DL32M斜床身數(shù)控機床尾座結(jié)構(gòu)設(shè)計含SW三維及4張CAD圖

DL32M斜床身數(shù)控機床尾座結(jié)構(gòu)設(shè)計含SW三維及4張CAD圖,dl32m,床身,數(shù)控機床,結(jié)構(gòu)設(shè)計,sw,三維,cad 附錄1：外文翻譯 在磨削過程中為了實現(xiàn)精密鍛造曲軸準確對心的可動尾座 B. Denkena a , O. Gümmer a 摘要 在萊布尼茨漢諾威大學(xué)的合作研究中心489正在研究一個新的和創(chuàng)新的制造曲軸的過程鏈。通過無毛刺和近凈形精鍛可以明顯縮短工藝鏈，然而由于新工藝鏈的特點這種新的生產(chǎn)工藝要求在研磨前進行精確的工件對齊。本文提出了一種新的包括光學(xué)測量系統(tǒng)（傳感器）的機床綜合定位系統(tǒng)并且介紹了一個活躍的尾座（執(zhí)行器）。對于定位誤差的檢測，用計算機集成光學(xué)測量系統(tǒng)測量曲軸的幾何元素。一個求幾何數(shù)據(jù)和計算和調(diào)整向量的值的算法。這個向量包含偏心和傾斜誤差的修正。磨床擺錘的自由度（DOF）的程度將用來糾正偏心誤差。曲軸的傾斜誤差被一個新的可移動的尾座修正。這種尾座在磨削過程中產(chǎn)生反向的傾斜。壓電式線性驅(qū)動器為了此目的，尾座中心在兩自由度的動態(tài)驅(qū)動作為角度位置的函數(shù)被兩個新開發(fā)的壓電式線性驅(qū)動器實現(xiàn)（行程4毫米）?；钚晕沧牧Χ榷ㄎ痪缺或炞C。在1.5微米的范圍內(nèi)的定位精度可以通過重復(fù)學(xué)習控制的來獲得高達10Hz,此外在磨削過程中進行了主動對準試驗。 關(guān)鍵詞：機械；磨削；自適應(yīng)控制； 1簡介 在汽車工業(yè)中，鍛造的曲軸由于其與鑄造相比，具有更高的承載能力和延展性，變得越來越重要。這些性能允許更緊湊和更輕的設(shè)計〔1〕。此外，曲軸制造商由于經(jīng)濟原因被迫縮短加工時間和步驟。 基于這一需求，在漢諾威萊布尼茨大學(xué)合作研究中心489（CRC 489）中研究了一種用于制造高性能部件的新工藝鏈。鍛造的無毛刺和近凈形狀以允許傳統(tǒng)工藝鏈的顯著縮短[2 ]。 精密鍛造可省去去毛刺和軟預(yù)加工。此外，通過采用整體熱處理的精鍛后的曲軸直接硬化，可以縮短工藝鏈，也可以省略冷卻和再加熱的工藝步驟。在精密鍛造和硬化之后，曲軸僅通過研磨[ 3 ]定型。然而，由于新工藝步驟的特點，這種新的工藝鏈需要適應(yīng)的后續(xù)工藝步驟。軟預(yù)加工的缺乏導(dǎo)致軸承的不等量的余量，這必須被磨削。由于變形和余量分布，鍛造工件軸不同于最佳加工軸線，需要對偏心和傾斜誤差進行在位對準。根據(jù)技術(shù)上有用的標準（如不平衡和允許）分配軸承上的可用余量，并確保無阻磨削過程。生產(chǎn)工程和機床研究所（IFW）和測量與自動控制研究所（IMR）合作，研究磨床內(nèi)長部件的主動對準。對尾座用光學(xué)測量裝置測量夾緊曲軸及其在磨削過程中的調(diào)整進行了研究。 圖1精密對準系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu) 夾緊的曲軸的幾何形狀和位置可以通過光學(xué)內(nèi)聯(lián)測量系統(tǒng)來測量。根據(jù)測量的幾何數(shù)據(jù)，計算調(diào)整矢量，調(diào)整偏心和傾斜誤差。在路徑控制磨削中，可以利用磨床擺錘的自由度來校正偏心誤差?？梢詫⑾鄳?yīng)的值分配給機器控制。曲軸的傾斜誤差由一個新的主動尾架（參見圖1）通過將工件在圓形路徑上的一側(cè)位移作為曲軸的角位置的函數(shù)來校正。 2測量系統(tǒng) 測量系統(tǒng)由陰影投影系統(tǒng)、錐形傳感器和三個線性軸（見圖1）組成。在磨削之前，它測量曲軸。在測量過程中，主動夾緊尾座的中心點處于其零位置。借助于線性軸，測量系統(tǒng)可以被定位。陰影投影系統(tǒng)測量曲軸的幾何形狀，并結(jié)合線性軸的位置信號檢測軸承的位置。錐度傳感器測量曲柄腹板和軸承在曲軸旋轉(zhuǎn)時的輪廓。保護罩保護測量系統(tǒng)在磨削過程中不接觸冷卻潤滑劑和切屑（見圖2）。 測量的幾何形狀被轉(zhuǎn)換成一個坐標系。分析了軸承上的余量分布，計算了當前夾緊軸與理想加工軸線的調(diào)整矢量。如果有足夠的余量來保證最終磨削，則通過使用質(zhì)量近似來計算關(guān)于殘余不平衡的理想加工軸線。這樣，磨削過程中的不平衡可以被最小化。 圖2測量系統(tǒng)的線輪廓和縱剖面 調(diào)整向量包含偏心和傾斜誤差的校正。相關(guān)數(shù)據(jù)將被分配給磨床和主動尾架。有關(guān)測量系統(tǒng)的進一步信息發(fā)表在[4]中。 3.迅速的尾座 3.1裝配 為了糾正傾斜誤差，必須由主動尾架產(chǎn)生圓形運動。為了將中心套筒定位在平面中，選擇具有兩個線性軸的箱內(nèi)原理（圖3）。 圖3兩自由度壓電混合定位的箱型原理 主動尾架的動力學(xué)目前設(shè)計為曲軸轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分（10 Hz），在±2 mm的調(diào)整行程內(nèi)，精度為±1.5μm。 作為每個軸的驅(qū)動器，已經(jīng)開發(fā)了壓電-液壓混合定位。兩個液壓螺桿短行程致動器（行程：4毫米）串聯(lián)與一個壓電執(zhí)行器（行程：60μm，1000 V）每軸。液壓螺桿在氣缸中提供了緊湊性的優(yōu)點，因為它們的可積性進入結(jié)構(gòu)[5 ]。 壓電致動器只能產(chǎn)生壓縮力，并且必須防止張力。在〔6〕中，提出了一種雙作用液壓缸壓電液壓定位方法。為了防止張力和產(chǎn)生拉力，壓電致動器被預(yù)加載。這不是必要的使用兩個單作用液壓缸。通過執(zhí)行器的對立布置，產(chǎn)生預(yù)載荷。此外，在定位期間可以避免齒隙。液壓缸由每個軸的一個伺服閥驅(qū)動。 壓電致動器具有高度的動力學(xué)定位精度和剛度[7]。缺點是它們的執(zhí)行器長度約為0.2%的有限行程范圍[8]。為了提高定位精度和動力學(xué)性能，特別是在外力作用下，一個液壓定位軸由一個壓電致動器組合而成。 其目的是開發(fā)出的壓電-液壓混合定位可以滿足定位精度和動力學(xué)的要求。 3.2控制結(jié)構(gòu) 圖4顯示了壓電-液壓混合定位的控制結(jié)構(gòu)。對于圓形定位，指定了每個軸的正弦動態(tài)參考值。通過測量質(zhì)量的位置，計算出控制偏差。一方面，控制偏差由壓電控制器補償。壓電控制器由一個簡單的pi -控制器組成。該積分器必須調(diào)整壓電驅(qū)動器的滯后。除了控制偏差外，還增加了壓電驅(qū)動器的撓度，并將其輸入到液壓控制的輸入中，使壓電致動器能夠在控制偏差被液壓修正后，立即返回零位置。 圖4 壓電-液壓混合定位的控制結(jié)構(gòu) 液壓控制是一種基于模型的IMC-控制器(內(nèi)部模型控制)，具有smith預(yù)測器和附加的集成元素。利用史密斯預(yù)測器，考慮了約2毫秒伺服閥的死時間。液壓控制器的i貢獻是調(diào)節(jié)外部力和伺服閥的中性位置所必需的。通過使用基于模型的液壓控制器，與簡單的pi -控制器相比，可以大大提高動態(tài)和超調(diào)。由于動態(tài)參考值的存在，設(shè)置和實際值之間的滯后是不可避免的。為此，采用液壓定位系統(tǒng)的速度前饋控制來減小滯后。由于循環(huán)定位導(dǎo)致了引用值的循環(huán)重復(fù)，所以使用了迭代學(xué)習控制。迭代學(xué)習速度控制方案如圖5所示。 57/5000 圖5 迭代學(xué)習速度控制方案 如果已知參考值的周期長度和控制過程的延遲時間，可以在無干擾的定位過程中對速度前饋控制進行優(yōu)化，從而使控制偏差最小化。低通濾波器是用來避免測量噪聲與前饋控制摻雜在一起。在延時中考慮了濾波器和液壓驅(qū)動的延時。為了實現(xiàn)迭代學(xué)習前饋控制，最后一個周期的錯誤被存儲和延遲，以便在接下來的循環(huán)中考慮到它。關(guān)于迭代學(xué)習控制的進一步信息可以在[9]中找到。 4 實驗結(jié)果 4.1定位精度 每一個壓電式液壓軸的位置是由測量范圍為6毫米的渦流傳感器測量的。此外，壓電驅(qū)動器的撓度可以用應(yīng)變計來測量。為了驗證不同控制器的定位精度，對圓形軌道進行了分析。 圖6顯示了相對于壓電-液壓混合定位的液壓定位圓形軌道的比較。軌道半徑為1毫米，定位動力學(xué)為1hz。在第一次試驗中，使用了主動尾盤無前饋控制。 通過對液壓控制的定位精度的分析，可以清楚地看出，由于慣性、摩擦和粘滑的影響，在軸的倒轉(zhuǎn)點上存在較大的差異。此外，水力學(xué)的有限動力學(xué)導(dǎo)致了滯后。定位的圓形路徑大于引用。通過開關(guān)壓電控制，可以提高動力學(xué)性能。逆轉(zhuǎn)點的差異可以最小化，也可以減少延遲。 圖6所示 與無前饋控制的定位精度比較 結(jié)果表明，混合定位的概念可以結(jié)合兩種驅(qū)動器的優(yōu)點。因此，利用壓電技術(shù)的高動力學(xué)和定位精度，可以提高水力學(xué)的高致動器行程。然而，這種滯后是不能完全補償?shù)?。為此，開發(fā)了迭代學(xué)習前饋控制。 圖7給出了迭代學(xué)習前饋速度控制的定位結(jié)果。半徑為1毫米的圓形路徑的定位頻率為10赫茲。在這個測試中，只有液壓控制器被用作驅(qū)動器。實驗結(jié)果表明，迭代學(xué)習前饋控制可以顯著提高液壓驅(qū)動的定位精度，達到1.5微米的范圍。對于一個好的迭代前饋控制，建議死循環(huán)時間是已知的，迭代學(xué)習可以不受干擾的影響。為了適應(yīng)最佳的前饋信號，需要一些學(xué)習周期。學(xué)習速度可以。 通過增益因子調(diào)整控制。在本例中，使用了30個學(xué)習周期。迭代學(xué)習前饋控制可以補償所有的周期性定位偏差。 將迭代學(xué)習前饋控制與壓電-液壓混合定位相結(jié)合，在磨削過程中也要達到一定的精度。迭代學(xué)習在磨削之前進行。壓電控制將被激活。 圖7所示 迭代學(xué)習速度控制的定位精度 4.2 磨削之前主動調(diào)整 為了驗證在磨削過程中有可動尾架的性能，已安裝了一臺磨床。在圖8中顯示了帶有可動尾架的磨床和綜合測量系統(tǒng)。 圖8所示 有主動尾架和測量系統(tǒng)的磨床 在磨削過程中，為了定位尾礦羽片，需要了解曲軸的精確角位置。由于這個原因，旋轉(zhuǎn)角度信號被從研磨機中分離出來，并輸入到信號處理器卡的輸入中，從而實現(xiàn)了主動尾架的控制。通過讀出角度信號，可將尾料套筒定位于曲軸轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)速的圓形軌跡上。 為了驗證主動尾架的傾斜誤差修正，進行了磨削試驗，并無主動定位。圖9所示為總長度為195毫米的軸，其中6個軸承表面為直徑為47毫米的地面，在不同的偏心度和傾斜校正。軸承表面1和5是參考表面。在這種情況下，磨床沒有偏心，并沒有設(shè)置主動尾架的傾斜誤差修正，尾架控制保持零位置。 圖9所示 用主動尾架進行磨削試驗 在x方向上，軸承2和4的偏心距為1毫米。在軸承3上，沿x軸方向傾斜0.294，并在x方向上應(yīng)用于1毫米的偏心。該角對應(yīng)于負向y方向的0.667 mm的軸承中心位移。在這種情況下，尾架中心定位在半徑為1毫米的圓形軌道上。在軸承6上，進行了與軸承3相同的實驗，但在y軸上應(yīng)用了-0.294的傾斜。在此基礎(chǔ)上，傾斜應(yīng)能補償磨床x方向的偏心。 為了對軸承中心的理論和實際位移進行比較，測量了六種軸承的直線輪廓。公式1顯示了軸承中心Δs的理論位移與軸長L(195 mm)之間的關(guān)系，與尾座中心A的距離(見表1)和活動尾盤圓徑的半徑R (1 mm)之間的關(guān)系。表1顯示了與計算值比較時的測量結(jié)果。 ΔS=R-AL 根據(jù)[10]，要求曲軸軸承的圓度為5微米，直徑為0.02。結(jié)果表明，在主動尾架上進行精確磨削是可行的。所有軸承的圓度和直徑滿足曲軸軸承閥座的要求。通過測量可以證明軸承3和5的精確傾斜度。這些首次磨削試驗表明，活性尾盤能夠保證穩(wěn)定的磨削過程。此外，對傾斜的微小精確校正也是可能的。 表1。用有源尾架進行磨削試驗的測量結(jié)果 5 結(jié)論 介紹了精密鍛造曲軸輪廓控制磨削中的主動誤差補償策略。針對曲軸的定量和不平衡，研制了一種整機綜合光學(xué)測量系統(tǒng)和一種可移動尾架。討論的方法也可以應(yīng)用于凸輪軸和類似的長、兼容工件。摘要介紹了一種液壓和壓電驅(qū)動的混合原理，并以兩自由度的主動尾架進行了分析。壓電驅(qū)動器的動力學(xué)和精度可以用來提高定位精度，而液壓執(zhí)行機構(gòu)則可以提供必要的行程。結(jié)合迭代學(xué)習前饋控制定位,精度±1.5微米成為可能。在磨削試驗中，可以得到良好的磨削效果，并可對主動尾座的精確傾角進行驗證。 參考文獻 [1] Oliveira, J.F.G., Silva, E.J., Guo, C., Hashimoto, F., 2009.Industrial challenges in grinding, CIRP Annals Manufacturing Technology, vol. 58, issue 2, pp. 663. 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