大型回轉(zhuǎn)體零件表面輪廓誤差分析與實(shí)時補(bǔ)償?shù)挠嬎惴椒?/h1>
2015-10-31 10:04:48李菊生吳明永蘭州城市學(xué)院甘肅蘭州730000
化工管理 2015年3期
李菊生 吳明永（蘭州城市學(xué)院，甘肅蘭州730000）
大型回轉(zhuǎn)體零件表面輪廓誤差分析與實(shí)時補(bǔ)償?shù)挠嬎惴椒?/p>
李菊生 吳明永（蘭州城市學(xué)院，甘肅蘭州730000）
隨著大型回轉(zhuǎn)體零件在高科技領(lǐng)域的應(yīng)用，需要嚴(yán)格控制零件表面輪廓測量精度的準(zhǔn)確性。但實(shí)際制造中誤差較大的情況頻頻出現(xiàn)，因此，對實(shí)時補(bǔ)償方法以及輪廓誤差分析的研究與討論就顯得尤為重要。
誤差；實(shí)時補(bǔ)償；測量；回轉(zhuǎn)體零件
前言
大型回轉(zhuǎn)體零件在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防、制造、科研等多領(lǐng)域得到全方位應(yīng)用。作為重要的應(yīng)用零部件其零件的精準(zhǔn)程度對領(lǐng)域應(yīng)用可產(chǎn)生重要影響。目前加工質(zhì)量處在不斷完善改進(jìn)的情況。雖然輪廓誤差在不斷縮小但問題依舊存在，下文對輪廓誤差進(jìn)行分析并提出了補(bǔ)償計算方法。
一、大型回轉(zhuǎn)體零件表面輪廓誤差的成因
目前，大型回轉(zhuǎn)體零件的制造加工主要是利用復(fù)合機(jī)床為加工主體進(jìn)行的。專業(yè)加工設(shè)備優(yōu)勢在于可基本滿足于目前應(yīng)用領(lǐng)域所需回轉(zhuǎn)體零件的加工。復(fù)合機(jī)床刀具會隨著驅(qū)動電機(jī)對托輥的作用而產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，對回轉(zhuǎn)體進(jìn)行NC輔助切割。因而誤差會隨著托輥與回轉(zhuǎn)體外部環(huán)形產(chǎn)生自身誤差，進(jìn)而也可從回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)中刀頭移動產(chǎn)生。因回轉(zhuǎn)過程中的不規(guī)則振動頻率無法精準(zhǔn)避免托輥與零件兩者的輪廓誤差擴(kuò)大。
二、大型回轉(zhuǎn)體零件加工機(jī)床的組成結(jié)構(gòu)
大型回轉(zhuǎn)體零件的加工機(jī)床是通過運(yùn)動工作臺和運(yùn)動導(dǎo)軌以及滑動裝置臺和托輥、主工作軸共同構(gòu)成，通過把加工零件固定在托輥上保持其高速旋轉(zhuǎn)帶動加工零件的轉(zhuǎn)動，并且用主體工作軸對零件外表進(jìn)行輪廓加工。在整體加工中會產(chǎn)生作用于運(yùn)動滑臺和導(dǎo)軌以及工作臺這三方力的作用移動，而且在加工零件內(nèi)部圓周輪廓時會形成相應(yīng)的內(nèi)孔。當(dāng)旋轉(zhuǎn)移動成直角度數(shù)后整體加工完成時，NC系統(tǒng)在全過程中會對三個方向力的移動速度進(jìn)行控制，進(jìn)而對完成的整個加工過程進(jìn)行輔助。
三、大型回轉(zhuǎn)體零件的表面測量和誤差補(bǔ)償
對零件加工機(jī)床的表面測量和誤差補(bǔ)償需要通過機(jī)床和CMC系統(tǒng)以及測量傳感器和旋轉(zhuǎn)角度感應(yīng)器共同協(xié)作完成。CNC系統(tǒng)主要對NC伺服控制和刀頭移動軌跡構(gòu)成，并對其進(jìn)行移位補(bǔ)償。計算表面輪廓誤差需要通過機(jī)床上安裝的測量傳感器協(xié)作完成，通過圖1可以看出測量零件表面的V數(shù)值和托輥輪廓誤差數(shù)為△r1和△r2。得出同步旋轉(zhuǎn)角度傳感器測量零件角度值為θ并通過分析刀具補(bǔ)償裝置傳回的實(shí)時處理數(shù)值計算得到零件表面誤差值。根據(jù)零件輪廓誤差數(shù)值和托輥誤差數(shù)值計算出切割刀具的補(bǔ)償值為△x，△y。用數(shù)值疊加于刀頭移跡中。
四、輪廓表面加工誤差產(chǎn)生分析
加工零件盒機(jī)床的位置對加工誤差有重要影響。當(dāng)零件選擇中因托輥和自身的輪廓誤差會讓轉(zhuǎn)動中心產(chǎn)生不同頻率的接觸振動。利用刀具對零件進(jìn)行切割時誤差會按照固定位置轉(zhuǎn)移傳導(dǎo)到零件外形輪廓面產(chǎn)生滑行平移。這些情況都會造成誤差的產(chǎn)生。
當(dāng)?shù)毒咔懈钸^程中托輥的圓心L距離不斷改變。并以R10與R20的連接距離設(shè)為X軸并以零件圓心做垂直于X軸的Y軸。則推出零件圓心和托輥圓心的推導(dǎo)公式。設(shè)定為b=R+r+△RB+△rB和c=R+r+△Rc+△2c。
略去二階以及上導(dǎo)數(shù)項，令△x-x-f（b，c），△b-b-R-r，△c-c-R-r，可增量整體線性化方程式為
同理
所以△x、△y因而表示為：
通過點(diǎn)A的r增量為△R4，則點(diǎn)A的綜合變化值為點(diǎn)A到r增量與點(diǎn)B，C的r增量在R0A方向中的投影和。并由于回轉(zhuǎn)體是剛性體，它位置的變化時隨旋轉(zhuǎn)中心位置進(jìn)行變化。因此，點(diǎn)A的誤差數(shù)值可以表述為點(diǎn)A的r增量與零件圓心的位置變化與R0A中的數(shù)值投影和。為V（A），其公式也可以表示為V（A）=△R4+△x sinβ+△y cosβ
通過帶入上述公式整理可得出：
△R（0）為零件輪廓表面誤差數(shù)值。點(diǎn)A、B、C的表面誤差為：△R（0），△R（θ+θAB），△R（θ+θac），θAB，θAB是ABC三點(diǎn)的夾角。因此，托輥支撐點(diǎn)的表面輪廓誤差可以概況為：△r1（θ|），△r2（θ|）兩個表示數(shù)值。
公式可以測量A點(diǎn)變化數(shù)值。通過△R（θ+θAB），△R（θ+θac），θAB的反應(yīng)是可以半停支撐點(diǎn)的輪廓誤差的［2］。
五、結(jié)語
大型回轉(zhuǎn)體零件的加工機(jī)床屬于重量與體積大的設(shè)備，同時加工過程是一項精準(zhǔn)細(xì)密的制造過程。這就無法避免誤差的產(chǎn)生，通過對表面輪廓誤差成因的分析和數(shù)值實(shí)時補(bǔ)償?shù)挠嬎阊芯?，可以讓零件制造得到質(zhì)量提升。
號：甘肅省高等學(xué)?？蒲许椖浚?013A-100）
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誤差；實(shí)時補(bǔ)償；測量；回轉(zhuǎn)體零件
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一、大型回轉(zhuǎn)體零件表面輪廓誤差的成因
目前，大型回轉(zhuǎn)體零件的制造加工主要是利用復(fù)合機(jī)床為加工主體進(jìn)行的。專業(yè)加工設(shè)備優(yōu)勢在于可基本滿足于目前應(yīng)用領(lǐng)域所需回轉(zhuǎn)體零件的加工。復(fù)合機(jī)床刀具會隨著驅(qū)動電機(jī)對托輥的作用而產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，對回轉(zhuǎn)體進(jìn)行NC輔助切割。因而誤差會隨著托輥與回轉(zhuǎn)體外部環(huán)形產(chǎn)生自身誤差，進(jìn)而也可從回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)中刀頭移動產(chǎn)生。因回轉(zhuǎn)過程中的不規(guī)則振動頻率無法精準(zhǔn)避免托輥與零件兩者的輪廓誤差擴(kuò)大。
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三、大型回轉(zhuǎn)體零件的表面測量和誤差補(bǔ)償
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通過帶入上述公式整理可得出：
△R（0）為零件輪廓表面誤差數(shù)值。點(diǎn)A、B、C的表面誤差為：△R（0），△R（θ+θAB），△R（θ+θac），θAB，θAB是ABC三點(diǎn)的夾角。因此，托輥支撐點(diǎn)的表面輪廓誤差可以概況為：△r1（θ|），△r2（θ|）兩個表示數(shù)值。
公式可以測量A點(diǎn)變化數(shù)值。通過△R（θ+θAB），△R（θ+θac），θAB的反應(yīng)是可以半停支撐點(diǎn)的輪廓誤差的［2］。
五、結(jié)語
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