圆度仪工作台系统设计及分析.pdf

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圆度仪工作台系统设计及分析
王雨,冯颖,高东强,杨磊,张希峰,王伟
(陕西科技大学机电工程学院,陕西西安710021)
Design and Analysis of Roundness Measuring Instrument Worktable System
WANG Yu, FENG Ying, GAO Dongqiang, YANG Lei, ZHANG Xifeng, WANG Wei
(College of Mechanical and Electrical Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi an 710021, China)
摘要:设计了圆度仪エ作台的机械结构,包括主 uring instrument and similar equipment worktable
轴系统的组成部件设计,调心、调平传动装置的设 provide the reference frame
计。使用Pro/E建立其三维模型,然后导入AN
Key words: roundness measuring instrument
SYS Workbench中进行有限元分析,得到了工作台 worktable;Pro/E: ANSYS Workbench; modal anal
的因有频率和振型图。结果表明,设计合理,为测量ysis
仪器及类似设备的工作台结构设计提供了参考依
据
关键词:圆度仪工作台;Pro/E; ANSYS Work-0到言
bench;模态分析
圆柱度仪是机械加工中不可缺少的检测设
中图分类号:TG834
备,其精度制约着机械加工精度;圆柱度仪广泛应
文献标识码:A
用于机械加工行业,特别在轴承行业中,应用高精
文章编号:1001-2257(2015)05-0040-04
度圆度仪辅助质量监控,可提高成品轴承及钢球
Abstract: This paper designed the mechanical
的合格率及品质。为了能够适应科研和生产的需
structure of the roundness measuring instrument
worktable, including the components of the spindl
要,同时为贯彻国标提供手段,必须尽快发展这种
system design and the centring and leveling trans
仪器り。
mission device design Using Pro/E established the
圆度仪整机整机的测量精度,取决于各部件的
3D model, and then import in ANSYS Workbench
可靠性能。精密转台在测量中的作用是完成被测件
of the finite element analysis, get the natural fre
的旋转运动,是圆度仪的关键部件之一。在工作过
quency and vibration mode of worktable. The re
程中,步进电机激励会引起工作台系统的振动,这些
sults show that the design is reasonable, for meas
振动会带来很大的测量误差,严重影响测量精度。
收稿日期:2014-10-31
所以对工作台系统的动态特性进行分析研究是非常
甚金项目:陕西省大学生创新创业训练项目(201410708915)
有必要的。
參考文献
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作者简介:蒋嶂(1981-),男,江苏盐城人,硕士研究生,讲
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师,研究方向为数控、检测技术。
《机械与电子》2015(5)
圆度仪工作台系统设计及分析
都一体戴术
1工作台机械结构设计
1.3.2气浮轴承的设计
将外部的压缩气体通过节流器通入轴承的间隙
1.1系统组成
中,气体在轴承内部形成了一个气膜,并且能够承受
般工件的对中调节包括偏心调节和倾斜调
定的载荷,通过该压力气膜的润滑和支撑作用使
节。圆度仪对工件的对中调节能力在一定程度上反主轴悬浮起来。它的工作原理是,首先通入压缩空
映了其整体的测量精度。对中调节就是靠工作台的气,压力的大小为P、,经过节流孔到气腔后形成
运动实现的。
个薄膜,当经过节流孔时,由于横截面积减小引起空
根据实际情况,将圆度仪工作台系统分为3部气的流速加快,压力下降到P。出口处的压力P。
分,主轴系统、传动装置系统和调整台系统。主轴系也小于P,。通入气体后,主轴就会浮起,并达到平
统包括心轴、空气静压气浮轴承;传动装置包括滚珠衡状态。若气膜厚度h减小,同时压力P,增加,相
丝杠副、精密直线导轨滑块;调整台包括台面、底盘、对的支撑力也会增加,气浮轴承就会达到一个新的
调平滑块、调心滑块、调心连接环、调心钢珠固定座平衡状态?。气体静压轴承的工作原理如图2所
和传感器。
示
1.2工作原理
供气通道节流
主轴
小孔
主轴通过步进电机带动实现旋转运动,步进电
气膜
腔
机和主轴之间通过弹性联轴器连接,由主轴的转动
静压
轴承
带动工作台的旋转。调心、调平过程通过调节相应
节流孔
主轴
的螺旋头,带动丝杠螺母副运动,通过对应的精密直
气腔
供气
4年年44
线导轨来传递运动,进而推动调心、调平滑块,就可
轴承
以间接地转化为调平钢珠的运动和调心连接环的运
图2气体静压轴承原理
动,从而实现整个调心、调平运动过程。
具体的三维模型如图3所示。设计的气浮轴承
1.3主轴系统设计
和主轴的三维装配关系如图4所示。
1.3.1主轴的设计
轴承上盖
主轴的材料选择应在强度、刚度、耐磨性满足的
条件下,充分考虑经济性和制造工艺选用。因此,选
用40Cr合金钢。主轴主要由前端轴颈、轴身和后端
轴颈组成,为了便于轴上零件的装配,后轴颈的直径
为D1常取0.7~0.85D。根据经验,支撑跨距与轴
轴承外套
轴承内套
径之比定,L。/D=2.5~4.5。对于一些精密仪器来
轴承下盖
说,前端轴径D是取主轴内锥孔大端直径的1.5~2
图3气浮轴承三维模型
轴承外套
倍。一般