El asiento de corredera del travesaño es un componente fundamental de la máquina herramienta, caracterizado por una estructura compleja y de varios tipos. Cada interfaz del asiento deslizante del travesaño corresponde directamente a sus puntos de conexión del travesaño. Sin embargo, al pasar de un carro universal de cinco ejes a un carro de corte de cinco ejes de alta resistencia, se producen cambios simultáneamente en el asiento del carro transversal, en el travesaño y en la base del riel guía. Anteriormente, para satisfacer las demandas del mercado, era necesario rediseñar componentes grandes, lo que provocaba largos plazos de entrega, altos costos y poca intercambiabilidad.
Para abordar este problema, se ha diseñado una nueva estructura de asiento deslizante con viga transversal para mantener el mismo tamaño de interfaz externa que la interfaz universal. Esto permite la instalación de la corredera de corte de cinco ejes de alta resistencia sin requerir cambios en la viga transversal u otros componentes estructurales grandes, y al mismo tiempo satisface los requisitos de rigidez. Además, las mejoras en la tecnología de procesamiento han mejorado la precisión de la fabricación del asiento deslizante de viga transversal. Este tipo de optimización estructural, junto con sus métodos de procesamiento asociados, se recomienda para su promoción y aplicación dentro de la industria.
1. Introducción
Es bien sabido que la magnitud de la potencia y el par afecta la forma de la sección transversal de instalación de un cabezal de cinco ejes. El asiento del carro de viga, que está equipado con un carro universal de cinco ejes, se puede unir a la viga modular universal mediante un carril lineal. Sin embargo, la sección transversal de instalación de una corredera de corte de cinco ejes de alta potencia y alto par para trabajos pesados es más de un 30% mayor que la de una corredera universal convencional.
Como resultado, se necesitan mejoras en el diseño del asiento deslizante de la viga. Una innovación clave en este rediseño es la capacidad de compartir la misma viga con el asiento de la corredera de la corredera universal de cinco ejes. Este enfoque facilita la construcción de una plataforma modular. Además, mejora en cierta medida la rigidez general, acorta el ciclo de producción, reduce significativamente los costos de fabricación y permite una mejor adaptación a los cambios del mercado.
Introducción a la estructura del asiento deslizante de viga convencional tipo lote.
El sistema convencional de cinco ejes se compone principalmente de componentes grandes como el banco de trabajo, el asiento del riel guía, la viga, el asiento de la corredera de la viga y la corredera de cinco ejes. Esta discusión se centra en la estructura básica del asiento de la viga deslizante, como se ilustra en la Figura 1. Los dos conjuntos de asientos de la viga deslizante son simétricos y constan de placas de soporte superior, media e inferior, lo que suma un total de ocho componentes. Estos asientos de viga deslizante simétricos están uno frente al otro y sujetan las placas de soporte entre sí, lo que da como resultado un asiento de viga deslizante en forma de “boca” con una estructura envolvente (consulte la vista superior en la Figura 1). Las dimensiones indicadas en la vista principal representan la dirección de desplazamiento de la viga, mientras que las dimensiones en la vista izquierda son críticas para la conexión a la viga y deben cumplir con tolerancias específicas.
Desde el punto de vista de un asiento de corredera de viga individual, para facilitar el procesamiento, los seis grupos superior e inferior de superficies de conexión de corredera en la unión en forma de "I", que presenta una parte superior ancha y un centro estrecho, se concentran en una única superficie de procesamiento. Esta disposición garantiza que se puedan lograr diversas precisiones dimensionales y geométricas mediante un procesamiento fino. Los grupos de placas de soporte superior, medio e inferior sirven simplemente como soporte estructural, lo que los hace simples y prácticos. Las dimensiones de la sección transversal del carro de cinco ejes, diseñado con la estructura envolvente convencional, son actualmente de 420 mm × 420 mm. Además, pueden surgir errores durante el procesamiento y montaje del carro de cinco ejes. Para acomodar los ajustes finales, las placas de soporte superior, media e inferior deben mantener espacios en la posición cerrada, que posteriormente se llenan con moldeo por inyección para crear una estructura endurecida de circuito cerrado. Estos ajustes pueden introducir errores, particularmente en el asiento deslizante del travesaño envolvente, como se ilustra en la Figura 1. Las dos dimensiones específicas de 1050 mm y 750 mm son cruciales para la conexión con el travesaño.
Según los principios del diseño modular, estas dimensiones no se pueden modificar para mantener la compatibilidad, lo que restringe indirectamente la expansión y adaptabilidad del asiento deslizante del travesaño. Si bien esta configuración puede satisfacer temporalmente las demandas de los clientes en ciertos mercados, no se alinea con las necesidades del mercado actual en rápida evolución.
Ventajas de una estructura innovadora y una tecnología de procesamiento.
3.1 Introducción a la estructura innovadora
La promoción de aplicaciones de mercado ha proporcionado a las personas una comprensión más profunda del procesamiento aeroespacial. La creciente demanda de alto par y alta potencia en piezas de procesamiento específicas ha provocado una nueva tendencia en la industria. En respuesta a esta demanda, se ha desarrollado un nuevo asiento deslizante de travesaño diseñado para su uso con un cabezal de cinco ejes y con una sección transversal más grande. El objetivo principal de este diseño es abordar los desafíos asociados con los procesos de corte pesados que requieren alto torque y potencia.
La innovadora estructura de este nuevo asiento de tobogán con viga transversal se ilustra en la Figura 2. Se clasifica de manera similar a un tobogán universal y consta de dos juegos de asientos de tobogán con viga transversal simétricos, junto con dos juegos de placas de soporte superior, media e inferior, todos formando un estructura de tipo integral y abarcadora.
Una distinción clave entre el nuevo diseño y el modelo tradicional radica en la orientación del asiento del travesaño deslizante y las placas de soporte, que se han girado 90° en comparación con los diseños convencionales. En los asientos deslizantes tradicionales con travesaños, las placas de soporte cumplen principalmente una función de apoyo. Sin embargo, la nueva estructura integra superficies de instalación deslizante en las placas de soporte superior e inferior del asiento deslizante del travesaño, creando una estructura dividida a diferencia de la del modelo convencional. Este diseño permite el ajuste y ajuste de las superficies de conexión deslizante superior e inferior para garantizar que sean coplanares con la superficie de conexión deslizante en el asiento deslizante de la viga transversal.
La estructura principal ahora se compone de dos conjuntos de asientos deslizantes con vigas transversales simétricas, con las placas de soporte superior, media e inferior dispuestas en forma de "T", con una parte superior más ancha y una parte inferior más estrecha. Las dimensiones de 1160 mm y 1200 mm en el lado izquierdo de la Figura 2 se extienden en la dirección de desplazamiento del travesaño, mientras que las dimensiones clave compartidas de 1050 mm y 750 mm siguen siendo consistentes con las del asiento deslizante del travesaño convencional.
Este diseño permite que el nuevo asiento deslizante con travesaño comparta completamente el mismo travesaño abierto que la versión convencional. El proceso patentado utilizado para este nuevo asiento deslizante de viga transversal implica llenar y endurecer el espacio entre la placa de soporte y el asiento deslizante de viga transversal mediante moldeo por inyección, formando así una estructura integral que puede acomodar una corredera de corte de cinco ejes de alta resistencia de 600 mm x 600 mm. .
Como se indica en la vista izquierda de la Figura 2, las superficies de conexión del deslizador superior e inferior en el asiento del deslizador del travesaño que asegura el deslizador de corte de cinco ejes de alta resistencia crean una estructura dividida. Debido a posibles errores de procesamiento, es posible que la superficie de posicionamiento del control deslizante y otros aspectos de precisión dimensional y geométrica no se encuentren en el mismo plano horizontal, lo que complica el procesamiento. En vista de esto, se han implementado mejoras de proceso apropiadas para garantizar una precisión de ensamblaje calificada para esta estructura dividida.
3.2 Descripción del proceso de molienda coplanar
El semiacabado de un asiento deslizante de una sola viga se completa con una fresadora de precisión, dejando únicamente los márgenes de acabado. Es necesario explicarlo aquí, y solo se explica en detalle el pulido final. El proceso de molienda específico se describe a continuación.
1) Dos asientos de corredera de viga simétricos están sujetos a un rectificado de referencia de una sola pieza. Las herramientas se ilustran en la Figura 3. La superficie de acabado, denominada superficie A, sirve como superficie de posicionamiento y se sujeta a la esmeriladora del riel guía. La superficie de apoyo de referencia B y la superficie de referencia del proceso C están rectificadas para garantizar que su precisión dimensional y geométrica cumpla con los requisitos especificados en el dibujo.
2) Para abordar el desafío de procesar el error no coplanar en la estructura mencionada anteriormente, hemos diseñado específicamente cuatro herramientas de bloques de igual altura con soporte fijo y dos herramientas de bloques de igual altura con soporte inferior. El valor de 300 mm es crucial para mediciones de altura iguales y debe procesarse de acuerdo con las especificaciones proporcionadas en el dibujo para garantizar una altura uniforme. Esto se ilustra en la Figura 4.
3) Se sujetan dos juegos de asientos deslizantes de vigas simétricos, cara a cara, utilizando herramientas especiales (consulte la Figura 5). Cuatro juegos de bloques de soporte fijos de igual altura están conectados a los asientos deslizantes de la viga a través de sus orificios de montaje. Además, se calibran y fijan dos conjuntos de bloques de soporte inferiores de igual altura junto con la superficie de apoyo de referencia B y la superficie de referencia del proceso C. Esta configuración garantiza que ambos conjuntos de asientos deslizantes de vigas simétricos estén ubicados a la misma altura con respecto a la superficie de apoyo B, mientras que la superficie de referencia del proceso C se utiliza para verificar que los asientos de las correderas de la viga estén correctamente alineados.
Una vez completado el procesamiento coplanar, las superficies de conexión del deslizador de ambos conjuntos de asientos de corredera de viga serán coplanares. Este procesamiento se produce en una sola pasada para garantizar su precisión dimensional y geométrica.
A continuación, se voltea el conjunto para sujetar y posicionar la superficie previamente procesada, permitiendo el pulido de la otra superficie de conexión deslizante. Durante el proceso de rectificado, todo el asiento de la corredera de la viga, asegurado por el útil, se rectifica en una sola pasada. Este enfoque garantiza que cada superficie de conexión deslizante alcance las características coplanares deseadas.
Comparación y verificación de datos de análisis de rigidez estática del asiento deslizante de viga.
4.1 División de la fuerza de fresado plano
En el corte de metales, eltorno de fresado CNCLa fuerza durante el fresado plano se puede dividir en tres componentes tangenciales que actúan sobre la herramienta. Estas fuerzas de los componentes son indicadores cruciales para evaluar la rigidez de corte de las máquinas herramienta. Esta verificación de datos teóricos es consistente con los principios generales de los ensayos de rigidez estática. Para analizar las fuerzas que actúan sobre la herramienta de mecanizado empleamos el método de análisis de elementos finitos, que nos permite transformar las pruebas prácticas en valoraciones teóricas. Este enfoque se utiliza para evaluar si el diseño del asiento deslizante de la viga es apropiado.
4.2 Lista de parámetros de corte pesado plano
Diámetro del cortador (d): 50 mm
Número de dientes (z): 4
Velocidad del husillo (n): 1000 rpm
Velocidad de avance (vc): 1500 mm/min
Ancho de fresado (ae): 50 mm
Profundidad de corte de fresado (ap): 5 mm
Avance por revolución (ar): 1,5 mm
Avance por diente (de): 0,38 mm
La fuerza de fresado tangencial (fz) se puede calcular mediante la fórmula:
\[ fz = 9.81 \times 825 \times ap^{1.0} \times af^{0.75} \times ae^{1.1} \times d^{-1.3} \times n^{-0.2} \times z^{ 60^{-0,2}} \]
Esto da como resultado una fuerza de \( fz = 3963,15 \, N \).
Considerando los factores de fresado simétrico y asimétrico durante el proceso de mecanizado, tenemos las siguientes fuerzas:
- FPC (fuerza en la dirección del eje X): \( fpc = 0,9 \times fz = 3566,84 \, N \)
- FCF (fuerza en la dirección del eje Z): \( fcf = 0,8 \times fz = 3170,52 \, N \)
- FP (fuerza en la dirección del eje Y): \( fp = 0,9 \times fz = 3566,84 \, N \)
Dónde:
- FPC es la fuerza en la dirección del eje X
- FCF es la fuerza en la dirección del eje Z
- FP es la fuerza en la dirección del eje Y
4.3 Análisis estático de elementos finitos
Las dos guías de corte de cinco ejes necesitan una construcción modular y deben compartir la misma viga con una interfaz de apertura compatible. Por lo tanto, la rigidez del asiento de la viga deslizante es crucial. Siempre que el asiento de la corredera de la viga no experimente un desplazamiento excesivo, se puede deducir que la viga es universal. Para garantizar los requisitos de rigidez estática, se recopilarán datos de corte relevantes para realizar un análisis comparativo de elementos finitos sobre el desplazamiento del asiento deslizante de la viga.
Este análisis realizará simultáneamente un análisis estático de elementos finitos en ambos conjuntos de asientos deslizantes de viga. Este documento se centra específicamente en un análisis detallado de la nueva estructura del asiento deslizante de viga, omitiendo los detalles del análisis del asiento deslizante original. Es importante tener en cuenta que, si bien la máquina universal de cinco ejes no puede manejar cortes pesados, durante las pruebas de aceptación a menudo se realizan inspecciones de corte pesado de ángulo fijo y aceptación de corte de alta velocidad para piezas "S". El par de corte y la fuerza de corte en estos casos pueden ser comparables a los del corte pesado.
Basado en años de experiencia en aplicaciones y condiciones de entrega reales, el autor cree que otros componentes grandes de la máquina universal de cinco ejes cumplen completamente con los requisitos de resistencia al corte pesado. Por lo tanto, realizar un análisis comparativo es a la vez lógico y rutinario. Inicialmente, cada componente se simplifica eliminando o comprimiendo orificios roscados, radios, chaflanes y pequeños escalones que podrían afectar la división de la malla. Luego se agregan las propiedades del material relevantes de cada pieza y el modelo se importa a la simulación para el análisis estático.
En la configuración de parámetros para el análisis sólo se conservan los datos esenciales, como la masa y el brazo de fuerza. El asiento integral del deslizador de viga se incluye en el análisis de deformación, mientras que otras partes como la herramienta, el cabezal de mecanizado de cinco ejes y el deslizador de cinco ejes de corte pesado se consideran rígidas. El análisis se centra en el desplazamiento relativo del asiento de la viga deslizante bajo fuerzas externas. La carga externa incorpora gravedad y simultáneamente se aplica una fuerza tridimensional a la punta de la herramienta. La información sobre la herramienta debe definirse de antemano como la superficie de carga de fuerza para replicar la longitud de la herramienta durante el mecanizado, al mismo tiempo que se garantiza que la corredera esté colocada en el extremo del eje de mecanizado para un máximo apalancamiento, simulando fielmente las condiciones reales de mecanizado.
Elcomponente de aluminioLos sistemas están interconectados mediante un método de “contacto global (-joint-)” y las condiciones de contorno se establecen mediante división de líneas. El área de conexión de la viga se ilustra en la Figura 7, con la división de la rejilla en la Figura 8. El tamaño máximo de la unidad es de 50 mm, el tamaño mínimo de la unidad es de 10 mm, lo que da como resultado un total de 185,485 unidades y 367,989 nodos. El diagrama de desplazamiento total de la nube se presenta en la Figura 9, mientras que los tres desplazamientos axiales en las direcciones X, Y y Z se representan en las Figuras 10 a 12, respectivamente.
Las dos guías de corte de cinco ejes necesitan una construcción modular y deben compartir la misma viga con una interfaz de apertura compatible. Por lo tanto, la rigidez del asiento de la viga deslizante es crucial. Siempre que el asiento de la corredera de la viga no experimente un desplazamiento excesivo, se puede deducir que la viga es universal. Para garantizar los requisitos de rigidez estática, se recopilarán datos de corte relevantes para realizar un análisis comparativo de elementos finitos sobre el desplazamiento del asiento deslizante de la viga.
Este análisis realizará simultáneamente un análisis estático de elementos finitos en ambos conjuntos de asientos deslizantes de viga. Este documento se centra específicamente en un análisis detallado de la nueva estructura del asiento deslizante de viga, omitiendo los detalles del análisis del asiento deslizante original. Es importante tener en cuenta que, si bien la máquina universal de cinco ejes no puede manejar cortes pesados, durante las pruebas de aceptación a menudo se realizan inspecciones de corte pesado de ángulo fijo y aceptación de corte de alta velocidad para piezas "S". El par de corte y la fuerza de corte en estos casos pueden ser comparables a los del corte pesado.
Basado en años de experiencia en aplicaciones y condiciones de entrega reales, el autor cree que otros componentes grandes de la máquina universal de cinco ejes cumplen completamente con los requisitos de resistencia al corte pesado. Por lo tanto, realizar un análisis comparativo es a la vez lógico y rutinario. Inicialmente, cada componente se simplifica eliminando o comprimiendo orificios roscados, radios, chaflanes y pequeños escalones que podrían afectar la división de la malla. Luego se agregan las propiedades del material relevantes de cada pieza y el modelo se importa a la simulación para el análisis estático.
En la configuración de parámetros para el análisis sólo se conservan los datos esenciales, como la masa y el brazo de fuerza. El asiento integral del deslizador de viga se incluye en el análisis de deformación, mientras que otras partes como la herramienta, el cabezal de mecanizado de cinco ejes y el deslizador de cinco ejes de corte pesado se consideran rígidas. El análisis se centra en el desplazamiento relativo del asiento de la viga deslizante bajo fuerzas externas. La carga externa incorpora gravedad y simultáneamente se aplica una fuerza tridimensional a la punta de la herramienta. La información sobre la herramienta debe definirse de antemano como la superficie de carga de fuerza para replicar la longitud de la herramienta durante el mecanizado, al mismo tiempo que se garantiza que la corredera esté colocada en el extremo del eje de mecanizado para un máximo apalancamiento, simulando fielmente las condiciones reales de mecanizado.
Elcomponentes torneados de precisiónestán interconectados mediante un método de “contacto global (-joint-)”, y las condiciones de contorno se establecen mediante división de líneas. El área de conexión de la viga se ilustra en la Figura 7, con la división de la rejilla en la Figura 8. El tamaño máximo de la unidad es de 50 mm, el tamaño mínimo de la unidad es de 10 mm, lo que da como resultado un total de 185,485 unidades y 367,989 nodos. El diagrama de desplazamiento total de la nube se presenta en la Figura 9, mientras que los tres desplazamientos axiales en las direcciones X, Y y Z se representan en las Figuras 10 a 12, respectivamente.
Después de analizar los datos, el gráfico de nubes se resumió y comparó en la Tabla 1. Todos los valores están a una distancia de 0,01 mm entre sí. Según estos datos y la experiencia previa, creemos que la viga transversal no experimentará distorsión ni deformación, lo que permitirá el uso de una viga transversal estándar en producción. Tras una revisión técnica, esta estructura fue aprobada para producción y pasó con éxito la prueba de corte del acero. Todas las pruebas de precisión de las probetas “S” cumplieron con los estándares requeridos.
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Hora de publicación: 06-nov-2024