車床主軸箱體采用不同定位基準(zhǔn)的孔徑加工精度的仿真
2016-11-17 來源：遼寧科技大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院 作者：王梓卉敏，梁楠，李潤強，柴紫維，徐澤寧
摘要：針對某型車床主軸箱體孔徑加工的特點和采用不同的定位基準(zhǔn)對孔與孔之間的位置精度的直接影響，選擇3 種不同的定位方式來進(jìn)行對比，即以較大的孔為定位基準(zhǔn)、以較小的孔為定位基準(zhǔn)和孔之間互為基準(zhǔn)進(jìn)行仿真，選擇最佳的定位基準(zhǔn)來提高某型主軸箱體主要孔徑的加工精度。研究結(jié)果表明，采用小孔為定位基準(zhǔn)來保證孔與孔之間的位置精度優(yōu)于較大的孔為定位基準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞：主軸箱體；孔徑加工；仿真分析；定位基準(zhǔn)；加工精度
車床主軸箱體的平面孔系很多，通常加工的計算量很大，為快速解決平面孔系加工精度問題，查閱了大量的文獻(xiàn)資料，未見相關(guān)報道。因此，本文提出了關(guān)于平面孔系采用不同孔徑作為定位基準(zhǔn)進(jìn)行多孔加工對孔間加工精度影響方面的研究。在主軸箱體的平面孔系加工過程前進(jìn)行數(shù)控編程時，系統(tǒng)生成孔的加工位置坐標(biāo)，可自由變換不同定位基準(zhǔn)。在仿真加工中，并不斷優(yōu)化其加工路徑，這樣不僅可以更好地保證孔間的位置精度，確保設(shè)計的程序科學(xué)合理，同時節(jié)省了大量的人力與財力。為實際的加工生產(chǎn)提供了可靠的依據(jù)。本文的主要研究內(nèi)容是通過UG NX軟件進(jìn)行三維實體建模后，確定加工仿真的方法和路線對某型箱體進(jìn)行加工仿真，以不同方式進(jìn)行孔的定位，來對比孔間位置精度的相對誤差。
1.箱體的三維建模
以某型主軸箱體為例進(jìn)行三維建模。建成的三維模型如圖1所示。
2.主軸箱體加工仿真過程流程圖
實現(xiàn)對數(shù)控加工過程的仿真，首先需要在仿真軟件中構(gòu)建機床運動結(jié)構(gòu)，配置相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，加載毛坯、工裝夾具、刀具、數(shù)控程序等加工要素。主軸箱體加工仿真流程圖如圖2所示。
圖1 主軸箱體三維模型
3.某型箱體平面孔系位置精度仿真
當(dāng)進(jìn)行孔的加工模擬時，因為箱體表面的孔很多，所以會涉及到孔定位問題。因此，選擇3 種不同的定位方式，來對孔與孔之間的距離進(jìn)行比較，選取位置公差最小的方案，這樣可以有效地提高主要孔徑的位置精度。
第一種：以箱體表面較大的孔1 為定位基準(zhǔn)，再加工同一表面其余的孔。第二種：用孔之間互為基準(zhǔn)的方式來定位，再加工同一表面其余的孔。第三種：利用箱體較小的孔10 進(jìn)行定位，再加工同一表面其余的孔。
圖2 主軸箱體加工流程圖
因為此平面需要加工的孔較多，所以對其進(jìn)行編號。編號如圖3所示。
圖3 孔徑及編號
為了更加直觀地觀察孔距之間的距離，截取孔1-4，1-6，1-10 之間的孔距。以孔1 為基準(zhǔn)得到的結(jié)果如圖4 所示。圖5 為互為基準(zhǔn)的定位中孔1-4，1-6，1-10 之間的孔距。圖6 為以孔10 為定位基準(zhǔn)孔1-4，1-6，1-10之間的軸距測量圖。
圖4 1-4，1-6，1-10 之間的仿真孔距
因篇幅所限，僅截取3 組孔距的對比圖，其余數(shù)據(jù)如表1~表3 所示。由表1~表3 可以計算出，采用孔1 為定位基準(zhǔn)得到的位置精度相對誤差的平均值為0.254%，使用孔之間互為定位基準(zhǔn)其值為0.401%，而以孔10 為基準(zhǔn)時，得出的結(jié)果是0.169%。根據(jù)以上3 個表格，以不同方式進(jìn)行孔的定位，孔距之間的位置精度相對誤差的變化如圖7。依據(jù)圖7 的曲線變化可以得出，以小孔10 作為定位基準(zhǔn)得到的孔距位置精度相對誤差較小，以大孔1 為定位基準(zhǔn)時，其值稍大一些，以孔互相定位的方式，其相對誤差最大。這說明，以小孔定位可以更好地保證箱體中孔與孔之間的位置精度。
圖5 1-4，1-6，1-10 之間的仿真孔距
圖6 1-4，1-6，1-10 之間的仿真孔距
表1 以孔1 為定位基準(zhǔn)的孔距
表2 互為定位基準(zhǔn)的孔距
表3 以孔10 為定位基準(zhǔn)的孔距
圖7 不同定位方式孔位置精度相對誤差
4.結(jié)論
在某型箱體定位方式的選擇上，采用孔1 為定位基準(zhǔn)時，位置精度相對誤差平均值為0.254%，使用孔之間互相定位時，其值為0.401%，用孔10 為定位基準(zhǔn)得到的值為0.169%。通過三者數(shù)值的比較可以發(fā)現(xiàn)，采用孔10 為定位基準(zhǔn)比孔1 為基準(zhǔn)，位置精度提高了0.085%，比孔互為基準(zhǔn)精度提高了0.232%，所以使用較小孔為定位基準(zhǔn)，可以更好地保證孔與孔之間的位置精度。因為采用較大的孔為定位基準(zhǔn)，孔本身的尺寸精度就有較大誤差，而使用孔互相定位的方法，產(chǎn)生的累積定位誤差很大，所以無法確保孔徑之間的位置精度。
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