立式車床工作臺(tái)偏心質(zhì)量對(duì)加工精度的影響_劉銀鋒

1、China New Technologies and Products工 業(yè) 技 術(shù) 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品- 146 -立式車床工作臺(tái)是承載加工工件的重要部件,工作臺(tái)帶動(dòng)工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是車削加工的主運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)的端面跳動(dòng)及其徑向跳動(dòng)是機(jī)床精度的重要指標(biāo)。由于普通立式車床工作臺(tái)轉(zhuǎn)速通常較低(通常200rpm 以下,動(dòng)平衡是一個(gè)在設(shè)計(jì)過程中很容易被忽略的環(huán)節(jié)。當(dāng)工作臺(tái)存在一定偏心質(zhì)量時(shí),離心力的作用會(huì)使主軸產(chǎn)生一定的變形,反映到工作臺(tái)后就會(huì)影響加工精度。本文對(duì)DVT250雙柱立車工作臺(tái)偏心的影響進(jìn)行了分析計(jì)算,此工作臺(tái)直徑3500mm。1 問題分析及模型建立工作臺(tái)安放在工作臺(tái)底座上,由齒圈帶動(dòng)繞主軸做

2、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),通過推力軸承將工作臺(tái)及其工件的重量承載到工作臺(tái)底座上。中間的滾子軸承是工作臺(tái)與主軸作用力傳遞的的載體。在某個(gè)工作轉(zhuǎn)速下,工作臺(tái)偏心質(zhì)量產(chǎn)生的離心力通過滾子軸承傳遞給主軸。取某個(gè)瞬時(shí)離心力作用點(diǎn)與主軸軸線剖面做受力分析,可以把問題簡(jiǎn)化成靜剛度的計(jì)算。此工況下,主軸為主要分析對(duì)象,但是關(guān)心的變形位置卻是工作臺(tái)。由于相對(duì)于主軸來(lái)講,工作臺(tái)的剛度足夠大,故在建立模型時(shí)可以不詳細(xì)建立工作臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu),但需要在離心力作用點(diǎn)做出幾何截面來(lái)施加離心力,同時(shí)需要將工作臺(tái)上表面及其主軸上端面分割以得到象限點(diǎn),作為數(shù)據(jù)讀取的準(zhǔn)確位置。對(duì)于滾子軸承,由于不是重點(diǎn)研究部位,故用相當(dāng)規(guī)格的實(shí)體代替。位于工作臺(tái)底部

3、中間位置的推力軸承承載工作臺(tái)的重力,故此建立一個(gè)實(shí)體結(jié)構(gòu)以便進(jìn)行約束處理。不考慮工作臺(tái)底座的變形及其軸承的間隙等問題。依據(jù)以上分析,在UG NX7.5建模模塊建立有限元分析模型,見圖1及圖2。2 有限元分析前處理進(jìn)入U(xiǎn)G NX7.5的高級(jí)仿真模塊在仿真文件(.sim環(huán)境下對(duì)分析模型進(jìn)行邊界條件、結(jié)合面的處理及離心力的加載。在有限元模型文件(.fem環(huán)境下進(jìn)行材料屬性的設(shè)定及其網(wǎng)格的劃分。2.1 約束與載荷推力軸承承載工作臺(tái)的重力,固定其豎直方向的自由度,其余自由度放開。設(shè)定主軸與底座的接觸面為剛性連接,忽略底座的變形,固定主軸與底座的接觸面。各零件鍵的接觸面用粘接方式連接。將離心力作用在建模時(shí)

4、預(yù)留的截面上,離心力的大小計(jì)算方法如下文所述。由于,工作臺(tái)偏心位置未知,假定其在懸伸部分上中下三個(gè)位置分別進(jìn)行計(jì)算,共計(jì)算三次。設(shè)定工作臺(tái)轉(zhuǎn)速n=100rpm,在直徑1000mm 處,存在偏心質(zhì)量10kg。則離心力:F=m2=1097N若工況有變化,則根據(jù)離心力計(jì)算公式進(jìn)行相應(yīng)線性變換即可得出相應(yīng)結(jié)果。2.2 劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格是建立有限元模型的一個(gè)重要環(huán)節(jié),它要求考慮的問題較多,需要的工作量較大,所劃分的網(wǎng)格形式對(duì)計(jì)算精度和計(jì)算規(guī)模將產(chǎn)生直接影響。本例計(jì)算中,共劃分3D 四面體10節(jié)點(diǎn)單元10292個(gè),單元節(jié)點(diǎn)17443個(gè),見圖3。3 計(jì)算結(jié)果工作臺(tái)在直徑1000mm 處存在偏心質(zhì)量10kg,

5、轉(zhuǎn)速n=100rpm 時(shí)的計(jì)算結(jié)果見表1。則對(duì)應(yīng)在直徑2000mm 處,偏心質(zhì)量為50kg,轉(zhuǎn)速為200rpm 時(shí)的情況計(jì)算結(jié)果:根據(jù)公式需乘以系數(shù)5222=40,具體數(shù)值見表2。-0.00230.0598-0.00430.0828表2 有限元分析結(jié)果2偏心質(zhì)量位置變形(m主軸工作臺(tái)軸向徑向軸向徑向上0.07632.0153 -2.4568 4.0000中-0.0127 2.1120 -1.3681 3.7318 下-0.0908 2.3904 -0.1723 3.31294 總結(jié)從表2計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出,相當(dāng)于徑向跳動(dòng)指標(biāo)方向,對(duì)于主軸,變形隨著工作臺(tái)偏心質(zhì)量位置從上到下的變化逐漸增大,反

6、映到工作臺(tái),變形隨著工作臺(tái)偏心質(zhì)量位置從上到下的變化逐漸減小;相當(dāng)于端面跳動(dòng)指標(biāo)方向,主軸和工作臺(tái)變形趨勢(shì)相同,都隨著工作臺(tái)偏心質(zhì)量位置從上到下的變化趨近于向-Z 方向增大。在數(shù)值上,當(dāng)偏心質(zhì)量位于工作臺(tái)懸伸部分上部時(shí),徑向變形4m,影響徑向跳動(dòng)8m,軸向變形2.5m,影響端面跳動(dòng)5m。通過以上分析,可以得出當(dāng)加工精度要求較高時(shí),工作臺(tái)的偏心質(zhì)量對(duì)加工精度的影響是一個(gè)不可忽略的考慮因素。并且,離心力的作用下,由于主軸的變形會(huì)使工作臺(tái)的慣性軸心線與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心線不在同一直線上,當(dāng)轉(zhuǎn)速愈高離心力愈大,慣性軸心線偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸心線愈多(亦即平衡狀況愈差,而工作臺(tái)的立式車床工作臺(tái)偏心質(zhì)量對(duì)加工精度的影響劉銀鋒

7、 王繼成(齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司,黑龍江 齊齊哈爾 161005摘 要:運(yùn)用UG NX7.5軟件,通過有限元分析手段計(jì)算了工作臺(tái)偏心質(zhì)量引起的離心力引起的主軸變形和反映到工作臺(tái)外沿的變形,為機(jī)床設(shè)計(jì)及其使用維護(hù)提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:有限元;工作臺(tái);離心力;主軸;變形中圖分類號(hào):TG51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 圖1 有限元分析模型(剖面圖2 有限元分析模型(數(shù)據(jù)讀取面處理圖3 有限元分析邊界條件及其網(wǎng)格工 業(yè) 技 術(shù) 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品- 147 -振動(dòng)也會(huì)隨之變大。提高主軸的剛度和降低工作臺(tái)的不平衡量都能適當(dāng)?shù)亟档瓦@種影響。建議設(shè)計(jì)中,對(duì)工作臺(tái)動(dòng)平衡指標(biāo)進(jìn)行合理要求,并充分考慮主軸剛度問題。參考文獻(xiàn)

8、1王勖成.有限單元法M.北京:清華大學(xué)出版社,2003.2現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.1概述云浮發(fā)電廠C 廠為兩臺(tái)300MW 循環(huán)流化床機(jī)組,每臺(tái)鍋爐裝設(shè)兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī),一次風(fēng)機(jī)電機(jī)額定功率為2800kW,安裝了中山明陽(yáng)公司的MLVERT-D06/3550.B型高壓變頻器,變頻器配置手動(dòng)旁路柜。投運(yùn)以來(lái),一次風(fēng)機(jī)變頻器在帶風(fēng)機(jī)啟動(dòng)以及運(yùn)行過程中多次發(fā)生過載、功率模塊通訊故障、功率模塊燒毀、控制電源中斷等故障,造成一次風(fēng)機(jī)跳閘停運(yùn),導(dǎo)致鍋爐爐膛壓力波動(dòng)大或滅火,給機(jī)組安全運(yùn)行帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)。2原因分析經(jīng)過對(duì)變頻器的重故障總結(jié)、歸納,造成變頻器跳

9、閘原因主要有以下幾種。2.1變頻器過載變頻器過載主要原因?yàn)?(1變頻器啟動(dòng)時(shí),由于風(fēng)門不能關(guān)閉嚴(yán)閉,電機(jī)在反轉(zhuǎn),造成啟動(dòng)時(shí)電機(jī)電流超定值。(2變頻器未設(shè)置具有電流限制的軟啟動(dòng)程序。2.2變頻器功率模塊通訊故障從對(duì)故障檢查情況看,通訊故障均是在運(yùn)行一定時(shí)間后報(bào)出,對(duì)故障模塊進(jìn)行檢查分析,發(fā)現(xiàn)故障均是軟故障,并不是簡(jiǎn)單的可穩(wěn)定的重復(fù),判斷為環(huán)境原因引起:(1變頻器在電廠基建安裝期間曾嚴(yán)重受潮而導(dǎo)致部分控制板件性能不穩(wěn)定。(2變頻器室設(shè)計(jì)的冷卻方式為空調(diào)冷卻+開放式循環(huán)空冷,變頻室內(nèi)除配置六臺(tái)10匹空調(diào)以外,還在變頻器頂部安裝風(fēng)道,通過變頻器頂部的抽風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)通過風(fēng)道排出至室外,室外的空氣通過變頻器

10、室墻壁下部的通風(fēng)口補(bǔ)充至室內(nèi),通過空氣循環(huán)的方式來(lái)給變頻器制冷。但本廠循環(huán)流化床鍋爐為正壓鍋爐,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏灰,變頻器室因建在兩臺(tái)鍋爐中間而導(dǎo)致大量的灰塵進(jìn)入室內(nèi),灰塵隨著空氣進(jìn)去變頻器內(nèi)部,致部分元件性能不穩(wěn)定,在運(yùn)行過程中故障導(dǎo)致模塊故障。2.3變頻器功率模塊燒毀變頻器生產(chǎn)廠家中山明陽(yáng)公司對(duì)未明顯損壞的功率模塊進(jìn)行了小電流電壓保護(hù)功能測(cè)試及帶負(fù)載測(cè)試,未發(fā)現(xiàn)異常,將損壞的IGBT 模塊送到德國(guó)賽米控公司亞太技術(shù)中心(珠海進(jìn)行失效分析,經(jīng)過對(duì)多個(gè)模塊的解剖分析,根據(jù)器件失效專家的經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為IGBT 失效的原因?yàn)樗矐B(tài)過電壓。云浮電廠的6kV 輔機(jī)開關(guān)均采用真空斷路器,真空斷路器的操作過電風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)故障的分析及解決措施劉士成(廣東粵電云河發(fā)電有限公司,廣東 云浮 527328摘 要:云浮發(fā)電廠一次風(fēng)機(jī)變頻器投運(yùn)后多次出現(xiàn)故障,