基于PC的快速模具电弧喷涂系统的研究
电弧喷涂快速制模技术是一种利用电弧熔化金属材料，经雾化加速后沉积到母模表面，翻制出所需模具的间接制模方法。具有加工周期短、能源利用率高、质量稳定、使用寿命长、安全性好的优点，是一种极具发展潜力的金属硬质模具快速制模技术。本文针对目前电弧喷涂快速制模技术的问题，结合喷涂运动机构、数控系统、CAD/CAM技术和材料加工工艺，研究基于PC的电弧喷涂快速制模自动化解决方案及其相关的喷涂工艺。主要研究内容和成果如下:
针对原有三轴喷涂设备喷枪无法旋转，难以对复杂零件进行快速制模的问题，提出研制五轴联动的电弧喷涂设备，制定了设备的总体设计方案。根据电弧喷涂加工环境和设备安装特点，设计出了适用于电弧喷涂作业的卧式结构的双转台五轴运动机构，并在原有三轴设备上进行改装。该设备具有合理的喷涂运动范围，多轴喷涂系统使喷涂角度和喷涂路径获得了更大的可定制性，使喷枪可以从任何角度对工件进行喷涂，提高了大角度斜面的喷涂质量，并方便了喷枪的安装和粉尘定向排放。
设计并实施多轴运动控制卡+PC的技术方案，使得本系统的数控平台具有良好的开放性和高性价比。本文采用ADT8960六轴运动控制卡，以VC为开发平台编写了运行于PC的多线程数控软件。将四元数算法应用在坐标变换、非线性运动误差补偿、绘图中的空间圆弧插补计算中，提高了代码重用率。根据双转台运动机构的特点，将简单可靠的数字积分圆弧插补算法应用在空间圆弧的处理中，减少了圆弧插补的计算量。在自动运行功能的设计中，采用异步发送指令的方式，将运动指令预先写入运动控制卡缓存，实现了运动速度的平滑连接。自动运行部分还具有进给量倍率调整、喷涂距离偏置、循环喷涂等功能。
对喷涂角度、运动轨迹与电弧喷涂模具金属壳性能的关系进行了研究。实验表明喷涂角度在60～90°之间变化对硬度、孔隙率影响不大;喷涂角度减小到60°以下会引起硬度的大幅下滑，孔隙率大幅增加。喷涂角度的减小不会降低抗拉强度。综合以上实验结果，在生成喷涂路径时可将工件大表面与低矮特征统一视为平坦区域，以加快喷枪移动速度，避免局部过热变形;高、陡特征则需要设置专门的喷涂路径，控制好刀轴矢量，以避免遮蔽效应。另一方面，应该增加工件边缘区域喷涂的重复次数，抵消中心区域的厚度优势，获得更均匀的涂层厚度。
快速模具;电弧喷涂;五轴运动机构;数控编程
广东工业大学
硕士
材料加工工程
张鹏
2013
中文
TG174.442
74
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）