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摘要：数控机床主轴的精度直接影响数控机床的加工精度,目前其转速要求越来越高,现有的机床附件动力卡盘与主轴的高转速形成了矛盾,其中安全和精度是首先要考虑的因素。本文主要围绕数控机床加工精度受到动力卡盘的影响进行了分析，旨在为相关工作人员后续研究提供一些借鉴意义。
关键词：数控机床;精度;主轴;动力卡盘;端面油膜密封
1.引言
数控机床将加工过程所需的各种操作和步骤,以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化代码来表示,通过控制介质将数字信息送入专用或通用计算机,对输入的信息进行处理与运算,发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件,使机床自动加工出所需要的工件。
2.主轴转速提高和动力卡盘的矛盾
2.1主轴的精度
对铣削加工中心和数控车床,主轴跳动在1um已经是国内用户购买高精度机床的一个标准,但对于国外的机床,这已经是一个非常普通的参数,甚至于价位很低的机床,例如国内每年进口的价位在60~100万元人民币的机床,也已经达到这个标准,而国内同类机床的主轴指标往往是5um。
2.2主轴的转速
对于机械式主轴,国内中小型加工中心的标准转速为6000r/min,国外为10000r/min;国内数控龙门铣主轴转速为3000~5000r/min,国外为6000~8000r/min。对于电主轴,国内还没有厂家提供合格的加工中心用电主轴,所有厂家采用的均为进口产品,所以国内外已经同步,加工中心的转速一般为10000~40000r/min。限制国内机械式主轴转速的因素,主要还是主轴的结构设计与装配工艺的问题,不在于轴承的水平[1]。
2.3高速度的危险
安全必须是首要考虑的因素,并不是所有卡盘制造商,在公布卡盘夹持力曲线上的数据时,都使用同样的评定值。高速度不一定意味着高转速,很少有人将卡盘应用在8000r/min转速下,使用更多的是在5000r/min运行、直径为254mm的高速卡盘。
较快的卡盘速度正变得越来越常见,但在某些情况下,对高速应用场合,与传统机动卡盘比,可能弹性夹头更合适。但机床有朝更高主轴速度能力发展的趋势,再加上要提高生产率,所以这类高速卡盘可能会有一定市场[2]。
2.4精度是关键
如果要对一些短加工周期的较小零件使用弹性夹头,与传统机动卡盘比,可能是一种较好的选择。那些通常使用卡盘夹持的零件一般多是较大的,它可能是头道工序,那时零件还相当粗糙,它可能是棒料,也可能是一个铸件。当完成某些工序后与当时所处的状态比较,已获得了一个具有更好的内在平衡的零件,这时它可以在较高速度上运转。
3.动力卡盘部件对加工精度的影响
理想的车床夹具应时刻保证工件轴线与车床主轴中心线重合,这样不会对工件的形位精度造成不利的影响。工件的形状误差和位置误差主要是由于卡盘夹持不精确引起的,称为卡盘的夹持精度,具体有自定心精度、圆柱度和圆度。环形工件的圆度误差主要是由夹紧力引起工件变形造成的。如何减小零部件制造及安装误差成为卡盘设计时应重点考虑的问题。
3.1夹紧力损失
夹紧力损失是制约液压动力卡盘转速提高的关键因素。理想的液压动力卡盘,在整个工作过程中夹紧力保持恒定不变。但由于卡爪受离心力作用,实际夹紧力随转速的增加而减小,离心力正比于转速的二次方,高速旋转时夹紧力损失非常严重。
楔式和杠杆式动力卡盘的夹
紧力损失F模型:
切削力越大,夹紧力波动越大,夹紧力波动与高转速时离心力引起的夹紧力相比较小,可忽略不计。
降低液压动力卡盘的夹紧力损失、提高转速的主要措施有减小卡爪质量和离心力补偿技术。用碳素纤维强化树脂(CFRP)制造软高爪,并对软高爪进行优化设计,软高爪的质量降低到标准钢质软高爪的六分之一。由于对夹紧力损失机理的认识不够,从降低夹紧力损失在卡爪离心力中的比重出发来降低夹紧力损失,实际应用仍然很少。
并非100%的卡爪离心力转化为卡盘的动态夹紧力损失,工件刚度越低,动态夹紧力损失越小.卡盘通过其径向刚度和弯曲刚度综合影响动态夹紧力变化,高的卡盘单元径向刚度对降低动态夹紧力损失有利;在工件具有较大刚度时,采用较低的卡盘弯曲刚度有助于降低动态夹紧力损失[4]。
3.2提高卡盘关键零/部件的精度
要想提高动力卡盘的运动精度,应适当提高卡盘关键零/部件的形状精度和位置精度以及卡盘的几何精度。对于动力卡盘,应保证的关键零/部件精度有:1)传动零件(主要包括滑轴)同轴度、三卡爪的同心度以及滑座与滑块联接的综合误差;2)动力卡盘卡体的端面跳动和径向跳动公差;3)连接盘止口支承面的精度。
3.3减小传动和啮合间隙
从三爪自定心卡盘的结构上分析,它的各个部分几乎都是间隙配合,比如卡爪的工字槽和卡盘壳体来回滑动,存在一定的间隙;弧形滑块在盘体滑槽中需要转动,存在间隙;卡盘紧固在法兰盘上存在径向窜量,这三种误差合在一起形成积累误差,集中反映在工件的径向圆跳动上。随着磨损的增加,各部位的间隙也明显增加,这就是定心误差变大的原因。应采取措施消除或补偿存在的间隙。
3.4减小磨损带来的影响
卡盘磨损主要体现在两个方面:1)工字槽的磨损。随着卡盘使用频率的加大,工字槽的磨损增大,夹持工件时,三个爪一起施力。顺时针方向旋转滑块时,卡爪向里移动,卡爪受到工件的阻力,方向为Z向,对于卡爪来说,受力部位在前端。由于卡盘体的工字槽有轴向间隙,所以卡爪的里侧靠向X1向，外侧靠向X2方向，使三个爪呈喇叭口状态[5]。
2)由于卡爪的前端更接近车刀和切削力,平时受到的力比后端大,所以首先磨损，结果使卡爪后面的点高于卡爪前端的点,装夹时,后面受力,前面不受力,使工件装夹不稳。如果这两种情况同时存在,问题更不能忽视。可调整结构设计改善受力情况。
本文分析了红外材料的特点并针对典型红外多晶材料MgF2的磁流变抛光性能展开研究。实验对比分析了MgF2平片传统抛光和磁流变抛光,并对MgF2平片磁流变抛光的主要参数进行初步优化,确立氧化铝为有效的磁流变抛光液磨料成分。实验结果验证了磁流变抛光对于MgF2材料的有效性,获得了45m/min较高的抛光效率,为探索结合磁流变抛光原理的高陡度凹面加工方法的研究打下基础。
参考文献
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