CN103909444B - 判别并联机床产生轮纹的铰链的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了判别并联机床产生轮纹的铰链的方法,并联机床加工的工件表面有轮纹现象,根据并联机床的结构和运动,计算得到连杆绕万向铰的铰链轴相对铰链孔反转时工件表面轮纹的位置与产生轮纹的铰链的对应转角关系,在此基础上,根据工件表面的轮纹位置和连杆绕万向铰的铰链轴相对铰链孔反转时工件表面轮纹的位置与产生轮纹的铰链的对应转角关系,判别并联机床产生轮纹的铰链,判别并联机床产生轮纹的铰链的工件为并联机床加工的单层或多层圆柱体工件。本发明用于判别并联机床产生轮纹的铰链,为进行铰链的维修、间隙调整或重新设计与更换服务,提高并联机床的加工精度。

Description

判别并联机床产生轮纹的铰链的方法
技术领域
本发明涉及并联机床加工精度的研究领域,具体涉及判别并联机床产生轮纹的铰链的方法。
背景技术
现有的并联机床加工的工件表面有轮纹现象,如图1~2所示。工件被切出三层圆柱凸台,其直径分别为φ60mm、φ80mm和φ100mm,高度均为10mm,在工件各层圆柱表面均有轮纹,形状为凸起的圆柱母线。用图3所示的并联机床加工φ100mm的圆柱时,铣刀转速为400r/min,动平台回转速度为120mm/min,铣刀进给量为0.3mm/r。改变铣刀的转速和动平台的回转速度,多次加工工件,有类似的轮纹。
工件表面的轮纹有以下特点:(1)轮纹有的明显,有的不太明显,有的不明显。明显的轮纹用眼睛能直接识别,图1~2所示的工件上,能看到每个圆柱面上有两条明显的轴向轮纹,用手触摸工件表面,明显感到轮纹处有凸起;不太明显的轮纹用眼睛直接识别有难度,不明显的轮纹用眼睛难以直接识别,需要用三坐标测量机等检测。工件表面上有的位置,理论上计算可能出现轮纹,用三坐标测量机等实际检测,没有轮纹,是因为轮纹对表面形状的影响已包含在形状误差中,这种情况下,可以认为,该位置没有轮纹。(2)轮纹周向分布有间隔一定角度的规律性。(3)不同半径圆柱面上轮纹有近似在过轴线的同一个径向平面上的规律性。
在并联机床加工的工件表面上出现轮纹是普遍现象,是并联机床共有的问题,并不是图1~2所示并联机床加工的工件表面特有的,加工精度高的并联机床在工件表面上有不太明显或不明显的轮纹,加工精度低的并联机床在工件表面上有明显或不太明显的轮纹。
工件表面的轮纹使工件存在的不足之处:工件表面的轮纹由于表面凸起而影响轮纹处的表面形状,产生形状误差,影响并联机床加工工件的精度,尤其是明显的轮纹。
并联机床的铰链间隙是产生轮纹的根源,为改善工件表面轮纹处的形状误差,提高并联机床的加工精度,需要找出并联机床产生轮纹的铰链,进行维修、间隙调整或重新设计与更换。
发明内容
本发明目的在于:提供一种判别并联机床产生轮纹的铰链的方法,用于判别并联机床产生轮纹的铰链,为进行铰链的维修、间隙调整或重新设计与更换服务,提高并联机床的加工精度。
本发明的技术解决方案:根据并联机床的结构和运动,计算得到连杆绕动平台上万向铰的动、定轴相对动平台的角速度及连杆绕定平台上万向铰的动、定轴相对定平台的角速度,再计算得到连杆绕万向铰的铰链轴相对铰链孔反转时工件表面轮纹的位置与产生轮纹的铰链的对应转角关系,在此基础上,根据工件表面的轮纹位置和连杆绕万向铰的铰链轴相对铰链孔反转时工件表面轮纹的位置与产生轮纹的铰链的对应转角关系,判别并联机床产生轮纹的铰链。
本发明的判别并联机床产生轮纹的铰链的方法中,判别并联机床产生轮纹的铰链的工件为并联机床加工的单层或多层圆柱体工件。
本发明的判别并联机床产生轮纹的铰链的方法中,用绕圆柱体工件轴线的转角描述工件表面轮纹的位置与产生轮纹的铰链的对应转角关系。
本发明的判别并联机床产生轮纹的铰链的方法中,用连杆绕万向铰的铰链轴相对铰链孔反转时的角速度为零判别连杆绕万向铰的铰链轴相对铰链孔反转。
本发明的判别并联机床产生轮纹的铰链的方法中,由工件表面轮纹判别并联机床产生轮纹的铰链的步骤:
第一步:用并联机床加工圆柱体的工件。
第二步:用三坐标测量机等测量工件表面的轮纹,得到圆柱体工件表面的轮纹的位置。
第三步:根据并联机床的结构和连杆的运动,先计算获得连杆绕动平台上万向铰的动、定轴相对动平台的角速度及连杆绕定平台上万向铰的动、定轴相对定平台的角速度,在此基础上,再计算获得连杆绕万向铰的铰链轴相对铰链孔反转时工件表面轮纹的位置与产生轮纹的铰链的对应转角关系。
第四步:由工件表面的轮纹位置和连杆绕万向铰的铰链轴相对铰链孔反转时工件表面轮纹的位置与产生轮纹的铰链的对应转角关系,判别并联机床产生轮纹的铰链。
本发明的有益效果:
1.通过判别并联机床产生轮纹的铰链,找出并联机床产生轮纹的铰链,进行铰链的维修、间隙调整或重新设计与更换等,使工件表面的轮纹不明显,满足加工精度的要求,提高并联机床的加工精度。
2.并联机床加工圆柱体工件时,各连杆绕万向铰的铰链轴均要相对铰链孔反转,使并联机床的各铰链均可能产生轮纹,这样,由圆柱体工件表面轮纹判别并联机床产生轮纹的铰链,能较全面找出和判别并联机床上产生轮纹的铰链。
附图说明
图1为工件表面在18.7°左右处有3条轮纹的3层圆柱体工件。
图2为工件表面在36.7°左右处有3条轮纹的3层圆柱体工件。
图3为并联机床加工圆柱体工件。
图4为图3中并联机床的结构图。
图5为图4中并联机床的结构简图。
图6为三坐标测量机测量工件表面的轮纹。
图7为连杆B1b1绕动平台上万向铰b1的动轴相对动平台的角速度图。
图8为连杆B2b2绕动平台上万向铰b2的动轴相对动平台的角速度图。
图9为连杆B3b3绕动平台上万向铰b3的动轴相对动平台的角速度图。
图10为连杆B4b4绕动平台上万向铰b4的动轴相对动平台的角速度图。
图11为连杆B5b5绕动平台上万向铰b5的动轴相对动平台的角速度图。
图12为连杆B6b6绕动平台上万向铰b6的动轴相对动平台的角速度图。
图13为铰链轴相对铰链孔顺时针转动时铰链轴中心的位置图。
图14为铰链轴相对铰链孔逆时针转动时铰链轴中心的位置图。
图中:1轮纹;2工件;3并联机床;4伺服电机;5定平台上万向铰的定轴铰链;6定平台上万向铰的动轴铰链;7定平台;8花键套;9花键轴;10动平台上万向铰的动轴铰链;11动平台上万向铰的定轴铰链;12刀具;13电主轴;14动平台;15三坐标测量机;16铰链孔;17铰链轴;18摩擦圆。
图13和图14中:F1为作用在铰链轴上的力;N2为铰链孔对铰链轴的正压力;f2为铰链孔对铰链轴的摩擦力;F2为N2和f2的合力;S为铰链孔对铰链轴的力的作用点;ω为铰链轴相对铰链孔转动的角速度;C1为铰链轴的中心;C2为铰链孔的中心。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细说明本发明的技术解决方案,实施例不应理解为对技术解决方案的限制。
实施例1:以图3中并联机床3加工的直径为φ100mm的圆柱体工件2为例,判别并联机床3产生轮纹1的铰链。
并联机床如图4所示,并联机床的结构简图如图5所示,定平台7与花键套8通过万向铰Bi联接,动平台14与花键轴9通过万向铰bi联接,花键套8与花键轴9为花键联接,花键轴9的一端与伺服电机4联接,电主轴13安装在动平台14的中心,刀具12安装在电主轴13的下端;花键套8与花键轴9组成连杆,万向铰Bi与万向铰bi间的花键套8与花键轴9组成连杆Bibi,i=1,2,…,6,如万向铰B1与万向铰b1间的花键套8与花键轴9组成连杆B1b1
万向铰与动平台14联接的铰链为动平台上万向铰的定轴铰链11,如图4所示,动平台上万向铰的定轴铰链11的轴为动平台14上万向铰的定轴;连杆与动平台14上万向铰联接的铰链为动平台上万向铰的动轴铰链10,如图4所示,动平台上万向铰的动轴铰链10的轴为动平台14上万向铰的动轴;动平台14上每个万向铰有一根动轴和一根定轴。
万向铰与定平台7联接的铰链为定平台上万向铰的定轴铰链5,如图4所示,定平台上万向铰的定轴铰链5的轴为定平台7上万向铰的定轴;连杆与定平台7上万向铰联接的铰链为定平台上万向铰的动轴铰链6,如图4所示,定平台上万向铰的动轴铰链6的轴为定平台7上万向铰的动轴;定平台7上每个万向铰有一根动轴和一根定轴。
实施例1判别并联机床3产生轮纹1的铰链的步骤如下:
第一步:用并联机床3加工直径为φ100mm的圆柱体的工件2,并联机床加工的圆柱体工件如图1~2所示,并联机床加工圆柱体工件如图3所示。
第二步:用三坐标测量机15测量工件2表面的轮纹1,如图6所示,得到图1~2所示的直径为φ100mm的圆柱体工件2表面的两条轮纹1分别在动平台14中心绕工件2轴线的转角18.7°、36.7°左右处。
第三步:根据并联机床3的结构和连杆的运动,计算获得连杆B1b1、连杆B2b2、连杆B3b3、连杆B4b4、连杆B5b5和连杆B6b6分别绕动平台上万向铰b1、b2、b3、b3、b4、b5和b6的动轴相对动平台的角速度,如图7~12所示,在此基础上,利用连杆绕万向铰的动轴反转时连杆绕动平台14上万向铰的动轴相对动平台14的角速度为零的运动特性,计算获得连杆绕动平台14上万向铰的动轴反转时工件2表面轮纹1的位置与产生轮纹1的万向铰的动轴铰链的对应转角关系,同理获得连杆绕动平台14上万向铰的定轴反转时工件2表面轮纹1的位置与产生轮纹1的万向铰的定轴铰链的对应转角关系,这个对应转角关系用连杆绕万向铰的动、定轴反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角表示,同理获得连杆绕定平台7上万向铰的动、定轴相对定平台7反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角,见表1,由表1可得各连杆绕万向铰的动、定轴反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角,如由表1得连杆B3b3绕动平台14上万向铰b3的动轴相对动平台14反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角分别为36.7°和213.2°,连杆B4b4绕动平台14上万向铰b4的动轴相对动平台14反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角分别为18.7°和204.7°。
第四步:根据第二步得到的圆柱体工件2表面的两条轮纹1分别在动平台14中心绕工件2轴线的转角18.7°、36.7°左右处和表1,判别得图1~2所示的直径为φ100mm的圆柱体工件2表面的两条轮纹1分别由连杆B4b4和连杆B3b3的动轴铰链产生。
表1连杆绕万向铰的动、定轴反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角(直径φ100mm)
实施例2:以图3中并联机床3加工的直径为φ80mm的圆柱体工件2为例,判别并联机床3产生轮纹1的铰链。
判别并联机床3产生轮纹1的铰链的步骤如同实施例1,用三坐标测量机15测得图1~2所示的直径φ80mm的圆柱体工件2表面的两条轮纹1分别在动平台14中心绕工件2轴线的转角18.6°、36.6°左右处,根据并联机床3的结构和连杆的运动计算得到连杆绕万向铰的动、定轴反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角,见表2,由表2得连杆B3b3绕动平台14上万向铰b3的动轴相对动平台14反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角分别为36.6°和213.7°,连杆B4b4绕动平台14上万向铰b4的动轴相对动平台14反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角分别为18.6°和203.7°,判别得图1~2所示的直径φ80mm的圆柱体工件2表面的两条轮纹1分别由连杆B4b4和连杆B3b3的动轴铰链产生。
表2连杆绕万向铰的动、定轴反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角(直径φ80mm)
实施例3:以图3中并联机床3加工的直径为φ60mm的圆柱体工件2为例,判别并联机床3产生轮纹1的铰链。
判别并联机床产生轮纹的铰链的步骤如同实施例1,用三坐标测量机15测得图1~2所示的直径φ60mm的圆柱体工件2表面的两条轮纹1分别在动平台14中心绕工件2轴线的转角19.1°、36.3°左右处,根据并联机床3的结构和连杆的运动计算得到连杆B3b3绕动平台14上万向铰b3的动轴相对动平台14反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角分别为36.3°和213.7°,连杆B4b4绕动平台14上万向铰b4的动轴相对动平台14反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角分别为19.1°和202.7°,判别得图1~2所示的直径φ60mm的圆柱体工件2表面的两条轮纹1分别由连杆B4b4和连杆B3b3的动轴铰链产生。
实施例1、实施例2和实施例3分别计算得到图1~2所示的直径φ60mm、φ80mm和φ100mm的圆柱体工件2表面上各有两条轮纹1分别在动平台14中心绕工件2轴线的转角为18.7°和36.7°、18.6°和36.6°、19.1°和36.3°的位置处,这与三坐标测量机15实测工件2表面的轮纹1位置的结果一致,说明由工件2表面的轮纹1判别并联机床3产生轮纹的铰链的结果是正确的。
实施例1、实施例2和实施例3计算得到连杆B3b3绕动平台14上万向铰b3的动轴相对动平台14反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角分别近似相等,如36.7°与36.6°、36.3°分别近似相等,连杆B4b4绕动平台14上万向铰b4的动轴相对动平台14反转时动平台14中心绕工件2轴线的转角也分别近似相等,说明图1~2所示的直径φ60mm、φ80mm和φ100mm的圆柱体工件2表面的两条轮纹1分别近似在过轴线的同一个径向平面上,这与观察、三坐标测量机15实测工件2表面的轮纹1位置的结果一致,再次说明由工件2表面的轮纹1判别并联机床3产生轮纹的铰链的结果是正确的。
经计算和分析,图3中并联机床3加工的圆柱体工件2表面上,没有并联机床3铰链中力的方向变化产生的轮纹1。
连杆绕万向铰的铰链轴相对铰链孔反转时工件表面产生轮纹的机理:为使并联机床3的万向铰的铰链转动灵活,万向铰的铰链一般为间隙配合,存在铰链间隙;当万向铰的铰链轴17相对铰链孔16顺时针转动时,铰链孔16对铰链轴17的作用力切于摩擦圆18的一边,如图13中F2所示,铰链轴的中心C1在铰链孔16垂线的一则;当铰链轴17相对铰链孔16逆时针转动时,铰链中摩擦力的方向变化大于90°,铰链孔16对铰链轴17的作用力切于摩擦圆18的另一边,如图14中F2所示,铰链轴的中心C1在铰链孔16垂线的另一则;铰链轴17相对铰链孔16由顺时针转动到逆时针转动形成铰链轴17相对铰链孔16反转,铰链轴的中心C1随之移动,铰链轴的中心C1由铰链孔16垂线的一则移至另一则,使连杆的长度和动平台14或定平台7的铰链点间的长度发生非线性突变,产生轮纹1。
判别并联机床产生轮纹的铰链的方法就是在连杆绕万向铰的铰链轴相对铰链孔反转时工件2表面产生轮纹1的机理上形成。

Claims (3)

1.判别并联机床产生轮纹的铰链的方法,其特征在于:根据并联机床的结构和运动,计算得到连杆绕动平台上万向铰的动、定轴相对动平台的角速度及连杆绕定平台上万向铰的动、定轴相对定平台的角速度,再计算得到连杆绕万向铰的铰链轴相对铰链孔反转时工件表面轮纹的位置与产生轮纹的铰链的对应转角关系,在此基础上,根据工件表面的轮纹位置和连杆绕万向铰的铰链轴相对铰链孔反转时工件表面轮纹的位置与产生轮纹的铰链的对应转角关系,判别并联机床产生轮纹的铰链。
2.根据权利要求1所述的判别并联机床产生轮纹的铰链的方法,其特征在于:判别并联机床产生轮纹的铰链的工件为并联机床加工的单层或多层圆柱体工件。
3.根据权利要求1所述的判别并联机床产生轮纹的铰链的方法,其特征在于:用绕圆柱体工件轴线的转角描述工件表面轮纹的位置与产生轮纹的铰链的对应转角关系。
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