基于柔性铰链的精镗误差补偿机构研究

• 作 者: 陈祥
• 机 构: 华中科技大学
• 出 处: 华中科技大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 镗削加工 微量进给 刀具补偿 变形体

在批量加工的环境下,尤其在汽车制造业,随着加工的进行,刀具的磨损误差是影响加工精度的重要因素。为提高加工精度和效率,工业生产普遍采用具有自动刀具补偿功能的补偿镗头进行孔的半精、精加工。镗削刀具微量进给装置作为执行补偿动作的机构,成为此类批量自动生产线的核心技术。本文基于柔性铰链技术从理论、仿真出发,提出了新型的变形体结构,并通过试验分析应用于工程项目产生了良好的经济效益。论文首先总结了微位移机构的基本形式,分析了多种镗削刀具补偿装置结构方案,最终采用柔性铰链结构的平行四边形变形体方案,利用楔面机构进行驱动实现了刀具的径向微量补偿。分析了变形体四杆机构耦合运动、连杆加工误差对微位移补偿的影响,结果显示所引入的误差只有0.1%,该机构有良好的线性性及导向性。推导了正圆型单铰链、正圆型双铰链转角公式和刚度公式,并利用Matlab对公式采用数值积分求解,获得了柔性铰链的转动刚度和结构设计参数之间的曲线关系图。依据理论公式,论文设计了三种结构方案的变形体,并利用有限元分析软件ANSYS对其进行了刚度、强度分析。为揭示变形体铰链参数变化对镗刀补偿范围、精度的实际影响,论文设计了一台用于检验变形体补偿性能的精加工试验装置,完成了试验平台的机械结构设计、PLC电气控制以及软、硬件调试。利用设计的试验装置,本文对变形体进行了多组螺栓预紧力探究性试验,选取了顶杆最佳初始预紧力。对变形体进行了补偿能力试验、重复定位精度试验、补偿精度试验、抵抗切削力变形试验,结果表明单铰链变形体较双铰链变形体补偿范围提高了367%,更适合于刀具补偿范围大于0.2的场合。双铰链变形体结构补偿精度及刚度指标优于单铰链结构,适合用于调刀范围在0.1~0.2场合。目前研究成果已经应用到三一重工股份有限公司泵车水箱专机、东风康明斯发动机有限公司缸套专机项目,相关性能指标达到国外同类产品水平。