新型推拉鏜刀桿的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

新型推拉鏜刀桿的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

1反腰鼓形狀尺寸不一致的刀具精銑加工圖1顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)氣孔的剖面。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣孔的圓柱形要求非常高。在研磨和處理過程中，由于電機(jī)端部的剛度不足，刀體彎曲。由于電機(jī)體孔軸的徑向壁厚，分布不均，孔軸上下兩端較厚，中間部分較薄。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸要保證活塞、連桿以及曲軸等運(yùn)動(dòng)部件的相互位置準(zhǔn)確,氣缸孔圓柱度誤差必需限制在一定的范圍內(nèi)。常規(guī)的鏜孔方法無非就是先拉鏜后推鏜或者先推鏜后拉鏜,加工出來的氣缸孔的形狀必然是腰鼓狀,使得被鏜削孔的圓柱度不高。而采用提高工藝系統(tǒng)剛度的方法會(huì)受到孔的技術(shù)條件限制,并不能完全解決氣缸孔鏜削精度不高的問題,同時(shí)在加工過程中刀具的不斷磨損會(huì)引起不同加工孔的尺寸不一致。在一般數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置人工補(bǔ)償命令,根據(jù)工件的線外檢測(cè)結(jié)果或經(jīng)驗(yàn)判斷刀具磨損情況來設(shè)定補(bǔ)償量,這種補(bǔ)償會(huì)在一批被加工孔中引起明顯的尺寸不一致,雖然在公差范圍內(nèi)有裝配互換性,但裝配性能會(huì)因刀具的磨損狀態(tài)不同而不同,直接影響機(jī)器的裝配精度。采用設(shè)計(jì)的新型推拉鏜刀桿及伺服補(bǔ)償機(jī)構(gòu)穩(wěn)定加工精度,推拉鏜刀桿的前端安裝有半精鏜刀片、精鏜刀片。鏜刀桿下行時(shí)可對(duì)氣缸實(shí)施快速半精鏜加工。當(dāng)鏜刀桿下行至終了位置后,刀具補(bǔ)償伺服電機(jī)啟動(dòng),通過鏜桿芯部拉桿的1°斜面推動(dòng)精鏜刀片伸出至精鏜尺寸的工作位置,其后鏜桿上行,完成氣缸孔的最終精鏜加工。精鏜孔刀具鏜孔時(shí),其孔的側(cè)母線通過編程可形成曲線,或不規(guī)則的直線。通過對(duì)腰鼓形狀參數(shù)測(cè)量分析計(jì)算,將反腰鼓狀的參數(shù)輸入數(shù)控程序進(jìn)行精鏜加工。由于半精鏜與精鏜兩工序主軸軸線相對(duì)于工件沒有發(fā)生變化,精鏜刀片的負(fù)擔(dān)大為減輕,延緩了精鏜刀片的磨損。精鏜刀片的工作位置由伺服電機(jī)精確定位,可輕松實(shí)現(xiàn)刀具磨損后進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)墓δ堋?精銑刀的精銑加工推拉鏜桿的結(jié)構(gòu)如圖2所示。推拉鏜桿的前端安裝有5個(gè)刀片(半精鏜3片,精鏜2片)的鏜刀盤。鏜桿下行時(shí)可對(duì)氣缸孔實(shí)施快速半精鏜加工。當(dāng)鏜桿下行至終了位置后刀具補(bǔ)償伺服電機(jī)啟動(dòng),通過鏜桿芯部拉桿的斜面推動(dòng)精鏜刀片伸出至工作位置。其后鏜桿上行,完成氣缸孔的最終精鏜加工。由于半精鏜與精鏜兩工序主軸軸線相對(duì)于工件未發(fā)生變化,精鏜刀片的負(fù)擔(dān)大為減輕,延緩了精鏜刀片的磨損。另一方面,精鏜刀片的工作位置可由伺服電機(jī)精確定位,故可實(shí)現(xiàn)刀具磨損后進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓δ堋榱吮ＷC鏜削發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸孔圓柱度要求,設(shè)計(jì)采用了推拉鏜刀桿同軸分次半精鏜與精鏜氣缸孔,并配合伺服補(bǔ)償,保證了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體重要技術(shù)指標(biāo)。主要方法:采用推拉鏜桿及伺服補(bǔ)償機(jī)構(gòu)穩(wěn)定尺寸精度。3解決誤差補(bǔ)償3.1反腰鼓狀的加工在國(guó)外機(jī)床上,推拉鏜刀桿精鏜刀的伸縮很多采用了液壓驅(qū)動(dòng)。當(dāng)半精鏜孔進(jìn)行時(shí),精鏜刀必需讓刀,半精鏜孔結(jié)束時(shí),伸出至精鏜尺寸。而設(shè)計(jì)采用的精鏜刀的伸縮驅(qū)動(dòng)選用了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),這種方式除具備上述功能外,還能在精鏜孔時(shí),讓控制鏜刀伸縮的伺服電機(jī)和Z軸伺服電機(jī)一起走插補(bǔ)程序,也就是說,精鏜孔刀具鏜孔時(shí),其孔的側(cè)母線通過編程可形成曲線或不規(guī)則的直線,此功能對(duì)此類機(jī)床尤其重要。分析發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸孔的形狀可知,氣缸孔不僅孔壁很薄,而且軸線方向上徑向的壁厚分布不均勻。軸向表現(xiàn)為上下孔口很厚,中間很薄,常規(guī)的加工方法加工得到的孔的形狀必然是腰鼓狀,圓柱度偏大。如果精鏜孔刀具鏜孔時(shí),通過程序的設(shè)定,讓精鏜孔刀具加工出反腰鼓狀,其必然會(huì)提高氣缸孔的圓柱度。這種反腰鼓狀的軌跡方程對(duì)于不同種工件,必然不一樣,但同種零件其軌跡方程應(yīng)當(dāng)近似。為此,實(shí)驗(yàn)讓四、六缸缸體在GTMK104型機(jī)床進(jìn)行直線加工,各加工5件,并對(duì)10件工件進(jìn)行24h恒溫,然后將工件分別放在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上進(jìn)行檢測(cè),測(cè)出腰鼓形狀參數(shù),通過分析計(jì)算,將反腰鼓狀的參數(shù)輸入數(shù)控程序;再對(duì)四、六缸缸體各加工5件,重復(fù)上述程序,檢測(cè)出新生成的腰鼓形狀,通過分析計(jì)算,將反腰鼓狀的增量參數(shù)輸入數(shù)控程序,這樣,經(jīng)過幾次的參數(shù)修整,就可以達(dá)到要求的圓柱度。3.2自適應(yīng)的加工方式針對(duì)傳統(tǒng)鏜削方式存在的因鏜桿剛度不足而導(dǎo)致的刀具退讓,使得被鏜削孔的圓柱度不高的問題,可采用增加工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛度的方式,例如可增加機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度、增加鏜桿直徑和鏜刀頭尺寸等。這些方式雖然能在很大程度上提高鏜削精度,但在實(shí)際使用中會(huì)受到很多限制。例如鏜削孔較小時(shí),鏜桿的直徑就無法增大等問題。由此不難看出一味地提高機(jī)床的剛度并不能完全解決鏜削加工精度不高的問題。這就需要采用先進(jìn)的控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)孔的高質(zhì)量、高效益加工。自適應(yīng)控制技術(shù)的引入將能很好地解決這一問題。在機(jī)床對(duì)氣缸孔加工過程中,針對(duì)刀具的磨損情況和鏜桿的變形情況,設(shè)計(jì)采用負(fù)載自適應(yīng)控制方式,所謂“自適應(yīng)”,一般是指系統(tǒng)按照環(huán)境的變化,調(diào)整其自身使其行為在新的或者已改變的環(huán)境下,達(dá)到最好或者至少是容許的特性和功能,這種對(duì)環(huán)境變化具有自適應(yīng)能力的控制系統(tǒng)稱為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)原理如圖3所示。該方法能根據(jù)數(shù)控加工氣缸孔中通過間接測(cè)量到的負(fù)載值,運(yùn)用邏輯算法,自動(dòng)給出氣缸孔加工在此負(fù)載下,相應(yīng)的刀具進(jìn)給速度及退讓量,使刀具的進(jìn)給速度和補(bǔ)償量能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地發(fā)生變化,從而保證負(fù)載在整個(gè)加工過程中保持相對(duì)平穩(wěn),使刀具能加工出一個(gè)直線軌跡,以保證加工孔的圓柱度。這樣能使加工過程保持平穩(wěn),達(dá)到提高加工質(zhì)量和延長(zhǎng)設(shè)備壽命的目的。在加工過程中,刀具的不斷的磨損會(huì)引起不同的加工孔的尺寸不一致,對(duì)一種型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī),氣缸孔的尺寸應(yīng)保持在一定的公差范圍內(nèi),以保證氣缸孔與缸套的配合達(dá)到精度要求。在一般數(shù)控系統(tǒng)中,設(shè)置了人工補(bǔ)償?shù)臄?shù)控命令,刀具的磨損補(bǔ)償是由人工對(duì)工件的線外檢測(cè)和經(jīng)驗(yàn)判斷刀具的磨損情況來設(shè)定補(bǔ)償量,這種補(bǔ)償會(huì)使工件上的被加工孔存在明顯的尺寸不一致,雖然都在公差范圍內(nèi),有裝配互換性,但裝配性能會(huì)因刀具的磨損狀態(tài)不同而不同。研究和采用了實(shí)時(shí)補(bǔ)償技術(shù),針對(duì)刀具的磨損情況不同使刀具進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償,一方面使刀具有2μm級(jí)的自動(dòng)調(diào)整能力,另一方面通過刀具的磨損狀態(tài)的自動(dòng)檢測(cè)來自動(dòng)判斷刀具的磨損情況,并且使兩方面結(jié)合實(shí)現(xiàn)刀具磨損的自動(dòng)補(bǔ)償。4孔時(shí)精銑孔刀具的加工本氣缸孔推拉鏜加工方法在某發(fā)動(dòng)機(jī)