DL32M斜床身数控机床尾座结构设计含SW三维及4张CAD图
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一、选题依据 1、研究领域机械装备设计、CAD2、论文(设计)工作的理论意义和应用价值机床为制造企业的工作母机,数控机床广泛应用于工程实践中,数控机床尾座系统的结构和性能的优劣直接影响对工件的加工效率、精度和成本,设计可编程尾座可以提高加工过程的自动化和现代化,做到与时俱进,适应社会的快速发展和进步。本课题研究所要达到的预期效果是在数控车床加工过程中,当需要使用尾座时, 使用本课题所设计的尾座可以利用编好的程序自动控制尾座的移动和锁紧工作,从而减少尾座顶紧工件的劳动量,降低工人的劳动强度,可以提高加工过程的机械化和自动化水平,提高企业的生产效率,降低企业投入的成本。 3、目前研究的概况和发展趋势1)发展现状:从 20 世纪中叶数控技术出现以来,数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点:加工柔性好,加工精度高,生产率高,减轻操作者劳动强度、改善劳动条件,有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。当今的机床名企大部分出自德国和日本,世界机床的核心技术主要掌握在日德意美等少数发达国家的手里。在机床尾座的设计和研发方面,德国和日本等国也是走在前列,比如日本的马扎克和 FANUK,德国的通快集团和吉特迈集团在数控机床方面其中就包括机床尾座部分拥有最先进的技术,是数控尾座系统科研,设计,制造最强大的几大企业,还有他们所生产的可编程尾座响应速度更快,定位精度更高,尾座的设计也更人性化,这几家世界名企生产的尾座系统之所以能够达到高速度高精度等的要求,是因为他们对技术创新的不断追求,以及在制造方面拥有更高的水平,他们生产的每一个零件都有特别高的精度。这些先进的企业真的很值得我们学习,如果想要尽快的赶上甚至超越他们我们就要虚心的学习,不断的创新。近几年,国内专家在数控机床的自动化改造方面取得了许多成果,如 2016 年耿华,王亮,张金军,张亮提出一种直线导轨用车床尾座的设计方案,并展开实践,针对传统平床身数控车床的加工精度和快移速度已经难以满足机械加工行业高速发展的需求的现象,设计一款采用新型卡紧方式、符合人机工程学的直线导轨用车床尾座。2017 年海南省技师学院的苏利晓对普通车床进给传动系统数控改造,主要技术要点是滚珠丝杠的安装和电机轴颈与滚珠丝杠轴颈之间的连接,改造之后提高了原来机床的生产效率和生产精度。也有一些专家在机床尾座系统相关的设计研究中提出了新理论,如李进冬,王国玉提出了车床尾座模块化的概念,对数控机床可编程尾座发展起到了非常重要的作用。 虽然我国在数控机床尾座方面在近几年得到了发展,但是德国日本等国家在数控14技术方面发展的比我们早太多,所以我国相对于在数控技术方面发展较早较快的美国和德国日本等国家在自动化程度,定位精度,定位速度等方面仍然存在一定的差距。但是相信在我国技术人员的努力下,对于机床尾座的发展一定会赶上甚至超越其他国家。 2)发展趋势: (1)高精度化 当代工业产品对精度的要求越来越高,特别是在航空航天等行业体现尤为突出 在计算机技术发展的推动下,各种加工精度补偿技术得以发展和应用;同时,各种高性能新型材料在机床结构制造中的使用,使得数控机床的各项精度显著提高,其中就包括机床的定位精度。 (2)高自动化 随着数控技术的发展,传统的手动驱动的尾座已不能满足高自动化的数控机床, 为了实现机床在加工过程中完全的自动化,机床尾座必然要朝着自动化方向发展。 (3)高速度化 提高生产效率是机床技术发展的永恒主题随着数控设备高自动化的发展操作过程中,减少了“人 ”的介入,实现了尾座的快速移动及定位,同时缩短了工时,大幅提高了数控机床的加工效率。 (4)高人性化 对数控机床尾座的自动化的改造,除完善其各项加工性能外,对外观、显示及操作人性化的设计同样不容忽视 从按键操作到菜单选择甚至对话框操作,从 LED 显示到 TFT 液晶显示,相关辅助设备的革新,使得机床尾座操作越来越简单,显示信息越来越清晰、丰富。 二、论文(设计)研究的内容 1.重点解决的问题(1)斜床身数控机床尾座的方案设计(2)斜床身数控机床尾座的结构设计2.拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路)(1) 根据 DL32M 斜床身数控机床的整体要求,设计出与其相对应的液压尾座, 使其满足众多精度要求,以使其达到预想的目的。(2) 搜集和分析资料包括国内外数控机床的发展现状及趋势;液压技术和液压传动系统的基本资料;同等机床液压尾座的图纸和资料等。(3) 初步确定液压尾座的总体布局包括配置形式、液压系统的布置及选择液压能源及相应的附属元件等。(4) 尾座部分的设计及计算包括尾座顶尖、套筒、尾座体的设计,尾座孔系、尾座导轨的设计,挠度、转角、液压缸内径及压板处螺栓直径以及锁紧力的计算及校核。(5) 尾座精度的确定包括尾座体表面粗糙度的确定、尾座与机床形位公差的确定、底面及立导向面形位公差的确定。(6) DL32M 斜床身数控车床的液压系统。3.本论文(设计)预期取得的成果(1)一套完整的 DL32M 斜床身数控机床尾座结构的装配图及零件图;(2)一份 DL32M 斜床身数控机床尾座结构的说明书;(3)一篇外文文献翻译。 三、论文(设计)工作安排 1.拟采用的主要研究方法(技术路线或设计参数); 1) 查阅、整理参考文献,学习掌握数控机床为做系统的工作原理,进行 DL32M 斜床身数控机床尾座结构的方案设计。 2) DL32M 斜床身数控机床尾座结构的设计、选型、校核计算。设计参数: (1)尾座套筒中心距床体上面 400mm,距床体上侧面 85m。 (2)尾座行程长度为 1200mm。 (3)液压锁压力 5MPa,尾座可承受 1000kg 的轴向顶紧力,。 2.论文(设计)进度计划 第 14 周:明确毕业设计任务,查阅参考文献并分析有关资料撰写开题报告。第 5 周:拟定 DL32M 斜床身数控机床尾座结构设计方案。 第 68 周:完成尾座的结构设计及组成元件选择计算。 第 9 周:绘制总装装配图。 第 1012 周:绘制尾座结构主要组成零件 CAD 图及 3D 图。 第 13 周:书写毕业设计说明书,翻译与本设计相关的英文文献。第 14 周:准备毕业设计答辩。 四、需要阅读的参考文献 1 濮良贵等. 机械设计(第九版)M. 北京: 高等教育出版社, 2013. 2 孙桓等. 机械原理M. 北京: 高等教育出版社, 2013. 3 姜继海等. 液压与气压传动M. 北京: 高等教育出版社, 2006. 4 苏 利 晓 . 普 通 车 床 进 给 传 动 系 统 数 控 改 造 J. 现 代 制 造 技 术 与 装备,2017,(10):159-161. 5 刘凌云,罗敏,陈志楚,吴岳敏. SK40P 数控车床尾座数控化改造方法及实现J. 机床与液压,2017,45(02):69-73. 6 耿华,王亮,张金军,张亮. 一种直线导轨用车床尾座的设计J. 机床与液压,2016,44(10):6-7+28. 7 汪淑珍,贾辉. 数控机床的发展状况与应对政策J. 重庆文理学院学报(自然科学版), 2012, 1:94-97 8 李进冬 , 王 国 玉 . 基 于 模 块 化 的 车 床 尾 座 设 计 J. 机械工程 师,2015,(05):185-186. 9 焦炬. 浅析数控机床发展现状J.机电产品开发与创新,2011,3:16-18 10 恩溪弄. 车床主传动系统精度可靠性及灵敏度研究D.东北大学,2014. 11 王步洲,李朝阳,毕相群. 普通车床尾座自动进给改造J. 设备管理与维修,2013,(11):66-67. 12 艾 绍 阳 , 刘杰 . 一 种 数 控 车 床 尾 座 结 构 的 改 进 设 计 J. 机 械 工 程师,2013,(06):181-182. 14 Yoshitaka Morimoto, Takayuki Moriyama, et al. Development of linear-motor-driven NC table for high-speed machining of 3D surface by lathe turningJ. Procedia CIRP, 2012,1:271 -276. 15Irving Paul Girsang,Jaspreet Singh Dhupia. Machine Tools for MachiningM.Springer London:2015-06-15. 16 B. Denkena, O. Gmmer. Active Tailstock for Precise Alignment of Precision Forged Crankshafts during GrindingJ. Procedia CIRP, 2013,12:121-126. 附:文献综述文献综述1. 斜床身数控机床尾座结构设计的目的和意义机床是制造机器的机器,也称作工作母机,在世界工业发展史上曾经起到举足轻重的作用。在科学技术高速发展的今天,机床领域的发展仍然十分重要。因此研究和分析机床的发展现状是非常具有现实意义的。机床经历了长时间的发展,到今天主要以数控机床为主7。我国政府高度重视数控机床的发展,国务院提出了国家中长期科学和技术展规划纲要9,鼓励发展自己的数控机床产业,而且还将其列为国家战略物资。数控机床尾座是数控机床重要的一部分,尾座系统的结构和性能的优劣对于零件加工的精度,生产的效率,操作者的劳动量和生产成本有很大的影响。传统的机床尾座对于数控机床的加工效率并不高,而且工人劳动强度大,耗时又耗力,还增加企业成本。设计可编程尾座可以提高加工过程的自动化和现代化,做到与时俱进,适应社会的快速发展和进步。当需要使用尾座时,使用本课题所设计的尾座可以利用编好的程序自动控制尾座的移动和锁紧工作,从而减少尾座顶紧工件的劳动量,降低工人的劳动强度,可以提高加工过程的机械化和自动化水平,提高企业的生产效率,给企业带来更高的效益。2. 斜床身数控机床尾座结构分类及构成1)车床的尾座按操作方式可分为手动式、液压式、电机驱动等形式。(1)手动式:手动尾座一般用在普车或简易数控车床上,自动化程度低,浪费人力,生产效率低,企业投入成本大,随着社会的发展会逐渐被数控自动化设备所取代。(2)液压式:液压尾座一般用在全机能数控车床上,自动化程度相对较高,但是稳定性相对较差,效率相对手动式有所提高,节省人力和成本。(3)电机式:电机式驱动尾座一般用在高性能的数控车削中心上,是目前水平较高的尾座系统,性能优越,省时省力省成本,已经被很多企业所接受。2) 车床尾座主要结构8按照车床尾座的工作原理和结构要求, 主要分为以下几个部件。(1)顶尖部件。顶尖是辅助支撑工件的直接部件,一般分为死顶尖和活顶尖两种。(2)套筒部件。 套筒部分是保证顶尖的前后顶紧松开动作的执行机构,可分为手动丝杠式和液压套筒式。(3)尾座体。 为整个尾座的支撑部件,为其他部件的连接提供接口,并包括尾座精度调整环节等部件。(4)导向部分。导向部分为整套尾座的移动精度提供保证。根据尾座导向机构形式而定,一般可分为山型导轨式、矩形导轨式和直线导轨式等。(5)锁紧部件。 锁紧部件在尾座进行顶紧工件工作时保证尾座体与车床床身固定的整体刚性,从而使生产的长轴类零件转动时不会发生离心,一般分为手动锁紧和液压锁紧。3.斜床身数控机床尾座发展状况:从20 世纪中叶数控技术出现以来,数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点:加工柔性好,加工精度高,生产率高,减轻操作者劳动强度、改善劳动条件,有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。机床尾座是数控车床的主要构成部件之一, 在进行轴类零件加工时起到辅助支撑的作用,对于保证轴类工件加工精度和表面粗糙度起到重要的作用。目前机床尾座 按操作方式可分为手动式尾座、液压式尾座、电机驱动式尾座等形式。在一些自动化水平较低的国内本土企业仍然采用手动控制方式的机床尾座系统,这种尾座效率较低, 浪费时间还浪费人力,影响企业效益,不利于企业的快速发展。在一些自动化水平较 高的外企大多采用可编程尾座系统,机床整体的机械自动化和高速化水平较高,满足 机械加工行业高速发展的需求,适合高速发展的当今社会,在很大的程度上促进了企 业的发展。当今的机床名企大部分出自德国和日本,世界机床的核心技术主要掌握在日德意美等少数发达国家的手里。在机床尾座的设计和研发方面,德国和日本等国也是走在世界前列,比如日本的马扎克和 FANUK 公司,德国的通快集团和吉特迈集团在数控机床方面其中就包括机床尾座部分拥有最先进的技术,是数控尾座系统科研,设计,制造最强大的几大企业,还有他们所生产的可编程尾座响应速度更快,定位精度更高, 尾座的设计也更人性化,这几家世界名企生产的机床尾座系统之所以能够达到高速度高精度等方面的要求,是因为他们对技术创新的不断追求,使机床尾座很早的就实现了自动化,而且他们在制造方面拥有更高的水平,他们生产的每一个零件都有特别高的精度。这些先进的企业真的很值得我们学习,如果想要尽快的赶上甚至超越他们我们就要虚心的学习,不断的创新和发展新的技术,以成为全球顶尖为目标,不断开拓进取。近几年,国内专家在数控机床的自动化改造方面取得了许多成果。可以看出我们国家在机床尾座方面的研究也取得了很大的进步,从传统的手动尾座发展到了自动化的尾座。2013 年,王步洲,李朝阳,毕相群11对沈阳第一机床厂 CA6140 型卧式车床尾座进给自动化改造,改造参数:减速机输出转速 2.412r/min,输出转矩 139Nm, 电机功率 0.18kW。改造后,对批量零件进行加工时使用自动进给功能,对非批量零件进行加工时使用手动进给(摇动手轮实现)。将尾座进给改为电机加减速机驱动, 电机驱动减速机将动力通过离合器传递给顶尖进给丝杠实现进给。不需要自动进给时, 断开离合器,操作人员可通过手轮转动丝杠实现顶尖进给。2015 年李进冬, 王国玉8进行了基于模块化的车床尾座设计,可实现手动和液压等不同模块任意搭配,可实现四套尾座设计方案。在保证尾座功能可靠的前提下, 实现了最大程度的零件通用化,极大减少了此部件在制造生产组织等流程中的工作量。该设计方案已成功应用于某款数控车床中。2016 年耿华,王亮,张金军,张亮6提出一种直线导轨用车床尾座的设计方案, 并展开实践,针对传统平床身数控车床的加工精度和快移速度已经难以满足机械加工行业高速发展的需求的现象,设计一款采用新型卡紧方式、符合人机工程学的直线导轨式车床尾座,新型尾座便于工人操作、节省体力,而且结构简单、零部件少、制造费用低,易于大批量生产。2017 年海南省技师学院的苏利晓4对普通车床进给传动系统数控改造,普通车床进给传动系统数控的改造技术要点是滚珠丝杠的安装和电机轴颈与滚珠丝杠轴颈之间的连接,在降低企业成本的前提下,改造之后提高了原来机床的生产效率和生产精度。虽然我国在数控机床尾座方面在近几年得到了很大的发展,但是美国德国日本等国家在数控技术方面发展的比我们早太多,所以我国相对于在数控技术方面发展较早较快的美国和德国日本等国家在自动化程度,定位精度,定位速度等方面仍然存在一定的差距,我国本土的数控机床企业大多处于“粗放型”阶段,在机床尾座产品的设计水平,质量,精度,性能等方面与国外先进水平相比落后了 5-10 年,在高精尖技术方面的差距则到达了 10-15 年。但是相信在我国专家和技术人员的努力下,对于机床尾座的发展一定会赶上甚至超越其他国家,拥有最先进的技术,走在世界的领先行列。4 斜床身数控机床尾座的发展趋势:(1)高精度当代工业产品对精度的要求越来越高,特别是在航空航天等行业体现尤为突出。想要生产出高精度的产品对数控机床就有很高的要求,在计算机技术发展的推动下, 各种加工精度补偿技术得以发展和应用,生产的机床尾座零部件有了更高的精度;同时,各种高性能新型材料在机床结构制造中的使用,使得数控机床的各项精度显著提高,其中就包括机床尾座的定位精度。(2)高自动化现代企业生产产品的效率不断提高,传统的手动驱动尾座浪费时间还浪费人力, 严重影响企业的生产效率,进而影响企业的效益,严重阻碍企业的发展,而且随着数控技术的发展,传统的手动驱动的尾座已不能满足高自动化的数控机床,为了实现机床在加工过程中完全的自动化,实现真正的高效率生产,极大地提高企业的生产效率, 机床尾座必然要朝着自动化方向发展。(3)高速度化提高生产效率是机床技术发展的永恒主题,也是企业不断追求的根本目标,随着数控设备高自动化的发展,在企业的生产操作过程中,减少了“人 ”的介入,实现了尾座的快速移动及定位,同时缩短了工时,从人工的低效率生产,逐步发展到高自动化生产,大幅提高了数控机床的加工效率。(4)高人性化对数控机床尾座的自动化的改造,除完善其各项加工性能外,对外观、显示及操作人性化的设计同样不容忽视。 从按键操作到菜单选择甚至对话框操作,从 LED 显示到 TFT 液晶显示,相关辅助设备的革新,使得机床尾座操作越来越简单,显示信息越来越清晰、丰富,使工人操作过程更简单容易,运用人机工程学,设计生产更人性化的产品,从而为人创造出舒适和安全的工作环境。综上所述,本次的毕业设计主要是通过对传统的机床尾座结构进行研究,并分析传统机床尾座的缺点,利用高速发展的数控技术对传统机床尾座进行改造和设计。首先查阅相关文献,对课题有深入的了解,分析借鉴国内外尾座发展相关技术,然后进行尾座的方案设计,再进行尾座的结构设计,运用 CAD 的软件把装配图及其原理图绘制出。并对装置的可实施性进行分析判断,最终完成本次斜床身数控机床可编程尾座结构的设计。DL32M 斜床身数控机床尾座结构设计摘 要机床为制造企业的工作母机,数控机床广泛应用于工程实践中,数控机床尾座系统的结构和性能的优劣直接影响对工件的加工效率、精度和成本,设计可编程尾座可以提高加工过程的自动化和现代化,减少人力,缩短工时,做到与时俱进,适应社会的快速发展和进步,将会给企业带来很大的效益。本设计是针对传统手动尾座无法适应高效率数控机床这一现象,设计出一种可以实现自动化的全新尾座。首先查阅国内外相关资料为设计的开始做准备,接下来通过选择驱动方案,选择锁紧方案,然后完成总体的方案设计。根据机床主体尺寸设计出尾座上下箱体的尺寸,然后根据尾座上下箱体的结构和尺寸设计出内部各零件尺寸,最终完成了尾座总体装配的结构设计,画出CAD装配图与重要零件图及三维图。最后进行伺服电机的选型及其他零件的选型校核,液压锁紧校核等方面计算的工作完成斜床身数控机床尾座结构的设计。本设计在参考传统手动尾座结构和给出的设计要求的基础上,设计出全新的尾座上下箱体的结构和各个零件,设计可实现尾座移动的伺服电机驱动部分,液压缸控制的锁紧部分等,实现快速自动进给顶紧和自动液压锁紧。实现了机床尾座在机械加工过程中的自动化,高速化,大大减少人力,缩短工时,更加适合现代化的企业,可编程尾座的设计一定会带给企业高效益和降低工人的劳动强度。关键词:数控车床;尾座;结构设计IABSTRACTThe machine tool is the working machine of the manufacturing enterprise. The CNC machine tool is widely used in engineering practice. The structure and performance of the tailstock system of the CNC machine tool directly affect the machining efficiency, precision and cost of the workpiece. The design of the programmable tailstock can improve the machining process. Automation and modernization, reducing manpower, shortening working hours, advancing with the times, and adapting to the rapid development and progress of society will bring great benefits to enterprises.This design is for the traditional manual tailstock can not adapt to the phenomenon of high-efficiency CNC machine tools, design a new tailstock can be automated. First, consult the domestic and foreign relevant data to prepare for the beginning of the design, then select the locking scheme by choosing the driving scheme, and then complete the overall scheme design. According to the size of the main body of the machine, the dimensions of the tailstock upper and lower boxes are designed, and then the dimensions of the internal parts are designed according to the structure and dimensions of the tailstock upper and lower boxes. Finally, the overall design of the tailstock assembly is completed, and CAD assembly drawings and important drawings are drawn. Parts and 3D drawings. Finally, the selection of the servo motor and the selection of other parts, the calculation of the hydraulic locking and other aspects completed the design of the tailstock structure of the slant bed CNC machine tool.This design is based on the traditional manual tailstock structure and given design requirements, and designs a new tailstock upper and lower box structure and various parts, designed to achieve the servo motor drive part of the tailstock movement, hydraulic cylinder control Locking parts, etc., to achieve fast automatic feed tight and automatic hydraulic lock. It realizes the automation of machine tailstocks in the machining process, speeds up the work, greatly reduces manpower, shortens working hours, and is more suitable for modern companies. The design of the programmable tailstock will bring high efficiency to the enterprise and reduce the labor intensity of the workers.Key Words:CNC lathe; Tailstock; Structural designII目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1选题的目的和意义11.2国内外发展现状和发展趋势11.3设计的主要内容22 DL32M 斜床身数控机床尾座方案设计42.1驱动机构方案设计42.2锁紧机构方案设计73 DL32M 斜床身数控机床尾座结构设计103.1尾座上下箱体设计103.2尾座套筒设计113.3尾座液压缸设计124 组成元件选择计算154.1电机选型154.2滚珠丝杠选型174.3对尾座整体液压锁紧装置进行计算校核204.4上下箱体锁紧螺栓预紧力计算205 尾座总体装配图246 结 论25参 考 文 献26附录1:外文翻译27附录2:外文原文35致 谢41IIDL32M斜床身数控机床尾座结构设计1 绪论1.1选题的目的和意义机床是制造机器的机器,也称作工作母机,在世界工业发展史上曾经起到举足轻重的作用。在科学技术高速发展的今天,机床领域的发展仍然十分重要。因此研究和分析机床的发展现状是非常具有现实意义的。机床经历了长时间的发展,到今天主要以数控机床为主1。我国政府高度重视数控机床的发展,国务院提出了国家中长期科学和技术展规划纲要2,鼓励发展自己的数控机床产业,而且还将其列为国家战略物资。数控机床尾座是数控机床重要的一部分,在进行轴类零件加工时起到辅助支撑的作用,对于保证轴类工件加工精度和表面粗糙度起到重要作用。3传统的手动机床尾座对于数控机床的加工效率并不高,而且工人劳动强度大,耗费大量时间又耗费大量的人力,还在很大程度上增加企业的生产成本,严重影响企业的快速发展和进步。设计可编程尾座可以提高加工过程的自动化高速化和现代化,做到与时俱进,适应社会的快速发展和进步。当在加工过程中需要使用尾座时,使用本课题所设计的可编程尾座可以利用编好的程序自动控制尾座的移动和锁紧工作,从而减少尾座顶紧工件的劳动量,降低工人的劳动强度,可以提高加工过程的机械化和自动化水平,提高企业的生产效率,给企业带来更高的效益。1.2国内外发展现状和发展趋势1)发展现状从20世纪中叶数控技术出现以来,数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点:加工柔性好,加工精度高,生产率高,减轻操作者劳动强度、改善劳动条件,有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。4当今的机床名企大部分出自德国和日本,世界机床的核心技术主要掌握在日德意美等少数发达国家的手里。在机床尾座的设计和研发方面,德国和日本等国也是走在前列,比如日本的马扎克和FANUC,德国的通快集团和吉特迈集团在数控机床方面其中就包括机床尾座部分拥有最先进的技术,是数控尾座系统科研,设计,制造最强大的几大企业,还有他们所生产的可编程尾座响应速度更快,定位精度更高,尾座的设计也更人性化,这几家世界名企生产的尾座系统之所以能够达到高速度高精度等的要求,是因为他们对技术创新的不断追求,以及在制造方面拥有更高的水平,他们生产的每一个零件都有特别高的精度。这些先进的企业真的很值得我们学习,如果想要尽快的赶上甚至超越他们我们就要虚心的学习,不断的创新。虽然我国在数控机床尾座方面在近几年得到了发展,但是德国日本等国家在数控技术方面发展的比我们早太多,所以我国相对于在数控技术方面发展较早较快的美国和德国日本等国家在自动化程度,定位精度,定位速度等方面仍然存在一定的差距。但是相信在我国技术人员的努力下,对于机床尾座的发展一定会赶上甚至超越其他国家。2)发展趋势1(1)高精度当代工业产品对精度的要求越来越高,特别是在航空航天等行业体现尤为突出。想要生产出高精度的产品对数控机床就有很高的要求,在计算机技术发展的推动下,各种加工精度补偿技术得以发展和应用,生产的机床尾座零部件有了更高的精度;同时,各种高性能新型材料在机床结构制造中的使用,使得数控机床的各项精度显著提高,其中就包括机床尾座的定位精度。(2)高自动化现代企业生产产品的效率不断提高,传统的手动驱动尾座浪费时间还浪费人力,严重影响企业的生产效率,进而影响企业的效益,严重阻碍企业的发展,而且随着数控技术的发展,传统的手动驱动的尾座已不能满足高自动化的数控机床,为了实现机床在加工过程中完全的自动化,实现真正的高效率生产,极大地提高企业的生产效率,机床尾座必然要朝着自动化方向发展。(3)高速度化提高生产效率是机床技术发展的永恒主题,也是企业不断追求的根本目标,随着数控设备高自动化的发展,在企业的生产操作过程中,减少了“人 ”的介入,实现了尾座的快速移动及定位,同时缩短了工时,从人工的低效率生产,逐步发展到高自动化生产,大幅提高了数控机床的加工效率。(4)高人性化对数控机床尾座的自动化的改造,除完善其各项加工性能外,对外观、显示及操作人性化的设计同样不容忽视。 从按键操作到菜单选择甚至对话框操作,从 LED 显示到 TFT 液晶显示,相关辅助设备的革新,使得机床尾座操作越来越简单,显示信息越来越清晰、丰富,使工人操作过程更简单容易,运用人机工程学,设计生产更人性化的产品,从而为人创造出舒适和安全的工作环境。1.3设计的主要内容本论文主要是对传统机床尾座进行结构上的重新设计,它主要增加自动驱动部分和液压锁紧部分还有套筒自动伸缩结构部分,驱动部分通过伺服电机带动滚珠丝杠实现尾座的整体移动,锁紧部分通过液压锁紧结构实现尾座运动到工作位置后的自动锁紧,免去了人手动锁紧的过程。因为传统手动尾座的箱体结构很难满足此次设计的要求,所以需要对尾座的箱体进行重新设计,其中就要考虑驱动部分锁紧部分的安装位置,然后根据机床主体的尺寸和结构设计全新的尾座箱体,包括上箱体和下箱体。由于整个尾座都是自动化的,所以在尾座运动过程中要尽量减少阻力,所以还要设计整体的润滑油孔。在液压锁紧部分没有选择传统的液压缸而是利用箱体结构设计出类似液压缸的缸体结构,然后设计出相配合芯轴结构。尾座结构设计完成后,需要根据工作要求进行伺服电机的选型和滚珠丝杠的选型,进行液压锁紧部分的校核计算,还有部分重要螺栓的强度校核计算。最终的成果包括:尾座装配图的CAD图纸,部分重要零件图纸,部分零件三维图,论文,外文文献翻译。2 DL32M 斜床身数控机床尾座方案设计 2.1驱动机构方案设计2.1.1方案一:液压驱动,利用液压缸驱动尾座左右移动1尾座2连接块3机床接触面4液压缸图2.1 液压缸驱动优点:1)液压驱动装置同其它类型的驱动装置相比,有很多的有点,比如在同等功率情况条件下占用空间更小、整体重量相对更轻一些,动作速度非常快,可以高速实现频繁的启动与换向动作。2)能实现无级调速,有很大的调速范围。3)能实现过载保护,可以在液压回路中安装安全阀以便起到过载保护的作用。因为液压驱动装置能吸收掉运动过程中的冲击和振动,所以运动过程很平稳。4)液压驱动装置能在各种方位实现传动,这种装置应用起来比较方便和灵活,容易实现往复运动。因为整体的体积很小、传递的功率又很大,所以这种驱动方案可在比较小的空间里面实现复杂的运动形式。这些特点使液压驱动在组合机床中的使用和自动线中的使用十分普遍。5)操作起来简单,便于实现机械的自动化,特别是和电气控制系统组合起来时上述优点就会表现的更为明显,这种组合系统称为为电液复合系统。6)液压元件很容易实现标准和化通用化,使用起来更便捷,很容易实现系列化生产和使用都更加便捷,因此更便于推广和使用。 缺点:1)由于油液本身有很小的压缩量,而且由于泄漏的原因在工作时不可避免会有油液漏损的现象、通油的管路在工作时也会有细微弹性变形的产生,因此液压传动不适合用于高传动精度的传动系统中。2)液压所用的零部件对精度要求较高,因此就要求要有很高的制造工艺水平,也要有较高的技术水平来支持液压装置的使用和维护。3)在工作过程中,如果油液温度和工作载荷变化比较大,就会影响系统运动速度的稳定性,因此也会有爬行现象的产生,这样对机械部分的损伤也是很大的。当油液受到污染时,液压系统的性能也会收到影响,如果有杂质混入油液,在运行过程中也会出现卡顿现象,更严重的甚至出现卡死现象。4)油液在管路中流动时会产生压力损失,因为油液要克服摩擦等做功。管路越长压力损失越大、降低了传功效率,不推荐用在特别远距离的传动。2.1.2方案二:电机带动丝杠螺母驱动尾座左右移动1尾座2丝杠3螺母4机床接触面5轴承6联轴器7伺服电机图2.2 滚珠丝杠副优点:1)传动效率高。2)传动精度高,传动平稳。摩擦阻力很小,而且摩擦阻力大小不受运动速度影响,稳定性很好。3)反向运动时不会出现空行程的情况。滚珠丝杠与螺母轴向预紧后,轴向间隙可以消除,避免了空行程,这样一来运动过程中轴向传动的精度和轴向刚度便可得到极大的提高。4)在运动形式的转换时有可逆性。滚珠丝杠传动可以实现旋转运动和直线运动的双向转换,因为传动过程中摩擦损失特别小。丝杠既可以是主动件也可以是从动件,螺母也一样作为主动件和从动件都是可以的。5)使用寿命比较长。滚珠丝杠有更长的寿命,因为滚动摩擦的摩损小,不会出现非常严重的磨损现象。6)因为具有很多的优点,所以在数控机床上的应用很普遍。缺点:1)滚珠丝杠副的制造成本高。由于滚珠丝杠和螺母等元件的制造技术水平要求比较高,加工精度,粗糙度等方面要求很严格,所以制造滚珠丝杠副的成本很高。丝杠和螺母上的螺旋槽滚道要经过精细的磨削成形过程,有极其复杂的工艺要求,给滚珠丝杠副的制造带来了极大的难度。2)不能自锁。特别是垂直丝杠受重力作用,不能实现自锁,想要实现锁紧需要附加制动装置。2.1.3方案比较分析:液压驱动尾座一般用在全机能数控车床上,自动化程度相对较高,但是稳定性相对较差,定位精度不高。电机式驱动尾座一般用在高性能的数控车削中心上,是目前水平较高的尾座系统,性能优越,省时省力省成本,已经被很多企业所接受。根据机床尾座的发展趋势,和各种驱动方案的特点,选择电机驱动时更合适的选择,最终设计驱动方案如图3.2所示。图2.3 驱动传动机构2.2锁紧机构方案设计方案一: 螺纹锁紧1螺栓2尾座3床体图2.4 螺纹锁紧优缺点分析:螺纹锁紧的产品已经标准化,是很常用的锁紧方案,在一般情况下均可使用。使用螺纹锁紧时要特别注意配合螺纹的长度。一般配合的牙不超过八个,超出配合的牙都是多余的,没有太大作用,如果少于三个牙,则连接不牢靠,螺纹锁紧的一个最大优点是产品标准化,使用方便。其缺点是,当工作要求的锁紧和松开频率特别高时,操作就会特别的麻烦,需要人工的缩进和松开,很难实现自动化和高速化,一般情况下都可以使用,但是要求快换的情况下不适合单独使用。方案二:偏心轮锁紧图2.5 偏心轮锁紧机构优缺点分析:偏心轮机构能够实现快速的锁紧,但其锁紧作用点比较固定,而且对零件的精度有一定的要求。偏心轮机构也很难实现自动缩进控制,大多是都用在手动锁紧方面。方案三:液压缸锁紧1螺栓2销3液压缸芯轴4螺栓5盖板6液压缸缸体7压板8车床主体图 2.6液压锁紧结构优缺点分析:液压锁紧在自动化领域已经被大面积的采用,因为整个液压系统都可以在自动控制的情况下进行工作,在锁紧速度和锁紧压力方面相对于其他的锁紧方式有很大的优势,因为液压缸的动作速度特别快,而且整个液压回路可以实现自动控制,所以液压锁紧装置能实现快速的锁紧,而且液压油压由所选油泵决定,可以达到非常高的值,这样就会产生更大的锁紧力,在工作过程中保证锁紧工作的稳定度,对零件精度要求也不是特别高。综合比较上述三种方案,因为液压锁紧更适合本次课程设计的要求,所以最终选择液压缸锁紧方案。3 DL32M 斜床身数控机床尾座结构设计由于本次设计是为了实现尾座的自动控制,但传统的手动尾座结构很难实现我们的要求,所以在尾座整体结构方面相对于传统的手动尾座做了很多的改进,要实现尾座整体的自动移动,要实现尾座整体的自动锁紧,要实现尾座套筒的自动伸缩,就要设计与之相对应的全新的结构。所设计的尾座的结构主要包括:尾座的上箱体,尾座的下箱体,与上箱体配合的套筒,与下箱体配合的液压锁紧结构,电机滚珠丝杠传动部分。图3.1机床主体3.1尾座上下箱体设计因为所设计的尾座是跟机床主体相配合的,所以在进行结构尺寸设计之前,要对机床主体的所需尺寸进行测量,测量机床主体所用尺寸如图3.1所示,然后根据机床主体尺寸进行尾座箱体的尺寸设计,要求尾座套筒中心距离床体上面400mm,距离尾座上侧面85mm,将上体和下体结构尺寸设计出来,如图3.2所示,图中表示的是上下体安装在一起的组合图。其中将设计要求的尾座套筒中心距离床体上面400mm分为套筒中心到上箱体底部255mm,上箱体下表面与下箱体上表面重合,下箱体上表面到下箱体下表面的距离就是L=400-255=145mm。图 3.2上下箱体组合图3.2尾座套筒设计尾座的上下箱体的尺寸设计出来后,根据上箱体尺寸进行尾座套筒的设计1法兰盘,2轴承,3套筒,4径向锁紧螺母,5导向螺钉,6轴承组,7螺堵,8推杆,9法兰盘图3.3 套筒结构图如图所示为套筒部分的结构设计套筒的外径尺寸根据上箱体套筒孔尺寸确定为160mm。3.3尾座液压缸设计3.3.1结构设计:根据尾座下箱体尺寸,在下箱体内部设计出来液压缸锁紧结构。液压缸的主要结构包括:(1)液压缸缸体(2)液压缸上盖板(3)芯轴(4)复位的弹簧(5)密封圈(6)导向作用的销轴(7)连接芯轴和压板的螺栓图4.4 液压缸结构尺寸图3.3.2尺寸设计液压缸缸体尺寸设计:根据尾座下体大致尺寸616380145,在尾座下体内部设计出液压缸缸体部分,设计液压缸缸体内大孔直径,要满足R2.65*3,选用电机额定转矩大于计算电机总转矩的三倍以上,求满足要.功率为P=3kw0.83kw,满足要求。综上所述,选取a12/3000型号的FANUC电机足够满足设计要求,可以带动所设计的尾座移动。图 4.1 速度扭矩特性曲线该值为20C的标准值,公差为“10%”,速度转矩特性取决于软件的类型、参数设置和数字伺服电机的输入电压。(上述数字显示平均值)这些值可在不另行通知的情况下更改。4.2滚珠丝杠选型滚珠丝杠的设计首先选择结构类型:确定滚珠循环方式,预紧方式,结构类型确定之后在计算其他技术参数,如公称直径d0,导程P,长度。4.2.1滚珠丝杠导程的确定选取FANUC电机,最大转速为3000rpm。电机与丝杠直连,传动比为1。X向移动速度一般不超过25mm/min,即Vmax=1500mm/min,则丝杠导程为:Ph=Vmaxi*nmax=15001*30000.5mm (4.3)所以选取Ph=10mm满足要求。4.2.2滚珠丝杠副载荷计算滚珠丝杠承重时的滑动摩擦系数最大为0.004,静摩擦系数与滑动摩擦系数差别并不大,此处取静摩擦系数为0.006。则静摩擦力为:F0=0*M*g+f=0.006*1500*9.8+10100N (4.4)式中:M尾座的总质量,经计算约为1500kg。f滑块密封阻力,按10N计算。FmaxFminF0=100N滚珠丝杠副的当量载荷为:Fm=2Fmax+Fmin3100N (4.5)4.2.3预期额定动载荷计算Cam有预载情时计算得:Cam=fe*Fmax式中,-预加负载系数(见表4-15)。表4.2 预加负载系数表预加载荷类型较大预加负载中等预加负载轻微预加负载3.44.56.7选取中等预加负载,fe=4.5。Cam=4.5*100=45N4.2.4最小底径估算估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量:m1314*重复定位精度 (4.6)X向的重复定位精度取0.005,则mF顶紧*1.8 (4.10)通过计算液压压力为5Mpa,在锁紧状态下尾座承受1000kgf的轴向顶紧力时而移动。4.4上下箱体锁紧螺栓预紧力计算4.4.1受横向载荷的螺栓组链接:上下箱体的连接采用8个M16*80普通螺栓连接,应保证预紧后所产生的最大摩擦力大于等于横向载荷。假设螺栓需要预紧力均为F0,螺栓数目n,则:fF0niKsF (4.11)于是可以算出所需要的预紧力F0为F0KsFfni (4.12)式中:f结合面的摩擦系数,见表4.1;i 接合面数(i=1);Ks防滑系数,Ks=1.11.3。F01.1*100000.1*4*1=27500N表格 4.7 连接接合面的摩擦系数被连接件结合表面状态摩擦系数钢或铸铁零件干燥加工表面0.10-0.16有油加工表面0.06-0.10轧制表面0.30-0.35钢结构件涂富锌漆0.35-0.40喷砂处理0.45-0.55铸铁对砖料,混凝土或木材干燥表面0.40-0.454.4.2受转矩的螺栓组连接:采用普通螺栓连接时,靠连接预紧后在接触面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T,假设各螺栓的预紧力均为F0,则各螺栓处产生的摩擦力相等,假设此摩擦力集中作用在螺栓中心处。根据作用在地板上的力矩平衡及连接强度条件,则有:fF0r1+fF0r1+fF0Ks*T (4.13)根据上面的计算公式可以得出各螺栓所需要的预紧力:F0KsTfr1+r2+r3 (4.14)式中:f结合面的摩擦系数,见表4.1;rn第n个螺栓轴线到螺栓组对称中心O的距离;z螺栓数目;Ks防滑系数,Ks=1.11.3。代入数值计算可得:T=10000*85+188=2730 F0KsTfr1+r2+r3=1.1*27300.1*0.856=35000N F0总=F0+F0=27500+35000=65200N 4.4.3螺纹连接的强度计算:在预紧力的作用下螺栓承受拉伸应力和扭转切应力,处于复合应力状态。进行强度计算时应该综合考虑。拉伸应力为=F04d12 (4.15)螺栓危险截面的扭转切应力为=F0tan+d216d13=tan+tan1-tantan2d2d1F04d12 (4.16)根据第四强度理论得:ca=2+32=1.3 (4.17)螺栓危险截面的拉伸强度条件为:ca=1.3F04d12 (4.18) ca=1.3*652000.145=584552Pa0.6MPa 螺纹连接件的许用应力:=sS (4.19) 式中s螺纹材料屈服极限,查阅机械设计; S安全系数,见表4.8。根据查表可得,s=640MPa。表格 4.8 螺纹连接安全系数S载荷类型静载荷变载荷松螺栓连接1.2-1.7紧螺栓连接受轴向及横向载荷的普通螺栓连接不控制预紧力的计算M6-M16M16-M30M30-M60M6-M16M16-M30M30-M60碳钢5-44-2.52.5-2碳钢12.5-8.58.58.5-12.5合金钢5.7-55-3.43.4-3合金钢10-6.86.86.8-10控制预紧力的计算1.2-1.51.2-1.5铰制孔用螺栓连接钢:S=2.5,Sp=1.25铸钢:Sp=2.0-2.5钢:S=3.5-5.0,Sp=1.5铸钢:Sp=2.5-3.0根据表格4.3,S=1.2。螺栓连接的许用应力计算可得:=640*1061.2=533*106Pa。所以ca根据计算螺栓连接部分满足强度条件。5 尾座总体装配图1上箱体,2下箱体,3调整块,4液压缸,5螺栓,6压板7螺母,8丝杠,9伺服电机,10调整块,11螺栓,12螺栓图 5.1 尾座装配图工作过程:当加工长轴类零件需要顶紧时,可以利用本设计的尾座。利用伺服电机9进行驱动,滚珠丝杠副传动,带动尾座左右移动,尾座与机床各接触面均有润滑油沟,在运动过程中可以保证运行的顺畅和平稳,当运动到尾座顶紧工件的位置时,利用液压缸4将压板6上拉,将尾座锁紧在顶紧位置。当加工过程结束,需要将尾座恢复到原位,将断开液压油的供给,使与液压缸连接的压板在复位弹簧和自重的作用下向下运动,尾座不再锁紧在机床床体上,然后同样利用伺服电机驱动滚珠丝杠传动,将尾座移动到车床尾部。尾座位置的调整:当尾座套筒的轴心与被被加工工件的轴心不重合时,可以利用调整块3,10和调整螺栓5,11进行对心调整。将尾座上体1推到最左侧,用螺栓4稍微固定,调整尾座套筒轴心的位置,若想将尾座向下挪动,需拧紧螺钉11与调整块10,使尾座上体向下动,若想将尾座向上挪动,需拧紧螺钉12,是尾座上体向上动;若尾座需要向右移动,需拧紧螺钉5与调整块3,使尾座上体向右移动。6 结 论本设计的与数控机床配合使用,能极大提高生产效率,减少人力投入,在伺服电机驱动下,通过滚珠丝杠传动,进行尾座移动的自动控制,在尾座运动到工件所需要的顶紧位置时,电机停止驱动,然后利用液压缸进行尾座的自动锁紧,本设计只负责设计可编程尾座的机械结构,在数控编程方面不做设计,只为实现可编程提供可能。在设计中的结论如下:(1)本设计主要针对DL32M 斜床身数控机床进行可编程尾座的结构设计,通过理论分析,确定尾座整体的方案设计,综合分析各驱动方案和锁紧方案的优缺点,然后选择最佳的驱动方案和锁紧方案。(2)根据已有的数控机床床体的各个尺寸设计出机床尾座箱体的总体结构尺寸,然后根据机床尾座箱体尺寸设计出各零部件的结构尺寸,绘制出总体装配图和重要零件图。(3)为了达到设计要求和预想的效果,对伺服电机进行选型,对滚珠丝杠进行选型和校核,对重要螺栓进行强度校核。参 考 文 献1 汪淑珍,贾辉. 数控机床的发展状况与应对政策J. 重庆文理学院学报(自然科学版), 2012, 1:94-972 焦炬. 浅析数控机床发展现状J.机电产品开发与创新,2011,3:16-183 李进冬,王国玉. 基于模块化的车床尾座设计J. 机械工程师,2015,(05):185-186.4 刘凌云,罗敏,陈志楚,吴岳敏. SK40P数控车床尾座数控化改造方法及实现J. 机床与液压,2017,45(02):69-73.5 濮良贵等. 机械设计(第九版)M. 北京: 高等教育出版社, 2013.6 孙桓等. 机械原理M. 北京: 高等教育出版社, 2013.7 姜继海等. 液压与气压传动M. 北京: 高等教育出版社, 2006.8 苏利晓. 普通车床进给传动系统数控改造J. 现代制造技术与装备,2017,(10):159-161.9 耿华,王亮,张金军,张亮. 一种直线导轨用车床尾座的设计J. 机床与液压,2016,44(10):6-7+28.10 恩溪弄. 车床主传动系统精度可靠性及灵敏度研究D.东北大学,2014.11 王步洲,李朝阳,毕相群. 普通车床尾座自动进给改造J. 设备管理与维修,2013,(11):66-67.12 艾绍阳,刘杰. 一种数控车床尾座结构的改进设计J. 机械工程师,2013,(06):181-182.13 Yoshitaka Morimoto, Takayuki Moriyama, et al. Development of linear-motor-driven NC table for high-speed machining of 3D surface by lathe turningJ. Procedia CIRP, 2012,1:271 -276.14 Irving Paul Girsang,Jaspreet Singh Dhupia. Machine Tools for MachiningM.Springer London:2015-06-15.15 B. Denkena, O. Gmmer. Active Tailstock for Precise Alignment of Precision Forged Crankshafts during GrindingJ. Procedia CIRP, 2013,12:121-126.- 52 -附录1:外文翻译在磨削过程中为了实现精密锻造曲轴准确对心的可动尾座B. Denkena a , O. Gmmer a 摘要在莱布尼茨汉诺威大学的合作研究中心489正在研究一个新的和创新的制造曲轴的过程链。通过无毛刺和近净形精锻可以明显缩短工艺链,然而由于新工艺链的特点这种新的生产工艺要求在研磨前进行精确的工件对齐。本文提出了一种新的包括光学测量系统(传感器)的机床综合定位系统并且介绍了一个活跃的尾座(执行器)。对于定位误差的检测,用计算机集成光学测量系统测量曲轴的几何元素。一个求几何数据和计算和调整向量的值的算法。这个向量包含偏心和倾斜误差的修正。磨床摆锤的自由度(DOF)的程度将用来纠正偏心误差。曲轴的倾斜误差被一个新的可移动的尾座修正。这种尾座在磨削过程中产生反向的倾斜。压电式线性驱动器为了此目的,尾座中心在两自由度的动态驱动作为角度位置的函数被两个新开发的压电式线性驱动器实现(行程4毫米)。活性尾座的力度定位精度被验证。在1.5微米的范围内的定位精度可以通过重复学习控制的来获得高达10Hz,此外在磨削过程中进行了主动对准试验。关键词:机械;磨削;自适应控制;1简介在汽车工业中,锻造的曲轴由于其与铸造相比,具有更高的承载能力和延展性,变得越来越重要。这些性能允许更紧凑和更轻的设计1。此外,曲轴制造商由于经济原因被迫缩短加工时间和步骤。基于这一需求,在汉诺威莱布尼茨大学合作研究中心489(CRC 489)中研究了一种用于制造高性能部件的新工艺链。锻造的无毛刺和近净形状以允许传统工艺链的显著缩短2 。精密锻造可省去去毛刺和软预加工。此外,通过采用整体热处理的精锻后的曲轴直接硬化,可以缩短工艺链,也可以省略冷却和再加热的工艺步骤。在精密锻造和硬化之后,曲轴仅通过研磨 3 定型。然而,由于新工艺步骤的特点,这种新的工艺链需要适应的后续工艺步骤。软预加工的缺乏导致轴承的不等量的余量,这必须被磨削。由于变形和余量分布,锻造工件轴不同于最佳加工轴线,需要对偏心和倾斜误差进行在位对准。根据技术上有用的标准(如不平衡和允许)分配轴承上的可用余量,并确保无阻磨削过程。生产工程和机床研究所(IFW)和测量与自动控制研究所(IMR)合作,研究磨床内长部件的主动对准。对尾座用光学测量装置测量夹紧曲轴及其在磨削过程中的调整进行了研究。图1精密对准系统的原理结构夹紧的曲轴的几何形状和位置可以通过光学内联测量系统来测量。根据测量的几何数据,计算调整矢量,调整偏心和倾斜误差。在路径控制磨削中,可以利用磨床摆锤的自由度来校正偏心误差。可以将相应的值分配给机器控制。曲轴的倾斜误差由一个新的主动尾架(参见图1)通过将工件在圆形路径上的一侧位移作为曲轴的角位置的函数来校正。2测量系统测量系统由阴影投影系统、锥形传感器和三个线性轴(见图1)组成。在磨削之前,它测量曲轴。在测量过程中,主动夹紧尾座的中心点处于其零位置。借助于线性轴,测量系统可以被定位。阴影投影系统测量曲轴的几何形状,并结合线性轴的位置信号检测轴承的位置。锥度传感器测量曲柄腹板和轴承在曲轴旋转时的轮廓。保护罩保护测量系统在磨削过程中不接触冷却润滑剂和切屑(见图2)。测量的几何形状被转换成一个坐标系。分析了轴承上的余量分布,计算了当前夹紧轴与理想加工轴线的调整矢量。如果有足够的余量来保证最终磨削,则通过使用质量近似来计算关于残余不平衡的理想加工轴线。这样,磨削过程中的不平衡可以被最小化。图2测量系统的线轮廓和纵剖面调整向量包含偏心和倾斜误差的校正。相关数据将被分配给磨床和主动尾架。有关测量系统的进一步信息发表在4中。3.迅速的尾座3.1装配为了纠正倾斜误差,必须由主动尾架产生圆形运动。为了将中心套筒定位在平面中,选择具有两个线性轴的箱内原理(图3)。图3两自由度压电混合定位的箱型原理主动尾架的动力学目前设计为曲轴转速为600转/分(10 Hz),在2 mm的调整行程内,精度为1.5m。作为每个轴的驱动器,已经开发了压电-液压混合定位。两个液压螺杆短行程致动器(行程:4毫米)串联与一个压电执行器(行程:60m,1000 V)每轴。液压螺杆在气缸中提供了紧凑性的优点,因为它们的可积性进入结构5 。压电致动器只能产生压缩力,并且必须防止张力。在6中,提出了一种双作用液压缸压电液压定位方法。为了防止张力和产生拉力,压电致动器被预加载。这不是必要的使用两个单作用液压缸。通过执行器的对立布置,产生预载荷。此外,在定位期间可以避免齿隙。液压缸由每个轴的一个伺服阀驱动。压电致动器具有高度的动力学定位精度和刚度7。缺点是它们的执行器长度约为0.2%的有限行程范围8。为了提高定位精度和动力学性能,特别是在外力作用下,一个液压定位轴由一个压电致动器组合而成。其目的是开发出的压电-液压混合定位可以满足定位精度和动力学的要求。3.2控制结构图4显示了压电-液压混合定位的控制结构。对于圆形定位,指定了每个轴的正弦动态参考值。通过测量质量的位置,计算出控制偏差。一方面,控制偏差由压电控制器补偿。压电控制器由一个简单的pi -控制器组成。该积分器必须调整压电驱动器的滞后。除了控制偏差外,还增加了压电驱动器的挠度,并将其输入到液压控制的输入中,使压电致动器能够在控制偏差被液压修正后,立即返回零位置。图4 压电-液压混合定位的控制结构液压控制是一种基于模型的IMC-控制器(内部模型控制),具有smith预测器和附加的集成元素。利用史密斯预测器,考虑了约2毫秒伺服阀的死时间。液压控制器的i贡献是调节外部力和伺服阀的中性位置所必需的。通过使用基于模型的液压控制器,与简单的pi -控制器相比,可以大大提高动态和超调。由于动态参考值的存在,设置和实际值之间的滞后是不可避免的。为此,采用液压定位系统的速度前馈控制来减小滞后。由于循环定位导致了引用值的循环重复,所以使用了迭代学习控制。迭代学习速度控制方案如图5所示。57/5000 图5 迭代学习速度控制方案如果已知参考值的周期长度和控制过程的延迟时间,可以在无干扰的定位过程中对速度前馈控制进行优化,从而使控制偏差最小化。低通滤波器是用来避免测量噪声与前馈控制掺杂在一起。在延时中考虑了滤波器和液压驱动的延时。为了实现迭代学习前馈控制,最后一个周期的错误被存储和延迟,以便在接下来的循环中考虑到它。关于迭代学习控制的进一步信息可以在9中找到。4 实验结果4.1定位精度每一个压电式液压轴的位置是由测量范围为6毫米的涡流传感器测量的。此外,压电驱动器的挠度可以用应变计来测量。为了验证不同控制器的定位精度,对圆形轨道进行了分析。图6显示了相对于压电-液压混合定
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