立式车床工作台偏心质量对加工精度的影响_刘银锋

1、China New Technologies and Products工 业 技 术 中国新技术新产品- 146 -立式车床工作台是承载加工工件的重要部件,工作台带动工件的回转运动是车削加工的主运动。工作台的端面跳动及其径向跳动是机床精度的重要指标。由于普通立式车床工作台转速通常较低(通常200rpm 以下,动平衡是一个在设计过程中很容易被忽略的环节。当工作台存在一定偏心质量时,离心力的作用会使主轴产生一定的变形,反映到工作台后就会影响加工精度。本文对DVT250双柱立车工作台偏心的影响进行了分析计算,此工作台直径3500mm。1 问题分析及模型建立工作台安放在工作台底座上,由齿圈带动绕主轴做

2、回转运动,通过推力轴承将工作台及其工件的重量承载到工作台底座上。中间的滚子轴承是工作台与主轴作用力传递的的载体。在某个工作转速下,工作台偏心质量产生的离心力通过滚子轴承传递给主轴。取某个瞬时离心力作用点与主轴轴线剖面做受力分析,可以把问题简化成静刚度的计算。此工况下,主轴为主要分析对象,但是关心的变形位置却是工作台。由于相对于主轴来讲,工作台的刚度足够大,故在建立模型时可以不详细建立工作台内部结构,但需要在离心力作用点做出几何截面来施加离心力,同时需要将工作台上表面及其主轴上端面分割以得到象限点,作为数据读取的准确位置。对于滚子轴承,由于不是重点研究部位,故用相当规格的实体代替。位于工作台底部

3、中间位置的推力轴承承载工作台的重力,故此建立一个实体结构以便进行约束处理。不考虑工作台底座的变形及其轴承的间隙等问题。依据以上分析,在UG NX7.5建模模块建立有限元分析模型,见图1及图2。2 有限元分析前处理进入UG NX7.5的高级仿真模块在仿真文件(.sim环境下对分析模型进行边界条件、结合面的处理及离心力的加载。在有限元模型文件(.fem环境下进行材料属性的设定及其网格的划分。2.1 约束与载荷推力轴承承载工作台的重力,固定其竖直方向的自由度,其余自由度放开。设定主轴与底座的接触面为刚性连接,忽略底座的变形,固定主轴与底座的接触面。各零件键的接触面用粘接方式连接。将离心力作用在建模时

4、预留的截面上,离心力的大小计算方法如下文所述。由于,工作台偏心位置未知,假定其在悬伸部分上中下三个位置分别进行计算,共计算三次。设定工作台转速n=100rpm,在直径1000mm 处,存在偏心质量10kg。则离心力:F=m2=1097N若工况有变化,则根据离心力计算公式进行相应线性变换即可得出相应结果。2.2 划分网格划分网格是建立有限元模型的一个重要环节,它要求考虑的问题较多,需要的工作量较大,所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。本例计算中,共划分3D 四面体10节点单元10292个,单元节点17443个,见图3。3 计算结果工作台在直径1000mm 处存在偏心质量10kg,

5、转速n=100rpm 时的计算结果见表1。则对应在直径2000mm 处,偏心质量为50kg,转速为200rpm 时的情况计算结果:根据公式需乘以系数5222=40,具体数值见表2。-0.00230.0598-0.00430.0828表2 有限元分析结果2偏心质量位置变形(m主轴工作台轴向径向轴向径向上0.07632.0153 -2.4568 4.0000中-0.0127 2.1120 -1.3681 3.7318 下-0.0908 2.3904 -0.1723 3.31294 总结从表2计算结果数据可以看出,相当于径向跳动指标方向,对于主轴,变形随着工作台偏心质量位置从上到下的变化逐渐增大,反

6、映到工作台,变形随着工作台偏心质量位置从上到下的变化逐渐减小;相当于端面跳动指标方向,主轴和工作台变形趋势相同,都随着工作台偏心质量位置从上到下的变化趋近于向-Z 方向增大。在数值上,当偏心质量位于工作台悬伸部分上部时,径向变形4m,影响径向跳动8m,轴向变形2.5m,影响端面跳动5m。通过以上分析,可以得出当加工精度要求较高时,工作台的偏心质量对加工精度的影响是一个不可忽略的考虑因素。并且,离心力的作用下,由于主轴的变形会使工作台的惯性轴心线与转动轴心线不在同一直线上,当转速愈高离心力愈大,惯性轴心线偏离转动轴心线愈多(亦即平衡状况愈差,而工作台的立式车床工作台偏心质量对加工精度的影响刘银锋

7、 王继成(齐重数控装备股份有限公司,黑龙江 齐齐哈尔 161005摘 要:运用UG NX7.5软件,通过有限元分析手段计算了工作台偏心质量引起的离心力引起的主轴变形和反映到工作台外沿的变形,为机床设计及其使用维护提供理论依据。关键词:有限元;工作台;离心力;主轴;变形中图分类号:TG51 文献标识码:A 图1 有限元分析模型(剖面图2 有限元分析模型(数据读取面处理图3 有限元分析边界条件及其网格工 业 技 术 中国新技术新产品- 147 -振动也会随之变大。提高主轴的刚度和降低工作台的不平衡量都能适当地降低这种影响。建议设计中,对工作台动平衡指标进行合理要求,并充分考虑主轴刚度问题。参考文献

8、1王勖成.有限单元法M.北京:清华大学出版社,2003.2现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册M.北京:机械工业出版社,2006.1概述云浮发电厂C 厂为两台300MW 循环流化床机组,每台锅炉装设两台一次风机,一次风机电机额定功率为2800kW,安装了中山明阳公司的MLVERT-D06/3550.B型高压变频器,变频器配置手动旁路柜。投运以来,一次风机变频器在带风机启动以及运行过程中多次发生过载、功率模块通讯故障、功率模块烧毁、控制电源中断等故障,造成一次风机跳闸停运,导致锅炉炉膛压力波动大或灭火,给机组安全运行带来较大风险。2原因分析经过对变频器的重故障总结、归纳,造成变频器跳

9、闸原因主要有以下几种。2.1变频器过载变频器过载主要原因为:(1变频器启动时,由于风门不能关闭严闭,电机在反转,造成启动时电机电流超定值。(2变频器未设置具有电流限制的软启动程序。2.2变频器功率模块通讯故障从对故障检查情况看,通讯故障均是在运行一定时间后报出,对故障模块进行检查分析,发现故障均是软故障,并不是简单的可稳定的重复,判断为环境原因引起:(1变频器在电厂基建安装期间曾严重受潮而导致部分控制板件性能不稳定。(2变频器室设计的冷却方式为空调冷却+开放式循环空冷,变频室内除配置六台10匹空调以外,还在变频器顶部安装风道,通过变频器顶部的抽风机将热风通过风道排出至室外,室外的空气通过变频器

10、室墙壁下部的通风口补充至室内,通过空气循环的方式来给变频器制冷。但本厂循环流化床锅炉为正压锅炉,经常会出现漏灰,变频器室因建在两台锅炉中间而导致大量的灰尘进入室内,灰尘随着空气进去变频器内部,致部分元件性能不稳定,在运行过程中故障导致模块故障。2.3变频器功率模块烧毁变频器生产厂家中山明阳公司对未明显损坏的功率模块进行了小电流电压保护功能测试及带负载测试,未发现异常,将损坏的IGBT 模块送到德国赛米控公司亚太技术中心(珠海进行失效分析,经过对多个模块的解剖分析,根据器件失效专家的经验,认为IGBT 失效的原因为瞬态过电压。云浮电厂的6kV 辅机开关均采用真空断路器,真空断路器的操作过电风机高压变频调速系统故障的分析及解决措施刘士成(广东粤电云河发电有限公司,广东 云浮 527328摘 要:云浮发电厂一次风机变频器投运后多次出现故障,