切點跟蹤磨削法核心技術的研究.pdf

1、曲軸和凸輪軸是汽車發(fā)動機和其它內(nèi)燃機的關鍵零件，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發(fā)動機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，提出了切點跟蹤磨削法。本文系統(tǒng)地研究了根據(jù)切點跟蹤磨削法原理設計曲軸磨床和凸輪軸磨床將涉及到的主要核心技術問題。 根據(jù)零件的特點分別建立了非圓零件切點跟蹤磨削的運動模型。對

2、曲軸連桿頸的切點跟蹤磨削建立了兩個運動模型，一個是按磨削點在連桿頸上勻速運動的原則建立的，提出了通過坐標轉(zhuǎn)換把曲軸的切點跟蹤磨削轉(zhuǎn)換成典型的外圓磨削來進行分析的新思路，并從運動學的角度分析了切點跟蹤磨削法對加工誤差的影響，探討了切點跟蹤運動對當量磨削厚度和磨削力的影響及變化規(guī)律，給出了修正后的運動模型；另一個是按砂輪架動力學特性最優(yōu)的原則建立的，該模型能有效地減小砂輪架跟蹤滯后導致的加工誤差?；谀ハ鼽c恒線速運動的原則建立了凸輪切點跟蹤

3、磨削的運動方程，若滿足恒線速磨削的條件，則砂輪架的加速度會比較大，一般會超過伺服電機的額定值，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跟蹤磨削法的磨削機理，探討了磨床的結(jié)構(gòu)設計、控制系統(tǒng)設計和其它相關的核心技術，分析了影響曲軸切點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)值仿真技術分析了采用切點跟蹤磨削法磨削曲軸連桿頸時，影響磨削精度的主要誤差源對尺寸精度和形狀精度的影響程度和變化

4、規(guī)律，分析了各誤差源對曲軸連桿頸圓度形貌的影響，并提出了相應的誤差補償模型。 針對切點跟蹤磨削法開發(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)別及二者的相互關系，使切點跟蹤磨削法的工業(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)和機械傳動系統(tǒng)之間的關

5、系，建立了砂輪架機械傳動系統(tǒng)的逆動力學方程。基于MATLAB/ Simulink / SimMechanics 開發(fā)了砂輪架逆動力學仿真軟件，通過磨削曲軸連桿頸的典型算例，分析了砂輪架的運動規(guī)律與伺服電機的驅(qū)動力矩之間的關系，探討了磨削力、摩擦力、頭架轉(zhuǎn)速、砂輪架質(zhì)量和絲桿導程等因素對驅(qū)動力矩和速度的影響。利用通用多剛體動力學軟件的仿真結(jié)果驗證了砂輪架逆動力學仿真軟件的正確性。 在分析砂輪架設計準則的基礎上建立了砂輪架的動力學模

6、型。在通用有限元軟件ANSYS 的基礎上，利用APDL 語言開發(fā)了專用的、參數(shù)化的砂輪架動態(tài)優(yōu)化設計軟件。分別以凸輪軸磨床和曲軸磨床的砂輪架為例，進行了模態(tài)分析、諧響應分析以及動態(tài)優(yōu)化設計，探討了設計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設計方案，使砂輪中心沿水平方向的位移響應減小了一個數(shù)量級。 對凸輪軸和曲軸分別進行了切點跟蹤磨削法的原理性磨削試驗、運動模型及其修正模型的驗證試驗?？疾炝四ハ髑S連桿頸時，