精密直线导轨矫直系统设计与试验

精密直线导轨矫直系统设计与试验

1精密开通加工的必要性精密直线导率作为制造设备的核心组成部分，在精密机械、航空航天、各种动态传输设备等行业应用。它的精度直接影响设备加工运动之间的位置关系，也对整个制造设备的产品加工精度产生了重要影响。因此,提高精密导轨的精度对机械产品质量的提升、机械行业的发展都有着深远的影响。目前,国内的矫直加工技术发展缓慢,矫直设备的整体自动化控制程度不高,难以满足制造企业对矫直设备高精度、智能化和自动化的需求,而国际上少数发达国家已经开发出了自动化程度较高的矫直设备。为此,我们开发出了一套精密直线导轨矫直系统,可对直线导轨进行矫直加工,提高其加工精度,从而增强我国机床工具行业在精密机床方面的制造能力,对提高整个制造装备产业链的竞争力具有一定的现实意义。2直机系统的组成和直机原理2.1曲柄滑块机构设计系统由机械装置、测量系统和控制系统三部分组成。机械装置主要由压力变形机构、压头、夹头和辊道等部件组成。压力变形机构的结构原型是曲柄滑块机构,结合压头对零件进行压力矫直;夹头部分包括左夹头和右夹头,两者的机构一样,在工作时,它要完成对导轨的固定、移动等过程;辊道用于对直线导轨的输送,它的运动很简单,由步进电机控制。测量系统主要是对矫直前的导轨和矫直后的导轨进行检测,并把检测结果传送给控制系统。控制系统对所检测的结果进行分析比较,然后传输到执行机构对导轨进行矫直。其结构简图,如图1所示。2.2简支梁状态在对导轨工件进行矫直时,我们采用的是三点支撑反弯压力矫直的方式。导轨通过辊道运输进入矫直机内部,左、右夹头依次夹持导轨的两端,成为三点反弯压力矫直的两个支撑点,形成简支梁状态。此时,压力变形机构位于左、右夹头的正中间位置,主要提供矫直动力,其加工方向用X来表示,压头是压力变形机构的核心工作部件,它可以沿着X的正、负方向对导轨进行推或者拉的矫直操作。测量系统对处于简支梁状态的导轨待加工段进行挠度的测量,控制系统再根据测得的挠度值进行矫直行程的计算,最后,矫直压头对导轨工件进行矫直加工。左、右夹头可以不断地对导轨工件进行夹持和松开,并沿着Y方向往复运动,从而实现对整个导轨工件长度的矫直工作。在整个导轨加工过程中,从辊道输送到矫直完成,实行的是全自动化工作。3测量精度分析直线度误差是指被测实际线对其理想直线(评定基准)的变动量。可分为给定平面内的直线度误差,给定方向的直线度误差和任意方向的直线度误差。直线度误差常用水平仪或准直仪进行检测,但是它们的测量精度不高。因此,这次测量采用三坐标测量仪,它的测量精度可达10μm。在测量中,采用的三坐标测量仪型号是GLOBALPERFORMANCE,它的测量精度能达到0.0001mm。首先,将待测导轨固定在水平的工作台上,开始测量前,在1.2m长的待测导轨平面上取等距离的30个点进行测量。然后,人工控制测量仪手柄,使测量仪的测头移动到待测的第一个点的位置处,接下来测量开始,让测头逐一地接触这30个测点进行接触式测量,如图2所示。最后,将测得的这30个测点的数据从计算机里导出来,进行数据的处理。4最小二乘法和最小包区域法常用的直线度误差评定方法有:首尾两端点连线法、最小二乘法和最小包容区域法。在这次的数据处理中,选用首尾两端点连线法,它是以两端点连线作为评定基线的一种评定方法。4.1测点到基线距离的旋转偏差在求解直线度误差时,先建立其数学模型。如图3所示,两端点连线法的原理是:在XOY坐标系中被测的所有测点,连接首端点A(a,b)和末端点B(c,d)的连线L作为评定基线,以各测点对该评定基线的最大偏离值dmax和最小偏离值dmin之差作为该被测直线的直线度误差f,即f=dmax-dmin。为了能简单快速地计算出个各测点到基线的距离值,可以对坐标系进行旋转平移,在新的坐标系X1O1Y1中,以直线L作为X1轴,那么各测点到基线L的距离值为它们的纵坐标值Y1。测点M在坐标系XOY中的坐标为(x,y),在坐标系X1O1Y1中的坐标为(u,v),两者之间的关系式为:式中:θ—坐标轴绕O点逆时针旋转的角度;m—Y轴向左平移的单位。4.2求标值在上述方程(1)和(2)中,要想得到各测点坐标转换后的坐标值,需要先求出θ与m的值。为此,在XOY坐标系中,假设直线L的方程为y=kx+n,由斜率k=tanθ=d/(m+c)=(d-b)/(c-a),根据斜率关系式,可以得到θ与m的值。5矫直精度测量本次实验,主要是对LG系列精密直线导轨进行矫直测量,我们设计的矫直机矫直精度是0.01mm,但由于目前矫直机的控制系统和相关性能还不稳定,只能进行粗矫直加工,达不到预设的矫直精度要求。1200mm长直线导轨经矫直机矫直后,用三坐标测量仪进行导轨直线度误差的测量,测得的30个点的数据,如表1所示。用Matlab编制程序,将表1中的实验数据导入程序中。可以得到最小偏离值dmin和最大偏离值dmax。其值分别为:dmin=0,dmax=3.2908mm。1200mm长导轨直线度误差值为:f=dmax-dmin=3.2908mm,得到的直线度误差曲线图,如图4所示。相比较矫直前的导轨直线度误差f=6.4086mm,矫直后,导轨的直线精度提高了48.65%,精度得到了很大的提高。6测量数据处理通过这次的矫直测量实验,矫直机对直线导轨进行矫直后,导轨的精度得到了很大的提高。运用三坐标测量仪测量矫直后的导轨直线度,得到非常精确的测点数据,测量精度非常高;运用两端点连线法处理实验数据,通过坐标系的平移转换,使得数据处理变得简单、快速;用matlab软件编程求取直线度误差,能在短时间