內(nèi)球面車床的新設計

1、內(nèi)球面車床的新設計孫?敏(開封大學機電工程學院河南開封475004)摘要:本文分析了車削球面的各種方案提出了新的設計方案介紹了新設計的內(nèi)球面車床的使用效果。關(guān)鍵詞:內(nèi)球面車床剛度原理誤差NewDesignofInternalBollSurfaceLletheISUN?Min(MechanicalElectricalEngineeringCollegeKaifengUniversityHenanKaifeng475004China)Abs

2、tract:Thearticleanalyseddiffererntmethodofturningbollsurfaceintroducesnewdesignintroducesresultsofusednewdesignofinternalbollsurfacelethe.Keywds:InternalbollsurfaceletheRigdityPrincipletolerances0?前言車削加工的表面主要是工件的外圓柱面內(nèi)圓柱面

3、及工件的端面。由于現(xiàn)實中這些表面的數(shù)量是巨大的我們見到的車床主要是用來加工這些表面的。而一些特殊的表面如:內(nèi)球面外球面可以用車削的方法加工但沒要加工性能理想的車床。下面我們討論一般情況下怎樣車削球面。1?球面車削方法分析(1)用靠模引導刀架運動車削球面這種方法是在普通車床上設置一套靠模裝置。車削球面時刀架仿靠模形狀運動運動軌跡為一圓弧工件與主軸一起旋轉(zhuǎn)刀具切削工件形成球面。這種車削方式可以很方便地車削出球面但由于靠模磨損快車削質(zhì)量不容易

4、保證。(2)用成形車刀車削球面這是加工球面最方便的一種方法它是在普通車床上車削它適用于車削直徑較小的球面加工大的球面則受車削質(zhì)量機床剛性機床功率的限制。(3)用刀桿有回轉(zhuǎn)刀頭的車刀車削球面在普通車床上車削這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是沒有原理誤差理論上可以加工出高質(zhì)量的球面但由于刀桿很細刀桿內(nèi)設計一個刀頭轉(zhuǎn)銷轉(zhuǎn)銷更細刀頭刀桿剛性很差因此車削質(zhì)量還是不能保證。(4)用數(shù)控車床車削球面這種方法是今天加工球面用得較多的方法現(xiàn)在我們分析一下它的加工原理數(shù)控車

5、削時走刀的軌跡是按插補原理前進的走刀軌跡是圍繞理論上的圓弧周圍的鋸齒形曲線因此存在原理誤差影響車削精度。(5)用液壓仿形的方法車削球面這種方法也有圓弧靠模但磨損小加工質(zhì)量好于機械式靠模但有一個缺點是液壓讓刀造成刀架剛性不足影響車削質(zhì)量。2?內(nèi)球面車床新的設計方案(1)采用車床改造的方法這種方法主要是省去了很多設計和制造上的麻煩選用CA6140普通車床作為基本結(jié)構(gòu)只改動刀架部分和電器部分其它部分的功能和結(jié)構(gòu)都予以保留。(2)刀架部分改造方

6、案新刀架系統(tǒng)采用了圖示的結(jié)構(gòu)代替原刀架進給系統(tǒng)。圖示刀架底座安裝在床身導軌上由安裝在床身上的進退油缸上的活塞桿帶動其快進和快退。夾刀器、刀架轉(zhuǎn)軸、滑座、微調(diào)機構(gòu)、刀架轉(zhuǎn)盤、軸承、擺動油缸、都安裝在刀架底座上面。刀架轉(zhuǎn)軸與刀架轉(zhuǎn)盤之間用螺釘和銷釘剛性連接。刀架轉(zhuǎn)軸與刀架轉(zhuǎn)盤及上面的滑座、微調(diào)機構(gòu)、夾刀器組成一個高剛度軸系。它可以承受很大的切削力特別應提到的是軸系除用了很大的徑向軸承還用了很大的推力球軸承D8218軸承。車削球面時擺動油缸拉

7、著刀架轉(zhuǎn)盤順時針擺動。車削完畢擺動油缸拉著刀架轉(zhuǎn)盤逆時針擺動復位。新刀架結(jié)構(gòu)圖?202??機床與液壓?2003.No.4(3)電器控制部分改造及車床工作循環(huán)電器控制機構(gòu)由控制主電機的啟動、停止及控制電磁閥的得電、失電來控制車床的工作循環(huán)。原有的電器系統(tǒng)需要改進改用可編程序控制器PLC控制。改進后的車床的工作循環(huán)如下:?裝卸工件。?主電機啟動進退油缸帶動刀架系統(tǒng)向左快速接近工件。?擺動油缸帶動刀架轉(zhuǎn)盤以工作進給速度順時針旋轉(zhuǎn)車削內(nèi)球面。?

8、進退油缸帶動刀架系統(tǒng)向右快速退刀主電機停。?擺動油缸帶動刀架轉(zhuǎn)盤快速逆時針旋轉(zhuǎn)復位。3?新的內(nèi)球面車床使用效果及分析外球面球軸承的軸承座其內(nèi)球面的精度要求是H7行業(yè)上習慣于采用車削的的方法加工。多數(shù)車削內(nèi)球面的方法都很難達到H7的精度。把改進后的內(nèi)球面專用半自動車床用于外球面球軸承的軸承座內(nèi)球面車削取得了很好的效果。軸承座的毛坯的內(nèi)球面用改進后新的內(nèi)球面車床進行一次粗車內(nèi)球面然后進行一次精車內(nèi)球面(尺寸大的軸承座的內(nèi)球面采用粗車、半精車

9、、精車車三次內(nèi)球面的工藝)這樣的工藝加工經(jīng)數(shù)年的生產(chǎn)實踐證明可以穩(wěn)定地達到H7的精度生產(chǎn)部門非常滿意。分析這種設計之所以成功主要原因是:(1)刀架轉(zhuǎn)軸軸系高剛度設計。(2)回轉(zhuǎn)刀架上刀尖的運動軌跡為理想的的圓弧無原理誤差以及結(jié)構(gòu)的高精度設計與制造。(3)液壓系統(tǒng)與工業(yè)計算機(即可編程序控制器PLC)結(jié)合控制車床的半自動循環(huán)使操作方便運行可靠。參考文獻?1?畢毓杰.機床數(shù)控技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社1997?2?王先逵.計算機輔助制造.北

10、京:清華大學出版社1999?3?吳玉華.金屬切削加工技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社1998作者簡介:孫?敏男講師1955年生廣西桂林市人1982年畢業(yè)于洛陽工學院。開封大學機電工程學院機械設計及自動化教研室長期從事計算機輔助設計與制造及帶座外球面球軸承設計與制造方面的研究工作。帶座外球面球軸承方面的研究曾獲得機械電子工業(yè)部科技進步二等獎。收稿時間:20020910(上接第199頁)圖3?自適應模糊PID控制框圖3?仿真計算結(jié)果為了驗證自適應

11、PID控制算法的有效性本文對機器人腿部末端的軌跡跟蹤控制進行了數(shù)字仿真。設給定跟蹤的理想軌跡為:x=0.620.1sinty=0.1cost(0?t?2?)(12)圖4?軌跡跟蹤曲線初始狀態(tài)x0=0.72y0=0仿真結(jié)果如圖4所示。圖4中虛線表示期望軌跡實線表示實際軌跡。圖4中可見采用自適應PID控制法得到的實際軌跡和期望軌跡十分接近說明文中所提出的方法具有良好的軌跡跟蹤能力。若在控制中取消PID參數(shù)的自調(diào)整作用直接由常規(guī)PID進行控制

12、所得的實際軌跡與期望軌跡所產(chǎn)生的軌跡偏差較大[1][2][3]。4?結(jié)論本文針對腿輪式機器人這一多自由度、非線性和強耦合系統(tǒng)圍繞機器人腿部末端的軌跡跟蹤控制問題提出一種基于模糊規(guī)則的新型模糊PID復合控制算法。實驗和仿真結(jié)果表明本文提出的控制算法結(jié)構(gòu)簡單具有實時性好、精度高、魯棒性強等特點。參考文獻?1?GenEndoShigeoHirose.Studyonrollerwalker:systemintegrationbasicexper

13、iments[A].ProcICRA[C].De?troitMichigan:IEEE1999:2032~2037.?2?ShigeoHiroseHirokiTakeuchi.Studyonrollerwalk:basicacteristicsitscontrol[A].ProcICRA[C].Minne?apolisMinnesota:IEEE1996:3265~3270.?3?宋立博呂恬生袁池.從動輪式溜冰機器人原理與直線溜冰時的動

14、力學性能分析[J].上海交通大學學報2001(7):1028~1031.?4?CraigJ.J.Introductiontoroboticsmechanicscontrol[M].ReadingMassachusetts:AddisonWesleyPublishingCompanyInc1986.?5?張健民楊華勇.基于工程整定法的模糊PID[J].信息與控制1998(1):66~70.?6?李?卓蕭德云.基于Fuzzy推理的自調(diào)整PI