車床主軸箱體采用不同定位基準的孔徑加工精度的仿真
2016-11-17 來源：遼寧科技大學機械工程與自動化學院 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行對比，即以較大的孔為定位基準、以較小的孔為定位基準和孔之間互為基準進行仿真，選擇最佳的定位基準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。
關(guān)鍵詞：主軸箱體；孔徑加工；仿真分析；定位基準；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進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行數(shù)控編程時，系統(tǒng)生成孔的加工位置坐標，可自由變換不同定位基準。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行加工仿真，以不同方式進行孔的定位，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
當進行孔的加工模擬時，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，再加工同一表面其余的孔。第二種：用孔之間互為基準的方式來定位，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 為基準得到的結(jié)果如圖4 所示。圖5 為互為基準的定位中孔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其值為0.401%，而以孔10 為基準時，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 作為定位基準得到的孔距位置精度相對誤差較小，以大孔1 為定位基準時，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 為定位基準的孔距
表2 互為定位基準的孔距
表3 以孔10 為定位基準的孔距
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 為定位基準比孔1 為基準，位置精度提高了0.085%，比孔互為基準精度提高了0.232%，所以使用較小孔為定位基準，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，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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