大型曲轴随动磨削加工控制模型研究

作     者：宋亚军 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周怡君;邵奎武

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：曲轴 随动磨削 有限元 砂轮架 中心架 CAPP 

摘      要：曲轴是内燃机等机构的重要部件之一,其连杆颈的圆度直接影响着内燃机的工作效率,工作噪声水平等。传统的曲轴磨削通过使用调偏心法来对曲轴连杆颈进行加工,不仅准备时间长,加工精度也难以保证。随动磨削作为一种高效的曲轴磨削加工方法,只需经过一次装夹,即可完成对曲轴类偏心零件主轴颈、连杆颈的磨削过程,具有定位误差小、工件装夹调整次数少、加工精度高等优点。因此,随动磨削技术是曲轴磨削加工的发展趋势,探究对其加工过程的控制具有很重要的意义。本文通过对曲轴随动磨削原理及加工过程的研究,通过对随动磨削过程的仿真,确定了恒当量磨削进给量磨削时砂轮架的运动规律及控制方案;制订了保证加工质量的随动磨削中心架支撑方案,进而保证了磨削过程中曲轴的无振动旋转;在此基础上开发了曲轴随动磨削CAPP专家系统,完善了磨削加工工艺的开发过程。具体内容包括：1.随动磨削技术原理及模型研究。对曲轴随动磨削的原理进行了简单分析,提出了恒当量磨削进给量磨削的概念,并对磨削过程中的磨削力进行计算,为仿真分析提供了相关的参数;2.砂轮架运动学分析。通过使用ADAMS结构动力学分析软件对随动磨削加工过程进行仿真。得到了随动磨削过程中砂轮架运动的各项运动规律,并结合Matlab中的理论计算结果进行验证,为下一步实现对砂轮架运动的控制打下了基础;3.中心架支撑方案研究。为了保证加工时曲轴工件的无振动旋转,防止曲轴在重力、自转离心力作用下发生挠曲变形,确定了合理的中心架支撑方案。具体过程为：1.运用ANSYS有限元分析软件对曲轴工件进行模态分析,得到曲轴部件的固有振型,据此预测加工过程中零件的危险位置;2.对在重力、自转角速度的影响下曲轴的变形和应力进行了仿真,参照模态分析的结果,得到了中心架支撑位置的选择依据;3.通过对多种中心架支撑方案的仿真结果进行对比。确定了合理的中心架数目以及对应的支撑位置。最终确定了随动磨削过程的中心架支撑方案;4.随动磨削CAPP专家系统开发。在确定了完整的曲轴随动磨削加工工艺及控制方案后,以砂轮架运动控制函数组为算法核心,使用Qt creator以及MySQL作为开发工具,初步开发了随动磨削CAPP专家系统,并通过实际加工过程进行验证,使随动磨削工艺开发过程更具效率。