Gniazdo ślizgowe belki poprzecznej jest istotnym elementem obrabiarki, charakteryzującym się złożoną konstrukcją i różnorodnością typów. Każdy interfejs gniazda prowadnicy belki poprzecznej odpowiada bezpośrednio jego punktom połączenia belki poprzecznej. Jednakże przy przejściu z pięcioosiowego uniwersalnego wózka na pięcioosiowy, wysokowydajny wózek tnący, zmiany zachodzą jednocześnie w gnieździe prowadnicy belki poprzecznej, belce poprzecznej i podstawie szyny prowadzącej. Wcześniej, aby sprostać wymaganiom rynku, duże komponenty musiały zostać przeprojektowane, co skutkowało długimi terminami realizacji, wysokimi kosztami i słabą wymiennością.
Aby rozwiązać ten problem, zaprojektowano nową konstrukcję gniazda prowadnicy belki poprzecznej, aby zachować ten sam rozmiar interfejsu zewnętrznego, co interfejs uniwersalny. Pozwala to na montaż pięcioosiowego, wytrzymałego suwaka tnącego bez konieczności wprowadzania zmian w belce poprzecznej lub innych dużych elementach konstrukcyjnych, a jednocześnie spełnia wymagania dotyczące sztywności. Dodatkowo ulepszenia technologii przetwarzania zwiększyły dokładność produkcji gniazda prowadnicy belki poprzecznej. Ten rodzaj optymalizacji strukturalnej wraz z powiązanymi metodami przetwarzania jest zalecany do promocji i zastosowania w przemyśle.
1. Wprowadzenie
Powszechnie wiadomo, że wielkość mocy i momentu obrotowego wpływa na kształt przekroju montażowego głowicy pięcioosiowej. Siedzisko ślizgowe belki, które wyposażone jest w uniwersalny prowadnik pięcioosiowy, można połączyć z uniwersalną belką modułową za pomocą szyny liniowej. Jednakże przekrój montażowy pięcioosiowego, wysokowydajnego suwaka tnącego o dużej mocy i wysokim momencie obrotowym jest o ponad 30% większy niż w przypadku konwencjonalnego uniwersalnego suwaka tnącego.
W rezultacie potrzebne są ulepszenia w konstrukcji gniazda ślizgowego belki. Kluczową innowacją w tym przeprojektowaniu jest możliwość współdzielenia tej samej belki z gniazdem prowadnicy belki uniwersalnego wózka pięcioosiowego. Takie podejście ułatwia budowę platformy modułowej. Dodatkowo w pewnym stopniu zwiększa ogólną sztywność, skraca cykl produkcyjny, znacznie obniża koszty produkcji i pozwala na lepsze dostosowanie się do zmian rynkowych.
Wprowadzenie do konstrukcji konwencjonalnego gniazda ślizgowego belki typu wsadowego
Konwencjonalny system pięcioosiowy składa się głównie z dużych komponentów, takich jak stół warsztatowy, gniazdo szyny prowadzącej, belka, gniazdo prowadnicy belki i prowadnica pięcioosiowa. Niniejsze omówienie koncentruje się na podstawowej konstrukcji gniazda prowadnicy belki, jak pokazano na rysunku 1. Dwa zestawy gniazd prowadnicy belki są symetryczne i składają się z górnej, środkowej i dolnej płyty nośnej, co stanowi łącznie osiem elementów. Te symetryczne gniazda ślizgowe belki są zwrócone ku sobie i zaciskają razem płyty wsporcze, w wyniku czego powstaje gniazdo ślizgowe belki w kształcie „usta” z konstrukcją obejmującą (patrz widok z góry na rys. 1). Wymiary wskazane w widoku głównym reprezentują kierunek ruchu belki, natomiast wymiary w widoku po lewej stronie są krytyczne dla połączenia z belką i muszą mieścić się w określonych tolerancjach.
Z punktu widzenia pojedynczego gniazda suwaka belki, aby ułatwić obróbkę, sześć górnych i dolnych grup powierzchni łączących suwak na skrzyżowaniu w kształcie litery „I” – obejmujących szeroką górę i wąski środek – jest skoncentrowanych na jednej powierzchni roboczej. Takie ustawienie zapewnia, że poprzez precyzyjną obróbkę można uzyskać różne dokładności wymiarowe i geometryczne. Górne, środkowe i dolne grupy płyt nośnych służą jedynie jako wsparcie konstrukcyjne, dzięki czemu są proste i praktyczne. Wymiary przekroju poprzecznego prowadnicy pięcioosiowej, zaprojektowanej w konwencjonalnej konstrukcji obwiedniowej, wynoszą obecnie 420 mm × 420 mm. Dodatkowo mogą pojawić się błędy podczas obróbki i montażu prowadnicy pięcioosiowej. Aby umożliwić ostateczną regulację, górne, środkowe i dolne płyty nośne muszą utrzymywać szczeliny w pozycji zamkniętej, które są następnie wypełniane metodą formowania wtryskowego, aby utworzyć utwardzoną strukturę o zamkniętej pętli. Te regulacje mogą powodować błędy, zwłaszcza w przypadku gniazda suwaka otaczającej belki poprzecznej, jak pokazano na rysunku 1. Dwa konkretne wymiary 1050 mm i 750 mm są kluczowe dla połączenia z belką poprzeczną.
Zgodnie z zasadami konstrukcji modułowej wymiary te nie mogą być zmieniane w celu zachowania kompatybilności, co pośrednio ogranicza rozbudowę i możliwości adaptacji gniazda ślizgowego belki poprzecznej. Chociaż taka konfiguracja może tymczasowo spełniać wymagania klientów na niektórych rynkach, nie jest ona zgodna z szybko zmieniającymi się potrzebami dzisiejszego rynku.
Zalety innowacyjnej konstrukcji i technologii przetwarzania
3.1 Wprowadzenie do innowacyjnej konstrukcji
Promocja zastosowań rynkowych zapewniła ludziom głębsze zrozumienie przetwarzania w przemyśle lotniczym. Rosnące zapotrzebowanie na wysoki moment obrotowy i dużą moc w określonych częściach do obróbki zapoczątkowało nowy trend w branży. W odpowiedzi na to zapotrzebowanie opracowano nowe gniazdo ślizgowe z belką poprzeczną, przeznaczone do współpracy z głowicą pięcioosiową i charakteryzujące się większym przekrojem. Podstawowym celem tego projektu jest sprostanie wyzwaniom związanym z ciężkimi procesami skrawania wymagającymi wysokiego momentu obrotowego i mocy.
Innowacyjną konstrukcję tego nowego gniazda prowadnicy belki poprzecznej pokazano na rysunku 2. Można go podzielić na kategorie podobnie jak prowadnicę uniwersalną i składa się z dwóch zestawów symetrycznych gniazd prowadnicy belki poprzecznej oraz dwóch zestawów górnych, środkowych i dolnych płyt nośnych, wszystkie tworzące kompleksowa struktura typu obejmującego.
Kluczowa różnica między nowym projektem a tradycyjnym modelem polega na orientacji gniazda prowadnicy belki poprzecznej i płyt nośnych, które zostały obrócone o 90° w porównaniu do konwencjonalnych konstrukcji. W tradycyjnych gniazdach ślizgowych z belką poprzeczną płyty nośne pełnią głównie funkcję podporową. Jednakże nowa konstrukcja integruje powierzchnie montażowe suwaka zarówno z górną, jak i dolną płytą nośną gniazda prowadnicy belki poprzecznej, tworząc strukturę podzieloną w przeciwieństwie do modelu konwencjonalnego. Konstrukcja ta pozwala na precyzyjne dostrojenie i regulację górnych i dolnych powierzchni łączących suwak, aby zapewnić, że są one współpłaszczyznowe z powierzchnią łączącą suwak na gnieździe prowadnicy belki poprzecznej.
Główna konstrukcja składa się obecnie z dwóch zestawów symetrycznych gniazd ślizgowych belek poprzecznych, z górną, środkową i dolną płytą nośną ułożonymi w kształcie litery „T”, z szerszą górą i węższym dołem. Wymiary 1160 mm i 1200 mm po lewej stronie rysunku 2 rozciągają się w kierunku ruchu belki poprzecznej, podczas gdy kluczowe wspólne wymiary 1050 mm i 750 mm pozostają zgodne z wymiarami konwencjonalnego gniazda ślizgowego belki poprzecznej.
Dzięki tej konstrukcji nowe gniazdo ślizgowe belki poprzecznej może całkowicie korzystać z tej samej otwartej belki poprzecznej, co wersja konwencjonalna. Opatentowany proces zastosowany w nowym gnieździe prowadnicy belki poprzecznej polega na wypełnieniu i utwardzeniu szczeliny pomiędzy płytą nośną a gniazdem prowadnicy belki poprzecznej za pomocą formowania wtryskowego, tworząc w ten sposób integralną konstrukcję obejmującą, która może pomieścić pięcioosiowy, wytrzymały suwak tnący o wymiarach 600 mm x 600 mm .
Jak pokazano w widoku z lewej strony na rysunku 2, powierzchnie łączące górnego i dolnego suwaka na gnieździe prowadnicy belki poprzecznej, które zabezpiecza pięcioosiowy suwak do cięcia o dużej wytrzymałości, tworzą strukturę dzieloną. Ze względu na potencjalne błędy przetwarzania powierzchnia pozycjonowania suwaka oraz inne aspekty dokładności wymiarowej i geometrycznej mogą nie leżeć w tej samej płaszczyźnie poziomej, co komplikuje obróbkę. W świetle tego wdrożono odpowiednie udoskonalenia procesu, aby zapewnić kwalifikowaną dokładność montażu tej dzielonej konstrukcji.
3.2 Opis procesu szlifowania współpłaszczyznowego
Półwykańczanie gniazda ślizgowego z pojedynczą belką wykonuje się na precyzyjnej frezarce, pozostawiając jedynie naddatek na wykończenie. Trzeba to tutaj wyjaśnić, a szczegółowo wyjaśnione zostanie jedynie szlifowanie wykańczające. Specyficzny proces mielenia opisano poniżej.
1) Dwa symetryczne gniazda ślizgowe belek podlegają jednoczęściowemu szlifowaniu referencyjnemu. Oprzyrządowanie pokazano na rysunku 3. Powierzchnia wykańczająca, nazywana powierzchnią A, służy jako powierzchnia pozycjonująca i jest mocowana na szlifierce do szyn prowadzących. Powierzchnia odniesienia B i powierzchnia odniesienia procesu C są szlifowane w celu zapewnienia, że ich dokładność wymiarowa i geometryczna spełnia wymagania określone na rysunku.
2) Aby sprostać wyzwaniu przetwarzania błędu niewspółpłaszczyznowego we wspomnianej powyżej konstrukcji, specjalnie zaprojektowaliśmy cztery narzędzia blokowe o równej wysokości ze stałym wsparciem i dwa narzędzia blokowe o równej wysokości z podparciem dolnym. Wartość 300 mm ma kluczowe znaczenie dla pomiarów jednakowej wysokości i należy ją przetworzyć zgodnie ze specyfikacjami podanymi na rysunku, aby zapewnić jednakową wysokość. Pokazano to na rysunku 4.
3) Dwa zestawy symetrycznych gniazd ślizgowych belek są łączone ze sobą twarzą w twarz za pomocą specjalnego oprzyrządowania (patrz rysunek 5). Cztery zestawy stałych bloków nośnych o jednakowej wysokości są połączone z gniazdami ślizgowymi belki poprzez otwory montażowe. Dodatkowo, dwa zestawy dolnych bloków nośnych o równej wysokości są kalibrowane i mocowane w połączeniu z referencyjną powierzchnią nośną B i procesową powierzchnią odniesienia C. Takie ustawienie zapewnia, że oba zestawy symetrycznych gniazd ślizgowych belki są ustawione na równej wysokości względem powierzchnia nośna B, podczas gdy powierzchnia odniesienia procesu C służy do sprawdzenia, czy gniazda ślizgowe belki są prawidłowo ustawione.
Po zakończeniu obróbki współpłaszczyznowej powierzchnie łączące suwaków obu zestawów gniazd ślizgowych belek będą współpłaszczyznowe. Obróbka ta odbywa się w jednym przejściu, aby zagwarantować ich dokładność wymiarową i geometryczną.
Następnie zespół jest odwracany, aby zacisnąć i ustawić wcześniej obrobioną powierzchnię, umożliwiając szlifowanie drugiej powierzchni połączenia suwaka. Podczas procesu szlifowania całe gniazdo ślizgowe belki, zabezpieczone oprzyrządowaniem, jest szlifowane w jednym przejściu. Takie podejście gwarantuje, że każda powierzchnia połączenia suwaka osiągnie pożądaną charakterystykę współpłaszczyznową.
Porównanie i weryfikacja danych analizy sztywności statycznej gniazda ślizgowego belki
4.1 Podział siły frezowania płaskiego
W cięciu metalu,Tokarka CNCsiłę podczas frezowania płaskiego można podzielić na trzy składowe styczne, które działają na narzędzie. Te siły składowe są kluczowymi wskaźnikami oceny sztywności skrawania obrabiarek. Ta teoretyczna weryfikacja danych jest zgodna z ogólnymi zasadami statycznych badań sztywności. Do analizy sił działających na narzędzie obróbcze stosujemy metodę analizy elementów skończonych, która pozwala na przekształcenie testów praktycznych w oceny teoretyczne. Podejście to służy do oceny, czy konstrukcja gniazda ślizgowego belki jest odpowiednia.
4.2 Zestawienie parametrów płaskiego cięcia ciężkiego
Średnica frezu (d): 50 mm
Liczba zębów (z): 4
Prędkość wrzeciona (n): 1000 obr./min
Prędkość posuwu (vc): 1500 mm/min
Szerokość frezowania (ae): 50 mm
Głębokość frezowania wstecznego (ap): 5 mm
Posuw na obrót (ar): 1,5 mm
Posuw na ząb (z): 0,38 mm
Styczną siłę frezowania (fz) można obliczyć ze wzoru:
\[ fz = 9,81 \times 825 \times ap^{1,0} \times af^{0,75} \times ae^{1,1} \times d^{-1,3} \times n^{-0,2} \times z^{ 60^{-0,2}} \]
Daje to siłę \( fz = 3963,15 \, N \).
Uwzględniając symetryczne i asymetryczne współczynniki frezowania podczas procesu obróbki, mamy następujące siły:
- FPC (siła w kierunku osi X): \( fpc = 0,9 \times fz = 3566,84 \, N \)
- FCF (siła w kierunku osi Z): \( fcf = 0,8 \times fz = 3170,52 \, N \)
- FP (siła w kierunku osi Y): \( fp = 0,9 \times fz = 3566,84 \, N \)
Gdzie:
- FPC to siła skierowana w kierunku osi X
- FCF to siła skierowana w kierunku osi Z
- FP jest siłą skierowaną w kierunku osi Y
4.3 Analiza statyczna elementów skończonych
Dwie pięcioosiowe prowadnice tnące wymagają konstrukcji modułowej i muszą dzielić tę samą belkę z kompatybilnym interfejsem otwierania. Dlatego kluczowa jest sztywność gniazda ślizgowego belki. Dopóki gniazdo ślizgowe belki nie ulega nadmiernym przemieszczeniom, można wnioskować, że belka jest uniwersalna. Aby zapewnić spełnienie wymagań dotyczących sztywności statycznej, zostaną zebrane odpowiednie dane dotyczące skrawania w celu przeprowadzenia analizy porównawczej metodą elementów skończonych dotyczącej przemieszczenia gniazda ślizgowego belki.
W ramach tej analizy zostanie jednocześnie przeprowadzona analiza statyczna elementów skończonych na obu zespołach gniazda prowadnicy belki. W dokumencie tym skupiono się w szczególności na szczegółowej analizie nowej konstrukcji gniazda ślizgowego belki, pomijając szczegóły analizy pierwotnej analizy gniazda ślizgowego. Należy zauważyć, że chociaż uniwersalna maszyna pięcioosiowa nie jest w stanie poradzić sobie z ciężkim skrawaniem, podczas testów akceptacyjnych często przeprowadza się kontrole ciężkiego skrawania pod stałym kątem i akceptację cięcia z dużą prędkością w przypadku części „S”. Moment obrotowy i siła skrawania w takich przypadkach mogą być porównywalne z momentami przy cięciu ciężkim.
Bazując na wieloletnim doświadczeniu aplikacyjnym i rzeczywistych warunkach dostawy, autor jest przekonany, że inne duże komponenty uniwersalnej maszyny pięcioosiowej w pełni spełniają wymagania dotyczące odporności na ciężkie skrawanie. Dlatego przeprowadzenie analizy porównawczej jest zarówno logiczne, jak i rutynowe. Początkowo każdy komponent jest upraszczany poprzez usuwanie lub ściskanie gwintowanych otworów, promieni, fazowań i małych kroków, które mogą mieć wpływ na podział siatki. Następnie dodawane są odpowiednie właściwości materiałowe każdej części, a model jest importowany do symulacji w celu analizy statycznej.
W ustawieniach parametrów analizy zachowywane są tylko istotne dane, takie jak masa i siła ramienia. Zintegrowane gniazdo suwaka belki jest uwzględniane w analizie odkształceń, podczas gdy inne części, takie jak narzędzie, pięcioosiowa głowica obróbcza i pięcioosiowy suwak do obróbki ciężkiej, są uważane za sztywne. Analiza koncentruje się na względnym przemieszczeniu gniazda ślizgowego belki pod wpływem sił zewnętrznych. Obciążenie zewnętrzne uwzględnia grawitację i jednocześnie do końcówki narzędzia przykładana jest trójwymiarowa siła. Etykietę narzędzia należy wcześniej zdefiniować jako powierzchnię obciążającą siłę, aby odtworzyć długość narzędzia podczas obróbki, przy jednoczesnym zapewnieniu ustawienia suwaka na końcu osi obróbki w celu uzyskania maksymalnego przełożenia, ściśle symulując rzeczywiste warunki obróbki.
Theelement aluminiowysą ze sobą połączone metodą „globalnego kontaktu (-joint-)”, a warunki brzegowe ustalane są poprzez podział linii. Obszar połączenia belek pokazano na rysunku 7, a podział siatki pokazano na rysunku 8. Maksymalny rozmiar jednostki wynosi 50 mm, minimalny rozmiar jednostki wynosi 10 mm, co daje łącznie 185 485 jednostek i 367 989 węzłów. Schemat chmur przemieszczenia całkowitego przedstawiono na rys. 9, natomiast trzy przemieszczenia osiowe w kierunkach X, Y i Z przedstawiono odpowiednio na rysunkach 10–12.
Dwie pięcioosiowe prowadnice tnące wymagają konstrukcji modułowej i muszą dzielić tę samą belkę z kompatybilnym interfejsem otwierania. Dlatego kluczowa jest sztywność gniazda ślizgowego belki. Dopóki gniazdo ślizgowe belki nie ulega nadmiernym przemieszczeniom, można wnioskować, że belka jest uniwersalna. Aby zapewnić spełnienie wymagań dotyczących sztywności statycznej, zostaną zebrane odpowiednie dane dotyczące skrawania w celu przeprowadzenia analizy porównawczej metodą elementów skończonych dotyczącej przemieszczenia gniazda ślizgowego belki.
W ramach tej analizy zostanie jednocześnie przeprowadzona analiza statyczna elementów skończonych na obu zespołach gniazda prowadnicy belki. W dokumencie tym skupiono się w szczególności na szczegółowej analizie nowej konstrukcji gniazda ślizgowego belki, pomijając szczegóły analizy pierwotnej analizy gniazda ślizgowego. Należy zauważyć, że chociaż uniwersalna maszyna pięcioosiowa nie jest w stanie poradzić sobie z ciężkim skrawaniem, podczas testów akceptacyjnych często przeprowadza się kontrole ciężkiego skrawania pod stałym kątem i akceptację cięcia z dużą prędkością w przypadku części „S”. Moment obrotowy i siła skrawania w takich przypadkach mogą być porównywalne z momentami przy cięciu ciężkim.
Bazując na wieloletnim doświadczeniu aplikacyjnym i rzeczywistych warunkach dostawy, autor jest przekonany, że inne duże komponenty uniwersalnej maszyny pięcioosiowej w pełni spełniają wymagania dotyczące odporności na ciężkie skrawanie. Dlatego przeprowadzenie analizy porównawczej jest zarówno logiczne, jak i rutynowe. Początkowo każdy komponent jest upraszczany poprzez usuwanie lub ściskanie gwintowanych otworów, promieni, fazowań i małych kroków, które mogą mieć wpływ na podział siatki. Następnie dodawane są odpowiednie właściwości materiałowe każdej części, a model jest importowany do symulacji w celu analizy statycznej.
W ustawieniach parametrów analizy zachowywane są tylko istotne dane, takie jak masa i siła ramienia. Zintegrowane gniazdo suwaka belki jest uwzględniane w analizie odkształceń, podczas gdy inne części, takie jak narzędzie, pięcioosiowa głowica obróbcza i pięcioosiowy suwak do obróbki ciężkiej, są uważane za sztywne. Analiza koncentruje się na względnym przemieszczeniu gniazda ślizgowego belki pod wpływem sił zewnętrznych. Obciążenie zewnętrzne uwzględnia grawitację i jednocześnie do końcówki narzędzia przykładana jest trójwymiarowa siła. Etykietę narzędzia należy wcześniej zdefiniować jako powierzchnię obciążającą siłę, aby odtworzyć długość narzędzia podczas obróbki, przy jednoczesnym zapewnieniu ustawienia suwaka na końcu osi obróbki w celu uzyskania maksymalnego przełożenia, ściśle symulując rzeczywiste warunki obróbki.
Theprecyzyjnie toczone elementysą ze sobą połączone metodą „globalnego kontaktu (-joint-)”, a warunki brzegowe ustalane są poprzez podział linii. Obszar połączenia belek pokazano na rysunku 7, a podział siatki pokazano na rysunku 8. Maksymalny rozmiar jednostki wynosi 50 mm, minimalny rozmiar jednostki wynosi 10 mm, co daje łącznie 185 485 jednostek i 367 989 węzłów. Schemat chmur przemieszczenia całkowitego przedstawiono na rys. 9, natomiast trzy przemieszczenia osiowe w kierunkach X, Y i Z przedstawiono odpowiednio na rysunkach 10–12.
Po analizie danych wykres chmur zestawiono i porównano w tabeli 1. Wszystkie wartości mieszczą się w granicach 0,01 mm. Na podstawie tych danych i wcześniejszych doświadczeń uważamy, że trawersa nie ulegnie zniekształceniom i deformacjom, co pozwala na zastosowanie w produkcji standardowej trawersy. Po przeglądzie technicznym konstrukcja ta została dopuszczona do produkcji i pomyślnie przeszła próbę cięcia stali. Wszystkie badania precyzji próbek „S” spełniły wymagane standardy.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej lub zadać pytanie, skontaktuj się z namiinfo@anebon.com
Chiny Producent chińskiej wysokiej precyzji iprecyzyjne części do obróbki CNC, Anebon szuka okazji do poznania wszystkich przyjaciół z kraju i zagranicy w celu nawiązania współpracy, w której obie strony wygrywają. Anebon ma szczerą nadzieję na długoterminową współpracę z wami wszystkimi w oparciu o obopólne korzyści i wspólny rozwój.
Czas publikacji: 6 listopada 2024 r