鏜銑加工中心的滑枕撓度補償方法及變形分析
第4章滑枕撓度補償的設計鏜床是TX1600G鏜銑加工中心重要的組成部分，其各坐標軸的行程如下：X 軸行程1750mm, Z軸行程1000mm, Y軸行程1200mm。鍵床主軸直徑240mm,采用方形滑枕式結構，在鏜削加工中，滑臺帶動滑枕在Z方向運動，確定Z軸位 置，滑枕帶動主軸和刀具在Y方向進行鏜削。在Y方向加工深孔時，滑枕伸出的 長度比較大，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 向形成了懸臂梁結構，發生彎曲變形，產生撓度誤差。這種撓度誤差嚴重影響到 機床的定位精度和加工精度，故對撓度誤差進行補償是十分必要的。4.1撓度補償方法目前對于滑枕產生的撓度誤差，采取的方法有平衡重錘法、補償法、電液比 例控制法等。平衡重錘法是由機械平衡錘和機電補償裝置補償滑枕撓度，主要優 點是結構簡單，使用方便，缺點是增加了機床的整機重量，對機床其它軸的進給 運動產生一定影響，對機床的剛度要求高[46]。拉桿補償法在滑枕上半側安裝一組 拉桿，由液壓油缸提供拉力來補償滑枕的撓度變形，能有效的補償撓度誤差，但 拉桿的偏心作用將會導致滑枕在軸向產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，取得了一定的補償效果。拉桿補償法和電液比例控 制法都需要液壓缸，都無法避免液壓系統存在的缺點，如液壓件漏油、補償滯后、 油液升溫等[49]。本課題中針對滑枕的撓度變形，利用基于UMAC的開放性精工系統進行撓度 補償，該補償方法不需要機械和控制輔助結構，補償精度不受輔助結構的影響， 簡單易行，且經濟性好。4.2滑枕撓度變形分析滑枕端面尺寸264mmX245mm,總長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。實體建模時，為提高有限元模型準確性，將螺紋孔、小凸臺和倒角等結構忽 略不計。對輔助系統等非主要的零部件（如光柵尺、拖鏈等）不進行有限元建模，將其視為遠程質量施加在滑枕有限元模型上。滑枕實體模型如圖4.1所示。滑枕、 主軸電機以及導軌的重力，則通過重力場施加在滑枕有限元模型上；加工過程中 的計算鏜削力，通過遠程載荷將其施加在主軸的內孔面與端面。導軌與支撐部件 的接觸面應用全固定，與驅動絲杠相接觸的螺母內表面應用全固定約束。其滑枕 模型施加的載荷與約束如圖4.2所示。在SolidWorks simulation中以機床零點為起點，每隔100mm取點，進行仿真。通過仿真數據得出，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