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鏜銑加工中心的滑枕撓度補(bǔ)償方法及變形分析
閱讀:74 發(fā)布時(shí)間:2020-8-12 第4章滑枕撓度補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)
鏜床是TX1600G鏜銑加工中心重要的組成部分,其各坐標(biāo)軸的行程如下:X 軸行程1750mm, Z軸行程1000mm, Y軸行程1200mm。鍵床主軸直徑240mm,采用方形滑枕式結(jié)構(gòu),在鏜削加工中,滑臺(tái)帶動(dòng)滑枕在Z方向運(yùn)動(dòng),確定Z軸位 置,滑枕帶動(dòng)主軸和刀具在Y方向進(jìn)行鏜削。在Y方向加工深孔時(shí),滑枕伸出的 長(zhǎng)度比較大,加上滑枕、主軸、其它附件的重力及鏜削力的影響,滑枕在伸出方 向形成了懸臂梁結(jié)構(gòu),發(fā)生彎曲變形,產(chǎn)生撓度誤差。這種撓度誤差嚴(yán)重影響到 機(jī)床的定位精度和加工精度,故對(duì)撓度誤差進(jìn)行補(bǔ)償是十分必要的。
4.1撓度補(bǔ)償方法
目前對(duì)于滑枕產(chǎn)生的撓度誤差,采取的方法有平衡重錘法、補(bǔ)償法、電液比 例控制法等。平衡重錘法是由機(jī)械平衡錘和機(jī)電補(bǔ)償裝置補(bǔ)償滑枕撓度,主要優(yōu) 點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,缺點(diǎn)是增加了機(jī)床的整機(jī)重量,對(duì)機(jī)床其它軸的進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定影響,對(duì)機(jī)床的剛度要求高[46]。拉桿補(bǔ)償法在滑枕上半側(cè)安裝一組 拉桿,由液壓油缸提供拉力來補(bǔ)償滑枕的撓度變形,能有效的補(bǔ)償撓度誤差,但 拉桿的偏心作用將會(huì)導(dǎo)致滑枕在軸向產(chǎn)生一定量的附加變形,而且拉桿拉力的確 定及精確加載問題都難確定[47_48]。電液比例控制法應(yīng)用電液比例閥和壓力傳感器 來控制活塞桿的壓力和位移,取得了一定的補(bǔ)償效果。拉桿補(bǔ)償法和電液比例控 制法都需要液壓缸,都無法避免液壓系統(tǒng)存在的缺點(diǎn),如液壓件漏油、補(bǔ)償滯后、 油液升溫等[49]。
本課題中針對(duì)滑枕的撓度變形,利用基于UMAC的開放性數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行撓度 補(bǔ)償,該補(bǔ)償方法不需要機(jī)械和控制輔助結(jié)構(gòu),補(bǔ)償精度不受輔助結(jié)構(gòu)的影響, 簡(jiǎn)單易行,且經(jīng)濟(jì)性好。
4.2滑枕撓度變形分析
滑枕端面尺寸264mmX245mm,總長(zhǎng)2540mm,Y軸方向行程1200mm。材料 使用灰鑄鐵HT300,彈性模量E=150GPa,密度P=7300kg/m3,泊松比n=0.25。
實(shí)體建模時(shí),為提高有限元模型準(zhǔn)確性,將螺紋孔、小凸臺(tái)和倒角等結(jié)構(gòu)忽 略不計(jì)。對(duì)輔助系統(tǒng)等非主要的零部件(如光柵尺、拖鏈等)不進(jìn)行有限元建模,將其視為遠(yuǎn)程質(zhì)量施加在滑枕有限元模型上。滑枕實(shí)體模型如圖4.1所示。滑枕、 主軸電機(jī)以及導(dǎo)軌的重力,則通過重力場(chǎng)施加在滑枕有限元模型上;加工過程中 的計(jì)算鏜削力,通過遠(yuǎn)程載荷將其施加在主軸的內(nèi)孔面與端面。導(dǎo)軌與支撐部件 的接觸面應(yīng)用全固定,與驅(qū)動(dòng)絲杠相接觸的螺母內(nèi)表面應(yīng)用全固定約束。其滑枕 模型施加的載荷與約束如圖4.2所示。
在SolidWorks simulation中以機(jī)床零點(diǎn)為起點(diǎn),每隔100mm取點(diǎn),進(jìn)行仿真。
通過仿真數(shù)據(jù)得出,滑枕在Y向和X向的變形量很小,在Z方向的變形量大,即撓度誤差(Z方向的變形量)是影響鏜軸精度的主要因素。在Y方向行程1200mm處撓度變形如圖4.3所示,滑枕各行程在Z向變形量如表4.1所示。由表4.1可得,隨著滑枕行程的增加,撓度誤差呈非線性增加。
表4.1滑枕各行程在Z向的變形量
行程/mm | Z向變形量/Min | 行程/mm | Z向變形量爾m |
0 | -0.05 | 700 | -17.35 |
100 | -0.15 | 800 | -23.45 |
200 | -0.52 | 900 | -31.89 |
300 | -2.16 | 1000 | -42.37 |
400 | -5.23 | 1100 | -55.86 |
500 | -9.02 | 1200 | -72.50 |
600 | -12.55 |
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