高精度金刚石工具磨床摆轴设计与有限元分析

发布时间：2023-01-30 12:16

　　圆弧刃金刚石刀具是超精密球曲面、非球曲面零件加工的重要工具,其刀尖圆弧半径和圆弧度决定了被加工曲面的形状精度、尺寸精度以及表面质量。然而金刚石的超硬特性使得该材料的零件难于加工。国外在高精度的金刚石刀具及刃磨设备方面对中国实行技术封锁,国内在此领域的研究相对落后。因此,本文对金刚石工具磨床中影响金刚石刀具刀尖圆弧成形的关键部件——摆轴系统进行了研究与设计,为我国在此领域的发展提供了一定的理论基础。首先,本文对金刚石工具磨床的摆轴系统中的摆轴回转机构、进给机构以及恒压力增压机构三部分进行结构设计。摆轴系统的主轴结构采用高精度的角接触球轴承,在满足高回转精度前提下兼顾高刚度的要求。进给机构采用丝杠螺母机构配备滑动导轨。恒压力增压采用气压方式获得,并将工作台的快进退整合在同一个气压回路中,简化了摆轴系统的整体结构。其次,依据Hertz接触理论和ABAQUS有限元仿真分析,分别计算和模拟了摆轴组件在静态作用力下的接触应力和位移变形。两种方法得到的结果发现,静态作用力下的接触应力远低于材料的屈服强。Hertz接触理论计算得到的滚子与滚道之间的接触变形为0.139μm,有限元仿真分析得到摆轴的回转... 

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 金刚石工具制造工艺研究
        1.2.1 金刚石刀具简介
        1.2.2 聚晶金刚石刀具的制造工艺
    1.3 金刚石刀具刃磨工艺方法研究
        1.3.1 金刚石砂轮机械刃磨
        1.3.2 电火花磨削(EDMG)
        1.3.3 金属结合剂超硬磨料砂轮在线电解修整(ELID)刃磨
        1.3.4 超声波振动刃磨
    1.4 本课题的研究目的、意义和主要研究内容
2 金刚石工具磨床发展概述及关键部件研究
    2.1 国内外金刚石工具磨床研究发展现状对比
        2.1.1 国外金刚石工具磨床发展现状
        2.1.2 国内金刚石工具磨床发展现状
    2.2 金刚石工具磨床关键部件研究
        2.2.1 金刚石工具磨床主轴系统研究
        2.2.2 金刚石工具磨床砂轮架往复摆动机构研究现状
    2.3 本课题对金刚石工具磨床摆轴系统的设计要求
    本章小结
3 高精度金刚石工具磨床摆轴系统设计
    3.1 摆轴组件结构设计
        3.1.1 主轴部件应满足的基本要求
        3.1.2 摆轴结构设计
        3.1.3 轴承的选择
        3.1.4 轴承的配合和安装
        3.1.5 轴承的润滑和密封
    3.2 工作台进给机构设计
        3.2.1 进给机构设计
        3.2.2 导轨设计
    3.3 摆轴系统恒压力机构设计
        3.3.1 恒压力机构的设计方案一
        3.3.2 恒压力机构的设计方案二
    本章小结
4 ABAQUS有限元接触力学分析
    4.1 有限元工程分析及应用
        4.1.1 有限元分析基本原理及工具
        4.1.2 滚动轴承有限元分析研究现状
    4.2 Hertz接触理论数值计算与回转精度分析
        4.2.1 赫兹接触理论介绍
        4.2.2 赫兹接触计算简化
        4.2.3 角接触球轴承实例计算
    4.3 摆轴主轴系统接触力学有限元分析
        4.3.1 接触力学有限元分析基础
        4.3.2 主轴系统的有限元建模
        4.3.3 有限元计算结果分析
    本章小结
5 基于ABAQUS角接触球轴承动力学分析
    5.1 引言
    5.2 轴承保持架线性动力学分析
        5.2.1 系统运动方程和求解方法
        5.2.2 轴承保持架模态分析
    5.3 滚动轴承非线性多体动力学分析
        5.3.1 隐式与显式动力学分析对比
        5.3.2 显式动力学分析理论基础
        5.3.3 滚动轴承非线性多体动力学建模
        5.3.4 有限元结果分析
    本章小结
结论与展望
参考文献
附录A 主轴零件图
附录B 摆轴系统装配示意图
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]聚晶金刚石的电火花加工放电特性研究[J]. 华蕊,陈锦源,叶树林.  机床与液压. 2015(19)
[2]聚晶金刚石的电火花加工蚀除机理研究[J]. 叶树林,李彪,陈锦源.  佛山科学技术学院学报(自然科学版). 2015(05)
[3]聚晶金刚石复合片非脆性去除磨削机理研究[J]. 贾乾忠,李嫚,张弘弢,董海,屈福政.  大连理工大学学报. 2015(03)
[4]基于表面微观形貌的聚晶金刚石脆性去除机理研究[J]. 李嫚,贾乾忠,张弘弢,董海.  机械工程学报. 2014(13)
[5]PCD刀具的刃口加工方法及技术[J]. 苏慧涛.  超硬材料工程. 2013(02)
[6]金刚石刀具刃磨技术研究现状[J]. 李杰,王金辉.  工具技术. 2012(12)
[7]聚晶金刚石复合片的电火花线切割精密加工试验[J]. 宋满仓,张建磊,于超,王敏杰,刘冲.  光学精密工程. 2012(06)
[8]高精度金刚石刀具研磨关键技术研究[J]. 雷大江,夏志辉,何建国.  制造技术与机床. 2011(11)
[9]基于GAP单元的滚动轴承应力分析[J]. 杜静,黄文,李成武,冯博,常慧英.  机械设计与制造. 2011(06)
[10]高精密轴承常用保持架材料[J]. 范雨晴,马莹,姜韶峰,李红涛.  轴承. 2010(12)

博士论文
[1]高精度金刚石刀具的机械刃磨技术及其切削性能优化研究[D]. 宗文俊.哈尔滨工业大学 2008
[2]圆弧刃金刚石刀具刀尖圆弧的机械研磨及其检测技术[D]. 李增强.哈尔滨工业大学 2008
[3]高速切削稳定性及其动态优化研究[D]. 唐委校.山东大学 2005

硕士论文
[1]高精度金刚石工具磨床主轴系统设计与研究[D]. 刘志伟.大连理工大学 2015
[2]轴承动态服役过程的有限元仿真[D]. 刘杨.兰州理工大学 2014
[3]金刚石工具磨床关键部件的设计与研究[D]. 张思.大连理工大学 2014
[4]球轴承柔性多体动力学分析[D]. 谢伟.昆明理工大学 2013
[5]PCD刀具刃磨工艺研究及刃磨参数优化[D]. 王继森.西华大学 2012
[6]基于AFM的圆弧刃金刚石刀具全刃口锋利度检测与评价技术研究[D]. 张晓峰.中国工程物理研究院 2011
[7]基于ABAQUS的混合陶瓷深沟球轴承摩擦接触问题数值分析[D]. 冯艳宏.天津大学 2007
[8]聚晶金刚石刀具刃磨工艺与切削性能的研究[D]. 贾特.大连理工大学 2006
[9]天然金刚石刀具刃磨技术及设备研究[D]. 夏志辉.大连理工大学 2006



本文编号：3733062