磨削工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及應(yīng)用研究.pdf

1、磨床的穩(wěn)定磨削是保證磨削加工順利進(jìn)行和獲得高加工質(zhì)量的前提條件和關(guān)鍵技術(shù)之一。磨削工藝系統(tǒng)是磨床、刀具、夾具和工件的統(tǒng)一體，其動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)劣對(duì)穩(wěn)定磨削起到了至關(guān)重要的作用。本文基于非線性理論，通過(guò)對(duì)磨削加工過(guò)程的分析，研究了非線性振動(dòng)與各種因素之間的關(guān)系，提出抑制磨削振動(dòng)的措施;將有限元法和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法結(jié)合，分析了磨床的砂輪架主軸與砂輪軸連接狀態(tài)時(shí)自由模態(tài)和工況模態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性;基于不平衡量系統(tǒng)分析了砂輪軸的振動(dòng)特性;對(duì)砂輪軸系統(tǒng)進(jìn)行

2、了動(dòng)平衡分析，設(shè)計(jì)了動(dòng)平衡補(bǔ)償裝置;基于動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法，采用理論分析、試驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地分析了高精密磨床的動(dòng)態(tài)特性，并對(duì)薄弱的部件提出了改進(jìn)方案。
　　 主要的研究工作包括以下幾個(gè)方面:
　　 (1)針對(duì)外圓磨削加工領(lǐng)域的非線性理論進(jìn)行了研究，建立了磨削過(guò)程中非線性振動(dòng)模型，研究了砂輪與工件界面間的角頻率、非線性阻尼和非線性剛度等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的影響，提出了保證磨削加工質(zhì)量增加阻尼和增大剛度的方法?；?/p>

3、多尺度法，對(duì)磨削加工過(guò)程的共振區(qū)、非振區(qū)等的非線性振動(dòng)性進(jìn)行了定量分析，得到主共振和非主共振下的幅頻率特性方程，有效地揭示了磨削過(guò)程的非線性規(guī)律，為磨削過(guò)程中提高加工質(zhì)量的途徑提供了理論依據(jù)。
　　 (2)基于彈性理論，采用有限元分析和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析相結(jié)合的方法，構(gòu)建了主軸/砂輪軸系統(tǒng)在自由狀態(tài)、工況約束條件下的動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算出系統(tǒng)的各階固有頻率和振型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法驗(yàn)證了有限元模型的合理性，進(jìn)一步分析了該磨床主軸轉(zhuǎn)速對(duì)刀

4、柄與主軸接觸應(yīng)力的影響，軸向拉緊力對(duì)主軸/刀柄連接剛度、固有頻率和阻尼比的影響及工具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的薄弱位置等。
　　 (3)建立了不平衡量砂輪軸系統(tǒng)的有限元模型，并在此模型基礎(chǔ)上研究了砂輪軸系統(tǒng)的不平衡質(zhì)量引起的砂輪、刀柄端面和刀柄錐面等各個(gè)部分的振動(dòng)情況;研究了轉(zhuǎn)速對(duì)砂輪軸系統(tǒng)振動(dòng)量的影響;研究了砂輪系統(tǒng)的不平衡量值對(duì)工件質(zhì)量的影響。
　　 (4)從控制工程和計(jì)算力學(xué)的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了砂輪軸系統(tǒng)動(dòng)平衡補(bǔ)償裝置。將動(dòng)平衡校正

5、前后砂輪軸系統(tǒng)的動(dòng)平衡精度等級(jí)、振動(dòng)值及加工工件表面粗糙度值進(jìn)行了比較，得出了在不同的轉(zhuǎn)速下，經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡裝置補(bǔ)償后，砂輪軸系統(tǒng)振幅值大幅減小，砂輪軸的平衡精度等級(jí)高于補(bǔ)償前;基于影響系數(shù)法對(duì)采用所設(shè)計(jì)的動(dòng)平衡補(bǔ)償裝置的砂輪軸系統(tǒng)進(jìn)行了單面和雙面動(dòng)快速動(dòng)平衡，使得動(dòng)平衡過(guò)程中配重補(bǔ)償次數(shù)少于動(dòng)平衡補(bǔ)償前的次數(shù)，縮短了平衡時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，證明了設(shè)計(jì)的動(dòng)平衡補(bǔ)償裝置對(duì)提高加工工件的表面粗糙度值及提高加工效率是有效、可行的。
　　

6、 (5)建立了高效精密磨床各子結(jié)構(gòu)結(jié)合部等效動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)頻響函數(shù)試驗(yàn)識(shí)別了某高效精密磨床各子結(jié)構(gòu)結(jié)合面間剛度、阻尼動(dòng)力學(xué)參數(shù)值，并對(duì)各子結(jié)構(gòu)之間連接方式為固定錐度接合部、滾動(dòng)軸承結(jié)合部、滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)合部和螺栓結(jié)合部的各子結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得出低階固有頻率和振型，并進(jìn)一步通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果修正模型邊界條件，獲得的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性數(shù)值計(jì)算結(jié)果與真實(shí)工況接近，為結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化提供了依據(jù)。
　　 (6)基于動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法，將高效精密磨床結(jié)構(gòu)及其