刀具磨損自動補償精密鏜削結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究（下）

2017-01-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

刀具磨損自動補償精密鏜削結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究(下)

導讀

針對某缸體缸孔精加工工序,設(shè)計了刀具磨損自動補償鏜削結(jié)構(gòu),詳細闡述了微位移機構(gòu)的組成與原理,微位移機構(gòu)精度可達±1 μm,徑向最大位移為0.1 mm。對微位移機構(gòu)驅(qū)動器即壓電陶瓷受力時的電壓-位移特性做了分析,實際應(yīng)用時需考慮零點偏移對刀具磨損補償?shù)挠绊?。利用HyperMesh有限元軟件對鏜削結(jié)構(gòu)的靜動態(tài)特性進行分析,驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。實際生產(chǎn)應(yīng)用表明,此關(guān)鍵工序的生產(chǎn)效率提高了30%左右,生產(chǎn)成本降低了近兩成。

鏜桿有限元分析

3.1 鏜桿幾何模型及有限元模型的建立

3.1.1 幾何模型的建立

為了分析的便利,對鏜桿模型進行簡化:忽略倒角、倒圓等對分析結(jié)果影響不大的細部結(jié)構(gòu)。簡化后鏜桿模型如圖6所示。

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3.1.2 材料屬性

鏜桿采用40Cr,其材料屬性為:彈性模量E=211 GPa(20 ℃),密度為7 900 kg/m3,泊松比為0.28。

3.1.3 網(wǎng)格劃分

本文利用HyperMesh軟件對鏜桿進行有限元分析,在此軟件中三維實體單元網(wǎng)格以四面體、六面體及多面體單元為主[9]。本文采用的是四面體單元。網(wǎng)格劃分的基本過程是先在實體表面上生成二維網(wǎng)格,然后通過“擠壓”的方式生成實體網(wǎng)格單元。采用此方法劃分網(wǎng)格的鏜桿有限元模型如圖7。

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3.2 鏜桿靜動態(tài)特性分析

3.2.1 鏜桿靜態(tài)分析

鏜桿工作時的受力已在前面求出,將鏜桿凸臺處的4個沉頭孔進行約束(鏜桿與主軸是剛性連接),分別在鏜削刀及倒角刀處添加力及扭矩后,求解得到鏜桿工作受力最大時的瞬時位移變形云圖,如圖8。

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鏜桿靜力分析位移變形統(tǒng)計見表1。

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鏜桿所示的坐標系中,Z向與Y向的位移變形會影響缸孔精鏜時缸孔的圓度與圓柱度的精度,是鏜孔時的誤差敏感方向,其Z向與Y向位移引起缸孔圓度與圓柱度原始誤差經(jīng)計算為Δ=0.347 μm,即鏜桿原始誤差遠小于缸孔圓度及圓柱度精度要0.008 mm,知鏜桿剛度滿足工藝系統(tǒng)剛度要求。

3.2.2 鏜桿動態(tài)分析

對鏜桿進行加載約束分析,得到的前六階固有頻率,文中只給出鏜桿的前兩階固有頻率云圖,如圖9。

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鏜桿前六階固有頻率及振型統(tǒng)計如表2所示。

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由表2可知,最小固有頻率為934.982 Hz,遠大于機床工作轉(zhuǎn)速1944 r/min引起的激振頻率32.4 Hz,在機床正常工作時不會出現(xiàn)共振的情況,鏜桿滿足動態(tài)使用要求。

鏜削結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

圖10為設(shè)計的鏜削結(jié)構(gòu)在某專用鏜床上的應(yīng)用,通過機床的成功開發(fā),并對缸體缸孔進行加工實驗,經(jīng)過實測,缸孔的尺寸精度與形位精度均達到或超過了企業(yè)的設(shè)計要求。鏜削結(jié)構(gòu)在專機上應(yīng)用1年多以來,各項性能均保持良好,大大縮短了輔助時間,提高了生產(chǎn)效率,為企業(yè)節(jié)約了成本,創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟效益。

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