鏜銑加工中心的滑枕撓度補(bǔ)償方法及變形分析
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的開放性精工系統(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?；韺?shí)體模型如圖4.1所示?；?、 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