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大导程滚珠螺母内滚道精密磨削关键技术研究

大导程滚珠螺母内滚道精密磨削关键技术研究

作者：胡臣厦门大学

学位级别：硕士

随着现代工业的发展,高速化、精密化已然成为滚珠丝杠副发展的主流方向。由于受到临界DmN值(Dm为滚珠丝杠公称直径,N为丝杠最高转速)的限制,滚珠丝杠副转速的提升有所局限,增大导程成了其实现高速化的主要途径。然而,滚珠丝杠副导程增... 详细信息

随着现代工业的发展,高速化、精密化已然成为滚珠丝杠副发展的主流方向。由于受到临界DmN值(Dm为滚珠丝杠公称直径,N为丝杠最高转速)的限制,滚珠丝杠副转速的提升有所局限,增大导程成了其实现高速化的主要途径。然而,滚珠丝杠副导程增大的同时,其制造难度也相应增加,特别是大导程内螺旋滚道的精密加工,更是如此。在此背景下,本论文以实现大导程滚珠螺母内滚道高精高效及智能化加工为目标,结合理论分析计算、模拟仿真及试验加工验证,对大导程内螺旋面精密磨削关键技术进行了深入研究。论文主要包括以下几方面内容:1.分析了螺母滚道型面形状及其重要结构参数,并基于微分几何理论及齿轮啮合原理,完成了以法向截形为母线的滚道螺旋面建模及任意两截形间的变换求解,进一步详细推导了螺母滚道螺旋面与砂轮回转面间的接触条件式,为大导程螺母内滚道成形磨削研究和误差分析及补偿提供理论基础。2.在螺旋面磨削几何成形理论研究的基础上,建立了通用化大导程内螺旋面与砂轮回转面互逆求解数学模型。结合实例计算,研究了成形砂轮设计中接触线方程解的正确选取、砂轮截形后处理及接触线位姿形态与砂轮截形影响因素等关键技术要点。针对砂轮安装参数受限时接触线因长度不足无法磨削包络出整个双圆弧滚道这一问题,提出以滚道接触区廓形最大化为目标的精密磨削工艺及相应砂轮选型与安装参数优选方法。3.基于内螺纹磨床运动特点及空间齐次坐标变换原理,建立了砂轮与螺母空间位姿多自由度误差模型,据此揭示了砂轮与螺母相对位置误差对滚道廓形精度的影响规律及程度,并提出一种基于滚道型线修正重构的廓形误差补偿方法。为提高大导程螺母滚道磨削用成形砂轮设计求解效率及滚道加工精度,在前文研究的基础上,设计开发了大导程滚珠螺母专用磨削可视化软件。4.基于CAD/CAM技术,完成了大导程螺母内滚道磨削全过程的模拟仿真及滚道廓形数据的提取分析。通过现场磨削试验及滚道廓形检测,验证了前文数学模型和误差补偿方法的正确性和有效性。

关键词：大导程滚珠螺母砂轮设计磨削分析误差补偿仿真加工

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球笼沟道磨床精度分析与执行系统改进设计

球笼沟道磨床精度分析与执行系统改进设计

作者：朱嘉敏合肥工业大学

学位级别：硕士

等速万向节在汽车的传动系统中扮演了无法取代的角色,并且在其运动期间承受了车辆的扭矩负载。球笼沟道磨床作为磨削等速万向节中重要零件星形套椭圆形弧沟道的专用加工设备,研究其加工精度和效率对机床工业和汽车工业的发展会产生具有... 详细信息

等速万向节在汽车的传动系统中扮演了无法取代的角色,并且在其运动期间承受了车辆的扭矩负载。球笼沟道磨床作为磨削等速万向节中重要零件星形套椭圆形弧沟道的专用加工设备,研究其加工精度和效率对机床工业和汽车工业的发展会产生具有深远意义的影响。本文以多体系统动力学为理论依据,以低序体阵列的方式表述出球笼沟道磨床的拓扑结构,在此基础上构造了沟道磨床的几何误差模型。采用矩阵微分法计算得到了各个误差项的敏感度系数,由此获得了每个误差项对球笼沟道磨床空间误差的影响程度,为机床的精度分配乃至结构设计、改造提供了理论支撑;在UG软件的加工模块中生成磨削砂轮的运动轨迹,根据机床控制系统构造后处理器,将刀轨文件经后处理后得到适用于球笼沟道磨床的数控加工代码,再结合VERICUT软件对机床加工星形套弧沟道的加工过程进行模拟仿真,并将加工过程仿真加工出的零件与设计图纸进行比较分析,得出了加工弧沟道时在弧沟道深度方向上的误差;基于生成的刀具轨迹及数控程序,得出进给系统的定位精度和稳定性是影响沟道加工精度和加工表面质量的重要因素,以此为基础分析了影响进给系统定位精度和稳定性的主要因素,对进给系统的设计和改进提供了参考依据;基于上述研究提出了一种改变砂轮形状来磨削星形套沟道的方案,对砂轮尺寸进行了设计计算,根据砂轮磨削沟道的过程对磨削后沟道的误差进行了计算与分析,设计了机床的空间布局,仿真得出了新磨削方式磨削沟道的误差,与改造前对比,误差有所减小,从理论上验证了方案的可行性。论文中建立的几何误差模型以及敏感度分析模型、运用的加工过程仿真方法、定位精度分析方法和磨削砂轮的设计分析方法,对机床的精度设计提供了有益的参考。

关键词：球笼沟道磨床几何误差加工过程仿真进给系统砂轮设计

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超高速点磨削表面质量影响因素的研究

超高速点磨削表面质量影响因素的研究

作者：刘月明东北大学

学位级别：硕士

超高速点磨削是超高速磨削的一种更为先进、高效的磨削方式,集成了数控技术,CBN砂轮技术和超高速磨削技术等先进技术。点磨削加工技术主要用于轴类零件的加工,目前已经在国外汽车、机床及工具制造业中得到广泛应用,但是理论研究尚处于... 详细信息

超高速点磨削是超高速磨削的一种更为先进、高效的磨削方式,集成了数控技术,CBN砂轮技术和超高速磨削技术等先进技术。点磨削加工技术主要用于轴类零件的加工,目前已经在国外汽车、机床及工具制造业中得到广泛应用,但是理论研究尚处于起步阶段。点磨削加工与普通的外圆磨削相比较,点磨削具有磨削力小,磨削温度低等优点,但是在国内外对其磨削机理,磨削质量控制等方面的研究及其相关技术信息鲜见报道。国内的部分汽车制造企业针对特定的轴类零件的加工,全套引进了这一点磨削技术,由德国的勇克公司制造的QUICKPOINT5000被引进了国内,但是由于不掌握其核心技术及其相应的理论,只能采用原点磨削机床自带的工艺程序,不能进行工艺开发,应用范围有限。因此,这项新工艺的许多关键技术及理论、新的应用领域有待于进一步开发和研究。超高速点磨削采用超薄砂轮(4-6mm)CBN砂轮和90-160m/s的砂轮线速度,点磨削工艺的工作原理是：在水平和垂直两个方向上,要求砂轮轴线和工件轴线形成夹角,主要的作用是使砂轮和工件理论上点接触,并且应用的砂轮形状与普通的砂轮是不用的,它具有粗磨区倾角。总结全文,本论文的主要研究工作包括以下几个方面：(1)叙述了超高速磨削技术和超高速点磨削工艺的发展状况、特点及应用状况,总结了点磨削的相关技术及国内外发展状况,并结合点磨削工艺的实际发展状况提出了本课题的研究意义和研究内容等。(2)根据新型砂轮的具体形状,分析了砂轮周边粗磨削区域和精磨削区域的作用,介绍了砂轮轴线与工件轴线之间夹角的作用,推导粗磨削区域和精磨削区域在磨削中各自去除材料的体积分配,推导粗磨削区的砂轮和工件的等效直径和等效线速度,由等效直径得到了在点磨削中接触区域的接触弧长,利用Abaqus/Explicit有限元法对切削过程进行仿真,得出已加工表面的残余应力随磨粒切削速度改变和表面深度改变的变化情况,为超高速点磨削实现高精度加工奠定理论基础。(3)采用轴对称结构的有限元模型,先从理论上分析了等厚度砂轮基体的径向应力和环向应力的分布状况及砂轮在高速旋转的时候产生的径向位移膨胀量。利用ABAQUS仿真了砂轮不同截面的变厚度基体在150m/s速度下的应力分布和径向位移膨胀量,确定砂轮基体的材料和截面形状,分析磨粒、粒度、结合剂、浓度及磨粒层的尺寸之间的关系和工件表面质量的关系。(4)设计验证普通外圆磨削与点磨削中径向磨削力和切向磨削力的大小区别的实验,结合普通外圆磨削中切向力和径向力的公式,推导在点磨削的条件下力的表达式,在理论上比较有无变量角度的影响,用测力顶尖测得有无变量角度α时,对磨削力的影响,分析测量得到的磨削力的差别及误差来源。(5)总结了本文研究所得到的结论,并对下一步研究提出了建议。

关键词：超高速点磨削砂轮设计仿真磨削力

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摆线齿螺旋锥齿轮的磨齿加工方法研究

摆线齿螺旋锥齿轮的磨齿加工方法研究

作者：文怿恺重庆理工大学

学位级别：硕士

螺旋锥齿轮因其传动比大、传动平稳、使用寿命长等特点而被广泛使用于非平行轴之间的传动中。螺旋锥齿轮中有弧线齿和摆线齿两种齿制,其中摆线齿螺旋锥齿轮由于其连续分齿的加工机理,在一次装夹中可以完成齿轮全部齿面的加工,使其具有... 详细信息

螺旋锥齿轮因其传动比大、传动平稳、使用寿命长等特点而被广泛使用于非平行轴之间的传动中。螺旋锥齿轮中有弧线齿和摆线齿两种齿制,其中摆线齿螺旋锥齿轮由于其连续分齿的加工机理,在一次装夹中可以完成齿轮全部齿面的加工,使其具有加工方式更为高效,传动性能更强的优势。但摆线齿锥齿轮同时也具有不能磨齿的劣势,其齿面精度通常会在热处理后被一定程度的破坏而无法精确修正齿形,使其优势难以完全体现。本文针对摆线齿无法磨齿的情况,利用端面滚齿法的基本加工原理分析摆线齿齿面形态,运用微分几何学分析了其磨齿加工在数学上的可行性,并根据连续分齿运动的原理对实现方法进行了研究探索,旨在得到一种不破坏摆线齿自身形面,具有高精度及批量生产适应性,对于不同成形方式的齿面均能利用单次走刀加工整个齿面的磨齿方法。本文完成的研究内容如下:1.通过对端面滚齿加工的连续分齿运动原理的分析,推导了摆线齿螺旋锥齿轮齿面方程和齿面离散点坐标的求解方法,在此基础上可进行齿面几何特征的分析以及建立齿轮三维模型。2.按照成形法摆线齿齿面生成的原理,提出成形法摆线齿磨齿加工的实现方法,进行了砂轮设计参数的计算,并对磨齿加工时的工作面和非工作面分别进行了干涉分析计算,实现了根据干涉情况对砂轮进行扩口处理的修正参数的求解方法。3.根据弧线齿锥齿轮单齿分齿的思想及优化计算,利用空间中一回转体对端面滚齿展成法加工产形轮进行了低误差替代,计算了替代后的单齿分齿加工运动相关参数。利用全数控螺旋锥齿轮机床加工柔性,引入高阶运动参数对磨齿运动进行修改,求解了能有效降低替代偏差的各加工参数,在此基础上计算生成全齿面理论偏差情况,实现了对替代齿面偏差的控制。4.研究了传统机械机床下刀位点的计算方法,以及将左、右旋构件坐标系分别转化至全数控机床结构下的刀位变换方法,在仿真软件中构建了机床及刀具实体三维模型,进行了磨齿仿真实验,验证了加工运动控制方法的正确性。

关键词：摆线齿螺旋锥齿轮磨齿砂轮设计干涉分析高阶运动