床身導(dǎo)軌變形誤差補(bǔ)償?shù)目尚行苑治?/h1>
2020-08-28 17:15:25汪旭東
機(jī)電信息 2020年24期
摘? 要：通過(guò)對(duì)床身生產(chǎn)制造過(guò)程中誤差產(chǎn)生原因的分析，建立床身導(dǎo)軌變形的理論曲線(xiàn)，為人為干涉控制床身的預(yù)應(yīng)力、變形量來(lái)減小誤差提供理論依據(jù)，達(dá)到對(duì)床身導(dǎo)軌變形誤差進(jìn)行修正的目的;同時(shí)在床身加工整個(gè)工藝系統(tǒng)中合理調(diào)整工藝參數(shù)，充分發(fā)揮自位補(bǔ)償功能和形位補(bǔ)償功能，適當(dāng)減少或消除床身在生產(chǎn)制造過(guò)程中的誤差，滿(mǎn)足床身導(dǎo)軌的圖紙要求，從而保證車(chē)床整機(jī)質(zhì)量要求。
關(guān)鍵詞：制造誤差;理論曲線(xiàn);形位補(bǔ)償
0? ? 引言
對(duì)于車(chē)床床身來(lái)說(shuō)，由于本身結(jié)構(gòu)的特殊性，在生產(chǎn)制造過(guò)程中對(duì)于工件的變形難以控制，相應(yīng)地，在床身的整個(gè)工藝系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)軌變形誤差。怎樣解決床身變形誤差問(wèn)題？本文結(jié)合CW61100E床身實(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)程對(duì)導(dǎo)軌變形特性進(jìn)行了一些定性的分析，探討了通過(guò)不同方式的補(bǔ)償消除所產(chǎn)生的誤差，提高和保證床身的整體精度要求。
1? ? 床身制造工藝過(guò)程中產(chǎn)生的誤差
1.1? ? 床身切削加工過(guò)程中產(chǎn)生的變形誤差
床身加工是在刨床、刀具、工裝卡具夾具共同組成的工藝系統(tǒng)內(nèi)基于床身與刀具之間的相互作用來(lái)完成的機(jī)械加工。圖1所示為床身在刨床上的加工過(guò)程，當(dāng)刨床以一定的切削速度V對(duì)床身進(jìn)行刨削時(shí)，由于刨刀存在刀尖圓角半徑，其刨削過(guò)程中的背吃刀量a中有一部分切削層厚度為h1的切削層是從刀尖原點(diǎn)Y擠壓完成的，使之成為了刨削加工的一部分，當(dāng)該部分到達(dá)刀尖原點(diǎn)最低點(diǎn)U點(diǎn)時(shí)受到機(jī)床切削力的影響而產(chǎn)生一段V的擠壓和摩擦，從而使床身加工表面產(chǎn)生相應(yīng)的剪切應(yīng)力，導(dǎo)致床身導(dǎo)軌面的塑性變形，刨削過(guò)后導(dǎo)軌加工表面由于其材料的特性而彈性變形恢復(fù)，在已加工的導(dǎo)軌面上形成了厚度為h2的金屬層。因此，在整個(gè)床身加工過(guò)程中，在刨刀的強(qiáng)烈擠壓形成的正壓力與摩擦力的作用下，加工導(dǎo)軌表面會(huì)產(chǎn)生比較大的塑性變形和溫度場(chǎng)，從而在床身加工表面形成了不均勻應(yīng)力場(chǎng)，對(duì)于床身來(lái)說(shuō)產(chǎn)生較大的加工殘余應(yīng)力，影響了床身的整體加工精度。
1.2? ? 床身熱處理淬火過(guò)程中導(dǎo)軌變形產(chǎn)生的誤差
在目前的床身制造過(guò)程中，熱處理導(dǎo)軌變形一直是困擾公司的一大難題，其對(duì)于床身的單件質(zhì)量、機(jī)床整機(jī)質(zhì)量以及使用壽命和生產(chǎn)成本都造成了比較大的影響。因此，研究床身導(dǎo)軌彎曲變形對(duì)于提高公司的產(chǎn)品質(zhì)量很有必要。為便于研究，以公司CW61100E/5 m床身為例，將淬火完之后的床身在磨削前用千分表以500 mm長(zhǎng)為一測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行拉表，如圖2所示，測(cè)出5 m床身整體的導(dǎo)軌實(shí)際變形量，然后根據(jù)實(shí)際測(cè)量值畫(huà)出導(dǎo)軌實(shí)際變形曲線(xiàn)，如圖3所示。
可設(shè)定床身導(dǎo)軌變形是在導(dǎo)軌有效長(zhǎng)度內(nèi)的載荷造成的，這一載荷就是床身導(dǎo)軌在淬火過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，在不考慮其他因素影響的條件下，可以將這一載荷設(shè)定為均勻分布在導(dǎo)軌上的載荷，床身可以簡(jiǎn)化為受均布載荷的簡(jiǎn)支梁。假設(shè)導(dǎo)軌長(zhǎng)度為L(zhǎng)，高度為H，如圖4所示。
按照床身導(dǎo)軌的彎曲變形曲線(xiàn)，可以利用懸鏈線(xiàn)理論建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行計(jì)算比較。在如圖4所示的坐標(biāo)系中，設(shè)拋物線(xiàn)的焦距為p，床身導(dǎo)軌熱變形最大上拱量為h，可得拋物線(xiàn)方程為x2=-2py，當(dāng)x=±L/2時(shí)，y=h，代入上式得p=l2/8h。因此，導(dǎo)軌熱變形后拋物線(xiàn)的方程為x2=-y。這就得出了基于懸鏈線(xiàn)理論的床身導(dǎo)軌變形后數(shù)學(xué)模型。根據(jù)該數(shù)學(xué)模型可以確定床身導(dǎo)軌變形的理論曲線(xiàn)，從而為床身導(dǎo)軌變形的形位補(bǔ)償提供理論基礎(chǔ)。
2? ? 床身導(dǎo)軌變形誤差的修正與補(bǔ)償
根據(jù)床身制造加工的工藝系統(tǒng)，在生產(chǎn)過(guò)程中需要得到床身導(dǎo)軌變形的理論修正曲線(xiàn)，按照之前得出的導(dǎo)軌變形的理論曲線(xiàn)方程x2=-y，為使導(dǎo)軌實(shí)際變形曲線(xiàn)最小，需要修正補(bǔ)償?shù)那€(xiàn)方程無(wú)限接近于實(shí)際變形曲線(xiàn)，同時(shí)方向相反。據(jù)此，可以得出理論修正曲線(xiàn)方程為x2=y。
目前常用的方法是在粗加工階段通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力提前進(jìn)行床身導(dǎo)軌反變形來(lái)抵消床身導(dǎo)軌變形量，但是由于受到床身自身剛性以及加工母機(jī)工作臺(tái)剛性等多方面影響，施加預(yù)應(yīng)力F預(yù)
3? ? 結(jié)語(yǔ)
在床身的整個(gè)加工工藝系統(tǒng)中，床身的導(dǎo)軌加工精度除了受加工誤差和熱處理工藝誤差影響以外，還受加工機(jī)床應(yīng)力誤差、母機(jī)誤差等影響。有一些可以通過(guò)工藝延伸提高加工精度，還有些可以通過(guò)改變工藝方法提高加工精度，對(duì)不可消除的導(dǎo)軌變形誤差，需要制定專(zhuān)用的加工補(bǔ)償方式來(lái)對(duì)加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償，從而調(diào)整床身導(dǎo)軌誤差。只要對(duì)整個(gè)制造工藝系統(tǒng)制定合理的工藝路線(xiàn)和參數(shù)，充分發(fā)揮其補(bǔ)償功能，就能有效減少甚至消除整個(gè)制造過(guò)程中床身導(dǎo)軌產(chǎn)生的誤差，從而使床身導(dǎo)軌達(dá)到使用要求。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 莊愛(ài)華，吳鏡輝.淺析床身導(dǎo)軌加工工藝的改進(jìn)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2011，40（6）：132-133.
[2] 朱裕華.細(xì)長(zhǎng)鋼導(dǎo)軌的淬硬變形控制[J].制造技術(shù)與機(jī)床，1998（9）：37-38.
[3] 唐開(kāi)勇.機(jī)床導(dǎo)軌熱變形及熱應(yīng)力的計(jì)算[J].機(jī)床與液壓，2002（4）：157-158.
[4] 陶湘保，張德賢，劉筱連.機(jī)床熱變形的主動(dòng)補(bǔ)償[J].中國(guó)機(jī)械工程，1999，10（8）：923.
收稿日期：2020-06-17
作者簡(jiǎn)介：汪旭東（1982—），男，甘肅天水人，工程師，研究方向：機(jī)械制造工藝。
摘? 要：通過(guò)對(duì)床身生產(chǎn)制造過(guò)程中誤差產(chǎn)生原因的分析，建立床身導(dǎo)軌變形的理論曲線(xiàn)，為人為干涉控制床身的預(yù)應(yīng)力、變形量來(lái)減小誤差提供理論依據(jù)，達(dá)到對(duì)床身導(dǎo)軌變形誤差進(jìn)行修正的目的;同時(shí)在床身加工整個(gè)工藝系統(tǒng)中合理調(diào)整工藝參數(shù)，充分發(fā)揮自位補(bǔ)償功能和形位補(bǔ)償功能，適當(dāng)減少或消除床身在生產(chǎn)制造過(guò)程中的誤差，滿(mǎn)足床身導(dǎo)軌的圖紙要求，從而保證車(chē)床整機(jī)質(zhì)量要求。
關(guān)鍵詞：制造誤差;理論曲線(xiàn);形位補(bǔ)償
0? ? 引言
對(duì)于車(chē)床床身來(lái)說(shuō)，由于本身結(jié)構(gòu)的特殊性，在生產(chǎn)制造過(guò)程中對(duì)于工件的變形難以控制，相應(yīng)地，在床身的整個(gè)工藝系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)軌變形誤差。怎樣解決床身變形誤差問(wèn)題？本文結(jié)合CW61100E床身實(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)程對(duì)導(dǎo)軌變形特性進(jìn)行了一些定性的分析，探討了通過(guò)不同方式的補(bǔ)償消除所產(chǎn)生的誤差，提高和保證床身的整體精度要求。
1? ? 床身制造工藝過(guò)程中產(chǎn)生的誤差
1.1? ? 床身切削加工過(guò)程中產(chǎn)生的變形誤差
床身加工是在刨床、刀具、工裝卡具夾具共同組成的工藝系統(tǒng)內(nèi)基于床身與刀具之間的相互作用來(lái)完成的機(jī)械加工。圖1所示為床身在刨床上的加工過(guò)程，當(dāng)刨床以一定的切削速度V對(duì)床身進(jìn)行刨削時(shí)，由于刨刀存在刀尖圓角半徑，其刨削過(guò)程中的背吃刀量a中有一部分切削層厚度為h1的切削層是從刀尖原點(diǎn)Y擠壓完成的，使之成為了刨削加工的一部分，當(dāng)該部分到達(dá)刀尖原點(diǎn)最低點(diǎn)U點(diǎn)時(shí)受到機(jī)床切削力的影響而產(chǎn)生一段V的擠壓和摩擦，從而使床身加工表面產(chǎn)生相應(yīng)的剪切應(yīng)力，導(dǎo)致床身導(dǎo)軌面的塑性變形，刨削過(guò)后導(dǎo)軌加工表面由于其材料的特性而彈性變形恢復(fù)，在已加工的導(dǎo)軌面上形成了厚度為h2的金屬層。因此，在整個(gè)床身加工過(guò)程中，在刨刀的強(qiáng)烈擠壓形成的正壓力與摩擦力的作用下，加工導(dǎo)軌表面會(huì)產(chǎn)生比較大的塑性變形和溫度場(chǎng)，從而在床身加工表面形成了不均勻應(yīng)力場(chǎng)，對(duì)于床身來(lái)說(shuō)產(chǎn)生較大的加工殘余應(yīng)力，影響了床身的整體加工精度。
1.2? ? 床身熱處理淬火過(guò)程中導(dǎo)軌變形產(chǎn)生的誤差
在目前的床身制造過(guò)程中，熱處理導(dǎo)軌變形一直是困擾公司的一大難題，其對(duì)于床身的單件質(zhì)量、機(jī)床整機(jī)質(zhì)量以及使用壽命和生產(chǎn)成本都造成了比較大的影響。因此，研究床身導(dǎo)軌彎曲變形對(duì)于提高公司的產(chǎn)品質(zhì)量很有必要。為便于研究，以公司CW61100E/5 m床身為例，將淬火完之后的床身在磨削前用千分表以500 mm長(zhǎng)為一測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行拉表，如圖2所示，測(cè)出5 m床身整體的導(dǎo)軌實(shí)際變形量，然后根據(jù)實(shí)際測(cè)量值畫(huà)出導(dǎo)軌實(shí)際變形曲線(xiàn)，如圖3所示。
可設(shè)定床身導(dǎo)軌變形是在導(dǎo)軌有效長(zhǎng)度內(nèi)的載荷造成的，這一載荷就是床身導(dǎo)軌在淬火過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，在不考慮其他因素影響的條件下，可以將這一載荷設(shè)定為均勻分布在導(dǎo)軌上的載荷，床身可以簡(jiǎn)化為受均布載荷的簡(jiǎn)支梁。假設(shè)導(dǎo)軌長(zhǎng)度為L(zhǎng)，高度為H，如圖4所示。
按照床身導(dǎo)軌的彎曲變形曲線(xiàn)，可以利用懸鏈線(xiàn)理論建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行計(jì)算比較。在如圖4所示的坐標(biāo)系中，設(shè)拋物線(xiàn)的焦距為p，床身導(dǎo)軌熱變形最大上拱量為h，可得拋物線(xiàn)方程為x2=-2py，當(dāng)x=±L/2時(shí)，y=h，代入上式得p=l2/8h。因此，導(dǎo)軌熱變形后拋物線(xiàn)的方程為x2=-y。這就得出了基于懸鏈線(xiàn)理論的床身導(dǎo)軌變形后數(shù)學(xué)模型。根據(jù)該數(shù)學(xué)模型可以確定床身導(dǎo)軌變形的理論曲線(xiàn)，從而為床身導(dǎo)軌變形的形位補(bǔ)償提供理論基礎(chǔ)。
2? ? 床身導(dǎo)軌變形誤差的修正與補(bǔ)償
根據(jù)床身制造加工的工藝系統(tǒng)，在生產(chǎn)過(guò)程中需要得到床身導(dǎo)軌變形的理論修正曲線(xiàn)，按照之前得出的導(dǎo)軌變形的理論曲線(xiàn)方程x2=-y，為使導(dǎo)軌實(shí)際變形曲線(xiàn)最小，需要修正補(bǔ)償?shù)那€(xiàn)方程無(wú)限接近于實(shí)際變形曲線(xiàn)，同時(shí)方向相反。據(jù)此，可以得出理論修正曲線(xiàn)方程為x2=y。
目前常用的方法是在粗加工階段通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力提前進(jìn)行床身導(dǎo)軌反變形來(lái)抵消床身導(dǎo)軌變形量，但是由于受到床身自身剛性以及加工母機(jī)工作臺(tái)剛性等多方面影響，施加預(yù)應(yīng)力F預(yù)
3? ? 結(jié)語(yǔ)
在床身的整個(gè)加工工藝系統(tǒng)中，床身的導(dǎo)軌加工精度除了受加工誤差和熱處理工藝誤差影響以外，還受加工機(jī)床應(yīng)力誤差、母機(jī)誤差等影響。有一些可以通過(guò)工藝延伸提高加工精度，還有些可以通過(guò)改變工藝方法提高加工精度，對(duì)不可消除的導(dǎo)軌變形誤差，需要制定專(zhuān)用的加工補(bǔ)償方式來(lái)對(duì)加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償，從而調(diào)整床身導(dǎo)軌誤差。只要對(duì)整個(gè)制造工藝系統(tǒng)制定合理的工藝路線(xiàn)和參數(shù)，充分發(fā)揮其補(bǔ)償功能，就能有效減少甚至消除整個(gè)制造過(guò)程中床身導(dǎo)軌產(chǎn)生的誤差，從而使床身導(dǎo)軌達(dá)到使用要求。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 莊愛(ài)華，吳鏡輝.淺析床身導(dǎo)軌加工工藝的改進(jìn)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2011，40（6）：132-133.
[2] 朱裕華.細(xì)長(zhǎng)鋼導(dǎo)軌的淬硬變形控制[J].制造技術(shù)與機(jī)床，1998（9）：37-38.
[3] 唐開(kāi)勇.機(jī)床導(dǎo)軌熱變形及熱應(yīng)力的計(jì)算[J].機(jī)床與液壓，2002（4）：157-158.
[4] 陶湘保，張德賢，劉筱連.機(jī)床熱變形的主動(dòng)補(bǔ)償[J].中國(guó)機(jī)械工程，1999，10（8）：923.
收稿日期：2020-06-17
作者簡(jiǎn)介：汪旭東（1982—），男，甘肅天水人，工程師，研究方向：機(jī)械制造工藝。
