加工方法在加工中所需要的刀具的设计与制造极其复杂，维护较为麻烦，并且一旦刀具发生磨损，会导致很大的加工误差。在切削的过程中，刀具的切削刃过长，切削力比较大，导致切削用量比较小，对加工效率的提高有一定的阻碍作用。由于这种传统的加工方法的以上弊端，限制了螺杆加工行业的进一步发展。