CN109746679A - 一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理方法 - Google Patents

Abstract

一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理方法，它有七大步骤：一、设备及材料准备；二、编写数控加工程序；三、机床数控系统将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对毛坯的表面数控加工；四、编写喷绘程序；五、喷绘系统将喷绘程序语句译码、运算，转换成驱动喷墨头各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的运动，完成对工件的表面喷绘；六、工件表面干燥；七、关闭程序，取下工件，加工结束。

Description

一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理方法

技术领域

本发明涉及一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理方法，集合了五轴数控铣床与五轴表面喷绘功能，可以实现毛坯从切削到喷绘的连续加工，并且提高曲面喷绘精度，属于数控加工及数字喷墨印刷集成制造技术领域。

背景技术

机床是一个国家制造业水平的象征，从某种意义上说，它反映了一个国家的工业发展水平状况。三轴机床只有三根正交的运动轴，只能实现三个方向的直线移动自由度，因此，沿加工刀轴方向的结构都能加工出来，只有侧面结构特征等曲面无法加工，而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统。五轴数控加工就是指在一台机床上至少有5个坐标轴，而且可以在计算机数控系统控制下同时协调运动进行加工。五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的唯一手段。在印刷行业，大部分情况都是在平面承印物表面印刷喷绘，喷墨头位于三轴系统即可实现平面范围内的印刷，而曲面喷墨印刷是一种立体印刷创意等曲面产品表面色彩的数字印刷新技术；由于承印物的曲面曲率特征，使得微墨滴着陆时的铺展行为比平面墨滴铺展行为更为复杂；并且，墨滴着陆时发生的铺展行为引起严重的物理网点扩大，成为制约喷墨印品质量的关键，因此将喷墨头设置于五轴系统中可以有效解决曲面喷绘中的困难。

发明内容

本发明目的是为了解决传统喷绘方法在曲面承印物表面的喷绘精度差的问题，同时实现在一台五轴机床上将毛坯切削成设计的工件，然后直接对工件进行曲面喷绘。

本发明一种曲面五轴切削及表面喷绘装置，包括：切削装置和表面喷绘装置两部分；其中切削装置，包含五大部分：切削系统、横梁立柱、工作台、旋转台、底座；表面喷绘装置，包含五大部分：喷绘系统、横梁立柱、工作台、旋转台、底座。

本发明一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理方法，它包括以下步骤：

步骤一、设备及材料准备：将所需加工的毛坯固定于五轴切削及表面喷绘设备的旋转台上，并将设备调试至切削最佳切削工作状态；

步骤二、编写数控加工程序：按照工件设计要求，编写正确的数控加工程序，并载入机床数控系统；

步骤三、所述机床数控系统将所述数控加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，在五轴行程范围内自动完成对毛坯的加工；

步骤四、编写喷绘程序：待毛坯加工完成，按照工件表面喷绘要求，编写喷绘程序并载入喷绘系统；

步骤五、所述喷绘系统将所述喷绘程序语句译码、运算，转换成驱动喷墨头各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的运动，在五轴行程范围内完成对工件的表面喷绘；

步骤六、工件表面干燥：工件表面喷绘完成后，通过自然干燥以实现工件最佳着色效果；

步骤七、关闭程序，取下工件，切削及表面喷绘工作结束。

其中，步骤一所述的旋转台包括A轴伺服电机、A轴带轮、三爪卡盘、C轴伺服电机、C轴带轮五个部分；

其中，步骤三所述五轴行程范围分别为：X轴行程范围0～330mm，Y轴行程范围0～220mm，Z轴行程范围0～220mm，A轴转动范围-17°～107°，C轴转动范围0°～360°；

其中，步骤五所述五轴行程范围分别为：X轴行程范围0～330mm，Y轴行程范围0～220mm，Z轴行程范围0～220mm，A轴转动范围-17°～107°，C轴转动范围0°～360°；

其中，步骤一为加工准备阶段，设备旋转台为切削系统与表面喷绘系统共用；

其中，步骤二至步骤三为五轴切削阶段，主要通过五轴数控系统完成对毛坯材料的切削加工；

其中，该步骤四至步骤七为五轴表面喷绘阶段，主要通过五轴喷绘系统对切削完成的工件进行表面精确喷绘，最终实现从毛坯到切削工件再到表面精确喷绘的连续加工；

本发明与传统技术相比，优点在于将五轴数控铣床与五轴表面喷绘功能集成在一起，可以实现毛坯从切削到喷绘的连续加工，并且提高曲面喷绘精度，减少工件转移安装过程中出现的位置误差，提高曲面喷绘质量并且提高加工的集成度和表面喷绘质量，减少了工件的装夹次数，缩短了加工时间。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

图2是本发明方法所用的曲面五轴切削及表面喷绘装置正视图。

图3是本发明方法所用的曲面五轴切削及表面喷绘装置左视图。

图中符号说明如下：

1.底座；2.平台安装架；3.托板；4.C轴伺服电机；5.立柱；6.刀头；7.刀头电机；8.X轴伺服电机；9.横梁；10.Z轴滚珠丝杠；11.Z轴伺服电机；12.气瓶；13.墨盒；14.X轴滚珠丝杠；15.喷墨头；16.三爪卡盘；17.A轴带轮；18.A轴伺服电机；19.C轴带轮；20.Y轴滚珠丝杠；21.Y轴伺服电机；22.水平运动平台；23.A轴转动架；24.刀具架。

具体实施方式

下面结合图2和图3，对本发明的技术方案做进一步的说明，使用的五轴切削及表面喷绘设备主要包括五轴切削装置和五轴喷绘装置。

其中，五轴切削装置由切削系统、横梁立柱、工作台、旋转台、底座五个部分组成，它们之间的连接关系为：三爪卡盘16通过C轴带轮19与C轴伺服电机4连接，工作台固定在水平运动平台22上，水平运动平台22在Y轴伺服电机21的驱动下沿Y轴水平移动；横梁9、立柱5通过螺栓螺母固定在平台安装架2上，通过X轴伺服电8驱动X轴滚珠丝杠14，实现切削系统的X轴移动；刀头6安装于刀头电机7上，Z轴伺服电机11驱动Z轴滚珠丝杠10，实现刀头6沿Z轴移动，从而对工件进行五轴切削加工；

其中，五轴喷绘装置由喷绘系统、横梁立柱、工作台、旋转台、底座五个部分组成，它们之间的连接关系为：三爪卡盘16通过C轴带轮19与C轴伺服电机4连接，工作台固定在水平运动平台22上，水平运动平台22在Y轴伺服电机21的驱动下沿Y轴水平移动；横梁9立柱5通过螺栓螺母固定在平台安装架2上，通过X轴伺服电机8驱动X轴滚珠丝杠14，实现喷绘系统的X轴移动；喷墨头15安装于喷绘系统上，Z轴伺服电机44驱动Z轴滚珠丝杠10，实现喷墨头15沿Z轴移动，从而对工件进行五轴表面喷绘加工。

见图1，本发明一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理方法，它包括以下步骤：

步骤一、设备及材料准备：将所需加工的毛坯固定于五轴切削及表面喷绘设备的旋转台的三爪卡盘16上，并将设备调试至工作状态；

步骤二、编写数控加工程序：按照工件设计要求，编写正确的数控加工程序，并载入数控系统；

步骤三、机床数控系统将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动切削相关运动部件的适时运动，在五轴行程范围内自动完成对毛坯表面数控的加工；

步骤四、编写喷绘程序：待毛坯加工完成，按照工件表面喷绘要求，编写喷墨头15喷绘程序并载入喷绘系统；

步骤五、喷绘系统将喷绘程序语句译码、运算，转换成驱动喷墨头各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动喷绘相关运动部件的运动，在五轴行程范围内完成对工件的表面喷绘；

步骤六、工件表面干燥：工件表面喷绘完成后，通过自然干燥以实现工件最佳着色效果；

步骤七、关闭程序，取下工件，切削及表面喷绘工作结束。

其中，步骤一所述的旋转台包括A轴伺服电机18、A轴带轮17、三爪卡盘16、C轴伺服电机4、C轴带轮19五个部分；

其中，步骤三所述五轴行程范围分别为：X轴行程330mm，Y轴行程220mm，Z轴行程220mm，A轴转动范围-17°～107°，C轴转动范围0°～360°；

其中，步骤五所述五轴行程范围分别为：X轴行程330mm，Y轴行程220mm，Z轴行程220mm，A轴转动范围-17°～107°，C轴转动范围0°～360°；

其中，步骤一为加工准备阶段，设备旋转台为切削系统与表面喷绘系统共用；

其中，步骤二至步骤三为五轴切削阶段，主要通过五轴数控系统完成对毛坯材料的切削加工；

其中，该步骤四至步骤七为五轴表面喷绘阶段，主要通过五轴喷绘系统对切削完成的工件进行表面精确喷绘，最终实现从毛坯→切削工件→表面精确喷绘的连续加工。

以上所述仅为本发明的技术方案，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效方法流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、设备及材料准备：将所需加工的毛坯固定于五轴切削及表面喷绘设备的旋转台上，并将设备调试至最佳工作状态；

步骤二、编写数控加工程序：按照工件设计要求，编写正确的数控加工程序，并载入机床数控系统；

步骤三、所述机床数控系统将所述数控加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动切削相关运动部件的适时运动，在五轴行程范围内自动完成对毛坯的加工；

步骤四、编写喷绘程序：待毛坯加工完成，按照工件表面喷绘要求，编写喷墨头喷绘程序并载入喷绘系统；

步骤五、喷绘系统将喷绘程序语句译码、运算，转换成驱动喷墨头各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动喷绘相关运动部件的运动，在五轴行程范围内完成对工件的表面喷绘；

步骤六、工件表面干燥：工件表面喷绘完成后，通过自然干燥以实现工件最佳着色效果；

步骤七、关闭程序，取下工件，切削及表面喷绘工作结束；

其中，步骤一所述的旋转台包括A轴伺服电机、A轴带轮、三爪卡盘、C轴伺服电机、C轴带轮五个部分；

其中，步骤三所述五轴行程范围分别为：X轴行程范围0~330mm，Y轴行程范围0~220mm，Z轴行程范围0~220mm，A轴转动范围-17°~107°，C轴转动范围0°~360°；

其中，步骤五所述五轴行程范围分别为：X轴行程范围0~330mm，Y轴行程范围0~220mm，Z轴行程范围0~220mm，A轴转动范围-17°~107°，C轴转动范围0°~360°。

2.根据权利要求1所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理方法，其特征在于：所述步骤一为加工准备阶段，设备旋转台为切削系统与表面喷绘系统共用。

3.根据权利要求1或2所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理方法，其特征在于：该步骤二至步骤三为五轴切削阶段，主要通过五轴数控系统完成对毛坯材料的表面切削加工。

4.根据权利要求1或2所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理方法，其特征在于：该步骤四至步骤七为五轴表面喷绘阶段，主要通过五轴喷绘系统对切削完成的工件进行表面精确喷绘，最终实现从毛坯→切削工件→表面精确喷绘的连续加工，实现表面复合处理。

5.根据权利要求3所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理方法，其特征在于：该步骤四至步骤七为五轴表面喷绘阶段，主要通过五轴喷绘系统对切削完成的工件进行表面精确喷绘，最终实现从毛坯→切削工件→表面精确喷绘的连续加工，实现表面复合处理。

6.根据权利要求4所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理方法，其特征在于：该步骤二至步骤三为五轴切削阶段，主要通过五轴数控系统完成对毛坯材料的表面切削加工。