凸轮数控磨削的速度优化

发布时间：2017-09-09 21:04

  本文关键词：凸轮数控磨削的速度优化

  更多相关文章： 数控凸轮磨削 轮廓误差 速度优化 磨削精度 MATLAB仿真

【摘要】：随着制造工业的发展，，凸轮和凸轮轴的在生产数量和精度上的要求越来越大。在这样的大环境下，要求凸轮和凸轮轴的磨削加工过程朝着高精度、高效率、高柔性的方向发展，直接对凸轮生产工艺水平以及磨削理论的研究提出了更高的要求。本课题首先推导凸轮旋转轴(C轴)与砂轮进退轴(X轴)之间的数学关系。结合实际的凸轮数控磨削过程以及凸轮轮廓曲线的特点，得到凸轮磨削过程中磨削速度与精度之间的规律，即：当磨削速度较大时，得到的实际凸轮轮廓误差比较大；降低磨削速度时，得到的实际凸轮轮廓更接近凸轮的理论轮廓。为了解决磨削过程中加工精度与生产效率之间的不平衡问题。提出数控凸轮磨削速度优化的思想：凸轮曲率变化很小的区域(基圆区)高速磨削；曲率变化大(敏感区)的区域低速磨削。以此为本课题的研究思想，制定凸轮磨削速度优化算法，并在数控凸轮磨床仿真平台上进行了仿真实验进行验证。其主要研究内容如下： 1．推导凸轮旋转位置与砂轮进给位置的数学模型。基于三样条插值理论，对给定凸轮升程表进行光滑处理。根据不同从动件下凸轮机构的特点，通过反转法推导出凸轮轮廓轨迹的数学表达式，建立砂轮位置和旋转位置之间的数学关系。利用MATLAB工具对数学模型进行处理，得到凸轮理论轮廓曲线、砂轮中心点轨迹曲线和控制系统的理论输入，为下一步制定凸轮磨削速度优化算法以及优化算法的仿真验证提供有效的数据资源。 2．分析磨削速度对轮廓误差的影响。由于凸轮轮廓型面复杂性，凸轮和凸轮轴在生产磨削过程中，各磨削点的速度，加速度以及加加速度会出现很大的变化。而工件的实际轮廓形状是由机床中的C轴和X轴相互配合决定的。根据控制系统跟随误差和工件轮廓误差定义，分析了磨削速度对单轴的跟随误差影响，磨削速度和跟随误差对工件轮廓误差的影响，得到的结论在仿真平台上进行了验证。为制定速度优化思想及方案提供理论基础。 3．速度优化方案的制定。通过分析跟随误差，磨削速度与轮廓误差之间的关系，制定的凸轮磨削的速度优化思想：在磨削过程中，控制磨床在凸轮曲率变化很小的部分(基圆区)进行高速磨削，提高凸轮磨削的加工效率；曲率变化大(敏感区)的部分降低磨削速度，提高凸轮的磨削质量。以此作为的凸轮磨削的优化思想，制定直接速度优化法、S型加减速控制优化及构造曲线速度优化法。 4．验证三种速度优化方法的有效性。对三种速度优化方法进行MATLAB编程,利用凸轮数控磨床仿真平台，加载速度优化后的数据。通过仿真平台得到速度优化后实际轮廓误差，和相同周期的恒角速度磨削得到的轮廓误差进行对比。同时对三种速度优化方法进行对比分析。 综上所述，本课题在凸轮磨削过程中两单轴间的运动模型、磨削速度对凸轮轮廓误差的影响分析、凸轮磨削速度优化建模等方面进行了相关研究，并用MATLAB对上述问题进行验证。当然，还存在一些问题需要深层次的研究，如在速度优化的基础上加入智能控制器进行在线补偿；能否综合前一个周期得到数据，对下一个周期的指导等。
【关键词】：数控凸轮磨削 轮廓误差 速度优化 磨削精度 MATLAB仿真
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG596
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题的来源、研究背景及意义12-15
• 1.2 国内外发展现状及当前存在的问题15-20
• 1.2.1 总体研究水平15
• 1.2.2 高速磨削方法的研究15-17
• 1.2.3 提高加工精度方面的研究17-18
• 1.2.4 加工速度优化方面的研究18-19
• 1.2.5 目前存在的主要问题19-20
• 1.3 本课题主要内容及章节安排20-22
• 第2章 凸轮旋转轴与砂轮进退轴的数学模型22-30
• 2.1 引言22
• 2.2 凸轮、凸轮轴及凸轮机构22-23
• 2.3 反转法确定运动数学模型23-27
• 2.3.1 反转法原理23-24
• 2.3.2 尖顶从动件运动数学模型24-25
• 2.3.3 滚轮从动件运动数学模型25
• 2.3.4 平底从动件运动数学模型25-26
• 2.3.5 凸轮加工通用数学模型26-27
• 2.4 凸轮轮廓的计算27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第3章 磨削速度对轮廓误差的影响30-40
• 3.1 引言30
• 3.2 轮廓误差定义30-31
• 3.3 跟随误差对轮廓精度的影响31-34
• 3.3.1 系统的跟随误差的计算31-33
• 3.3.2 系统跟随误差对工件轮廓误差的影响33-34
• 3.4 速度对加工精度的影响34-38
• 3.4.1 凸轮磨削加工特点35
• 3.4.2 磨削速度对工件轮廓误差的影响35-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第4章 凸轮磨削的速度优化40-54
• 4.1 引言40
• 4.2 速度优化的基本思想40-43
• 4.2.1 速度和加速度约束41-43
• 4.2.2 凸轮磨削速度优化的研究思路43
• 4.3 直接速度优化43-45
• 4.3.1 直接速度优化参数的选择44-45
• 4.3.2 直接速度优化方法的特点45
• 4.4 S 型加减速控制45-47
• 4.4.1 S 型加减速控制参数的选择45-47
• 4.4.2 S 型加减速控制的特点47
• 4.5 构造速度优化曲线47-51
• 4.5.1 多项式构造旋转角与时间的曲线48
• 4.5.2 三角函数构造旋转角与时间的曲线48-49
• 4.5.3 构造曲线参数的选择49-51
• 4.5.4 构造曲线优化方法的特点51
• 4.6 本章小结51-54
• 第5章 凸轮磨削速度优化仿真验证54-76
• 5.1 引言54
• 5.2 数控凸轮磨床控制系统仿真平台54-57
• 5.3 仿真参数的确定57-59
• 5.4 直接速度优化仿真分析59-62
• 5.5 S 型加减速控制仿真分析62-64
• 5.6 构造曲线法仿真分析64-71
• 5.6.1 参数对构造曲线的影响64-66
• 5.6.2 基于多项式构造运动规律曲线优化的实现66-69
• 5.6.3 基于三角函数构造运动规律曲线优化的实现69-71
• 5.7 速度优化算法的对比分析71-73
• 5.7.1 轮廓误差大小分析71
• 5.7.2 周期性分析71-73
• 5.7.3 误差对比分析73
• 5.8 本章小结73-76
• 第6章 全文总结76-78
• 6.1 本课题的研究背景及研究目标76
• 6.2 本课题的主要研究工作76-77
• 6.3 下一步需研究的问题77-78
• 参考文献78-82
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果82-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王勋龙;张红燕;隋振;郭盟;田彦涛;;数控凸轮磨削中三环控制系统设计[J];吉林大学学报(信息科学版);2012年01期

2 张核军;;凸轮轴制造工艺综述[J];柴油机设计与制造;2006年03期

3 王金蕾,李宏林;中国装备制造产业:现状与发展路径选择[J];东北财经大学学报;2005年04期

4 郑海霞;“反转法”原理在凸轮机构应用中的疑难解析[J];甘肃科技;2005年10期

5 邓朝晖;王娟;曹德芳;万林林;张晓红;;凸轮轴磨削加工过程的动态优化和仿真[J];湖南大学学报(自然科学版);2009年05期

6 李南;王刚;赵学;;开发软件OEM下界面的编制[J];机床与液压;2006年08期

7 荣烈润;高速磨削技术的现状及发展前景[J];机电一体化;2003年01期

8 徐创文;轮廓跟随误差分析与研究[J];兰州铁道学院学报;2001年06期

9 牛永才;;影响数控凸轮轴磨削加工精度的因素研究[J];机械工程师;2014年02期

10 陈世平;我国汽车发动机制造中的磨削技术[J];汽车工艺与材料;1998年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 龚时华;凸轮轴高速磨削加工控制系统关键技术[D];华中科技大学;2008年

本文编号：822739