基于仿真分析的BT40主轴系统公差设计与优化

2017年4月第45卷第7期

机床与液压

MACHINETOOL&HYDRAULICS

Apr畅2017Vol畅45No畅7

DOI :10.3969/j畅issn畅1001-3881畅2017畅07畅031

收稿日期:2016-01-27

基金项目:国家自然科学基金资助项目(51075419)

作者简介:黄强(1966—),男,博士,教授,主要研究方向为机械制造装备数字化设计与制造。E-mail:huangqiang6601@

126畅com。

基于仿真分析的BT40主轴系统公差设计与优化

黄强,吴爱军,杜雪飞

(重庆理工大学机械工程学院,重庆400054)

摘要:公差设计质量直接影响产品的性能和制造成本。为提高主轴系统公差设计的质量和效率,提出了一种基于建模仿真的公差设计与优化方法。模拟BT40主轴系统的结构和装配过程,首先在CETOL6σ软件中建立主轴系统的数字化公差

模型,利用该模型分析各主要公差对系统输出精度的贡献度和敏感度。然后以类比法公差设计作为原始方案,仿真检验其设计效果。最后以公差贡献度和敏感度为依据,对原有公差设计方案进行修正及优化。结果表明:优化后的方案显著提高了主轴系统的输出精度。

关键词:主轴系统;公差模型;CETOL6σ;贡献度;敏感度中图分类号:TH164  文献标志码:A  文章编号:1001-3881(2017)07-121-5

Tolerance Design and Optimization of BT 40Spindle System Based on Simulation Analysis

HUANGQiang,WUAijun,DUXuefei

(SchoolofMechanicalEngineering,ChongqingUniversityofTechnology,Chongqing400054,China)

Abstract :Thequalityoftolerancedesigndirectlyaffectsperformanceandmanufacturingcostoftheproduct.Inordertoimprovethequalityandefficiencyoftolerancedesigninthespindlesystem,atolerancedesignandoptimizationmethodbasedonmodelingandsimulationwasproposed.SimulatingthestructureandassemblyprocessoftheBT40spindlesystem,thedigitaltolerancemodelofthisspindlesystemwasestablishedbyCETOL6σsoftwarefirstly.Usingthismodel,thecontributionandsensitivityofthatvariousmaintol-erancesinfluencesystemoutputaccuracywereanalyzed.Then,takingthetolerancedesignschemebyanalogymethodastheoriginalone,thedesigneffectwasinspectedbysimulating.Accordingtothecontributionandsensitivityofvariousmaintolerances,theoriginaltolerancedesignschemewasmodifiedandoptimizedfinally.Theresultsshowthattheoptimizedschemeimprovetheoutputaccuracyofspindlesystemobservably.

Keywords :Spindlesystem;Tolerancemodel;CETOL6σ;Contribution;Sensitivity

0 前言

随着科学技术的发展,产品的精度要求逐步提高。对于装备制造业工作母机的机床,其制造精度和装配精度要求也越来越高。主轴作为机床的关键部件,其回转精度直接影响加工零件的尺寸精度、形状

精度及表面质量[1]

。为保证产品性能及合理成本,公差设计正逐渐由可行设计向优化设计过渡,运用计算机进行辅助公差设计已成为实现公差优化设计的主要途径。人们不断地探索着各种公差建模分析方法和各

种公差优化算法[2-6]

,如蒙特卡罗法、遗传算法、约束网络法以及粒子群优化算法等。对于机床主轴系

统,Jhy-CherngTSAI等[7]

以降低生产成本为目标,研究了主轴单元在保持较高装配性能下公差的再分配方

法。GUO等[8]

基于装配过程中的形位公差和变异传播,建立了以测量和调整过程为观测矩阵的状态空间

模型。王海艳等[9]

利用改进的统计法和遗传算法,建

立了螺旋铣孔主轴单元精度分配模型。姜广发[10]

机床零部件公差设计与分配角度考虑,建立了THM65160数控镗床主轴单元的公差数值模型,并且考虑了机床真实工况下主轴箱所引起的微小变形。邹

林峰等[11]

研究了径向圆跳动误差对主轴承润滑的影响机制,建立基于润滑的曲轴颈径向圆跳动公差仿真模型。尽管计算机辅助公差设计已经取得了一系列可喜的进展,但与普及应用之间仍有一段距离。目前,国内企业在主轴系统的精度控制中,仍主要采用“类比法(经验法)公差设计-样件检验-公差调整-再检验-再调整”的循环方法,其效果和效率均难以与全球化竞争要求相适应。针对这一现状,本文作者从实际应用出发,以BT40主轴系统为例,提出了一种将传统方法与计算机仿真分析相结合的公差设计方法,以提高主轴系统公差设计的质量和效率。

1 研究思路与方法

仔细分析主轴系统的精度控制过程不难发现:影响精度控制效果和效率的主要因素并不是类比法

万方数据

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