热门标签:代写本科论文 写作发表 工程师论文 代写一篇论文多少钱

当前位置: 代写一篇论文多少钱 > 代写硕士论文 > 车床床身导轨的弯曲误差及补偿技术研究

车床床身导轨的弯曲误差及补偿技术研究

时间:2021-04-06作者:汪旭东
本文导读:这是一篇关于车床床身导轨的弯曲误差及补偿技术研究的文章,床身作为车床的基础零件,其主要起着承受工件重量和床鞍与尾体的定位导向作用,是影响车床整体性能指标的关键因素。随着市场对机床的髙精度髙精密化的要求越来越髙,对机床所组成的零部件的精度要求也越来越高。

摘 要

  
  本课题来源于在生产现场车床床身的加工过程中,在其对导轨热处理淬火过程中产生的弯曲变形对床身后序的加工以及整机装配质量造成了非常大的影响,在制造过程中制约了生产效率和加工成本,同时也会导致出厂的整机机床稳定性的不确定性。床身作为车床的基础零件,其主要起着承受工件重量和床鞍与尾体的定位导向作用,是影响车床整体性能指标的关键因素。随着市场对机床的髙精度髙精密化的要求越来越髙,对机床所组成的零部件的精度要求也越来越高。因此如何提高零部件的产品质量变得尤为重要。本文针对床身导轨的弯曲误差研究及补偿技术,做了以下几方面内容的研究:



车床床身导轨的弯曲误差及补偿技术研究
 

  
  1.本文首先以车床床身作为研究对象,以床身淬火过程中产生的弯曲变形为基础建立床身导轨梁在不同载荷下的力学模型和物理模型。
  
  2.通过建立的理论模型,结合实际情况计算出作用在床身导轨梁上的载荷,建立床身导轨梁的挠度位移模型,并推导出数学模型,然后在此基础上结合有限元分析软件进行静态分析,得出作用在床身导轨梁不同位置处的位移值,并拟合出弯曲变形曲线图。
  
  3.基于推导出的床身变形理论模型,结合材料力学相关知识分别建立在不同载荷情况下的床身导轨梁的反挠度变形曲线模型。从而建立出与实际情况吻合度非常高的理论模型。
  
  4.采用不同的工艺修正补偿的方法对床身导轨梁的弯曲变形进行补偿,设置预应力反挠度变形补偿措施对床身导轨梁进行弯曲变形的修正补偿。同时,结合数控加工机床的插补功能对其进行修正补偿。
  
  关键词:   床身导轨;弯曲变形;曲线拟合;误差补偿。
  

  Abstract
  

  The subject comes from the fact that the bending deformation produced during the heat treatment and quenching of the guideway during the manufacturing process of the lathe bed; it has a great influence on the machining of the lathe bed and the assembly quality of the whole machine, In the manufacturing process, the production efficiency and the processing cost are restricted, and the uncertainty of the stability of the whole machine tool is also produced. As the main supporting and guiding parts of the machine tool, the bed has a great influence on the performance of the machine tool.
  
  With the increasing requirement of high precision and precision for machinery and equipment, the precision requirements are getting higher and higher for the components of machinery and equipment, especially for the components of machine tools as the mother machine in manufacturing industry, In this paper, the following contents are studied around the bending error research and compensation technology of the lathe bed guide rail:
  
  1. Firstly, the lathe bed is studied in this paper, based on the bending deformation of the bed during quenching, the mechanical model and physical model of the bed guide rail beam under different loads are established.
  
  2. Calculate the load acting on the bed guide rail beam, establish the deflection displacement model of the bed guide rail beam, and deduce the mathematical model,then the static analysis is carried out with the finite element analysis software, and the displacement values at different positions of the guideway beam are obtained, and the deformation curve of the guideway beam is fitted.
  
  3. Based on the theoretical model of the deformation of the bed, the inverse deflection deformation curve model of the bed guide beam under different loads is  established. Thus, a theoretical model with very high coincidence of practical situation is established.
  
  4. The bending deformation of the guideway beam of the bed is compensated by adopting different methods of correcting and compensating, and the pre-stressed deflection deformation is compensated by modifying and compensating, at the same time, combined with the interpolation advantage of NC machine tool profile modification compensation.
  
  Key words:    Bed Guide; bending deformation; curve fitting; Error Compensation。
  

  第1章   绪论
 

  
  1.1、选题背景。

  
  作为装备制造业的工作母机,车床是切削加工中最常用的机床,它历史悠久,应用广泛,在金属切削机床中所占比重最大,车削加工约占全部机械加工的1/3以上,是现代工业企业中不可缺少的一种重要设备。车床整机如下图1.1所示。
  
  车床的组成部件包括床身、床头箱、床鞍、刀架、尾体、溜板箱、走刀箱、丝光杠等部件,其中床身是主要的支承件和导向部件,也是车床的十八项精度的基础。
  
  由此可以看出床身在整机中起到举足轻重的作用,因此在床身的生产制造过程中其变形和刚度这些指标就显得尤为重要。对于车床而言,床身是其九种主要零件的最重要也是最基础的零件,作为床身上的关键部位其导轨技术是其最核心的技术。在国内,机床床身导轨通常大部分采用的结构方式主要有硬轨和线轨。硬轨包括与床身铸造在一体通过热处理淬火加工而成的导轨和镶钉在床身上的镶钢导轨,其特点是刚性好、承载能力强、寿命长、结构简单、吸振性好。在国内大部分机床厂家生产的普通机床尤其重载机床上使用广泛。
  

  

  
  在车床的生产流程中,由于在其生产制造过程中产生的各种应力以及自重、有效载荷和长期工作导致的磨损等各种因素的作用下,床身导轨会逐渐产生形状的改变,其中翘曲变形是床身导轨可靠性降低的主要表现方式。导轨在发生翘曲变形以后,其变形的特征是在整体床身上显现出导轨两端头翘起中间下凹的状态,这种变形会在整机的装配调整环节以及消除误差方面造成困难[1]。而在整个床身制造系统当中,为了提高床身导轨的耐磨及使用寿命,需要对床身导轨进行特殊工艺处理。目前最常用的工艺方法是对导轨表面进行淬火,经过淬火后的导轨表面会形成一定深度的淬硬层,这样使床身导轨在后续的工序加工尤其是磨削过程中,经过多次磨削后,导轨面仍能够保证较高硬度。目前在床身的生产工艺流程方面,为了提高其耐磨度的生产工艺方法主要以中频感应淬火为主。但是这种工艺措施在进行床身导轨淬火的过程中会产生大量热能,导致床身导轨在热处理后会产生翘曲变形。这种翘曲变形的特点是导轨中间下沉两端翘起呈凹形,其中凹的最大位移量可达4mm左右。为了保证导轨的装配精度在淬火后要对其进行磨削处理[2]。在磨削过程中由于床身的精度要求需要磨削成凸形,因此淬火变形为后序加工造成了非常大的难度,在降低生产效率的同时也无形当中提高了床身的加工成本。
  
  目前在机床生产过程中很多精密机床的床身时效周期非常短,这样就会使床身在整机装配出厂之后,在使用的过程当中由于内应力的不断作用而使得导轨发生变形。虽然机床在出厂验收时达到合格证要求,同时在交付用户使用时也能满足要求,床身导轨的直线度等相对位置精度也能调整到很高,但是随着机床运转时间的延长往往伴随着床身导轨整体或部分变形,这将导致床身的原始安装状态发生改变,使得导轨上的床鞍等运动部件在工作过程当中内部的接触以及磨损状态会发生变化,最终使运动部件原有的精度快速丧失,造成机床的整体精度不达标。针对这种情况,机床厂家采取了多种方法来消除内应力,最常见的是增加自然时效周期,目前机械加工行业普遍采用的是热时效。其原理是待处理的铸件在时效炉内升温至金属的弹塑性状态的温度范围后需要保温一段时间再逐渐冷却。
  
  与铸件的自然时效相比较,热时效工艺技术的优点在于时间短和残余应力消除效果相对较好[3]。除此之外,床身热处理淬火变形是影响床身整体精度的最重要的因素,如何消除热处理感应淬火导致的弯曲变形成为了提高床身整体精度最为重要的关键技术。
  
  1.2、研究的目的和意义。
  
  车床的精度通常指的是定位、重复定位以及加工精度。车床可靠性稳定与否的重要指标就是车床的整机精度。最终机床性能的高低完全是机床的加工精度来作为衡量指标[4]。而对于车床主要件来说其加工精度直接制约着车床精度,尤其是车床床身导轨。因为导轨作为车床的主要基础件同时起着定位和支撑等重要的作用,它的精度高低直接决定了车床的整体精度,而床身导轨的精度最主要的影响因素为导轨的导向精度。其中导向精度是安装在床身导轨上的床鞍、台尾、中心架等部件在机床工作过程中的重复定位精度,其精度的优劣主要取决于床身导轨的自身精度以及装配过程中的配合精度[5]。由于床身与导轨是整体铸造而成,因此导轨的加工精度与床身息息相关。床身同时也是机床的基础支撑件,用于安装主轴箱、床鞍、中心架、尾体、溜板箱、走刀箱、丝光杠等重要部件,在加工过程中还要承受工件的重量以及所产生的热变形和切屑力、惯性力等,所承受的载荷如表1.1所示。
  

  

  
  因此床身对于整机质量至关重要。床身是各类车床的重要部件,其导轨面更是车床几何及加工精度的测量基准面。随着机床的发展,对导轨精度提出了更高的要求,导轨应保证安装在床身导轨上床鞍、刀架等功能部件在加工零件过程中的稳定性和重复定位精度,以此来保证加工零件完全能够达到图纸的要求。除此之外,在机床加工零件过程中,床身所承受的载荷将全部作用到导轨上,最终影响到导轨上的运动部件与导轨之间的工作性能,因此保证床身导轨的精度显得至关重要。如果床身导轨精度达不到设计要求,将会使机床在工作过程中其床鞍刀架以及尾体等部件的稳定性下降,其运动精度也得不到保证,最后会影响到加工零件的质量上。要满足加工零件的图纸要求,就必须首先满足机床床身的精度要求,其次做好其它功能部件的精度要求。不仅如此,还要在机床的使用过程中做好床身导轨的日常保养,不定期的检查床身导轨精度的保持情况,一旦出现误差要及时对导轨的直线度等精度进行调整,要保证导轨的润滑性,防止因润滑的的缺失而出现研伤导轨的情况。总之,床身是车床最基础的零件,床身的精度直接决定了整机的精度。
  
  由此可见,床身导轨的精度对整机精度起着非常重要的作用。为了提高床身导轨的精度保持性,在床身导轨制造过程中需要对导轨进行热处理,在热处理过程中由于受热应力等因素的影响导轨会产生翘曲变形,该变形成为床身导轨整体质量的主要制约要素,如何解决床身导轨在热处理工序所产生的翘曲变形成为提升床身导轨整体质量的重要环节。本文研究的目的主要是通过理论结合实际利用现有的理论依据建立精确的数学模型。经过仿真分析推导出反变形补偿理论模型,然后设计合理的误差补偿方式,进一步通过软件编程来实现对床身导轨热处理翘曲变形所产生的误差进行补偿,从而达到提高机床床身导轨整体精度的目的,使机床整机精度能够满足各项技术要求从而获得市场的认可。
  

  【由于本篇文章为硕士论文,如需全文请点击底部下载全文链接】

  
  1.3、国内外研究现状.
  1.4 、本文研究的内容
  1.5 、本章小结.
  
  第2章  床身导轨梁弯曲变形分析及建立模型
  
  2.1、床身制造过程中产生变形的原因以及影.响.
  2.2、选取研究对象
  2.3、床身热处理实际变形曲线
  2.4、床身导轨弯曲变形挠度模型的建立.
  2.4.1、床身导轨梁受均布载荷挠度模型的建立
  2.4.2、床身导轨梁受集中载荷挠度模型的建立
  2.5、本章小结
  
  第3章  车床床身的工艺分析与检测
  
  3.1、床身的结构特点及精度要求
  3.2、床身的加工工艺分析
  3.3 、车床床身的检测.
  3.4、本章小结
  
  第4章  床身导轨梁有限元分析及挠度模型建立
 
 
  4.1、ANSYS有限元分析软件简介
  4.2、有限元模型仿真
  4.3、床身导轨有限元分析
  4.3.1、床身模型材料属性设置及划分单元网格
  4.3.2、床身模型加载求解
  4.4、 床身导轨梁挠度-位移有限元模型
  4.4.1、曲线拟合的最小二乘法
  4.4.2、 MATLAB简介
  4.4.3、变形曲线绘制及模型建立
  4.5、本章小结
  
  第5章  床身导轨梁的反变形补偿分析.
  
  5.1、 床身导轨梁反变形补偿概述
  5.2、床身导轨梁反变形补偿理论模型的建立
  5.2.1、床身导轨梁反变形补偿理论集中载荷模型
  5.2.2、床身导轨梁反变形补偿理论均布载荷模型.
  5.3、床身导轨梁反变形补偿理论方程的建立
  5.3.1、床身导轨梁的反变形理论模型.
  5.3.2、床身导轨梁的反挠度变形理论曲线方程
  5.4、数据误差的相关性处理
  5.5、本章小结
  
  第6章  床身导轨梁的弯曲变形误差补偿分析.
  
  6.1、床身导轨梁预应力反挠度变形补
  6.1.1 、床身导轨梁反挠度变形补偿原理.
  6.1.2 、床身导轨梁反挠度变形补偿措施.
  6.2、床身导轨梁反挠度仿形补偿加工
  6.3、本章小结.
 

    总  结

  床身是车床的主要支撑基础件和导向部件,在车床总装过程中车床的十五项几何精度以及三项工作精度都是在床身的基础上完成的,因此床身的可靠性以及加工质量要求是非常高的。而其在整个制造系统中会产生各种各样的微变形,其中尤以床身的热处理淬火变形为主,为了保证床身的整体质量,必须对其制造过程中的相应变形进行处理。本文通过研究床身的静态性能的基础上,找出了影响床身的几种典型的变形形式,并对这几种变形形式进行相关的研究与分析,从而推导出床身导轨梁的理论变形模型。其内容如下:

  (1)针对目前国内外的现状分别论述了床身变形的现有的技术水平以及研究的方向。

  (2)通过对床身导轨梁进行静态分析,将床身的热处理淬火变形模拟为简支梁受载荷变形,对集中载荷以及均布载荷的两种典型受力进行分析,从而推导出床身导轨梁受不同载荷情况下的力学和数学模型。

  (3)为建立床身导轨梁的挠度位移模型,本文在理论推导的基础上,还设计了有限元分析的方案,模拟导轨的弯曲过程,施加一定的载荷,获得导轨挠度位移值,通过 MATLAB 拟合出导轨挠度与位移的数学关系。

  (4)根据之前建立的导轨梁的数学模型,结合材料力学反挠度变形理论,对不同载荷下的导轨梁进行分析推导相应的床身导轨梁的数学模型。

  (5)根据材料力学知识推导出床身导轨梁弯曲变形时的应变与挠度的对应关系;按照有限元分析的结果;将理论推导数据与分析数据进行比对,建立床身导轨梁的理论反挠度补偿模型。

  (6)设计床身导轨梁反挠度补偿措施,实现预应力反挠度补偿。综合理论挠度位移理论模型,建立出更接近实用情况的修正挠度位移模型。通过数控插补补偿程序的调用实现对床身导轨梁的弯曲补偿。

  综上所述,本文通过对床身导轨梁的热处理弯曲变形进行了理论分析并建立模型,进一步推导出导轨梁变形的理论曲线,为生产实践中床身的反挠度补偿提供了理论依据,对于床身的加工具有非常重要的参考价值。在实践运用过程当中能够有效的降低床身的生产成本以及提高生产效率,同时也为床身精度以及车床整机精度提供了有效的保障。

  参考文献

关联标签:
相关文章
联系我们
  • 写作QQ:3008635931
  • 发表QQ:3008635930
  • 服务电话:13701839868
  • 售后电话:18930493766
  • 邮箱:shlunwen@163.com
网站地图 | 网站介绍 | 联系我们 | 服务承诺| 服务报价| 论文要求 | 期刊发表 | 服务流程