磨削工藝系統(tǒng)的動態(tài)特性及應用研究.pdf

1、磨床的穩(wěn)定磨削是保證磨削加工順利進行和獲得高加工質(zhì)量的前提條件和關鍵技術之一。磨削工藝系統(tǒng)是磨床、刀具、夾具和工件的統(tǒng)一體，其動態(tài)性能的優(yōu)劣對穩(wěn)定磨削起到了至關重要的作用。本文基于非線性理論，通過對磨削加工過程的分析，研究了非線性振動與各種因素之間的關系，提出抑制磨削振動的措施;將有限元法和實驗模態(tài)分析法結合，分析了磨床的砂輪架主軸與砂輪軸連接狀態(tài)時自由模態(tài)和工況模態(tài)下的動態(tài)特性;基于不平衡量系統(tǒng)分析了砂輪軸的振動特性;對砂輪軸系統(tǒng)進行

2、了動平衡分析，設計了動平衡補償裝置;基于動態(tài)子結構法，采用理論分析、試驗測試和數(shù)值計算相結合的方法，系統(tǒng)地分析了高精密磨床的動態(tài)特性，并對薄弱的部件提出了改進方案。
　　 主要的研究工作包括以下幾個方面:
　　 (1)針對外圓磨削加工領域的非線性理論進行了研究，建立了磨削過程中非線性振動模型，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)對系統(tǒng)振動的影響，提出了保證磨削加工質(zhì)量增加阻尼和增大剛度的方法。基于

3、多尺度法，對磨削加工過程的共振區(qū)、非振區(qū)等的非線性振動性進行了定量分析，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程的非線性規(guī)律，為磨削過程中提高加工質(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驗模態(tài)分析相結合的方法，構建了主軸/砂輪軸系統(tǒng)在自由狀態(tài)、工況約束條件下的動力學模型，計算出系統(tǒng)的各階固有頻率和振型，通過實驗模態(tài)分析方法驗證了有限元模型的合理性，進一步分析了該磨床主軸轉速對刀

4、柄與主軸接觸應力的影響，軸向拉緊力對主軸/刀柄連接剛度、固有頻率和阻尼比的影響及工具系統(tǒng)結構的薄弱位置等。
　　 (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部分的振動情況;研究了轉速對砂輪軸系統(tǒng)振動量的影響;研究了砂輪系統(tǒng)的不平衡量值對工件質(zhì)量的影響。
　　 (4)從控制工程和計算力學的角度出發(fā)，設計了砂輪軸系統(tǒng)動平衡補償裝置。將動平衡校正

5、前后砂輪軸系統(tǒng)的動平衡精度等級、振動值及加工工件表面粗糙度值進行了比較，得出了在不同的轉速下，經(jīng)過動平衡裝置補償后，砂輪軸系統(tǒng)振幅值大幅減小，砂輪軸的平衡精度等級高于補償前;基于影響系數(shù)法對采用所設計的動平衡補償裝置的砂輪軸系統(tǒng)進行了單面和雙面動快速動平衡，使得動平衡過程中配重補償次數(shù)少于動平衡補償前的次數(shù)，縮短了平衡時間，提高了生產(chǎn)效率，證明了設計的動平衡補償裝置對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構結合部等效動力學模型。通過頻響函數(shù)試驗識別了某高效精密磨床各子結構結合面間剛度、阻尼動力學參數(shù)值，并對各子結構之間連接方式為固定錐度接合部、滾動軸承結合部、滑動導軌結合部和螺栓結合部的各子結構進行數(shù)值計算，得出低階固有頻率和振型，并進一步通過試驗測試結果修正模型邊界條件，獲得的結構動態(tài)特性數(shù)值計算結果與真實工況接近，為結構動態(tài)優(yōu)化提供了依據(jù)。
　　 (6)基于動態(tài)子結構法，將高效精密磨床結構及其