本文選題：凸輪軸磨削　切入點(diǎn)：加工質(zhì)量　出處：《湖南大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：凸輪軸作為汽車、內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)的一種量大面廣的關(guān)鍵零部件,其精度和質(zhì)量穩(wěn)定性直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量、壽命、廢氣排放和節(jié)能。隨著能源危機(jī)的爆發(fā)以及新標(biāo)準(zhǔn)的施行,如何提高加工質(zhì)量和加工效率是凸輪軸加工亟待解決的問題。為了保證凸輪軸的加工質(zhì)量和加工效率,一般采用高性能凸輪軸數(shù)控磨床對(duì)其進(jìn)行高效精密磨削加工。但是由于凸輪軸屬于細(xì)長(zhǎng)桿件,其剛性較差,同時(shí)輪廓型面復(fù)雜給磨削加工帶來極大困難。本文以凸輪軸高速數(shù)控磨削加工為研究對(duì)象,進(jìn)行凸輪軸磨削加工質(zhì)量的影響因素分析及關(guān)鍵技術(shù)研究,在凸輪軸原始升程數(shù)據(jù)擬合優(yōu)化、多圈磨削減少彈性退讓、磨削穩(wěn)定性分析與顫振抑制、工件轉(zhuǎn)速優(yōu)化、磨削加工誤差分析與補(bǔ)償?shù)忍岣吣ハ骷庸べ|(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)上形成突破,解決當(dāng)前凸輪軸磨削加工中存在較大的原始升程數(shù)據(jù)測(cè)量誤差、砂輪架進(jìn)給彈性退讓、磨削振動(dòng)、磨削輪廓誤差等問題。本文所做的研究工作內(nèi)容主要包括:1)分析了凸輪軸磨削加工方式和工藝特點(diǎn),對(duì)包含測(cè)量誤差的原始離散凸輪升程數(shù)據(jù)進(jìn)行三次樣條函數(shù)插值法光順,實(shí)現(xiàn)凸輪軸原始升程數(shù)據(jù)的擬合優(yōu)化;在近似恒線速度數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,介紹了凸輪軸X-C軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨削工藝流程。2)建立了凸輪軸磨削法向磨削力的數(shù)學(xué)模型,開展了磨削力和砂輪彈性退讓位移實(shí)驗(yàn)研究;探討了凸輪軸在不同轉(zhuǎn)角、磨削深度及磨削圈數(shù)的彈性退讓規(guī)律;通過多圈進(jìn)給磨削減少了砂輪彈性退讓。通過動(dòng)剛度測(cè)試對(duì)凸輪軸磨床各主要部件的共振頻率和臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行分析,找出了機(jī)床加工過程中整機(jī)動(dòng)剛度的主要薄弱環(huán)節(jié),并對(duì)這些薄弱環(huán)節(jié)提出了優(yōu)化措施。3)建立了凸輪軸高速磨削過程的動(dòng)力學(xué)模型,分析了凸輪軸磨削加工的穩(wěn)定性區(qū)域與不穩(wěn)定性區(qū)域;通過模態(tài)分析求解磨削工藝系統(tǒng)的固有振型與固有頻率,得到其薄弱環(huán)節(jié);結(jié)合穩(wěn)定性葉瓣圖、系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)和控制理論提出了相關(guān)的抑振方法。4)建立了凸輪軸磨削系統(tǒng)的Simulink仿真模型,得到凸輪軸高速磨削加工的臨界磨削深度,驗(yàn)證了變速磨削的抑振效果;通過實(shí)驗(yàn)研究了磨削工藝參數(shù)對(duì)加工波紋度和粗糙度的影響規(guī)律,驗(yàn)證了穩(wěn)定性葉瓣圖的正確性,得到了凸輪軸高速磨削的最優(yōu)速比和最佳砂輪線速度區(qū)間。5)分析發(fā)現(xiàn)凸輪軸X-C軸聯(lián)動(dòng)恒線速度磨削中,某些凸輪轉(zhuǎn)角區(qū)間的砂輪架進(jìn)給速度、加速度、加加速度超出砂輪架進(jìn)給伺服系統(tǒng)允許的最大值;基于砂輪架進(jìn)給不同加速方式的計(jì)算模型對(duì)該區(qū)間工件主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行積分反求,替換該區(qū)間的工件主軸轉(zhuǎn)速并進(jìn)行整體的三次樣條曲線擬合;通過工件主軸轉(zhuǎn)速優(yōu)化前后的對(duì)比實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了凸輪工件主軸轉(zhuǎn)速優(yōu)化方法的正確性。6)分析了凸輪升程與輪廓在磨削誤差方面的變化趨勢(shì);建立了凸輪虛擬升程的構(gòu)建模型及其最小二乘多項(xiàng)式擬合的光順?biāo)惴?建立了凸輪軸X-C軸聯(lián)動(dòng)磨削升程誤差分析與補(bǔ)償模型;利用誤差補(bǔ)償處理后的虛擬升程進(jìn)行凸輪軸磨削加工實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了模型的正確性。
[Abstract]:As the key parts of automobile camshaft, a large volume of internal combustion engine industry wide, the precision and stability of quality directly affects the quality of life of the engine, exhaust emission and energy saving. With the outbreak of the energy crisis and the implementation of new standards, how to improve the machining quality and machining efficiency is the Camshaft Machining urgent the problem. In order to ensure machining quality and efficiency of the camshaft by high performance camshaft CNC grinding machine for high precision grinding on it. But because the camshaft belongs to the slender rods, the less rigid, with complex shape contour grinding to bring great difficulties. In this paper, high speed CNC grinding for camshaft study of cam grinding quality influence factor analysis and key technology research, in the original cam lift data fitting optimization, multi circle grinding less elastic Yield analysis and inhibition of grinding chatter stability, workpiece speed optimization, machining error analysis and compensation to improve the formation of a breakthrough key technology of grinding quality, solve the camshaft grinding in the presence of the original lift measurement error is large, the grinding wheel grinding vibration, elastic yielding, grinding contour error. Research the main works of this paper include: 1) analysis of the camshaft grinding mode and process characteristics, three spline interpolation smoothing process of original discrete data cam contain measurement errors rise, realize the optimization of camshaft lift fitting original data; based on the approximate mathematical model of constant line speed on the camshaft, X-C axis NC grinding process.2) established a mathematical model of cam shaft grinding method to the grinding force, grinding force and grinding wheel to carry out elastic yielding a Experimental study on shift; cam shaft at different rotation angles, grinding depth and grinding of elastic yielding turns; through feed grinding wheel ring reduces the elastic yielding. Through the analysis of the dynamic stiffness test of the resonance frequency of the main components of the camshaft grinder and critical speed, find out the main weak links in the machining process the dynamic stiffness, and the optimization measures of.3 of these weak links) established a dynamic model of cam shaft high speed grinding process, analysis of the regional stability region of camshaft grinding and instability; analysis of natural vibration mode and natural frequency for the grinding process system through the modal, the combination of weak links; the stability lobes diagram, system of the weak link and control theory put forward.4 method in vibration suppression related) Simulink simulation model was established for camshaft grinding system, get the camshaft speed The critical grinding depth of grinding, verify the vibration suppression effect of variable speed grinding; grinding process parameters through the experimental study on machining waviness and roughness were investigated, verified the stability lobes, the optimal ratio of the camshaft speed grinding wheel speed and the best interval.5) analysis camshaft X-C axis constant linear velocity grinding, the grinding wheel speed, some cam angle interval acceleration, jerk beyond the grinding wheel feed servo system of the maximum allowed value; the grinding wheel based on different speed computation model for the range of workpiece spindle speed reverse integral, replace the workpiece spindle speed range and the whole three spline curve fitting; through the contrast experiment before and after the workpiece spindle speed optimization, validate the.6 cam spindle speed optimization method) points Analysis of the changing trend of cam lift and contour error in grinding cam; virtual lift model and least square polynomial fitting smoothing algorithm is established, a cam shaft X-C axis grinding lift error analysis and compensation model; for camshaft grinding experiment using virtual lift error compensation after treatment and verify the correctness of the model.

【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG580.6

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本文編號(hào)：1566203