5轴实验台

5轴实验台（精选3篇）

5轴实验台 篇1

轴类等锻件在锻造过程中会产生外在的和内在的质量不符合要求的各种毛病。锻件缺陷主要有:残留铸造组织, 折叠, 流线不顺, 涡流, 穿流, 穿肋, 裂纹, 钛合金α脆化层和锻件过烧等。磁粉探伤的优点是针对铁磁性材料的表面缺陷其检测灵敏度较高, 但缺点是随着不连续距离表面深度的增加而递减或由于操作人员的理论知识不足使被检工件因漏检而留下隐患。

磁粉检测原理是铁磁性材料工件被磁化后, 由于不连续性的存在, 工件表面和近表面的磁感应线发生局部畸变而产生漏磁场, 吸附施加在工件表面的磁粉, 在合适的光照下形成目视可见的磁痕, 从而显示出不连续性的位置, 大小, 形状和严重程度。

笔者在船舶制造行业从事无损检测工作多年, 本文将根据多年工作经验及相关研究着重论述采用电焊机代替磁粉探伤检验轴类锻件表面缺陷。由于广州广船国际股份有限公司的轴类锻件产品如中间轴, 艉轴等都是由外厂提供, 回厂后再对其进行来货检验。轴类锻件虽外形尺寸规则, 但体型庞大。之前所采用的表面磁粉检测方法为便携式磁轭法检测。磁轭法检测的优点是设备小巧, 携带方便, 适用于现场大型设备的移动检验, 当操作者改变磁轭方向和位置便可以发现任何方向的不连续, 但其缺点是磁轭必须放在有利于不连续检出的方向上, 一次磁化检出的区域较小, 效率较低, 并且耗时耗力。所以对于大型轴类锻件的表面检测, 需要选择一种简便快捷的方法。

磁粉探伤设备的直接通电法分为AC磁化和DC磁化两种。AC磁化就是将通常所用的高电压 (220V或380V) 的AC电流通过机体内变压器变成低电压, 大电流的磁化电流, 不经整流便通过探伤装置的夹持器或支撑平台直接通入工件, 电流沿试件纵向通过, 产生周向磁场, 检验出与电流通过方向上呈一定角度的表面不连续。DC磁化, 是在AC磁化装置中增加一个全波或半波整流器, 将单相AC电经过整流器整流变为全波或半波DC电流, 通入试件并产生周向磁场。

一、选择合适的电焊机

普通电焊机的工作原理和变压器相似, 是一个降压变压器。在输出线圈的两端是连接焊接工件和焊条, 引燃电弧, 在电弧的高温中将工件的缝隙和焊条熔接。电焊变压器自身具有电压急剧下降的特性。在焊条引燃后电压下降;在焊条被粘连短路时, 电压也是急剧下降。这是由于电焊变压器的铁芯特性产生的。电焊机的工作电压的调节, 除了一次的220/380电压变换, 二次线圈也有抽头变换电压, 同时还有用铁芯来调节的。交流电焊机的工作原理是利用正负两极在瞬间短路时产生的高温电弧来熔化电焊条上的焊料和被焊材料, 来达到使它们结合的目的。电焊机的结构十分简单, 说白了就是一个大功率的变压器, 将220V/380V交流电变为低电压, 大电流的电源, 可以是直流的也可以是交流的。电流电压经三相主变压器降压, 由可控硅元件进行整流, 并利用改变可控硅触发角相位来控制输出电流的大小。从整流器直流输出端的分流器上取出电流信号, 作为电流负反馈信号, 随着直流输出电流增加, 负反馈也增加, 可控硅导通角减小, 输出电流电压降低, 从而获得下降的外特性。

从原理结构的分析上来看, 磁粉探伤机和弧焊机都有一个降压变压器, 都是通过变压器将高电压变成低电压以大电流的方式输出。而不同的是, 磁粉探伤机是输入到较大的工件上, 同样是短路产生一定的电阻热, 但与熔化温度相差甚远。而弧焊机是输入到细的焊条上, 并使细的焊条在大电流通过与焊件短路时产生大量的电阻热而熔化。

经过这些比较可以看出, 主要应注意的是二者电压降上的差别, 所以在用弧焊机进行磁粉探伤时, 电压空载时存在一定的不安全隐患。

二、焊机的参数选择

可控硅弧焊整流机ZX5-630型 (上海施威焊接产业有限公司) 电流调节范围130~630A, 空载电压70V, 额定工作电压44V。实验中采用整体磁化直接通电法。灵敏度试片选择A型2#试片30/100μm、A型1#试片15/100μm。磁悬液为HD-FC反差剂及HD-BO黑油磁悬液 (为保证电极与工件有良好的接触而不损伤工件表面并发现不同方向的不连续, 用铜杆铅头的触头在轴类锻件上进行交叉磁化。因本身为实验故选用带有裂纹的一根轴) 。

(一) 用磁粉探伤机进行实验。

磁粉机选择:MP-A-2L型携带式AC磁轭磁粉探伤机, 采用磁轭式连续法探伤, 按照JB8468-1996《锻钢件磁粉检验方法 (机械行业标准) 》标准要求, 在磁化电流不中断, 外加磁场起作用的同时, 在受检锻件的表面施加磁粉进行检查。电源产生脉冲时间不超过1s的高电流强度的脉冲电流, 在1s内至少应有三个电流脉冲, 或者说, 在设备提供连续电流的情况下, 最短的通电持续时间应为0.2~0.5s。将灵敏度试片贴在锻件有裂纹的部位旁边, 接通电源, 将两磁轭按150mm左右间距对该部位进行磁化。

采用磁轭法检测磁化效果最好的磁化方式为垂直壁厚方向进行分段磁化 (如图1所示) 。但这种磁化方式每一次有效的磁化范围很小, 工作效率很低。为提高工作效率, 在实际检测过程中检测人员常会采用交叉方式磁化 (如图2所示) 。

采用常用磁化间距75~200㎜进行磁化, 这一看似成熟且符合标准规定的工艺, 却存在以下问题:使磁轭与受检件保持良好的接触, 用手动开关对受检件进行磁化, 同时施加磁悬液, 每次通电3s左右, 并交叉进行磁化, 结果2#A型灵敏度试片磁痕显示清晰, 受检件上的裂纹处磁痕堆积显示也明显。再换上1#A型试片继续重复上述步骤, 结果显示1#试片上的磁痕堆积显示虽有, 但很淡, 不太清晰, 但受检件上裂纹处仍呈现出清晰的磁痕堆积。

(二) 用可控硅焊机进行磁粉探伤实验。

受检锻件两端连接正负电极, 在锻件上贴放好1#和2#A型灵敏度试片, 按规定参数调定好电流值, 启动焊机开关对受检锻件进行磁化。磁化的同时施加磁悬液。连续通电5~8s后, 再交叉各磁化一次, 此时受检锻件上不仅2#A型灵敏度试片上不连续的磁痕堆积显示清晰, 1#A型灵敏度试片磁痕也可以清晰显示, 同时观察其受检锻件表面的裂纹, 都清晰的显示出来。通过以上的对比实验可看出, 用电焊机对轴类锻件进行整体磁粉探伤的效果不仅不会低于磁轭式磁粉探伤机的效果, 反而电焊机对缺陷的检出灵敏度还稍高一些。

(三) 注意事项。

一是要对电流及通电时间进行严格的控制, 防止焊机发热, 损坏焊机;二是保证电极与工件的良好接触及选用合适的触头防止轴表面烧伤。

由上述对磁粉探伤设备和电焊机的原理结构比较、分析和实验可以看出, 用电焊机替代磁粉探伤装置, 对大型轴锻件进行的磁粉探伤是一种简单易行的检验其表面不连续的方法, 尤其对受检工件体型大, 探伤仪器不够用或倒不开时, 用身边随处可见的电焊设备, 仍然可以有效保证进厂的大型轴类锻件的合格和安全。

三、结语

实验证明, 利用电焊机替代磁粉探伤仪检验大型轴类锻件表面缺陷是一种简单易行的方法, 且检验灵敏度并不低于磁粉探伤仪。针对检测磁场具有不均匀性的问题, 检测工作开始前要首先确定有效的检测区域大小, 以避免漏检情况的发生。针对有效磁化区中不同部位检出灵敏度存在差异的问题, 应对有效磁化区的两个边界分别进行灵敏度试验, 能够更为准确地评价整个有效磁化区域。现场探伤人员应该能根据现场条件和被检工件的状况, 预计存在不连续的部位和特征, 灵活选用最合适的探伤方法。

摘要：采用常规磁粉检测工艺检测船舶大型轴类锻件表面, 费时费力, 现研究采用电焊机代替磁粉机解决该问题, 通过实验验证其检测灵敏度并不比磁粉探伤机低, 而且其操作简便, 检测速度快。

关键词：磁粉检验,轴类锻件,灵敏度

参考文献

[1] .JB/T8468-1996, 锻钢件磁粉检验方法 (机械行业标准)

[2] .JB/T4730.4-2005, 承压设备无损检测第4部分:磁粉检测

5轴实验台 篇2

一、实验目的

1、掌握双闭环直流调速系统的稳态参数计算、系统的稳定性分析 2、了解用MATLAB软件工具对系统的电流环和速度环作PI调节器设计 3、熟悉对系统进行仿真的步骤和方法

二、实验过程 1、设计要求

（1）静态指标：无静差

（2）动态指标：电流超调量小于等于5%；空载启动到额定转速时的转速超调量小于等于10% 2、电流环设计

（1）确定时间常数：经计算得电流环小时间常数之和为0.0037s （2）选择电流调节器结构：采用PI调节器

（3）计算电流调节器参数：电流调节器超前时间常数为0.03s，ACR比例系数为1.013

（4）校验近似条件：均满足近似条件

（5）计算调节器电阻电容：按照计算得出的电阻电容参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为4.3%，小于5%，满足设计要求 3、转速环设计

（1）确定时间常数：经计算得转速环小时间常数之和为0.0174s （2）选择转速调节器结构：采用PI调节器

（3）计算转速调节器参数：ASR超前时间常数为0.087s，ASCR比例系数为11.7

（4）校验近似条件：均满足近似条件

工学院实验报告

（5）计算调节器电阻电容

（6）校核转速超调量：转速环可以达到的动态跟随性能指标为8.31%，小于10%，满足设计要求

4、电流闭环控制系统仿真图1电流环仿真模型

5、转速环仿真设计

图2 转速环仿真模型

6、不同PI参数下仿真图对比

表1中序号1为以KT=0.25的关系式按典型I系统设计得到PI调节器的阶跃仿真结果图，可以看出此时无超调、但上升时间长；序号2为以KT=0.5的关系式按典型I系统设计得到PI调节器的阶跃仿真结果图，可以看出此时超调量小、上升时间较短，兼顾了稳定性和快速性；序号3为以KT=1的关系式按典型I系统设计得到PI调节器的阶跃仿真结果图，可以看出此时上升时间短、但超调大；序号4为开环时仿真结果图，可以看出系统将不会达到稳态。因此序号2的电流、转速调速调节器的设计合理。

工学院实验报告

表1不同PI参数下仿真图对比

三、实验总结

5轴实验台 篇3

轴向磨削加工是一种针对工程陶瓷等硬脆性材料,使用特殊的金刚石小砂轮沿工件轴线对其进行外圆或内孔加工的方法[1],其加工工艺具有高效、低成本的特点。加工时,小砂轮轴线与工件轴线相互平行,利用高速旋转的金刚石砂轮轴向进给加工的方式,依靠金刚石砂轮的旋转运动和进给运动,以及工件旋转运动的合成运动完成工程陶瓷等硬脆性材料轴类表面或内孔表面的加工;用砂轮端部磨粒作为主切削刃来去除材料,圆周处外(内)圆表面磨粒作为副切削刃对已加工圆柱面进行修磨。进行外圆加工时,可根据加工需求选择砂轮的尺寸,其砂轮直径可以大于工件直径,也可以小于等于工件直径;内孔加工时,砂轮外径要小于等于已加工孔的直径。本文通过对比分析不同主轴转速(或砂轮线速度)、工件转速和背吃刀量下氮化硅陶瓷材料的加工表面状况、磨削力、比去除率和材料去除方式,证实了陶瓷材料轴向磨削加工的可行性和高效性;结合不同参数组合下的砂轮磨损情况,得到了优化的加工参数组合。

1 试验分析

为了研究陶瓷材料轴向磨削加工技术的可行性和高效性,以应用广泛的氮化硅陶瓷材料为试验材料,材料规格为70mm×ϕ20mm。

1.1 试验设备与砂轮

试验设备选择北京机电研究院高技术股份有限公司生产的BV75立式铣削加工中心,配装在其工作台上的电机为工件提供旋转动力,其加工示意图见图1。该加工中心主轴功率为11kW,最高转速为7000r/min,小砂轮刀头直径为20mm,主轴驱动功率为4kW,工件旋转驱动电机功率为0.4kW。采用水基冷却液,供液压力为0.5MPa。

选用一种特殊金属结合剂金刚石小砂轮,其砂轮头部的参数为:外径20mm、内径14mm,磨粒为金刚石,结合剂为铜。如图2所示[2]。

1.2 试验参数

试验采用顺时针-轴向磨削的方式,对直径为20mm的氮化硅陶瓷圆柱形工件沿轴向进行加工。在小砂轮高速旋转的同时,工件以一定的速度低速旋转,两者轴线在同一水平面(垂直面)内偏心放置。考察了不同的主轴转速(或砂轮线速度)和工件转速,以及一定的吃刀量对氮化硅陶瓷材料加工性能的影响,所采用的加工参数如表1所示。

1.3 轴向力的测量与分析

轴向力测量系统主要由中国航天空气动力技术研究院的BK-2B型传感器和TS-2型放大器,以及北京中泰研创科技有限公司的PCI-8326B型采集卡组成。采集数据时,通过BK-2B型传感器将加工时产生的力信号转换为电压信号,通过TS-2型放大器将信号放大,再由PCI-8326B型采集卡采集数据并传输至计算机,最后用Visual Basic语言编程将采集到的电压信号转换为轴向力值。在轴向磨削加工中,由于机床和低速电机运转时的振动和高压冷却液的供给都会对工件产生较大的冲击力,因此,用加工过程中测得的力值减去相同工况下空加工时所得力值,即为最终的轴向力值。

图3a、图3b和图3c分别是主轴转速为5000r/min、6000r/min和7000r/min时的进给速度与轴向力的关系图;图4a、图4b和图4c分别是工件转速为200r/min、250r/min和300r/min时的进给速度与轴向力的关系图。由图3可知,在保证轴向力平稳和加工质量良好的情况下,主轴转速为5000r/min、6000r/min和7000r/min时,最大进给速度分别可达40mm/min、70mm/min和105mm/min,由此可见,提高主轴转速,即提高砂轮的线速度可以很大程度地提高加工的效率;由图4可知,在主轴转速一定的条件下,工件转速越高,相同工况条件下的轴向力越小,但工件转速并不是越高越好,二者的比值必须控制在一定的范围内,才能达到最好的切削效果。

另外,研究了改变砂轮壁厚和机床主轴转速对加工效果的影响,研究表明:当砂轮壁厚为5～10mm、主轴转速为13 500r/min时,最大进给速度可以达到200mm/min以上。

1.4 加工方法比较

虽然缓进给深磨磨削和高速深磨磨削能够提高工程陶瓷的加工效率,但其加工对机床的刚度和砂轮的质量要求都比较高。与缓进给深磨削和高速深磨削相比,轴向磨削加工方法对设备的要求不高,且砂轮结构简单、价格低廉,虽然不能达到高速深磨磨削的加工效率,但据表2数据的比较结果可知[3],轴向磨削加工方法也实现了工程陶瓷的高效加工,且加工成本比较低廉。

2 砂轮磨损分析

用轴向磨削的方法加工圆形工件时,金刚石小砂轮在切削工件的过程中,切削刃可以分为3个切削区域:主切削区、过渡切削区和修磨区。主切削区承受的切削力最大,该区域的材料发生大规模的破裂,形成较大颗粒状磨屑,是材料的主要去除区;过渡区承受的磨削力较主切削区小,且逐渐减小,材料去除由大规模破裂向小规模破裂过渡,材料发生细微破碎,形成小颗粒状或粉末状磨屑;修磨区承受很小的磨削力,材料的去除量很小,主要对已加工表面进行修形,以得到较光滑的表面。因此,研究砂轮磨损时,研究的重点主要集中在砂轮端部和边角部分。

下面以发动机精密部件出油阀柱塞偶件的陶瓷柱塞套的内孔表面半精加工为例,进行砂轮磨削磨损情况研究。由于上述试验主要追求轴向磨削加工的效率,定位为粗加工,据此选择的柱塞偶件半精加工参数如表3所示,试验选择的砂轮直径为13.5mm,待加工内孔直径为13.8mm,进给速度为40mm/min,切削长度为70mm,通过称重法进行砂轮磨损的测量,结果如表4所示。

2.1 主轴转速对砂轮磨损的影响

在工件转速为200r/min、径向磨削深度为0.2mm的条件下,分析了主轴转速对砂轮磨损的影响,如图5所示。从图5中可以看到,砂轮磨损程度随着主轴转速,即砂轮线速度的增大先减小后增大。这表明在工件转速一定的情况下,从砂轮磨损的角度上分析,主轴转速并不是越高越好,只有当二者的比值控制在一定范围内时,砂轮才能处于良好的工作状态:既能够提高加工的效率,又能够改善砂轮的使用寿命。这与图4的分析结果相符。

2.2 工件转速对砂轮磨损的影响

在主轴转速为7000r/min,径向磨削深度为0.2mm的条件下,分析了工件转速对砂轮磨损的影响,如图6所示。从图6中可以看到,砂轮磨损程度随着工件转速的增大,先减小、后增大。这同样表明在主轴转速一定的情况下,工件转速并不是越高越好,只有当二者的比值控制在一定的范围内时,才能使砂轮的磨损降至最小。这与图4和图5的分析结果相符。图6曲线的后半部分显示,砂轮随着工件转速的增大而磨损加剧,表明工件转速的增大对砂轮的反切削能力增强,从而加大了砂轮的磨损。

2.3 磨削深度对砂轮磨损的影响

在主轴转速为7000r/min,工件转速为200r/min的条件下,分析了磨削深度对砂轮磨损的影响,如图7所示。从图7中可以看到,砂轮磨损 的程度随着磨削深度的增大而加剧,原因在于磨削深度的增大,导致了切削阻力的增大,从而加快了砂轮的磨损。

3 结束语

轴向磨削加工技术应用于陶瓷材料的加工是一种切实可行的加工方法,能极大地提高陶瓷材料的加工效率、降低其加工成本。试验表明:主轴转速由5000r/min提高至7000r/min时,可明显地提高进给速度和加工效率,因此,可以选择高的主轴转速(即高的砂轮线速度)进行轴向磨削加工,但工件转速要与其匹配才能达到好的切削效果。加工实例中的砂轮磨损情况也验证了这一点。

参考文献

[1]Tian X L,Guo F,Mao Y T,et al.Investigation onAxial Turning-grinding of Engineering Ceramics[J].Advanced Materials Research,2011,154/155:1027-1032.

[2]Tian X L,Guo F,Yang J F,et al.Study on AxialTurning of Engineering Ceramics[J].AdvancedMaterials Research,2010,35:309-313.