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        高速橫梁的動態(tài)特性提升分析

        2014-12-25 08:29:56何承義
        機械工程師 2014年8期
        關(guān)鍵詞:樣件波紋伺服電機

        何承義

        (江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司,江蘇 揚州225009)

        0 引言

        隨著數(shù)控激光切割機的快速發(fā)展,筆者公司開發(fā)的數(shù)控激光切割機的空運行速度達到了100 m/min以上。當機床高速切割時,橫梁的質(zhì)量相對較重,為了達到較好的軌跡精度,要求橫梁的傳動剛性要好,其對機床高速加工的精度將產(chǎn)生直接影響。為此對橫梁傳動剛性的提升,進行了分析探討。

        2 橫梁的傳動結(jié)構(gòu)

        圖1 橫梁3D圖

        圖2 傳動示意圖

        如圖1所示,橫梁在激光切割機上,通過兩端的直線導軌支撐及導向,雙伺服電機分別帶動減速箱,通過齒輪齒條,沿X軸方向運動。由圖2傳動示意圖可知,伺服電機軸安裝于減速箱的空心軸內(nèi),外面安裝了鎖緊套。開口的鎖緊套通過螺釘脹緊電機軸,達到傳遞扭矩的目的。減速箱的輸出軸通過脹緊套與齒輪內(nèi)孔脹緊,實現(xiàn)橫梁的傳動功能。

        3 存在的問題及解決方法

        3.1 存在的問題

        該橫梁的傳動方式在二氧化碳激光切割機上的應(yīng)用較成熟。在開發(fā)光纖激光切割機時,沿用了該結(jié)構(gòu)。在機床可靠性試驗時,進行如圖3所示的檢驗樣件切割,目測發(fā)現(xiàn)拐角后有短距離振蕩小波紋,不符合機床驗收標準。

        3.2 問題分析

        造成振蕩小波紋的可能原因較多,逐項排查時間長,也較費力。參考試驗設(shè)計中介紹的B vs.C方法(C表示當前產(chǎn)品,B表示更好的產(chǎn)品),該橫梁傳動結(jié)構(gòu)在二氧化碳激光切割機上應(yīng)用較好,而應(yīng)用到光纖激光切割機上卻發(fā)現(xiàn)異常。對比分析,由于二氧化碳激光器本身的特性,切割1 mm不銹鋼時,速度最大可達到20~24 m/min。而光纖激光器由于波長更短,焦斑更細,切割1 mm不銹鋼時,速度更快,已經(jīng)達到60 m/min。切割不銹鋼時,提升切割速度有利于提高用戶加工效率及降低切割斷面的粗糙度。根據(jù)運動學公式:V2=2aS中的速度、加速度和位移的關(guān)系,為了在較短的距離內(nèi)達到較高的速度,試驗時提升了加速度,以便提升動態(tài)性能。初步分析比較,振蕩波紋與加速度的提升有關(guān)聯(lián)。

        圖3 樣件示意圖

        圖4 傳動示意圖

        借鑒強化應(yīng)力試驗方法,逐級提升加速度進行試驗,可以快速發(fā)現(xiàn)失效原因。加速度分別以4~9 m/s2的整數(shù)值遞增,發(fā)現(xiàn)設(shè)定加速度大于6 m/s2后,波紋明顯惡化,機床其它部分未有異?,F(xiàn)象。說明伺服電機的扭矩大小足夠;振蕩波紋應(yīng)該與X軸的傳動剛性有關(guān),并且振蕩波紋呈現(xiàn)逐漸衰減現(xiàn)象,未出現(xiàn)其它非預期滑移位移,說明問題出現(xiàn)在減速箱的傳動剛性上。

        3.3 解決方法

        圖2所示為軸輸出形式的減速箱結(jié)構(gòu),查閱資料,其扭轉(zhuǎn)剛度為:53Nm/(′)。對比法蘭輸出形式的減速箱,其扭轉(zhuǎn)剛度為:145Nm/(′),產(chǎn)品價格略有增加。改進設(shè)計的采用法蘭輸出的減速箱如圖4所示。

        將法蘭減速箱裝到機床上驗證,同樣按照圖3所示檢測樣件,同理進行加速度強化試驗,加速度提升至12 m/s2時,檢測樣件振蕩波紋不明顯。經(jīng)可靠性試驗驗證效果良好,符合機床檢驗要求。

        4 結(jié)語

        該傳動結(jié)構(gòu)的改進,提升了機床的動態(tài)性能,滿足了機床新的切割工藝需求。成本增加不多,性價比高。保證了新產(chǎn)品的正常試制,產(chǎn)品已通過省級新產(chǎn)品鑒定,現(xiàn)已批量生產(chǎn),給公司帶來了一定的經(jīng)濟效益。

        工程技術(shù)人員在新產(chǎn)品開發(fā)中,可以在已有工程知識的基礎(chǔ)上利用試驗設(shè)計(DOE)介紹的多種方法,綜合運用,就能快速找到問題,通過對暴露的問題進行分析,即可快速解決問題。

        [1] Bhote K R.世界級質(zhì)量管理工具[M].2版.北京:中國人民大學出版社,2004.

        [2] B-65262EN/03 FANUCAC Servo Motorαis Series[M].

        [3] KTR COMPANY CATALOGUE[M].KTR,2009.

        [4] CATALOGUE[M].ServoFit STOBER COMPANY,2011.

        [5] 成大先.機械設(shè)計手冊[M].4版.北京:化學工業(yè)出版社,2002.

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