De dwarsbalkschuifstoel is een cruciaal onderdeel van de werktuigmachine, gekenmerkt door een complexe structuur en verschillende typen. Elke interface van de dwarsbalkschuifzitting komt rechtstreeks overeen met de dwarsbalkverbindingspunten. Bij de overgang van een vijfassige universele slede naar een vijfassige zwaar uitgevoerde snijslede vinden er echter gelijktijdig veranderingen plaats in de dwarsbalkschuifzitting, dwarsbalk en geleiderailbasis. Voorheen moesten grote componenten opnieuw worden ontworpen om aan de marktvraag te voldoen, wat resulteerde in lange doorlooptijden, hoge kosten en slechte uitwisselbaarheid.
Om dit probleem aan te pakken, is een nieuwe dwarsbalkconstructie ontworpen om dezelfde externe interfacegrootte te behouden als de universele interface. Dit maakt de installatie van de vijfassige zwaar uitgevoerde snijslede mogelijk zonder dat er wijzigingen aan de dwarsbalk of andere grote structurele componenten nodig zijn, terwijl ook aan de stijfheidseisen wordt voldaan. Bovendien hebben verbeteringen in de verwerkingstechnologie de nauwkeurigheid van de vervaardiging van de dwarsbalkschuifzittingen verbeterd. Dit type structurele optimalisatie, samen met de bijbehorende verwerkingsmethoden, wordt aanbevolen voor promotie en toepassing binnen de industrie.
1. Inleiding
Het is bekend dat de grootte van het vermogen en koppel de vorm van de installatiedoorsnede van een vijfassige kop beïnvloedt. De balkschuifzitting, die is uitgerust met een universele vijfassige slede, kan via een lineaire rail worden verbonden met de universele modulaire balk. De installatiedoorsnede van een vijfassige zwaar uitgevoerde snijslede met hoog vermogen en hoog koppel is echter ruim 30% groter dan die van een conventionele universele slede.
Als gevolg hiervan zijn verbeteringen nodig in het ontwerp van de balkschuifstoel. Een belangrijke innovatie in dit herontwerp is de mogelijkheid om dezelfde balk te delen met de balkschuifzitting van de universele vijfassige slede. Deze aanpak vergemakkelijkt de constructie van een modulair platform. Bovendien verbetert het de algehele stijfheid tot op zekere hoogte, verkort het de productiecyclus, verlaagt het de productiekosten aanzienlijk en maakt het een betere aanpassing aan marktveranderingen mogelijk.
Inleiding tot de structuur van de conventionele balkschuifstoel van het batchtype
Het conventionele vijfassige systeem bestaat voornamelijk uit grote componenten zoals de werkbank, de geleiderailzitting, de balk, de balkschuifzitting en de vijfassige slede. Deze bespreking concentreert zich op de basisstructuur van de balkschuifzitting, zoals geïllustreerd in figuur 1. De twee sets balkschuifzittingen zijn symmetrisch en bestaan uit bovenste, middelste en onderste steunplaten, die in totaal acht componenten bevatten. Deze symmetrische balkschuifzittingen zijn naar elkaar toe gericht en klemmen de steunplaten aan elkaar, wat resulteert in een “mond”-vormige balkschuifzitting met een omhullende structuur (zie het bovenaanzicht in figuur 1). De afmetingen aangegeven in het hoofdaanzicht vertegenwoordigen de bewegingsrichting van de ligger, terwijl de afmetingen in het linkeraanzicht cruciaal zijn voor de verbinding met de ligger en aan specifieke toleranties moeten voldoen.
Vanuit het oogpunt van een individuele balkschuifzitting zijn, om de verwerking te vergemakkelijken, de bovenste en onderste zes groepen schuifverbindingsoppervlakken op de "I"-vormige kruising - met een brede bovenkant en een smal midden - geconcentreerd op een enkel verwerkingsoppervlak. Deze opstelling zorgt ervoor dat verschillende dimensionale en geometrische nauwkeurigheden kunnen worden bereikt door middel van fijne verwerking. De bovenste, middelste en onderste groepen steunplaten dienen slechts als structurele ondersteuning, waardoor ze eenvoudig en praktisch zijn. De afmetingen in dwarsdoorsnede van de vijfassige slede, ontworpen met de conventionele omhullende structuur, bedragen momenteel 420 mm x 420 mm. Bovendien kunnen er fouten optreden tijdens de verwerking en montage van de vijfassige slede. Om de laatste aanpassingen mogelijk te maken, moeten de bovenste, middelste en onderste steunplaten in de gesloten positie openingen behouden, die vervolgens worden opgevuld met spuitgieten om een verharde gesloten lusstructuur te creëren. Deze aanpassingen kunnen fouten met zich meebrengen, vooral bij de omhullende schuifzitting van de dwarsbalk, zoals weergegeven in figuur 1. De twee specifieke afmetingen van 1050 mm en 750 mm zijn cruciaal voor de verbinding met de dwarsbalk.
Volgens de principes van modulair ontwerp kunnen deze afmetingen niet worden gewijzigd om de compatibiliteit te behouden, wat indirect de uitzetting en aanpasbaarheid van de dwarsbalkschuifzitting beperkt. Hoewel deze configuratie tijdelijk kan voldoen aan de eisen van klanten in bepaalde markten, sluit deze niet aan bij de snel evoluerende marktbehoeften van vandaag.
Voordelen van innovatieve structuur- en verwerkingstechnologie
3.1 Inleiding tot innovatieve structuur
De promotie van markttoepassingen heeft mensen een dieper inzicht gegeven in de lucht- en ruimtevaartverwerking. De groeiende vraag naar een hoog koppel en hoog vermogen in specifieke verwerkingsonderdelen heeft geleid tot een nieuwe trend in de industrie. Als antwoord op deze vraag is een nieuwe dwarsbalk-schuifstoel ontwikkeld, ontworpen voor gebruik met een vijfassige kop en met een grotere doorsnede. Het primaire doel van dit ontwerp is het aanpakken van de uitdagingen die gepaard gaan met zware snijprocessen die een hoog koppel en vermogen vereisen.
De innovatieve structuur van deze nieuwe dwarsbalkschuifzitting wordt geïllustreerd in figuur 2. Deze is op dezelfde manier te categoriseren als een universele glijbaan en bestaat uit twee sets symmetrische dwarsbalkschuifzittingen, samen met twee sets bovenste, middelste en onderste steunplaten, die allemaal een uitgebreide omarmende typestructuur.
Een belangrijk onderscheid tussen het nieuwe ontwerp en het traditionele model ligt in de oriëntatie van de dwarsbalkschuifzitting en de steunplaten, die 90° zijn gedraaid in vergelijking met conventionele ontwerpen. Bij traditionele dwarsbalkschuifstoelen hebben de steunplaten vooral een ondersteunende functie. De nieuwe structuur integreert echter montageoppervlakken van de schuifregelaars op zowel de bovenste als de onderste steunplaten van de dwarsbalkschuifzitting, waardoor een gespleten structuur ontstaat die anders is dan die van het conventionele model. Dit ontwerp maakt fijnafstelling en aanpassing van de bovenste en onderste schuifverbindingsoppervlakken mogelijk om ervoor te zorgen dat ze in één vlak liggen met het schuifverbindingsoppervlak op de dwarsbalkschuifzitting.
De hoofdstructuur bestaat nu uit twee sets symmetrische schuifstoelen met dwarsbalken, waarbij de bovenste, middelste en onderste steunplaten in een "T" -vorm zijn gerangschikt, met een bredere bovenkant en een smallere onderkant. De afmetingen van 1160 mm en 1200 mm aan de linkerkant van figuur 2 strekken zich uit in de bewegingsrichting van de dwarsbalk, terwijl de belangrijkste gedeelde afmetingen van 1050 mm en 750 mm consistent blijven met die van de conventionele dwarsbalkschuifstoel.
Dankzij dit ontwerp kan de nieuwe dwarsbalkschuifzitting volledig dezelfde open dwarsbalk delen als de conventionele versie. Het gepatenteerde proces dat voor deze nieuwe dwarsbalkschuifzitting wordt gebruikt, omvat het opvullen en verharden van de opening tussen de steunplaat en de dwarsbalkschuifzitting door middel van spuitgieten, waardoor een integrale omhullende structuur wordt gevormd die plaats biedt aan een vijfassige vijfassige snijslede van 600 x 600 mm. .
Zoals aangegeven in het linkeraanzicht van Figuur 2, creëren de bovenste en onderste schuifverbindingsoppervlakken op de dwarsbalkschuifzitting die de vijfassige zware snijslede vastzet een gespleten structuur. Vanwege mogelijke verwerkingsfouten is het mogelijk dat het positioneringsoppervlak van de schuifregelaar en andere dimensionale en geometrische nauwkeurigheidsaspecten niet in hetzelfde horizontale vlak liggen, wat de verwerking bemoeilijkt. In het licht hiervan zijn passende procesverbeteringen geïmplementeerd om een gekwalificeerde montagenauwkeurigheid voor deze gesplitste structuur te garanderen.
3.2 Beschrijving van het coplanaire slijpproces
De semi-afwerking van een schuifzitting met één ligger wordt voltooid door een precisiefreesmachine, waarbij alleen de nabewerkingstoeslag overblijft. Het moet hier worden uitgelegd, en alleen het naslijpen wordt in detail uitgelegd. Het specifieke maalproces wordt als volgt beschreven.
1) Twee symmetrische schuifzittingen zijn onderworpen aan een referentieslijping uit één stuk. Het gereedschap is weergegeven in figuur 3. Het afwerkingsoppervlak, oppervlak A genoemd, dient als positioneringsoppervlak en wordt op de geleiderailslijpmachine geklemd. Het referentiedraagoppervlak B en het procesreferentieoppervlak C zijn geslepen om ervoor te zorgen dat hun maat- en geometrische nauwkeurigheid voldoet aan de vereisten gespecificeerd in de tekening.
2) Om de uitdaging van het verwerken van de niet-coplanaire fout in de hierboven genoemde structuur aan te gaan, hebben we specifiek vier blokgereedschappen met vaste ondersteuning van gelijke hoogte en twee blokgereedschappen met gelijke hoogte aan de onderkant ontworpen. De waarde van 300 mm is cruciaal voor de gelijke hoogtemetingen en moet worden verwerkt volgens de specificaties in de tekening om een uniforme hoogte te garanderen. Dit wordt geïllustreerd in figuur 4.
3) Twee sets symmetrische schuifzittingen worden met speciaal gereedschap aan elkaar vastgeklemd (zie figuur 5). Vier sets vaste steunblokken van gelijke hoogte zijn via de montagegaten met de balkschuifstoelen verbonden. Bovendien worden twee sets onderste steunblokken van gelijke hoogte gekalibreerd en gefixeerd in combinatie met het referentiedraagoppervlak B en het procesreferentieoppervlak C. Deze opstelling zorgt ervoor dat beide sets symmetrische balkschuifzittingen op gelijke hoogte worden geplaatst ten opzichte van de draagoppervlak B, terwijl het procesreferentieoppervlak C wordt gebruikt om te verifiëren dat de balkschuifzittingen goed zijn uitgelijnd.
Nadat de coplanaire verwerking is voltooid, zullen de schuifverbindingsoppervlakken van beide sets balkschuifzittingen coplanair zijn. Deze verwerking vindt in één enkele doorgang plaats om de maat- en geometrische nauwkeurigheid ervan te garanderen.
Vervolgens wordt het geheel omgedraaid om het eerder bewerkte oppervlak vast te klemmen en te positioneren, waardoor het andere schuifverbindingsoppervlak kan worden geslepen. Tijdens het slijpproces wordt de gehele balkschuifzitting, vastgezet door het gereedschap, in één keer geslepen. Deze aanpak zorgt ervoor dat elk schuifverbindingsoppervlak de gewenste coplanaire kenmerken bereikt.
Vergelijking en verificatie van statische stijfheidsanalysegegevens van balkschuifzitting
4.1 Verdeling van de vlakfreeskracht
Bij het snijden van metaal wordt deCNC-freesbankkracht tijdens vlakfrezen kan worden onderverdeeld in drie tangentiële componenten die op het gereedschap inwerken. Deze componentkrachten zijn cruciale indicatoren voor het beoordelen van de snijstijfheid van werktuigmachines. Deze theoretische gegevensverificatie is consistent met de algemene principes van statische stijfheidstests. Om de krachten te analyseren die op het bewerkingsgereedschap inwerken, gebruiken we de eindige-elementenanalysemethode, waarmee we praktische tests kunnen omzetten in theoretische beoordelingen. Deze aanpak wordt gebruikt om te beoordelen of het ontwerp van de balkschuifstoel geschikt is.
4.2 Lijst met parameters voor zwaar vlaksnijden
Freesdiameter (d): 50 mm
Aantal tanden (z): 4
Spiltoerental (n): 1000 tpm
Aanvoersnelheid (vc): 1500 mm/min
Freesbreedte (ae): 50 mm
Terugfreesdiepte (ap): 5 mm
Voeding per omwenteling (ar): 1,5 mm
Voeding per tand (van): 0,38 mm
De tangentiële freeskracht (fz) kan worden berekend met behulp van de formule:
\[ fz = 9,81 \times 825 \times ap^{1,0} \times af^{0,75} \times ae^{1,1} \times d^{-1,3} \times n^{-0,2} \times z^{ 60^{-0,2}} \]
Dit resulteert in een kracht van \( fz = 3963,15 \, N \).
Rekening houdend met de symmetrische en asymmetrische freesfactoren tijdens het bewerkingsproces, hebben we de volgende krachten:
- FPC (kracht in de richting van de X-as): \( fpc = 0,9 \times fz = 3566,84 \, N \)
- FCF (kracht in de richting van de Z-as): \( fcf = 0,8 \times fz = 3170,52 \, N \)
- FP (kracht in de richting van de Y-as): \( fp = 0,9 \times fz = 3566,84 \, N \)
Waar:
- FPC is de kracht in de richting van de X-as
- FCF is de kracht in de richting van de Z-as
- FP is de kracht in de richting van de Y-as
4.3 Statische analyse van eindige elementen
De twee snijdende vijfassige sledes hebben een modulaire constructie nodig en moeten dezelfde straal delen met een compatibele openingsinterface. Daarom is de stijfheid van de balkschuifzitting van cruciaal belang. Zolang de balkschuifzitting geen overmatige verplaatsing ondervindt, kan worden afgeleid dat de balk universeel is. Om de statische stijfheidsvereisten te garanderen, zullen relevante snijgegevens worden verzameld om een eindige-elementenvergelijkende analyse uit te voeren op de verplaatsing van de balkschuifzitting.
Deze analyse zal gelijktijdig een statische eindige-elementenanalyse uitvoeren op beide balkschuifzittingen. Dit document richt zich specifiek op een gedetailleerde analyse van de nieuwe structuur van de balkschuifzitting, waarbij de details van de oorspronkelijke analyse van de schuifzitting worden weggelaten. Het is belangrijk op te merken dat hoewel de universele vijfassige machine geen zwaar snijwerk aankan, tijdens acceptatietests vaak inspecties van zwaar snijwerk onder een vaste hoek en snijacceptatie op hoge snelheid voor “S”-onderdelen worden uitgevoerd. Het snijkoppel en de snijkracht kunnen in deze gevallen vergelijkbaar zijn met die bij zwaar snijden.
Op basis van jarenlange toepassingservaring en actuele leveringsomstandigheden is de auteur van mening dat andere grote componenten van de universele vijfassige machine volledig voldoen aan de eisen voor zware snijweerstand. Daarom is het uitvoeren van een vergelijkende analyse zowel logisch als routinematig. In eerste instantie wordt elk onderdeel vereenvoudigd door het verwijderen of comprimeren van draadgaten, radii, afschuiningen en kleine stappen die de maasverdeling kunnen beïnvloeden. Vervolgens worden de relevante materiaaleigenschappen van elk onderdeel toegevoegd en wordt het model in de simulatie geïmporteerd voor statische analyse.
In de parameterinstellingen voor de analyse worden alleen essentiële gegevens zoals massa en krachtarm behouden. De integrale balkschuifzitting wordt meegenomen in de vervormingsanalyse, terwijl andere onderdelen zoals het gereedschap, de vijfassige bewerkingskop en de zwaar snijdende vijfassige slede als stijf worden beschouwd. De analyse richt zich op de relatieve verplaatsing van de balkschuifzitting onder externe krachten. De externe belasting omvat de zwaartekracht en er wordt tegelijkertijd een driedimensionale kracht op de tooltip uitgeoefend. De tooltip moet vooraf worden gedefinieerd als het krachtbelastingsoppervlak om de gereedschapslengte tijdens de bewerking te repliceren, terwijl ervoor wordt gezorgd dat de slede aan het uiteinde van de bewerkingsas wordt gepositioneerd voor maximale hefboomwerking, waardoor de werkelijke bewerkingsomstandigheden nauwkeurig worden gesimuleerd.
Dealuminium onderdeels zijn met elkaar verbonden via een ‘global contact (-joint-)’-methode, en de randvoorwaarden worden vastgesteld door middel van lijnverdeling. Het liggerverbindingsgebied wordt geïllustreerd in Figuur 7, met de rasterverdeling weergegeven in Figuur 8. De maximale eenheidsgrootte is 50 mm, de minimale eenheidsgrootte is 10 mm, wat resulteert in een totaal van 185.485 eenheden en 367.989 knooppunten. Het totale verplaatsingswolkdiagram wordt weergegeven in figuur 9, terwijl de drie axiale verplaatsingen in de X-, Y- en Z-richting respectievelijk worden weergegeven in figuren 10 tot 12.
De twee snijdende vijfassige sledes hebben een modulaire constructie nodig en moeten dezelfde straal delen met een compatibele openingsinterface. Daarom is de stijfheid van de balkschuifzitting van cruciaal belang. Zolang de balkschuifzitting geen overmatige verplaatsing ondervindt, kan worden afgeleid dat de balk universeel is. Om de statische stijfheidsvereisten te garanderen, zullen relevante snijgegevens worden verzameld om een eindige-elementenvergelijkende analyse uit te voeren op de verplaatsing van de balkschuifzitting.
Deze analyse zal gelijktijdig een statische eindige-elementenanalyse uitvoeren op beide balkschuifzittingen. Dit document richt zich specifiek op een gedetailleerde analyse van de nieuwe structuur van de balkschuifzitting, waarbij de details van de oorspronkelijke analyse van de schuifzitting worden weggelaten. Het is belangrijk op te merken dat hoewel de universele vijfassige machine geen zwaar snijwerk aankan, tijdens acceptatietests vaak inspecties van zwaar snijwerk onder een vaste hoek en snijacceptatie op hoge snelheid voor “S”-onderdelen worden uitgevoerd. Het snijkoppel en de snijkracht kunnen in deze gevallen vergelijkbaar zijn met die bij zwaar snijden.
Op basis van jarenlange toepassingservaring en actuele leveringsomstandigheden is de auteur van mening dat andere grote componenten van de universele vijfassige machine volledig voldoen aan de eisen voor zware snijweerstand. Daarom is het uitvoeren van een vergelijkende analyse zowel logisch als routinematig. In eerste instantie wordt elk onderdeel vereenvoudigd door het verwijderen of comprimeren van draadgaten, radii, afschuiningen en kleine stappen die de maasverdeling kunnen beïnvloeden. Vervolgens worden de relevante materiaaleigenschappen van elk onderdeel toegevoegd en wordt het model in de simulatie geïmporteerd voor statische analyse.
In de parameterinstellingen voor de analyse worden alleen essentiële gegevens zoals massa en krachtarm behouden. De integrale balkschuifzitting wordt meegenomen in de vervormingsanalyse, terwijl andere onderdelen zoals het gereedschap, de vijfassige bewerkingskop en de zwaar snijdende vijfassige slede als stijf worden beschouwd. De analyse richt zich op de relatieve verplaatsing van de balkschuifzitting onder externe krachten. De externe belasting omvat de zwaartekracht en er wordt tegelijkertijd een driedimensionale kracht op de tooltip uitgeoefend. De tooltip moet vooraf worden gedefinieerd als het krachtbelastingsoppervlak om de gereedschapslengte tijdens de bewerking te repliceren, terwijl ervoor wordt gezorgd dat de slede aan het uiteinde van de bewerkingsas wordt gepositioneerd voor maximale hefboomwerking, waardoor de werkelijke bewerkingsomstandigheden nauwkeurig worden gesimuleerd.
Denauwkeurig gedraaide componentenzijn met elkaar verbonden via een ‘global contact (-joint-)’-methode, en de randvoorwaarden worden vastgesteld door middel van lijnverdeling. Het liggerverbindingsgebied wordt geïllustreerd in Figuur 7, met de rasterverdeling weergegeven in Figuur 8. De maximale eenheidsgrootte is 50 mm, de minimale eenheidsgrootte is 10 mm, wat resulteert in een totaal van 185.485 eenheden en 367.989 knooppunten. Het totale verplaatsingswolkdiagram wordt weergegeven in figuur 9, terwijl de drie axiale verplaatsingen in de X-, Y- en Z-richting respectievelijk worden weergegeven in figuren 10 tot 12.
Na analyse van de gegevens is het wolkendiagram samengevat en vergeleken in Tabel 1. Alle waarden liggen binnen 0,01 mm van elkaar. Op basis van deze gegevens en eerdere ervaringen zijn wij van mening dat de dwarsbalk geen vervorming of vervorming zal ondervinden, waardoor het gebruik van een standaard dwarsbalk in de productie mogelijk is. Na een technische beoordeling werd deze constructie goedgekeurd voor productie en doorstond ze met succes de staalproefsnede. Alle precisietesten van de “S”-proefstukken voldeden aan de vereiste normen.
Als u meer wilt weten of vragen heeft, neem dan gerust contact opinfo@anebon.com
Chinese fabrikant van China Hoge precisie enprecisie CNC-bewerkingsonderdelen, zoekt Anebon de kans om alle vrienden uit binnen- en buitenland te ontmoeten voor een win-win-samenwerking. Anebon hoopt oprecht op een langdurige samenwerking met u allen op basis van wederzijds voordeel en gemeenschappelijke ontwikkeling.
Posttijd: 06-nov-2024