柴油發(fā)動機曲柄專用銑床液壓系統(tǒng)設計含4張CAD圖.zip,柴油發(fā)動機,曲柄,專用,銑床,液壓,系統(tǒng),設計,CAD 附錄 1 銑削加工中液壓工件夾緊系統(tǒng)的設計與分析 POTIOMKIN Konrad 1,a, NIESZPOREK Tadeusz2,b, PIOTROWSKI Andrzej 2,c and BORAL Piotr 2,d 1Linex Sp. z o.o. ul. Rejtana 15, 42-202 Cz?stochowa, Poland 2Cz?stochowa University of Technology, Armii Krajowej 21, 42-200 Cz?stochowa, Poland ak.potiomkin@gmail.com, btadek@itm.pcz.czest.pl, capiotr@itm.pcz.czest.pl, dpiotrek@itm.pcz.czest.pl, 關鍵字：夾緊系統(tǒng)，鑄造，銑削，數控銑床 摘要.現(xiàn)代工業(yè)的要求越來越高，有助于機械加工技術的發(fā)展，也有助于特種夾具的使用。本文結合實例，論述了在現(xiàn)代數控銑床上對四件鑄件進行液壓夾緊專用系統(tǒng)的設計與分析過程?？紤]到不同的解決方案，制定問題的可能性，兩個夾緊系統(tǒng)的概念，提出了他們的比較。 介紹 多軸現(xiàn)代數控機床在減法制造過程中得到越來越廣泛的應用，特別是在飛機、汽車和電力工業(yè)中。工業(yè)的快速發(fā)展和高要求，促進了數控機床、刀具和工程設備的發(fā)展。例如，設計了帶有兩個工具支架的多用途雙軸機床，其目的是使旋轉和銑削操作和在一臺機床上加工的零件按照“一”概念“1”完成。 現(xiàn)代數控機床具有高性能和高精度的特點。在車削加工的情況下，棒料給料機，而在使用銑削中心的情況下，使用雙工作臺，以盡量減少加工工件的準備時間。在批量和中等批量生產中，越來越多的特殊系統(tǒng)被用來夾緊機床上的一系列工件，這些工件夾緊依靠動力液壓系統(tǒng)。自動液壓夾緊系統(tǒng)能夠快速、具體和安全地夾緊工件，提高加工的生產效率、精度和可重復性[ 1,2 ]。為了降低設備改造的成本和設計錯誤的解決方案，在設計階段，通過對所采用的溶液的功能進行適當的分析，在特殊的夾緊系統(tǒng)之前進行生產。本文介紹了一個用于夾緊幾個工件在數控銑床加工中心系統(tǒng)分析設計過程中，對兩種不同概念的夾持相同的工件的例子[1-4]。 夾緊系統(tǒng)的設計介紹 工件和夾緊系統(tǒng)的設計是使用用于零件設計和裝配模塊的 Autodesk 發(fā)明家軟件程序。圖 1 顯示了一個工程圖紙和一個工件的三維模型。這是作為鑄造材料 34 ASTM A-48–60 級，質量為 0.544 公斤。它是假定采用液壓夾緊工件 4 通過一個單一的夾具在五軸機床上加工。雖然是由工件的形式決定的，但夾緊系統(tǒng)的設計對于每個工件都有各自的性質。因此，它是假設兩個不同的加工工件的夾緊系統(tǒng)被視為概念。 圖一、工件的二維繪圖與三維模型 選擇合適的參數是一個重要的設計階段，因為對于一個給定的工件來說它會影響整個工藝過程。首次進行基準的選擇直接決定了第一個加工表面的位置，間接的影響剩余面位置。初始基準的選擇問題的反映工件的復雜程度；因此，對于復雜形狀的工件，如作為一個幾何形狀復雜的鑄件，材料的選擇可能是困難的。在許多情況下有必要采取措施和云掃描工件表面點，將基準面（曲率）精確定義[ 3,4 ]。 將工件安裝在機床空間中作為必要條件，以便能夠加工特定的曲面。與機床加工的工件的連接可以是直接的也可以是間接的[ 4 ]。除了定位元件外，夾緊系統(tǒng)還要具有固定元件。正確夾緊工件的前提是對工件的定位在加工過程中的不變性。這就要求工件夾緊需要足夠大的力來抵消切削力，但不能引起工件的變形。夾緊力過小會在加工過程中產生振動，從而導致加工表面粗糙度的增加，甚至影響成形尺寸的變化。在極端情況下，夾緊力不足，可能導致工件從夾具中掉落并損壞機器。反之，使用過大的夾緊力，可能會導致工件的永久變形，在極端情況下，甚至其損壞工件[ 3-5 ]。 概念設計的準備 所提出的設計應明確固定，定位和支持的表面，以及突出液壓系統(tǒng)的復雜性，這是整個系統(tǒng)的正常運行所必需的?，F(xiàn)在我們來描述一下四個提出的概念中的兩個。 概念一 液壓系統(tǒng)的結構：雙邊操作伺服電機旋轉角度初步設置為 90°；液壓支架或單側運行伺服電機；單向固定液壓泵；安全閥；溢流閥；順序閥；2 減壓閥（用于設置適當的入口壓力的液壓伺服電機）；過濾器；排氣閥；水箱。 介質通過泵輸送到液壓系統(tǒng)，然后通過順序閥將其分布在兩個循環(huán)中。打開液壓伺服馬達。一旦液壓支架達到其最終位置所需的壓力。在液壓支架和伺服電機系統(tǒng)中降低到所要求的水平。減壓閥（圖.2 和 3）。 圖.2 概念 1 中工件夾緊方式（操作 1） 圖.3 概念 1 中工件夾緊方式（操作 2） 概念 2（圖.4） 36 液壓系統(tǒng)的結構：雙邊操作伺服電機初步設定旋轉角度 90°；單向固定液壓泵； 安全閥；溢流閥；順序閥；減壓閥（用于設置適當的入口壓力的液壓伺服電機）； 過濾器；排氣閥；水箱。 介質通過泵提供給系統(tǒng)，系統(tǒng)中的壓力由減壓閥降到所需的值，液壓伺服馬達上的夾緊力不會使工件永久變形。 圖.4 概念 2 中工件夾緊的方式最佳標準的解決方案的選擇 他選擇了最佳的解決方案，是根據上述概念建立的標準，提出了依靠動力液壓系統(tǒng)的最重要的夾緊系統(tǒng)的特性。這些標準可以分為（表 1）：經濟–標準 K3、 K5；加工精度和加工時間的相關標準–K4；其他相關條件–K1，K2。 表一、概念的最佳解決方案的標準選擇 概念: X K1 K2 K3 K4 K5 Sum of Kn 1 2 K1 x 0,5 0,75 0,25 1 2,5 10 10 K2 0,5 x 0,75 0,5 1 2,75 8 8 K3 0,25 0,25 x 0 0 0,5 9 7 K4 0,75 0,5 1 x 0,75 3 9 7 K5 0 0 1 0,25 x 1,25 9 6 Sum 89,75 79 K1 -運算次數 K2 - 機械零件的數量 K3 -夾緊系統(tǒng)的價格 K4 - 細節(jié)的確定和建立方法 K5 - 液壓元件數 這是最好的解決方案，是根據標準選擇的概念之一（圖.2 和 3）。但是，這種解決方案由于簡化了概念模型而產生了較大的誤差。 為了消除誤差（概念二），操作數增加到兩個（為了獲得更穩(wěn)定的基準面和定位面），并用固定支架代替部分液壓支架。 液壓伺服馬達對工件的影響分析及液壓系統(tǒng)工作壓力的選擇 為了確定液壓系統(tǒng)的工作壓力，對夾緊力對工件的影響進行了分析。 圖.5 工件的網格視圖：a）夾緊一、b）夾緊二 分析是在 Autodesk 仿真機械執(zhí)行程序（算法）。液壓系統(tǒng)工作壓力的定義是通過驗證工件中的位移和應力來完成的。采用非線性材料的有限元分析，在實際情況下，材料、力和連接都可能具有非線性行為。 分析參數 工件的網格尺寸為 1.25 毫米用于夾持 1 號和 2.5 毫米的用于夾緊 2 號-見圖5。上述值分別比最薄的工件壁的尺寸小兩到四倍。對于剩余的組件，一個值自動設置為 100%的大小。 夾緊力的大小在操作 1 號和 2 號時分別被設置為 1300N（施力的每個液壓伺服電機接線插入操作）和 2600N（力是直接應用于伺服電機驅動端）。對模型的結果在力的大小不同，即夾緊力的單端伺服電機產生等于 2600N，而采用雙提示的情況下，力分為每部分 1300N（ACC 做制造商的說明書）。對于 1 號操作，夾具是由兩個相鄰的伺服電機完成的，2 號操作是由一個集中在中央的伺服電機完成的。力作用方向與給定驅動元件的作用方向一致。 圖.6 （a）和（b）的位移與應力在一個單位時間內的關系圖（作業(yè) 1 號） 37 圖.7 （a）和（b）的位移與應力在一個單位時間內的關系圖（作業(yè) 2 號） 定位基準的設定與力與液壓支架直接或間接夾緊有關。力方向與給定驅動元件的動作方向一致。力的值等于 1000N 和對斜楔機構執(zhí)行尖端的液壓支架為 500N，結果由機構的傳動比。 對于表面接觸，進行以下參數預設：接觸距離為平均 0.03 毫米，接觸相互 作用距離為平均 0.03 毫米，和滲透距離為 0.01 毫米。 仿真結果的位移和應力發(fā)生在工件和負荷–圖 6 和圖 7 作用下的組件上。 夾緊系統(tǒng)設計 夾具系統(tǒng)的三維模型是在 Autodesk 發(fā)明家程序進行部分設計和裝配模塊中創(chuàng)建的。最終的設計已經考慮了從 multicriterial 選擇產生的所有變化，優(yōu)化和夾緊分析。 建立的項目包括：O 型圈；KVT 液壓插頭；液壓馬達；液壓支架；螺釘；非標元件（固定支架、伺服電機伺服電機的凸耳，插入）；根據數控機床板的尺寸建立夾緊系統(tǒng)。 加工過程中工件受力的影響分析 在夾緊系統(tǒng)設計正確的情況下，工件在切削力作用下的位移不應超過測量的工件的尺寸形狀精度。如果工件是在 IT5 精度級別，在加工中的裝夾工件位移應包含在低精度等級的限制中。該值與編程加工路徑的誤差假設有關，并考慮影響因素，如外部振動、切削刀片磨損、軋機運轉和校正設置。夾緊系統(tǒng)的設計必須使它限制所有的自由度從工件的夾緊力到抵消產生的切削力，同時保正對工件不會永久變形[ 6,7 ]。 在分析之前，對主要的初始條件進行界定，包括：加工工具–SANDVIK （490-020ha06-08l）圓柱面銑刀；銑板–（690-100531m-e-sl 2040）葉片；加工參數（切削速度、進給速度、加工層的寬度和深度）。 固定參數：數控機床參數（最大進給速度、最大主軸轉速）、工件參數（材料、硬度、比電阻、加工比電阻系數）。 對于分析的目的，采用以下工藝參數：主軸轉速，7000 轉；進給速度，500 毫米/分鐘；切削速度，439.8 毫米/分鐘= + / - 440 毫米/分鐘；切割寬度 1 毫米；切削深度 0.01 毫米；材料，ASTM A-48 級 60；硬度，300 HB；比電阻、1100 N/mm2；MC 系數，0.28。 每個刀片的進給量是 6-8： f t f z = (1a) n zc where: n – spindle rotational speed [rpm], ft – minute feed [mm/min], zc – number of mill blades. 圓柱的平均切屑厚度（2a）和面（2b）銑削[9,10]是： hm = 360 sin κr ae f z h = 180 sin κr a e f z (2ab) 2a m 39 π ? e D Dcap arccos 1 π Dcap arccos cap  ae D cap where: κr – tool clearance angle, Dcap – tool diameter[mm], ae – machined layer thickness [mm]. 計算兩種情況下的比電阻： ? m = k h c c1.1 m c (3) 其中：kc1.1 – 比電阻為 1mm2 –電阻率斷面加工層（從表），MC–加工特定 的阻力系數。 然后，在切削力公式中取代上述參數： Fc = kc hm (4) 最后計算得圓柱銑削的切削力為 210 N 和面銑削力為 700 N。 較高的值，即 700 N，擴大了安全系數等于 3 的面銑，用于分析。最后的結果是 2100N，安全系數的大小取決于使用過程中錯誤發(fā)生的可能性，如：磨加工中的夾具之間的碰撞，加工參數不正確不正確的定義，在機床空間系統(tǒng)的安裝， 對加工路徑的錯誤編程，程序錯誤，錯誤在機床夾具的安裝。 作業(yè)編號1 和2 的時間曲線產生了三種不同的情況是由于切削力發(fā)生在切削刃與工件表面接觸時間的不同，即：切削力對個別葉片有鋸齒時間行為（三角波） –測試 1；切削力對單個葉片沒有鋸齒時間行為（三角波）–測試 2；切削力對單個葉片的持續(xù)時間較長（梯形信號）–測試 3。 圖.8 在操作 2 中代表切削力應用的方向和位置的三維模型：a）在操作 1 中、b）在操作 2 中。 切削力進行的方式如圖 8 所示的操作 1 和 2。 參考點，基于位移的結果，被加工表面的位置，最大位移發(fā)生在與工件表面接觸的位置伺服電機的提示，以驗證是否產生的切削力不大于夾緊力的目的。 圖.9 總位移與時間的函數圖像測試 1（操作 1） 根據上述參考點所做的分析處理的結果用圖表示。9, 10, 11 操作 1 和圖 12 中的第 2 號操作。 圖.10 總位移與時間的函數圖像測試 2（操作 1） 通過分析表明，夾緊力和工件固定在工件上的力足以滿足預先設定的切削參數和在此基礎上計算的切削力。 圖.11 總位移與時間的函數圖像測試 3（操作 1） 總結 一個依靠液壓夾緊系統(tǒng)的設計過程，同時也包含對氣動和電氣系統(tǒng)的設計，這是一個多線程的、復雜的過程，這就需要在加工工程領域的知識，力學，材料力學，以及數控機床的工程設備的設計。在上述系統(tǒng)需要定義初始規(guī)范，所以我們很好地反映后續(xù)加工工藝設計在機床的加工空間合理的初始條件和工件的位置的選擇和定義，因此，設置的結構、加工、裝夾固定基準，使任何設計過程中的錯誤都是很少的。 圖.12 總位移與時間的函數圖像測試 3（操作 2） 對系統(tǒng)進行正確的分析是必須的，并且不會造成任何不良的影響，例如機器的損壞。設計中一個有爭議的問題是工件幾何形狀和工件材料的復雜性，因為這種系統(tǒng)最常用于加工鑄件，因為鑄件具有高粗糙度和大的鑄造角。一個夾緊系統(tǒng)的設計過程，如上面所描述的，是很類似于注塑模具的設計過程的。 41 附錄 2 . 43 45 47 49