基于數(shù)控機(jī)床的大型錐齒輪加工工藝研究與誤差分析

李雪娟 于業(yè)宇

【摘要】本文基于數(shù)控機(jī)床對單位內(nèi)部大型錐齒輪進(jìn)行加工，在加工過程中結(jié)合實(shí)際情況，提出改進(jìn)的加工工藝方法，并對可能產(chǎn)生的誤差進(jìn)行詳細(xì)分析，結(jié)論表明此種方法不僅能完成本次加工也為下一階段的其他產(chǎn)品加工提供了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床 大型錐齒輪 工藝 誤差

1緒論

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對物質(zhì)的要求越來越多、越來越細(xì)，提高加工精度已經(jīng)成為必然的趁勢。而且快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)，也為提高加工精度提供了基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床己成為柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、智能化制造系統(tǒng)及工廠自動(dòng)化的基本組成單元。所以提高數(shù)控機(jī)床的加工精度是提高加工產(chǎn)品質(zhì)量的必要路徑。而控制數(shù)控機(jī)床加工精度在一定的范圍內(nèi)是一個(gè)需要不斷研究的重要課題。

僅就中國航天、航空制造業(yè)來講，要在10年內(nèi)完成登月之旅，中國的數(shù)控機(jī)床將要發(fā)揮巨大的作用，這就為機(jī)床行業(yè)提供了商機(jī)。并且為貫徹國家“振興東北老工業(yè)基地”的戰(zhàn)略方針，促進(jìn)遼寧省裝備制造業(yè)進(jìn)一步的提高與發(fā)展。

2數(shù)控機(jī)床大型錐齒輪加工總體框架

依據(jù)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)在通信、數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)采集與處理和數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)視與管理方面的需求，利用關(guān)鍵技術(shù)對傳統(tǒng)方案進(jìn)行改進(jìn)，分步設(shè)計(jì)出數(shù)控機(jī)床加工大型錐齒輪總體框架。整體思路是首先確定系統(tǒng)的主要組成模塊，然后解決數(shù)控機(jī)床與上位機(jī)通信問題，最后解決數(shù)控機(jī)床加工精度與誤差分析問題。

在確定系統(tǒng)主要組成模塊之前，簡要介紹一下嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是對設(shè)備、機(jī)器或車間的運(yùn)作，進(jìn)行控制、監(jiān)視或輔助的裝置。另外，國內(nèi)有一個(gè)更通俗，而且被普遍認(rèn)同的定義：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可剪裁，能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

首先確定系統(tǒng)的主要組成模塊，傳統(tǒng)的系統(tǒng)由上位機(jī)，下位機(jī)，串口服務(wù)器和數(shù)控機(jī)床組成，上位機(jī)和下位機(jī)均基于通用PC機(jī)。然而通用PC機(jī)體積大、功耗高且靈活性差，在此，利用嵌入式適配器將下位機(jī)與串口服務(wù)器的功能集成起來，嵌入式適配器是一個(gè)典型的嵌入式系統(tǒng)，可依據(jù)需求進(jìn)行定制，靈活性高。

3大型錐齒輪主要工藝問題及解決思路

整個(gè)工藝設(shè)計(jì)過程要根據(jù)我廠現(xiàn)有加工能力以及裝配車間現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行，并且應(yīng)用原有數(shù)控機(jī)床加工及裝配總結(jié)下來的經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)要在以下幾個(gè)技術(shù)方面進(jìn)行攻關(guān)、突破。

（1）床身、工作臺整體部件加工精度保證的問題；

（2）立柱導(dǎo)軌面與橫梁接合面垂直度加工保證問題；

（3）滑鞍Y向?qū)к壟cZ軸導(dǎo)軌垂直度精度保證問題；

（4）床身左側(cè)單導(dǎo)軌與立柱裝配保證進(jìn)度問題；

（5）滑鞍、橫梁部件裝配精度保證問題。

4數(shù)控機(jī)床誤差源分析

加工精度是機(jī)床必須要保證的一項(xiàng)性能指標(biāo)之一，影響機(jī)床加工精度的誤差源主要表現(xiàn)為機(jī)床系統(tǒng)的空間誤差、刀具系統(tǒng)的位置誤差、工件和夾具系統(tǒng)的位置誤差、檢測系統(tǒng)的測量誤差、外界干擾誤差。上述所說的各種誤差因不同種類的機(jī)床而不同，如下表4-1所示。

工作狀態(tài)和環(huán)境的不同其占據(jù)的權(quán)重有所變化。表2.1是某加工中心的誤差源分析結(jié)果。

表4-1 誤差結(jié)果

為解決上述誤差問題，下面我們要引入多體系統(tǒng)來解決加工中的問題。所謂的多體系統(tǒng)是指通過某種形式聯(lián)結(jié)而成的多個(gè)剛體或柔體的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)。多體系統(tǒng)的核心是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而其理論基礎(chǔ)是多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)理論。即用低序體陣列方法描述多體系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，用4×4階齊次方陣描述點(diǎn)和矢量在廣義坐標(biāo)系中的變換關(guān)系，使有誤差多體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析變得簡單、迅速、明了和普遍適用。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和低序體陣列一般的用低序體陣列來描述多體系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。設(shè)慣性坐標(biāo)系為B0體，任選一體為B1體，然后沿遠(yuǎn)離B1的方向以增長數(shù)列標(biāo)定每個(gè)物體的序號，從系統(tǒng)的一個(gè)分支到另一個(gè)分支，直到全部標(biāo)定完為止。數(shù)控機(jī)床是非常典型的多體系統(tǒng)，多體系統(tǒng)理論中，我們把構(gòu)成了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的單元成為體，而低序體陣列是用來描述體與體之間的關(guān)系。一般的低序體陣列可通過低序體運(yùn)算法則來求出。

5研究結(jié)論

大型錐齒輪加工機(jī)床的總體布局為龍門框架結(jié)構(gòu)，具有高剛性和高穩(wěn)定性；機(jī)床大件均采用高強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)鑄鐵件，使整機(jī)具有良好的剛性、抗振性和精度保持性；它的床身工作臺設(shè)計(jì)成一體化結(jié)構(gòu)，既節(jié)省材料，又方便加工，保證了主軸的高剛性、高精度、高穩(wěn)定性和高轉(zhuǎn)速又可以任意空間方向加工，提高加工效率；主軸采用HSK型刀柄，刀柄與主軸采用錐面和端面過定位的結(jié)合方式，能有效的提高結(jié)合剛度，具有良好的高速性能，更具有先進(jìn)性、適用性、可靠性和安全性。通過對整機(jī)加工及裝配的研究與實(shí)踐，對于我們?nèi)蘸笃渌庐a(chǎn)品的制造積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，此次研究成果顯著，達(dá)到了設(shè)計(jì)之初預(yù)想的效果。

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