用于传统车削中心精密加工的液压进给装置20080725.docVIP

用于普通车削中心精密加工的液压微进给装置 王树林1 陈兴华1刘钢2王贵成1 （1.江苏大学 机械工程学院，江苏 镇江 212013；2．机械工业高速精密工具工程技术研究中心, 上海市，200093） 摘要：为了提高现有的加工精度，介绍了一种用于普通车床或车削中心上进行精密车削的液压式微进给装置，提出了液压式微进给装置关键尺寸的设计方法，运用有限元和实验分析的方法，对其位移输出特性，固有频率、切削性能等进行了研究。研究表明，该液压式微进给装置具有输出位移线性度R2达到0.9997，精度达到0.04μm，刚度达到1.25×108N/m，，加工表面的粗糙度下降50％，能够显著提高现有机床进给精度，满足精密加工的要求。 关键字：液压微进给装置；有限元方法；线性；精密车削；表面形貌 中图分类号: TH703.8 　文献标识码: A Hydraulic micro-feed actuator for precision machining on conventional CNC turning centers WANG Shu-lin1, CHEN Xing-hua1 ,LIU Gang2, WANG Gui-cheng1 （1.College of Mechanical Engineering , Jiangsu University , Zhenjiang,Jiangsu 212013, China; ） Aremarkably improve the feed precision of the conventional lathe and meet the requirement of precision machining. Keywords: hydraulic micro-feed actuator; finite element method; linearity; precision machining; surface profile 引言 提高零件的加工精度是稳定产品质量，提高产品性能的基本途径。虽然精密机床可以满足精密零件的加工要求，但是由于设备投入大，对环境的温度和振动控制的要求高，导致加工成本高。传统机床由于设计和机械磨损等原因，难于加工出高精度的零件。一方面，摩擦，间隙的存在使进给的位置误差最大可能达到10μm[1]。另一方面，机床部件的运动误差，如非线性的直线导轨，滚珠丝杠在进给方向移动的直线度都会影响到加工零件表面形状精度[2-4]。提高机床的精度等级几乎成了提高零件加工精度的唯一选择。因此，如果只是对于局部尺寸精度要求较高的零件，如轴承的内外圈直径或较短的轴类零件，只要在传统的车床刀架上安装该微进给装置，就可以很经济地实现高精度的加工。传统的利用压电陶瓷驱动的微进给装置需要进行闭环控制，同时结构复杂，对设备和运行环境要求较高[5-6]，因此本文研究了一种用于传统车削加工中心，可以显著地提高零件加工精度的液压微进给装置。 2、微进给装置设计 2．1 工作原理 目前常见的微位移机构一般是利用弹性变形、直线电机、机械传动、电磁力和智能材料(压电陶瓷、电致伸缩、磁致伸缩) 等实现微位移[7]。由于各微位移装置的驱动形式的不同，因此性能也有很大的差异。液压微进给装置利用高压液压油下材料发生弹性变形来获得微小的位移。图1为所设计的液压式微进给装置的工作原理图。如果工件1需要微量切削的量为，可以通过油口5向缸体的空腔4中注入一定压力的液压油使端面薄壁变形，这样与端面相连的刀具2可产生相应的进给量，从而实现微量进给。微进给机构的缸体3固定在机床刀架上。 1－工件；2－车刀；3－缸体 图 2 圆形薄板力学模型 图 1 驱动器工作原理图 Fig. 2 Model of sheet metal Fig.1 Lay-out of the actuator 2．2设计方法 为了简化结构尺寸设计，刀尖的微位移量计算可采用图2所示的简化力学模型，它是一个半径为a，厚度为h，边界固定，受均布载荷q0的圆薄板。刀尖的微位移量近似地取圆薄板半径为b（安装刀片的圆凸台半径）处的挠度，其计算公式[8]: (1) 其中E为材料的弹性模量，ν为材料的泊松比。 为了设计出具有合适行程和分辨率的微进给装置，可利用(1)式对缸体尺寸进行初步计算。在设计时，还要满足考虑材料线弹性和进给装置灵敏度的要求 （1）线弹性要求 钢在弹性范围内的应变为 (2) 考虑到其它一些不确定因素，为可靠起见，这里进给装置的最大应变max=0.0015。 （2）灵敏度要求 灵敏度S是指液压微进给装置在单位油压作用下所能提供的的微位移量。为了满足灵敏