刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償精密鏜削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究（下）

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

刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償精密鏜削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究(下)

導(dǎo)讀

針對(duì)某缸體缸孔精加工工序,設(shè)計(jì)了刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償鏜削結(jié)構(gòu),詳細(xì)闡述了微位移機(jī)構(gòu)的組成與原理,微位移機(jī)構(gòu)精度可達(dá)±1 μm,徑向最大位移為0.1 mm。對(duì)微位移機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器即壓電陶瓷受力時(shí)的電壓-位移特性做了分析,實(shí)際應(yīng)用時(shí)需考慮零點(diǎn)偏移對(duì)刀具磨損補(bǔ)償?shù)挠绊?。利用HyperMesh有限元軟件對(duì)鏜削結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析,驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。實(shí)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(duì)鏜桿模型進(jìn)行簡(jiǎn)化:忽略倒角、倒圓等對(duì)分析結(jié)果影響不大的細(xì)部結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)化后鏜桿模型如圖6所示。

刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償精密鏜削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究（下）hypermesh學(xué)習(xí)資料圖片1

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(duì)鏜桿進(jìn)行有限元分析,在此軟件中三維實(shí)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(guò)程是先在實(shí)體表面上生成二維網(wǎng)格,然后通過(guò)“擠壓”的方式生成實(shí)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。

刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償精密鏜削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究（下）hypermesh學(xué)習(xí)資料圖片2

3.2 鏜桿靜動(dòng)態(tài)特性分析

3.2.1 鏜桿靜態(tài)分析

鏜桿工作時(shí)的受力已在前面求出,將鏜桿凸臺(tái)處的4個(gè)沉頭孔進(jìn)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(shí)的瞬時(shí)位移變形云圖,如圖8。

刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償精密鏜削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究（下）hyperworks仿真分析圖片3

鏜桿靜力分析位移變形統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償精密鏜削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究（下）hyperworks仿真分析圖片4

鏜桿所示的坐標(biāo)系中,Z向與Y向的位移變形會(huì)影響缸孔精鏜時(shí)缸孔的圓度與圓柱度的精度,是鏜孔時(shí)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(jì)算為Δ=0.347 μm,即鏜桿原始誤差遠(yuǎn)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(dòng)態(tài)分析

對(duì)鏜桿進(jìn)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。

刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償精密鏜削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究（下）hypermesh技術(shù)圖片5

鏜桿前六階固有頻率及振型統(tǒng)計(jì)如表2所示。

刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償精密鏜削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究（下）hypermesh分析圖片6

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

鏜削結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

圖10為設(shè)計(jì)的鏜削結(jié)構(gòu)在某專用鏜床上的應(yīng)用,通過(guò)機(jī)床的成功開(kāi)發(fā),并對(duì)缸體缸孔進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn),經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè),缸孔的尺寸精度與形位精度均達(dá)到或超過(guò)了企業(yè)的設(shè)計(jì)要求。鏜削結(jié)構(gòu)在專機(jī)上應(yīng)用1年多以來(lái),各項(xiàng)性能均保持良好,大大縮短了輔助時(shí)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(jì)效益。

刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償精密鏜削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究（下）hypermesh分析圖片7

結(jié)語(yǔ)

(1)設(shè)計(jì)了某缸孔精加工刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償鏜削結(jié)構(gòu),補(bǔ)償位移精度為±1 μm,行程為0.1 mm。

(2)分析了微位移機(jī)構(gòu)的位移特性,在精加工時(shí)需要考慮恒定徑向切削力對(duì)自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)位移的影響;對(duì)整個(gè)鏜削結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)特性做了分析,設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)滿足使用要求。

(3)所設(shè)計(jì)的鏜削結(jié)構(gòu)在某專用鏜床上使用1年多以來(lái),各項(xiàng)精度保持良好,生產(chǎn)效率提高了近30%,生產(chǎn)成本降低了將近兩成,為企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

作者:黃娟等

開(kāi)放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才