切點(diǎn)跟蹤磨削法核心技術(shù)的研究.pdf

1、曲軸和凸輪軸是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和其它內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵零件，需求量大，種類眾多，加工精度要求高。因曲軸和凸輪軸的加工精度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能起決定性的作用，所以其加工質(zhì)量和加工效率將直接影響到汽車產(chǎn)品的質(zhì)量和汽車工業(yè)的發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)曲軸和凸輪軸磨削加工的高效率、高精度和高柔性，提出了切點(diǎn)跟蹤磨削法。本文系統(tǒng)地研究了根據(jù)切點(diǎn)跟蹤磨削法原理設(shè)計(jì)曲軸磨床和凸輪軸磨床將涉及到的主要核心技術(shù)問題。 根據(jù)零件的特點(diǎn)分別建立了非圓零件切點(diǎn)跟蹤磨削的運(yùn)動(dòng)模型。對(duì)

2、曲軸連桿頸的切點(diǎn)跟蹤磨削建立了兩個(gè)運(yùn)動(dòng)模型，一個(gè)是按磨削點(diǎn)在連桿頸上勻速運(yùn)動(dòng)的原則建立的，提出了通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換把曲軸的切點(diǎn)跟蹤磨削轉(zhuǎn)換成典型的外圓磨削來(lái)進(jìn)行分析的新思路，并從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度分析了切點(diǎn)跟蹤磨削法對(duì)加工誤差的影響，探討了切點(diǎn)跟蹤運(yùn)動(dòng)對(duì)當(dāng)量磨削厚度和磨削力的影響及變化規(guī)律，給出了修正后的運(yùn)動(dòng)模型；另一個(gè)是按砂輪架動(dòng)力學(xué)特性最優(yōu)的原則建立的，該模型能有效地減小砂輪架跟蹤滯后導(dǎo)致的加工誤差?；谀ハ鼽c(diǎn)恒線速運(yùn)動(dòng)的原則建立了凸輪切點(diǎn)跟蹤

3、磨削的運(yùn)動(dòng)方程，若滿足恒線速磨削的條件，則砂輪架的加速度會(huì)比較大，一般會(huì)超過(guò)伺服電機(jī)的額定值，為了提高磨削效率，提出了分段恒線速磨削的修正算法。 以曲軸磨床為例分析了切點(diǎn)跟蹤磨削法的磨削機(jī)理，探討了磨床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和其它相關(guān)的核心技術(shù)，分析了影響曲軸切點(diǎn)跟蹤磨削法加工精度的因素以及提高加工精度的措施。采用數(shù)值仿真技術(shù)分析了采用切點(diǎn)跟蹤磨削法磨削曲軸連桿頸時(shí)，影響磨削精度的主要誤差源對(duì)尺寸精度和形狀精度的影響程度和變化

4、規(guī)律，分析了各誤差源對(duì)曲軸連桿頸圓度形貌的影響，并提出了相應(yīng)的誤差補(bǔ)償模型。 針對(duì)切點(diǎn)跟蹤磨削法開發(fā)了一套專用的CAM 系統(tǒng)，探討了CAM 系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)和各功能模塊的基本功能，研究了各功能模塊之間的信息傳輸并繪制了CAM 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖。討論了CAM 系統(tǒng)和磨床CNC 系統(tǒng)之間的區(qū)別及二者的相互關(guān)系，使切點(diǎn)跟蹤磨削法的工業(yè)解決方案（CAM 系統(tǒng)+CNC 系統(tǒng)）更加清晰和完整。 探討了砂輪架伺服系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)之間的關(guān)

5、系，建立了砂輪架機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的逆動(dòng)力學(xué)方程?；贛ATLAB/ Simulink / SimMechanics 開發(fā)了砂輪架逆動(dòng)力學(xué)仿真軟件，通過(guò)磨削曲軸連桿頸的典型算例，分析了砂輪架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩之間的關(guān)系，探討了磨削力、摩擦力、頭架轉(zhuǎn)速、砂輪架質(zhì)量和絲桿導(dǎo)程等因素對(duì)驅(qū)動(dòng)力矩和速度的影響。利用通用多剛體動(dòng)力學(xué)軟件的仿真結(jié)果驗(yàn)證了砂輪架逆動(dòng)力學(xué)仿真軟件的正確性。 在分析砂輪架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上建立了砂輪架的動(dòng)力學(xué)模

6、型。在通用有限元軟件ANSYS 的基礎(chǔ)上，利用APDL 語(yǔ)言開發(fā)了專用的、參數(shù)化的砂輪架動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。分別以凸輪軸磨床和曲軸磨床的砂輪架為例，進(jìn)行了模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析以及動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，探討了設(shè)計(jì)變量的局部靈敏度和全局靈敏度。根據(jù)分析結(jié)果提出了砂輪架的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，使砂輪中心沿水平方向的位移響應(yīng)減小了一個(gè)數(shù)量級(jí)。 對(duì)凸輪軸和曲軸分別進(jìn)行了切點(diǎn)跟蹤磨削法的原理性磨削試驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)模型及其修正模型的驗(yàn)證試驗(yàn)?？疾炝四ハ髑S連桿頸時(shí)，