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当前位置: 首页 > 新闻频道 > 专业论文 > 新型活塞异型销孔数控镗削技术的研究
新型活塞异型销孔数控镗削技术的研究
来源:中国数控机床网   发表时间:2019-3-17 6:39:00  浏览次数:
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活塞作为发动机燃烧推动力转变成机械运动的核心部件,直接影响着发动机乃至整个动力、传动系统的性能指标。随着发动机燃油耗、输出功率和转速的日益提高,活塞所承受的燃气压力和惯性力愈来愈大,活塞销孔所承受的载荷也愈来愈大,这样传统结构中作为支承部分的销孔内表面上部的裂纹问题就变得举足轻重。由于发动机汽缸中高温、高压的交变作用,普通的圆柱形销孔各个部分承受载荷不均匀,受热变形和机械变形的影响,销孔的内侧应力最大,易产生应力集中,而外侧应力最小。

 

  活塞销弯曲使载荷向销孔内侧集中;活塞的挠性结构也趋于沿销孔方向重新分布载荷;活塞销孔内气体压力使最大压力位置从外侧向内侧移动,工作温度的提高影响活塞销和销孔横截面半径的对比变化,导致载荷趋于朝垂直面集中。

  因而通过改变销孔的几何形状来降低销孔内侧的应力集中、均化销座的机械负荷和热负荷、提高销座的承载能力,从而延长活塞的使用寿命,具有可观的经济效益和宝贵的技术价值。随着数字化时代的来临,一个崭新的课题一新型活塞异型销孔数控镗削技术的研究应运而生。目前,活塞销孔形状主要有以下几种:椭圆型、内喇叭口型、带卸荷槽型等,通常将这些非圆柱形销孔统称为“异型销孔”。

  2研究现状受超精加工技术、数控技术以及工业自动化技术的制约,活塞异型销孔加工技术的研究还处于起步阶段。目前,主要有以下几种加工方案:2.1斜截法加工此方案基于圆柱的斜截面是椭圆的原理,巧妙地将椭圆的加工转变为圆的加工,在加工效率和精度方面都十分出色。具有代表性的是美国B0HAI公司,他们采用机械斜槽进刀,加工精度达0.005mm.但它致命的弱点就是仅限于加工标准椭圆,对于越来越多的非标准椭圆孔(如内喇叭口型销孔)的加工便无能为力。

  2.2机械仿形加工机械仿形加工方法是通过仿形靠模控制镗刀径向进给来实现的。目前国内外许多厂家都采用了这种技术进行活塞异型销孔的加工,如德国KS公司采用机械仿形加工技术,可加工出精度为0.005mm的异形销孔。其具有传动精度低、频响特性差的缺点。

  2.3数控变形镗杆加工数控变形镗杆加工是利用压电陶瓷或超大磁致伸缩棒元件在电压磁场变化的条件下伸缩的性能,通过计算机精确控制电场的变化来实现对镗杆位移的精密控制。其原理是在镗杆上开槽,而后将压电陶瓷或超大磁致伸缩棒元件置于适当的位置上,使镗杆的伸长量转变为镗杆的偏转角度。此方法机械结构简单、精度高、易于数字控制、频响高,是现代活塞设计的发展方向,可适应各种异型销孔的加工。广东工业大学自动化所研制成功的新型NC镗床,采用以压电元件为动力的新型变形镗杆机构和微驱动技术,可高效地镗削活塞异形销孔,并达到微米精度的要求,技术性能指标均达国际领先水平。

  3系统方案设计如所示,以内喇叭口型销孔为例,进行新型活塞异型销孔数控镗削系统的方案设计论证。其中0为内喇叭口型活塞销孔的锥度,L为锥孔长度,A为行程。

  内喇叭口型活塞销孔在本方案设计中,设定机床主轴转速为n主轴= 3000r/min,滚珠丝杆的导程为L导程=5mm,斜面滑块锥度为1:100(见4.2微进给装置设计中的相关内容)滚珠丝杆与交流伺服电机之间采用同步齿轮带传动。目前桑塔纳轿车所用活塞L=镗孔进给量取为/=0.03~ 1.0mm/r则镗刀径向进给速度为:n交=厂滑块=1.08 L导程故交流伺服电机所需的转速为:即当主轴转速达3X103r/min时,该微进给装置所用交流伺服电机每分钟至少转1次,而该转速在交流伺服电机的转速范围内,因此该交流伺服电机能够响应主轴旋转的要求,可以镗削出所需要的内喇叭口型销孔。

  在镗削过程中,如果镗刀刀尖的轨迹能准确地通过这些网格结点,就能镗削出足够理想的销孔。数控系统的任务就在于此,也就是让镗刀在X方向沿预先编好的轨迹运动。

  Sx=X(0i,Z)是根据图纸要求预先计算出来,并存放在控制计算机的存储器中,加工过程中读取相应数据送出。

  计算响应频率不少于18X103Hz的微进给数字控制系统的研制是本系统设计的关键技术。

  4系统设计4.1控制模型ournalElectronicPublish制计算机经工业控制计算机判断镗削加工中镗刀本套活塞异型销孔数控镗削系统采用数字技术控制,由工业控制计算机发出控制信号(脉冲个数),驱动交流伺服电机运转,带动滚珠丝杆运转,从而推动斜面滑块在直线导轨上产生前后滑动,促使挠性接头的可变形段产生变形,达到使镗杆沿径向产生微小位移、加工出所需要的活塞异型销孔的目的。由传感器产生工作平台位置检测信号回送给工业控n主轴4.2微进给装置设计采用的微进给装置抛弃了以往靠压电元件、磁致伸缩棒等在受控后产生变形、从而使镗杆沿销孔径向产生微位移的基本思想,而是从机械传动的角度出发,设计出一套新机械式的微进给装置,如所示。

  微进给装置1.挠性接头2斜面滑块3.套筒100锥度的一个斜面滑块在直线导轨上来回滑动,促使挠性接头变形,这时镗杆将会偏离轴向一个微小角度,从而在活塞销孔的径向方向产生微位移。直线导轨的滑轨装在斜面滑块上,直线导轨的滑块装在挠性接头上,挠性接头的不动端固定在机床空心主轴上,随机床空心主轴旋转;而镗杆固定在挠性接头的可变形端。斜面滑块的另一端采用滚动轴承固定在一个套筒上,而该套筒同滚珠丝杆的螺母固定在一起。该套筒采用直线轴承固定在机床床身上,只能随滚珠丝杆的旋转产生前后进给。另外,斜面滑块的中部也可以安装直线轴承,直线轴承固定在机床空心主轴上,随机床空心主轴旋转,以增大传动过程中的稳定性。

  4.3软件设计及误差分析在镗削内喇叭口型销孔时,为一定值,因此只需要计算x(/)值(也即是交流伺服电机所需发送脉冲个数N)并将其存放入控制计算机的存储器中。

  根据工作平台(步进电机或位置检测元件)所选用脉冲当量(如0.01)以及活塞销孔总长度,就可以计算出所需存储单元个数(不超过64k)以分别存放数组x根据行程A、锥孔长度L(10mm),斜面滑块锥度、滚珠丝杆导程L导程和交流伺服电机线程m(1线,增量式编码器脉冲:25⑴个脉冲每转),计算出交流伺服电机对应Z向的Z=0.01mm时所需发送脉冲个数N. =导程=0.愚(圈)交流伺服电机每转所需脉冲个数N:若镗孔进给量取为/= 1.0mm/r则工作平台-个脉冲当量所需时间:交流伺服电机响应所需时间:达3000r/min,因此完全可以满足交流伺服电机响应工作平台的进给。

  5结束语活塞异形销孔可改善应力分布状态,延长活塞的使用寿命,因此,对高效率的发动机具有显著的实用价值,已成为国际活塞行业发展的主要方向。此夕卜,该系统也可用于其它工件异形孔的加工,并可推广到超精加工控制的应用领域。在加快我国工业自动化进程和企业技术改造中,活塞异形销孔镗削数控系统的开发研究具有广阔的应用前景和深远的现71994-2014ChinaAcademicournal面向对象的复杂形状刀具CNC集成系统来传远,金建新(华中理工大学机械学院,湖北武汉430074)的信息模型。并详细介绍了该信息模型的组成和原理。

  1刖目在传统的刀具加工中,刀具要从设计到手工绘图,然后才能在机床上加工。而对于刀刃复杂的复杂形状刀具的设计,刀具的绘图工作量会比较大,而且有很多的重复的工作。CAD/CAM―体化可以简化刀具设计,加速刀具的不断改进。如所示。

  复杂形状刀具的CAD/CAM系统一个重要问题是系统的信息建模。为此,用面向对象的方法对复杂形状刀具CNC集成系统建模的具体实现加以探讨。

  2复杂形状刀具CAD/CAM系统结构分析2.1复杂形状刀具CAD/CAM系统的要求工程系统,具有以下特点和要求:系统涉及的范围广。它涉及了计算机图形学、刀具设计、实时控制系统、CAD、CAM、CAPP等内容。如果要实现CAD和CAM―体化的有机系统,需要有一个统一的模型贯串于整个系统。

  系统容量大。系统必须满足刀具行业绝大多数刀具的加工。整个CAD/CAM系统必须有一个刀具数据库来满足各种刀具的管理以及支撑整个系统的运行。

  系统的要求是变化的。刀具不断推陈出新,如何在现有系统上设计及加工新刀具是需考虑的。

  系统应适应现代加工的需要。

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