大量工程實(shí)踐[1 - 2]和理論計(jì)算[3 - 4]表明,螺栓球的加工質(zhì)量是決定空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)格安全穩(wěn)定性的主導(dǎo)因素。其中,螺栓球的形位誤差和螺紋誤差是加工中影響質(zhì)量的最主要問題,依照標(biāo)準(zhǔn),目前行業(yè)中螺紋孔精度和角度誤差的合格率普遍不超過 30% ,有的誤差甚至超過國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn) 10 倍以上[4],施工時(shí)多采用強(qiáng)迫安裝,使局部受力過大,應(yīng)力集中顯著,嚴(yán)重影響空間結(jié)構(gòu)的安全。隨著大型、超大型空間結(jié)構(gòu)日益增多,對(duì)螺栓球精度的要求越來越高,安全性問題日益突出。
造成以上結(jié)果的原因是行業(yè)內(nèi)采用改造的普通機(jī) 床和人工加工方式,不能適應(yīng)螺栓球加工的特點(diǎn),補(bǔ) 償繁瑣,勞動(dòng)強(qiáng)度大,生產(chǎn)效率低。隨著數(shù)控技術(shù)發(fā) 展,采用數(shù)控加工中心是一種解決方案,行業(yè)上曾出 現(xiàn)利用美國辛辛那提數(shù)控中心加工螺栓球的生產(chǎn)方 式,采用普通立式加工聯(lián)合 2 軸數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行加工,但螺栓球受力巨大,為維持加工剛性需減少進(jìn)給速度,而無法在行業(yè)中推廣。
開發(fā)螺栓球?qū)S眉庸C(jī)床,適應(yīng)螺栓球加工特點(diǎn),提高加工精度和效率,是空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)行業(yè)亟需解決的問題。
作者針對(duì)螺栓球加工的特點(diǎn),分析了螺栓球加工中的受力情況和誤差來源,提出了定心加工方案和臥式機(jī)床設(shè)計(jì),依據(jù)分析結(jié)果計(jì)算了各個(gè)功能部件的受力以及裝配要求。
1 加工條件
設(shè)計(jì)螺栓球時(shí),依據(jù)專用軟件的計(jì)算結(jié)果決定單 個(gè)螺栓球中螺栓孔的尺寸和方位,屬于單件生產(chǎn)。螺 栓球直徑為 120 ~ 300 mm,加工進(jìn)給量 150 mm 以內(nèi), 屬短進(jìn)給加工。
不考慮基準(zhǔn)面和孔,螺栓球中每一個(gè)螺紋孔加工分為 4 步: 銑平面→鉆孔→倒角→攻絲。其中,受力或力矩最大的步驟是鉆孔和攻絲。隨著建筑大型化, 螺栓球最大孔直徑已經(jīng)達(dá)到 M50 以上。以 M40 為計(jì)算實(shí)例,鉆孔的軸向鉆削力接近 1 × 104 N,攻絲力矩達(dá)到 200 N?m,屬于重力切削加工。因此,加工中應(yīng)使用鎖緊裝置和靜態(tài)加工方法增強(qiáng)加工穩(wěn)定性和剛 性,并應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)加工中各個(gè)部件的受力基本均 勻。
另一個(gè)現(xiàn)實(shí)條件是: 由于螺栓球?yàn)閱渭庸ぃ瑧?yīng)盡可能使用自動(dòng)設(shè)備加工,減少人工使用量和編程量,以提高效率。
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宇匠數(shù)控專業(yè)生產(chǎn):高速精密 雕銑機(jī)、精雕機(jī)、石墨機(jī)、鉆攻中心、加工中心;
針對(duì) 45 號(hào)鋼螺栓球的直徑為 10 ~ 50 mm 螺紋孔全系列加工特點(diǎn),設(shè)計(jì)專用加工機(jī)床,采用球心定位結(jié)構(gòu)和臥式機(jī)床布置形式,進(jìn)行了誤差影響因素分析和受力狀態(tài)下的機(jī)床剛性有限元分析,提出了機(jī)床的設(shè)計(jì)思路。結(jié)果表明:
( 1) 采用臥式轉(zhuǎn)臺(tái)和立式轉(zhuǎn)臺(tái)的軸心交點(diǎn)和螺栓球球心重合,實(shí)現(xiàn)球心定位,能夠減少兩項(xiàng)設(shè)計(jì)和避免補(bǔ)償加工誤差;
( 2) 球心定位結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)在于立式轉(zhuǎn)臺(tái), 將立式轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡化為空心體, 當(dāng)壁面厚度在 15mm 以上時(shí),球心點(diǎn)位移在 0. 05 mm 以下,考慮內(nèi)部減速機(jī)構(gòu)的分擔(dān)作用,可認(rèn)為剛度能夠保證加工精度;
( 3) 有限元簡化模型中,立式轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面和夾具連接部分為應(yīng)力集中區(qū)域,在設(shè)計(jì)中需要加強(qiáng);
( 4) 機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)以聯(lián)合轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn),依據(jù)機(jī)床受力逐步擴(kuò)展。
設(shè)計(jì)螺栓球加工機(jī)床時(shí),應(yīng)考慮的因素較多,包括摩擦剛度和輔助構(gòu)件等構(gòu)型設(shè)計(jì),需要進(jìn)一步研究。
2024-11
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2024-11
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2024-11
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2024-11
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2024-11
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