螺纹曲面精密数控磨削关键技术研究

发布时间：2017-06-02 05:01

  本文关键词：螺纹曲面精密数控磨削关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于数控螺纹磨床面向的主要加工对象是滚珠丝杠,螺纹磨床的磨削精度对滚珠丝杠的加工精度和性能起着关键作用。发展数控螺纹磨削技术对滚珠丝杠加工精度的提高具有基础支撑作用。现阶段数控磨床大多采用数控一体化解决方案,磨削精度也在逐步提高,但稳定性较差,结合SWM1530数控螺纹磨床结构特点,本文以数控螺纹磨削技术为研究对象,借助于数学解析建模、有限元分析软件和实验研究等方法在建立的螺纹磨削力模型、三维传热温度模型和弹性变形模型的基础上,对数控螺纹磨削技术进行研究,研究内容具体包括：1、根据螺纹磨削机理,利用磨削几何学理论,以螺纹磨削几何路径为研究对象,分析螺纹磨削砂轮当量直径与砂轮、工件直径以及螺旋倾角之间关系。以砂轮单颗磨粒为研究对象,建立单颗磨粒磨削力模型,进而建立整个磨削区域磨削力模型。根据传热学以及移动传热理论,以磨削接触区域为研究对象,建立了三维传热温度模型,应用拉氏变换、傅里叶变换以及狄拉克函数特点对三维传热温度模型进行求解。2、由于砂轮与工件磨削时的接触弧长度是磨削过程中极其重要的参数之一,磨削接触弧长度对磨削区的磨削温度、磨削力以及磨削时工件的弹性变形和塑性变形有重要影响。根据螺纹磨削接触路径特点,提出了螺纹磨削动态接触弧长计算新公式,分析磨削参数对螺纹磨削动态接触弧长的影响,对比不同材质工件加工下磨削接触弧长。3、分析影响工件磨削加工精度弹性变形的主要因素。分别建立磨削力弹性变形模型和工件自重弹性变形的数学模型。针对磨削加工过程有无中心架支撑两种情况,分别分析了两种情况下工件的弹性变形,并对这两种情况进行最优计算,得到了工件弹性变形最小的磨削接触点。针对两种加工方式分别提出相应的螺纹变速磨削加工控制方法。4、螺纹磨床在进行磨削加工时,受到室温、磨削热、冷却液温升、局部照明等诸因素的影响,使被加工工件受热不均匀,因而出现不同的热变形状态。应用移动传热理论,在磨削三维传热温度模型的基础上,对比磨削二维传热温度场和三维传热温度场,得到磨削过程中工件的径向和纵向温度分布,利用ANSYS软件对工件磨削温度分布进行有限元仿真分析,得到了工件径向和轴向的温度分布云图,对工件进行热结构耦合分析,得到工件热变形规律。分析室温和冷却液温升对磨削质量的影响,提出了相应的改善方案。5、影响螺纹磨削加工精度的误差主要受到来自磨削力变形误差和热变形误差影响,针对单个因素建立误差补偿系统势必会忽略另外因素对加工精度的影响,因此需建立一个多因素综合误差补偿系统来最大限度降低误差带来的影响。根据磨削力和磨削温度对工件加工误差的影响,建立基于模糊神经网络理论的综合误差补偿系统,针对有中心架和无中心架两种磨削加工结构,提出了不同的综合误差补偿方法,针对工件3次精磨过程,分别进行了仿真分析,对比实验数据后工件加工精度得到了显著提高。6、针对磨削颤振和热变形分析,基于SWM1530数控螺纹磨床设计相对应的实验方案,通过加速度传感器、电感测微仪测量相应的数据信息,并应用模糊神经网络算法进行综合误差预测并进行离线补偿实验,验证了补偿结果的有效性。本研究为数控螺纹磨床的设计提供了理论和技术支持,为提高螺纹磨削质量提供了切实可行的方法,采用的弹性变形误差和热误差综合误差补偿模型对其他细长杆类工件的误差补偿具有参考价值,对促进我国数控螺纹磨床的制造水平具有重要的理论意义。
【关键词】：螺纹磨削 磨削力 磨削温度 接触弧长 误差补偿
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG596;TG62
【目录】：

• 摘要13-15
• Abstract15-18
• 主要符号说明18-19
• 第1章 绪论19-31
• 1.1 课题背景及意义19-20
• 1.2 国内外研究现状20-28
• 1.2.1 螺纹磨床发展概况20-21
• 1.2.2 螺纹磨削研究21-24
• 1.2.3 磨削接触长度研究24-26
• 1.2.4 智能磨削研究26-28
• 1.3 课题研究目的28
• 1.4 课题研究内容28-31
• 第2章 数控螺纹磨削分析模型31-45
• 2.1 螺纹磨削力模型31-34
• 2.1.1 螺纹磨削砂轮当量直径32
• 2.1.2 磨削力数学模型32-34
• 2.2 磨削温度模型34-43
• 2.2.1 磨削总发热功率35
• 2.2.2 传入工件磨削热比率35-36
• 2.2.3 热源强度36-37
• 2.2.4 磨削温度场数学模型37-43
• 2.3 本章小结43-45
• 第3章 数控螺纹磨削接触弧长研究45-57
• 3.1 磨削接触弧长度定义45-46
• 3.2 螺纹磨削接触弧长度理论计算46-50
• 3.2.1 磨削接触弧长理论计算46-47
• 3.2.2 螺纹磨削动态接触弧长47-50
• 3.3 磨削接触弧长度测量方法50-51
• 3.4 磨削参数对螺纹磨削接触弧长的影响51-54
• 3.5 磨削接触弧长度与磨削温度、磨削力的关系54-55
• 3.6 本章小结55-57
• 第4章 螺纹磨削工件弹性变形分析57-73
• 4.1 螺纹磨削工件弹性变形误差57-60
• 4.1.1 工件自重引起的弹性变形量57-58
• 4.1.2 磨削力引起弹性变形量58-60
• 4.2 螺纹磨削工件径向弹性变形数学模型60-67
• 4.2.1 磨削过程中工件无中心架支撑60-63
• 4.2.2 磨削过程中工件有中心架支撑63-67
• 4.3 螺纹磨削工件径向弹性变形控制67-71
• 4.3.1 螺纹磨削加工磨削力影响因素67-68
• 4.3.2 螺纹磨削加工弹性变形影响因素68-69
• 4.3.3 螺纹磨削变速控制69-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第5章 螺纹磨削工件热变形分析73-93
• 5.1 螺纹磨削加工传热理论73-77
• 5.1.1 传热学理论73-75
• 5.1.2 移动传热理论75-77
• 5.2 螺纹磨削加工温度场模型77-80
• 5.2.1 温度场二维模型77-78
• 5.2.2 温度场三维模型78-79
• 5.2.3 温度场仿真79-80
• 5.3 温度场有限元求解80-87
• 5.3.1 温度场有限元求解原理方程80-83
• 5.3.2 温度场分析几何模型83
• 5.3.3 温度载荷施加83-85
• 5.3.4 仿真结果85-87
• 5.4 工件温升与热变形之间关系87-91
• 5.4.1 工件热伸长87-89
• 5.4.2 工件热变形分析89-91
• 5.5 本章小结91-93
• 第6章 螺纹磨削加工综合误差补偿模型93-105
• 6.1 螺纹磨削综合误差预测补偿模型93-100
• 6.1.1 模糊神经网络93-94
• 6.1.2 螺纹磨削加工误差规律分析94-95
• 6.1.3 固定中心架结构误差预测模型95-98
• 6.1.4 中心架跟踪结构误差预测模型98-100
• 6.2 综合误差补偿系统100-102
• 6.2.1 磨削数控系统100-101
• 6.2.2 补偿前后测量数据对比101-102
• 6.3 室温及冷却系统控制102-103
• 6.3.1 室温及冷却液温度控制102-103
• 6.3.2 冷却液变流量控制103
• 6.4 本章小结103-105
• 第7章 数控螺纹磨削加工实验研究105-113
• 7.1 变速磨削实验105-109
• 7.1.1 实验测试系统105-106
• 7.1.2 实验测试方案106-107
• 7.1.3 实验测试结果分析107-109
• 7.2 工件轴向变形实验109-111
• 7.2.1 实验测试系统109-110
• 7.2.2 实验测试方案110
• 7.2.3 实验测试结果分析110-111
• 7.3 本章小结111-113
• 第8章 总结与展望113-117
• 8.1 全文总结113-114
• 8.2 创新点114-115
• 8.3 展望115-117
• 参考文献117-125
• 博士期间发表论文与参与的科研项目125-127
• 致谢127-129
• 发表的英文论文129-146
• 附件146

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 董吉洪;;精密和超精密加工机床的现状及发展对策[J];光机电信息;2010年10期

2 宋现春;王伟;;精密滚珠丝杠磨削加工中热变形的计算分析[J];工具技术;2007年07期

3 宋洪涛,宾鸿赞;把神经网络应用于丝杠磨削过程的建模与控制[J];光学精密工程;2001年04期

4 刘镇昌;平面磨削几何接触长度的新公式[J];华中工学院学报;1983年04期

5 王龙山，，于爱兵，郑玉华，张艳萍;砂轮变速磨削的稳定性[J];吉林工业大学学报;1994年04期

6 吴祥;薛秉源;贝季瑶;;变速磨削的试验研究[J];磨床与磨削;1985年02期

7 任大力;;国外螺纹磨床发展概况(上)[J];磨床与磨削;1993年03期

8 王龙山,于爱兵;变速磨削对外圆磨削力的影响[J];磨床与磨削;1995年01期

9 袁华;;精密与超精密磨削关键技术探讨[J];机械工程与自动化;2011年05期

10 王龙山,崔岸,于爱兵;砂轮变速磨削抑制工件颤振的研究[J];中国机械工程;1999年02期

  本文关键词：螺纹曲面精密数控磨削关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：414262