阿基米德螺旋线（共3篇）
阿基米德螺旋线 篇1
摘要：本文首先介绍手功编程中宏变量编程与自动编程的一些特点和运用, 然后在此基础上通过以阿基米德螺旋线为实例研究宏变量编程的方法, 以此来明确宏变量编程在数控编程中应有的地位。
关键词：宏变量编程,自动编程,阿基米德螺旋线,数控编程
随着技术的发展, 自动编程逐渐会取代大部分手工编程, 但宏程序简洁的特点使之依然具有比较大的使用空间。
1 宏程序在特定曲线、曲面中的运用
使用用户宏程序可以有效地解决比较规则的曲面、圆角、型腔和外形轮廓等加工特征。使用宏程序时, 要求思路清楚, 语法正确。
1.1 加工椭圆曲线
宏程序就是用公式来加工零件的, 如果没有宏程序的话, 我们要逐点算出曲线上的点, 然后慢慢来用直线逼近, 如果是个光洁度要求很高的工件的话, 那么需要计算很多的点, 可是应用了宏程序后, 我们把椭圆公式输入到系统中然后我们给出Z坐标并且每次加10um那么宏程序就会自动算出X坐标并且用G01指令进行编程切削, 实际上宏程序也是变量编程。
1.2 加工凹球曲面
一般用自上而下等角度圆弧环绕球面铣的方式, 宏程序编程时使用三角函数SINa, COSa计算控制线上的等角度节点, XY平面用刀距增量计算轨迹线, 子程序用两层镶套编程, 加工采用时用平底键槽刀层铣加工, 完成粗加工;用球刀完成精加工。注意, 为了保证粗加工余量的均衡, 以控制线半径为循环条件的判断, 使每循环一次的径向变化为均值, 另为了保证精加工余量, 粗加工时高度固定保持抬高一定值。精加工使为了保证扇形误差的均匀, 以圆心角为循环条件的判断。
2 实例研究阿基米德螺旋线加工宏程序
2.1 分析图形, 确定编程加工方法
1) 机床:选择FANUC0i系统, 2.5轴以上联动的数铣机床;2) 夹具:选用精度平口虎钳;3) 加工方式:采用Z方向等高层铣粗加工;4) 刀具:选用键槽铣刀, 刀具直径根据螺旋线的槽宽, 采用直径为8mm;5) 编程:工件上平面中心为工件坐标原点, 用圆弧插补法加工螺旋线;6) 计算阿基米德螺旋线起点坐标:
根据阿基米德螺旋线公式
螺距为T螺旋线起点角度为a螺旋线起点半径为RA
螺旋线在线上i点转过角度为ai螺旋线在i点半径值为Ri
根据图示尺寸计算阿基米德螺旋线起点坐标
2.2 编阿基米德螺旋线宏程
Φ88x4圆凸台和正六边形加工程序 (略)
#24=-7.24起点x坐标
#25=-16.261起点y坐标
#20=18螺距
#18=17.8螺旋线起点半径
#1=-114螺旋线起点角度
2=285螺旋线终点角度
#3=2角步距
G00X#24Y#25螺旋线起点上方
G01Z-10F60螺旋线深度
#100=#3角步距赋值给中间变量
#101=#2-#1螺旋线转过角度
WHILE[#100LE#101]DO1判断螺旋线终点
104=#100*#20/360
#105=#18+#104计算螺旋线上各点半径
#106=#105*COS[#100+#1]计算各点X坐标
#107=#105*SIN[#100+#1]计算各点Y坐标
G03X#106Y#107R#105F100用圆弧插补法加工螺旋线
#100=#100+#3角步距叠加
END1返回循环
G00Z100抬刀
M05
M30
精度的完成加工任务, 而且简洁适应性强, 将编程人员从繁琐的、出来, 这是任何自动编程软件都不能达到的效果。通过上述加工实例, 不难看出宏变量编写的程序不但能有效地控制刀具路径, 高效率高精度的完成加工任务, 而且简洁适应性强, 将编程人员从繁琐的、大量的重复性工作中解脱出来, 这是任何自动编程软件都不能达到的效果。
阿基米德螺旋线 篇2
数控刀架的主要零件阿基米德螺旋线单头蜗杆螺纹的加工一直延续在普车调扣粗精加工完成,生产效率低,加工者劳动强度大。随着生产类型变为批量或小批量生产,单头蜗杆螺纹在数控车床上的加工效率就尤其重要。
1 加工方法的介绍
如图1所示,零件材料40Cr,热处理调质T235,螺纹大径φ33h9,底径φ26.4,单头导程(4.712)编写程序。
选择刀具如下:
如图2所示,T0101选用30°角刀片材质为YW1或YW2的刀具,其能承受一定的冲击负荷,耐磨性好,是通用性较好的合金,特别适合于加工耐热钢高锰钢等难加工钢材。
T0202精车螺纹时选用40°角的白钢刀头(可以利用旧中心钻改制)装夹在自制的弹簧刀杆上,弹簧刀杆采用40Cr材质,调质处理,弹簧刀杆对刀具起到了很好的柔性保护作用。主轴转速设置为40r/min。
2 螺杆的加工程序
根据以上条件可以编制出的程序为:
3 结语
阿基米德螺旋线蜗杆在数控车床上的实际加工大约8min,在普车上车螺纹手法快的至少25min。可见,合理的加工工艺及加工程序是提高生产效率、降低工人劳动
摘要：蜗轮蜗杆结构是目前经济型电动数控刀架常用的传动方式,提高蜗杆的加工效率就是决定数控刀架生产量的关键问题。文中着重介绍阿基米德螺旋线蜗杆螺纹在数控车床上的加工工艺方法研究。
关键词：螺旋线蜗杆,加工工艺,数控加工
参考文献
[1]李认清.数控编程[M].2版.北京:机械工业出版社,2006.
阿基米德螺旋线 篇3
RFID射频识别技术是20世纪90年代兴起的一种用射频通信实现的非接触式自动识别技术,近年来已经获得了一系列的成果[1]。其中,一些成果已经开始在众多领域中得到实际应用,并将成为继移动通信技术、互联网技术之后又一项影响全球经济与人类生活的新一代技术。与此同时,无线通信系统和用户人数的发展,对系统通信容量提出更高的要求。为此,人们提出了第三代移动通信系统,它除了提供传统的语音服务以外,还提供图像、数据等宽带多媒体服务。
天线在RFID系统及3G系统移动终端中具有举足轻重的地位,天线的各项特性及形态大小,极大地影响了射频识别系统及3G系统移动终端的工作性能及应用领域[2]。现代无线通信技术的发展,迫切需要一款天线能够兼容射频识别系统和3G系统移动终端,同时覆盖射频识别系统的868～870 MHz,902～928 MHz,2.400 0～2.483 5 GHz频段和3G系统的1.710～1.785 GHz频段。
阿基米德螺旋天线是随着现代通信发展的要求而发展起来的典型的低剖面、平板结构的天线,它以频带宽、圆极化、重量轻、剖面低、可共形、制造成本低、辐射效率高等独特优点,得到了广泛的研究和应用[3,4,5,6]。光子带隙(Photonic Band-Gap,PBG)结构由一种介质材料在另一种介质材料中周期分布所组成。这种结构在微波领域,特别是微波电路和天线领域中有着巨大的应用价值,现已被广泛地应用到微波、毫米波波段的电路与器件的设计中。合理应用PBG结构能够改善天线的辐射特性,展宽天线的工作带宽[7,8,9,10,11]。陶瓷材料是一种全新的微波天线基底材料,相比于传统的基底材料,陶瓷基底具有介电常数高、介质损耗小等优点,使用陶瓷基底可以有效缩小天线尺寸。将阿基米德螺旋结构、陶瓷介质基板和光子带隙结构相结合,可以将三种结构的优势集于一身,设计出全新的天线结构,让天线多频段工作,以实现射频识别系统和3G系统移动终端的兼容。
1 天线结构设计与制作
1.1 阿基米德螺旋天线结构设计
为了使天线具有较小的尺寸,在设计中使用高介电常数的陶瓷基板作为天线的介质基板,基板厚度h=3 mm,基板相对介电常数εr=20,天线整体尺寸为35 mm×35 mm。阿基米德螺旋天线由两条对称的螺旋臂构成。每一个螺旋臂又由内外两条螺旋线所界定。其内、外边缘的螺旋线分别为:
另一螺旋臂可由此螺旋臂旋转180°而成,其内、外边缘的螺旋线分别为:
式中:R0为外边缘螺旋线的初始距离;r0为内边缘螺旋线的初始距离。令R0=4 mm,r0=1.4 mm,a=1.7 mm/rad,φ∈ [0, 3π],可得阿基米德螺旋天线结构如图1所示。
阿基米德螺旋天线主要辐射是集中在周长约等于λ的螺旋环带上,称之为有效辐射带。在阿基米德螺旋天线中,随着输入射频信号频率的变化,有效辐射带也随之变化,故阿基米德螺旋天线具有宽频带工作特性。
1.2 光子带隙结构设计
阿基米德螺旋天线具有宽频带工作特性,但是其往往只有一个工作频带,难以实现天线的多频工作。为了让天线实现三频工作,在天线背面添加了由大小两种方形金属贴片组成的光子带隙阵列结构,如图2所示。这种金属贴片能够吸收上层阿基米德螺旋天线的部分辐射能量,并在新的频段产生高频感应辐射。用阿基米德螺旋天线的辐射来覆盖868～870 MHz和902～928 MHz频段,用光子带隙结构的高频感应辐射来覆盖1.710～1.785 GHz 和2.400 0～2.483 5 GHz频段。感应辐射的频率fr与方形贴片的边长L满足如下关系式:
式中:光速c=3.0×108 m/s;基板厚度h=3 mm,基板相对介电常数εr=20。经过计算,取fr=1.75 GHz时,L=7.2 mm;取fr=2.45 GHz时,L=4.4 mm。因此取大方形贴片的尺寸为8 mm×8 mm,小方形贴片的尺寸为4 mm×4 mm。
1.3 天线样品制作
对于高介电常数的矩形基底陶瓷天线的制作,一般采用高温烧结的方法,使用高温(1 000 ℃以上)将整块陶瓷体一次性烧结完成后,再将天线的金属部分(一般使用银)印在陶瓷块的表面上。
根据前文所述的设计方案,先使用高温烧结的方法制作高介电常数陶瓷基底,再使用丝网印刷法将阿基米德螺旋天线结构印在天线正面,将光子带隙阵列结构印在天线背面。天线样品照片如图3所示。
2 天线回波损耗性能仿真与测试
用矩量法(MoM)对所设计的天线性能进行仿真分析,得到天线的回波损耗性能如图4(a)所示。由图可知,该天线的三个谐振中心频率分别为0.95 GHz,1.70 GHz和2.45 GHz,谐振频率处的回波损耗S11值(S11最小值)分别为-28.03 dB,-15.46 dB和12.35 dB;当S11<-10 dB时,天线在三个工作频段的带宽分别为0.671 GHz(0.581～1.252 GHz),0.635 GHz(1.382～2.017 GHz)和0.989 GHz(2.206～3.195 GHz)。通过图4(a)中是否使用PBG结构时天线回波损耗性能的对比发现,使用光子带隙阵列结构能够有效地加强天线的回波损耗性能,并让天线较好地实现三频工作。
采用AV3619系列射频一体化矢量网络分析仪测量天线的回波损耗,结果如图4(b)所示。实测结果显示,该天线的三个谐振中心频率分别为0.915 GHz,1.845 GHz和2.374 GHz,谐振频率处的回波损耗S11值(S11最小值)分别为-25.85 dB,-21.88 dB和-20.00 dB;当S11<-10 dB时,天线在三个工作频段的带宽分别为0.572 GHz(0.583～1.155 GHz),0.389 GHz(1.702～2.091 GHz)和0.483 GHz(2.091～2.574 GHz)。实测结果与仿真结果基本相符,实测的回波损耗性能好于仿真结果,但是实测的天线带宽小于仿真值,这是由于天线在实际制作中的小误差造成的。仿真和实测结果说明,该天线同时覆盖了四个目标频段,并在各个工作频带都具有较大的工作带宽。
3 天线方向图仿真与测试
用矩量法对所设计的天线方向性能进行仿真分析,并搭建了开放区域测量系统对天线方向性能进行实际测试,得到天线的方向图如图5所示。
由图可知,天线的仿真和实测的方向性能基本一致。实测结果显示,天线在三个工作频段的H面和E面方向图都能够有效覆盖超过240°的角度范围,天线在三个频段都具有全向辐射特性。对比发现,天线在三个工作频段的H面方向图旋转角度不同,这是由于三个频段的辐射信号是由天线的不同部分所产生。低频段辐射信号是由阿基米德螺旋天线结构产生,而中频段和高频段辐射信号分别由光子带隙结构中的大贴片和小贴片的寄生辐射产生。实测得到的天线方向图覆盖角度略小于仿真结果,这是由于天线实际制作过程中的制作公差以及测试时周围环境和人体的辐射干扰造成的。
4 结 论
本文介绍了一款三频光子带隙陶瓷阿基米德螺旋天线的设计方法。该款天线的尺寸仅为35 mm×35 mm×3 mm,具有小尺寸的特点,能够放入移动终端中。用矩量法(MoM)对所设计的天线性能进行了仿真分析,用矢量网络分析仪测量了天线样品的回波损耗性能,用开放区域测量系统测量了天线样品的方向图。仿真和实测结果显示,该款天线在三个工作频段内都具有较好的回波损耗特性、较大的工作带宽和全向辐射特性,天线能够完全覆盖射频识别系统的868～870 MHz,902～928 MHz,2.400 0～2.483 5 GHz频段和3G系统的1.710～1.785 GHz频段,实现了射频识别系统和3G系统的兼容。
摘要：针对宽带射频识别系统和3G系统的要求,将阿基米德螺旋结构、陶瓷介质基板和光子带隙结构相结合,设计了一款三频光子带隙陶瓷阿基米德螺旋天线。仿真和实测结果显示,该款天线具有小尺寸、大工作带宽、良好的回波损耗性能和全向辐射特性。该款天线能够同时覆盖射频识别系统的868～870 MHz,902～928 MHz,2.400 0～2.483 5GHz频段和3G系统的1.710～1.785GHz频段,实现射频识别系统和3G系统移动终端的兼容。