Il sedile di scorrimento della traversa è un componente cruciale della macchina utensile, caratterizzato da una struttura complessa e di varie tipologie. Ogni interfaccia della sede di scorrimento della traversa corrisponde direttamente ai suoi punti di collegamento della traversa. Tuttavia, quando si passa da una slitta universale a cinque assi a una slitta da taglio per carichi pesanti a cinque assi, i cambiamenti si verificano simultaneamente nella sede della slitta della traversa, nella traversa e nella base del binario di guida. In precedenza, per soddisfare le richieste del mercato, i componenti di grandi dimensioni dovevano essere riprogettati, il che comportava tempi di consegna lunghi, costi elevati e scarsa intercambiabilità.
Per risolvere questo problema, è stata progettata una nuova struttura del sedile scorrevole a traversa per mantenere le stesse dimensioni dell'interfaccia esterna dell'interfaccia universale. Ciò consente l'installazione della slitta da taglio per carichi pesanti a cinque assi senza richiedere modifiche alla traversa o ad altri componenti strutturali di grandi dimensioni, soddisfacendo al tempo stesso i requisiti di rigidità. Inoltre, i miglioramenti nella tecnologia di lavorazione hanno migliorato la precisione della produzione delle sedi delle slitte della traversa. Questo tipo di ottimizzazione strutturale, insieme ai metodi di lavorazione associati, è consigliato per la promozione e l'applicazione all'interno del settore.
1. Introduzione
È noto che l'entità della potenza e della coppia influisce sulla forma della sezione trasversale di installazione di una testa a cinque assi. Il sedile con slitta su trave, dotato di slitta universale a cinque assi, può essere collegato alla trave modulare universale tramite una guida lineare. Tuttavia, la sezione trasversale di installazione di una slitta da taglio per carichi pesanti a cinque assi ad alta potenza e coppia elevata è maggiore di oltre il 30% rispetto a quella di una slitta universale convenzionale.
Di conseguenza, sono necessari miglioramenti nella progettazione del sedile di scorrimento della trave. Un'innovazione chiave in questa riprogettazione è la capacità di condividere la stessa trave con la sede della guida della trave della guida universale a cinque assi. Questo approccio facilita la costruzione di una piattaforma modulare. Inoltre, migliora in una certa misura la rigidità complessiva, accorcia il ciclo di produzione, riduce significativamente i costi di produzione e consente un migliore adattamento ai cambiamenti del mercato.
Introduzione alla struttura del sedile convenzionale con slitta a trave di tipo batch
Il sistema convenzionale a cinque assi è costituito principalmente da componenti di grandi dimensioni come il banco da lavoro, il sedile della guida, la trave, il sedile della slitta della trave e la slitta a cinque assi. Questa discussione si concentra sulla struttura di base del sedile della trave scorrevole, come illustrato nella Figura 1. I due set di sedili della trave scorrevole sono simmetrici e sono costituiti da piastre di supporto superiore, centrale e inferiore, per un totale di otto componenti. Queste sedi simmetriche di scorrimento della trave sono una di fronte all'altra e fissano insieme le piastre di supporto, creando un sedile di scorrimento della trave a forma di "bocca" con una struttura avvolgente (fare riferimento alla vista dall'alto nella Figura 1). Le dimensioni indicate nella vista principale rappresentano la direzione di spostamento della trave, mentre le dimensioni nella vista di sinistra sono critiche per il collegamento alla trave e devono rispettare specifiche tolleranze.
Dal punto di vista di una singola sede di scorrimento della trave, per facilitare la lavorazione, i sei gruppi superiori e inferiori di superfici di collegamento del cursore in corrispondenza della giunzione a forma di "I", caratterizzata da una parte superiore ampia e una parte centrale stretta, sono concentrati su un'unica superficie di lavorazione. Questa disposizione garantisce che varie accuratezze dimensionali e geometriche possano essere ottenute attraverso una lavorazione accurata. I gruppi superiore, medio e inferiore di piastre di supporto servono semplicemente come supporto strutturale, rendendoli semplici e pratici. Le dimensioni della sezione trasversale della slitta a cinque assi, progettata con la struttura avvolgente convenzionale, sono attualmente 420 mm × 420 mm. Inoltre possono verificarsi errori durante la lavorazione e l'assemblaggio della slitta a cinque assi. Per consentire le regolazioni finali, le piastre di supporto superiore, centrale e inferiore devono mantenere degli spazi in posizione chiusa, che vengono successivamente riempiti mediante stampaggio a iniezione per creare una struttura a circuito chiuso rinforzata. Queste regolazioni possono introdurre errori, in particolare nell'avvolgente sede di scorrimento della traversa, come illustrato in Figura 1. Le due dimensioni specifiche di 1050 mm e 750 mm sono cruciali per il collegamento con la traversa.
Secondo i principi della progettazione modulare, queste dimensioni non possono essere modificate per mantenere la compatibilità, il che limita indirettamente l'espansione e l'adattabilità del sedile della slitta della traversa. Sebbene questa configurazione possa soddisfare temporaneamente le richieste dei clienti in alcuni mercati, non è in linea con le esigenze del mercato odierno in rapida evoluzione.
Vantaggi della struttura innovativa e della tecnologia di lavorazione
3.1 Introduzione alla struttura innovativa
La promozione delle applicazioni di mercato ha fornito alle persone una comprensione più profonda della lavorazione aerospaziale. La crescente domanda di coppia e potenza elevate in parti di lavorazione specifiche ha innescato una nuova tendenza nel settore. In risposta a questa esigenza è stato sviluppato un nuovo sedile con slitta a traversa, progettato per l'utilizzo con una testa a cinque assi e caratterizzato da una sezione trasversale maggiore. Lo scopo principale di questo progetto è affrontare le sfide associate ai processi di taglio pesanti che richiedono coppia e potenza elevate.
La struttura innovativa di questo nuovo sedile di scorrimento della traversa è illustrata nella Figura 2. Si classifica in modo simile a uno scivolo universale ed è costituito da due serie di sedili simmetrici di scorrimento della traversa, insieme a due serie di piastre di supporto superiore, centrale e inferiore, che formano tutte un struttura di tipo abbracciante completa.
Una distinzione fondamentale tra il nuovo design e il modello tradizionale risiede nell'orientamento del sedile di scorrimento della traversa e delle piastre di supporto, che sono state ruotate di 90° rispetto ai design convenzionali. Nei tradizionali sedili con traversa scorrevole, le piastre di supporto svolgono principalmente una funzione di supporto. Tuttavia, la nuova struttura integra le superfici di installazione del cursore sia sulle piastre di supporto superiori che inferiori del sedile della slitta della traversa, creando una struttura divisa a differenza di quella del modello convenzionale. Questo design consente la messa a punto e la regolazione delle superfici di collegamento del cursore superiore e inferiore per garantire che siano complanari con la superficie di collegamento del cursore sulla sede della slitta della traversa.
La struttura principale è ora composta da due serie di sedili simmetrici a scorrimento della traversa, con le piastre di supporto superiore, centrale e inferiore disposte a forma di “T”, caratterizzate da una parte superiore più ampia e una parte inferiore più stretta. Le dimensioni di 1.160 mm e 1.200 mm sul lato sinistro della Figura 2 si estendono nella direzione dello spostamento della traversa, mentre le principali dimensioni condivise di 1.050 mm e 750 mm rimangono coerenti con quelle del sedile scorrevole della traversa convenzionale.
Questo design consente al nuovo sedile con slitta a traversa di condividere completamente la stessa traversa aperta della versione convenzionale. Il processo brevettato utilizzato per questo nuovo sedile della slitta della traversa prevede il riempimento e l'indurimento dello spazio tra la piastra di supporto e la sede della slitta della traversa mediante stampaggio a iniezione, formando così una struttura avvolgente integrale che può ospitare una slitta da taglio per carichi pesanti a cinque assi da 600 mm x 600 mm. .
Come indicato nella vista sinistra della Figura 2, le superfici di collegamento del cursore superiore e inferiore sulla sede della slitta della traversa che fissa la slitta di taglio per carichi pesanti a cinque assi creano una struttura divisa. A causa di potenziali errori di elaborazione, la superficie di posizionamento del cursore e altri aspetti di precisione dimensionale e geometrica potrebbero non trovarsi sullo stesso piano orizzontale, complicando l'elaborazione. Alla luce di ciò, sono stati implementati opportuni miglioramenti del processo per garantire un'accuratezza di assemblaggio qualificata per questa struttura divisa.
3.2 Descrizione del processo di rettifica complanare
La semifinitura di una sede slitta monotrave viene completata da una fresatrice di precisione, lasciando solo il sovrametallo di finitura. È necessario spiegarlo qui e solo la rettifica di finitura viene spiegata in dettaglio. Il processo di macinazione specifico è descritto di seguito.
1) Due sedi simmetriche delle guide della trave sono soggette a rettifica di riferimento in un unico pezzo. L'attrezzatura è illustrata nella Figura 3. La superficie di finitura, denominata superficie A, funge da superficie di posizionamento ed è fissata sulla molatrice della rotaia di guida. La superficie di appoggio di riferimento B e la superficie di riferimento del processo C sono rettificate per garantire che la loro precisione dimensionale e geometrica soddisfi i requisiti specificati nel disegno.
2) Per affrontare la sfida dell'elaborazione dell'errore non complanare nella struttura menzionata sopra, abbiamo progettato specificamente quattro strumenti a blocchi di uguale altezza con supporto fisso e due strumenti a blocchi di uguale altezza con supporto inferiore. Il valore di 300 mm è fondamentale per le misure a parità di altezza e deve essere elaborato secondo le specifiche fornite nel disegno per garantire un'altezza uniforme. Ciò è illustrato nella Figura 4.
3) Due serie di sedi simmetriche delle guide della trave vengono fissate insieme faccia a faccia utilizzando un'attrezzatura speciale (vedere Figura 5). Quattro serie di blocchi di supporto fissi di uguale altezza sono collegati alle sedi delle guide della trave attraverso i rispettivi fori di montaggio. Inoltre, due serie di blocchi di supporto inferiori di uguale altezza vengono calibrati e fissati insieme alla superficie di appoggio di riferimento B e alla superficie di riferimento del processo C. Questa configurazione garantisce che entrambi i gruppi di sedi simmetriche delle guide della trave siano posizionati alla stessa altezza rispetto al superficie di appoggio B, mentre la superficie di riferimento del processo C viene utilizzata per verificare che le sedi delle slitte della trave siano correttamente allineate.
Una volta completata l'elaborazione complanare, le superfici di connessione dei cursori di entrambi i gruppi di sedi delle guide della trave saranno complanari. Questa lavorazione avviene in un unico passaggio per garantirne l'accuratezza dimensionale e geometrica.
Successivamente, l'insieme viene ribaltato per bloccare e posizionare la superficie precedentemente lavorata, consentendo la molatura dell'altra superficie di collegamento del cursore. Durante il processo di rettifica, l'intera sede della slitta della trave, fissata dall'attrezzatura, viene rettificata in un'unica passata. Questo approccio garantisce che ciascuna superficie di connessione del cursore raggiunga le caratteristiche complanari desiderate.
Confronto e verifica dei dati di analisi di rigidezza statica della sede di scorrimento della trave
4.1 Divisione della forza di fresatura piana
Nel taglio dei metalli, ilTornio di fresatura CNCLa forza durante la fresatura piana può essere divisa in tre componenti tangenziali che agiscono sull'utensile. Queste forze dei componenti sono indicatori cruciali per valutare la rigidità di taglio delle macchine utensili. Questa verifica dei dati teorici è coerente con i principi generali delle prove di rigidezza statica. Per analizzare le forze agenti sulla macchina utensile utilizziamo il metodo dell'analisi agli elementi finiti, che ci permette di trasformare prove pratiche in valutazioni teoriche. Questo approccio viene utilizzato per valutare se il design della sede della slitta della trave è appropriato.
4.2 Elenco dei parametri di taglio piano pesante
Diametro fresa (d): 50 mm
Numero di denti (z): 4
Velocità del mandrino (n): 1000 giri/min
Velocità di avanzamento (vc): 1500 mm/min
Larghezza di fresatura (ae): 50 mm
Profondità di fresatura posteriore (ap): 5 mm
Avanzamento per giro (ar): 1,5 mm
Avanzamento per dente (di): 0,38 mm
La forza di fresatura tangenziale (fz) può essere calcolata utilizzando la formula:
\[ fz = 9,81 \times 825 \times ap^{1,0} \times af^{0,75} \times ae^{1,1} \times d^{-1,3} \times n^{-0,2} \times z^{ 60^{-0,2}} \]
Ciò si traduce in una forza di \( fz = 3963,15 \, N \).
Considerando i fattori di fresatura simmetrica e asimmetrica durante il processo di lavorazione, abbiamo le seguenti forze:
- FPC (forza nella direzione dell'asse X): \( fpc = 0,9 \times fz = 3566,84 \, N \)
- FCF (forza nella direzione dell'asse Z): \( fcf = 0,8 \times fz = 3170,52 \, N \)
- FP (forza nella direzione dell'asse Y): \( fp = 0,9 \times fz = 3566,84 \, N \)
Dove:
- FPC è la forza nella direzione dell'asse X
- FCF è la forza nella direzione dell'asse Z
- FP è la forza nella direzione dell'asse Y
4.3 Analisi statica agli elementi finiti
Le due slitte di taglio a cinque assi necessitano di una costruzione modulare e devono condividere la stessa trave con un'interfaccia di apertura compatibile. Pertanto, la rigidità della sede della slitta della trave è fondamentale. Finché la sede della slitta della trave non subisce uno spostamento eccessivo, si può dedurre che la trave è universale. Per garantire i requisiti di rigidità statica, verranno raccolti i dati di taglio rilevanti per eseguire un'analisi comparativa agli elementi finiti sullo spostamento della sede della slitta della trave.
Questa analisi condurrà simultaneamente l'analisi statica degli elementi finiti su entrambi i gruppi sede della trave scorrevole. Questo documento si concentra specificamente su un'analisi dettagliata della nuova struttura del sedile scorrevole della trave, omettendo le specificità dell'analisi originale del sedile scorrevole. È importante notare che, sebbene la macchina universale a cinque assi non sia in grado di gestire tagli pesanti, durante i test di accettazione vengono spesso condotte ispezioni di taglio pesante ad angolo fisso e accettazione del taglio ad alta velocità per le parti "S". La coppia e la forza di taglio in questi casi possono essere paragonabili a quelle del taglio pesante.
Sulla base di anni di esperienza applicativa e delle effettive condizioni di consegna, l'autore ritiene che altri componenti di grandi dimensioni della macchina universale a cinque assi soddisfino pienamente i requisiti di resistenza ai tagli pesanti. Pertanto, condurre un’analisi comparativa è sia logico che di routine. Inizialmente, ogni componente viene semplificato rimuovendo o comprimendo fori filettati, raggi, smussi e piccoli gradini che potrebbero influenzare la divisione della mesh. Vengono quindi aggiunte le proprietà del materiale rilevanti di ciascuna parte e il modello viene importato nella simulazione per l'analisi statica.
Nelle impostazioni dei parametri per l'analisi vengono mantenuti solo i dati essenziali come massa e braccio di forza. La sede integrale della slitta della trave è inclusa nell'analisi della deformazione, mentre altre parti come l'utensile, la testa di lavorazione a cinque assi e la slitta a cinque assi per taglio pesante sono considerate rigide. L'analisi si concentra sullo spostamento relativo della sede della slitta della trave sotto forze esterne. Il carico esterno incorpora la gravità e la forza tridimensionale viene applicata contemporaneamente alla descrizione comando. La descrizione comando deve essere definita in anticipo come superficie di carico della forza per replicare la lunghezza dell'utensile durante la lavorazione, garantendo al tempo stesso che la slitta sia posizionata all'estremità dell'asse di lavorazione per la massima leva, simulando fedelmente le condizioni di lavorazione reali.
ILcomponente in alluminios sono interconnessi utilizzando un metodo di "contatto globale (-joint-)" e le condizioni al contorno sono stabilite attraverso la divisione della linea. L'area di connessione della trave è illustrata nella Figura 7, con la divisione della griglia mostrata nella Figura 8. La dimensione massima dell'unità è 50 mm, la dimensione minima dell'unità è 10 mm, per un totale di 185.485 unità e 367.989 nodi. Il diagramma della nuvola di spostamento totale è presentato nella Figura 9, mentre i tre spostamenti assiali nelle direzioni X, Y e Z sono rappresentati rispettivamente nelle Figure da 10 a 12.
Le due slitte di taglio a cinque assi necessitano di una costruzione modulare e devono condividere la stessa trave con un'interfaccia di apertura compatibile. Pertanto, la rigidità della sede della slitta della trave è fondamentale. Finché la sede della slitta della trave non subisce uno spostamento eccessivo, si può dedurre che la trave è universale. Per garantire i requisiti di rigidità statica, verranno raccolti i dati di taglio rilevanti per eseguire un'analisi comparativa agli elementi finiti sullo spostamento della sede della slitta della trave.
Questa analisi condurrà simultaneamente l'analisi statica degli elementi finiti su entrambi i gruppi sede della trave scorrevole. Questo documento si concentra specificamente su un'analisi dettagliata della nuova struttura del sedile scorrevole della trave, omettendo le specificità dell'analisi originale del sedile scorrevole. È importante notare che, sebbene la macchina universale a cinque assi non sia in grado di gestire tagli pesanti, durante i test di accettazione vengono spesso condotte ispezioni di taglio pesante ad angolo fisso e accettazione del taglio ad alta velocità per le parti "S". La coppia e la forza di taglio in questi casi possono essere paragonabili a quelle del taglio pesante.
Sulla base di anni di esperienza applicativa e delle effettive condizioni di consegna, l'autore ritiene che altri componenti di grandi dimensioni della macchina universale a cinque assi soddisfino pienamente i requisiti di resistenza ai tagli pesanti. Pertanto, condurre un’analisi comparativa è sia logico che di routine. Inizialmente, ogni componente viene semplificato rimuovendo o comprimendo fori filettati, raggi, smussi e piccoli gradini che potrebbero influenzare la divisione della mesh. Vengono quindi aggiunte le proprietà del materiale rilevanti di ciascuna parte e il modello viene importato nella simulazione per l'analisi statica.
Nelle impostazioni dei parametri per l'analisi vengono mantenuti solo i dati essenziali come massa e braccio di forza. La sede integrale della slitta della trave è inclusa nell'analisi della deformazione, mentre altre parti come l'utensile, la testa di lavorazione a cinque assi e la slitta a cinque assi per taglio pesante sono considerate rigide. L'analisi si concentra sullo spostamento relativo della sede della slitta della trave sotto forze esterne. Il carico esterno incorpora la gravità e la forza tridimensionale viene applicata contemporaneamente alla descrizione comando. La descrizione comando deve essere definita in anticipo come superficie di carico della forza per replicare la lunghezza dell'utensile durante la lavorazione, garantendo al tempo stesso che la slitta sia posizionata all'estremità dell'asse di lavorazione per la massima leva, simulando fedelmente le condizioni di lavorazione reali.
ILcomponenti torniti di precisionesono interconnessi utilizzando un metodo di “contatto globale (-joint-)” e le condizioni al contorno sono stabilite attraverso la divisione della linea. L'area di connessione della trave è illustrata nella Figura 7, con la divisione della griglia mostrata nella Figura 8. La dimensione massima dell'unità è 50 mm, la dimensione minima dell'unità è 10 mm, per un totale di 185.485 unità e 367.989 nodi. Il diagramma della nuvola di spostamento totale è presentato nella Figura 9, mentre i tre spostamenti assiali nelle direzioni X, Y e Z sono rappresentati rispettivamente nelle Figure da 10 a 12.
Dopo aver analizzato i dati, il grafico delle nuvole è stato riassunto e confrontato nella Tabella 1. Tutti i valori sono entro 0,01 mm l'uno dall'altro. Sulla base di questi dati e dell'esperienza precedente, riteniamo che la traversa non subirà distorsioni o deformazioni, consentendo l'uso di una traversa standard nella produzione. A seguito di una revisione tecnica, questa struttura è stata approvata per la produzione e ha superato con successo il test di taglio dell'acciaio. Tutti i test di precisione dei provini “S” hanno soddisfatto gli standard richiesti.
Se vuoi saperne di più o richiedere informazioni, non esitare a contattarciinfo@anebon.com
Produttore cinese di alta precisione cinese epezzi meccanici di precisione CNC, Anebon sta cercando la possibilità di incontrare tutti gli amici sia in patria che all'estero per una cooperazione vantaggiosa per tutti. Anebon spera sinceramente di avere una cooperazione a lungo termine con tutti voi sulla base del vantaggio reciproco e dello sviluppo comune.
Orario di pubblicazione: 06-nov-2024