為了改善高液靜壓無心磨床砂輪主軸的受載變形情況,提升磨削時(shí)的旋轉(zhuǎn)精度,提出結(jié)合砂輪主軸的結(jié)構(gòu)和加工過程中的受力及變形情況,采用遺傳算法對(duì)砂輪主軸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先,分析了砂輪主軸的結(jié)構(gòu)原理及實(shí)際受力情況,提出通過提升砂輪主軸的剛度來減少主軸變形,接著建立了以主軸剛度最大、體積最小為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型,最后在MATLAB里利用遺傳算法編制程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行計(jì)算,并分析了迭代過程中砂輪主軸的剛度和體積變化情況。研究結(jié)果表明,砂輪主軸優(yōu)化后剛度提升了2.23%,從而改善了砂輪主軸磨削加工中的變形,提升了主軸的旋轉(zhuǎn)精度;體積縮小了1.35%,節(jié)省了制造成本,同時(shí)為相關(guān)軸類零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 

【文章來源】：組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2020,(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

砂輪主軸裝配示意圖

由上述對(duì)圖1的分析可知,高液靜壓無心磨床砂輪主軸是實(shí)心軸,軸承對(duì)主軸有支承力,動(dòng)力通過皮帶輪傳遞給主軸,皮帶輪對(duì)主軸有壓軸力,由理論計(jì)算可得,壓軸力為1500N。砂輪在磨削工件的過程中,工件材料要發(fā)生彈性和塑性變形,從而產(chǎn)生阻礙砂輪旋轉(zhuǎn)的阻力,并且砂輪磨粒和工件表面之間有摩擦力,這些構(gòu)成了砂輪磨削工件的磨削力,如圖2所示,磨削力可以分解為軸向磨削力Fx、切向磨削力Fz和徑向磨削力Fy[11],其中徑向磨削力Fy對(duì)主軸的剛性影響最大,軸向磨削力和切向磨削力對(duì)主軸的剛度影響較小,可以忽略不計(jì),通過理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量,可得最大的徑向磨削力為2400N。根據(jù)材料力學(xué)知識(shí),將砂輪主軸簡(jiǎn)化為圖3所示的簡(jiǎn)支梁,必須做如下簡(jiǎn)化:①由于砂輪主軸是靠靜壓滑動(dòng)軸承支承,在工作時(shí),主軸高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)靜壓腔的潤(rùn)滑油在主軸的表面形成支承油膜,支承砂輪主軸工作,故支承是彈性支承,主軸是剛性軸。②根據(jù)滑動(dòng)軸承的分布和砂輪的位置分析,可知軸承2、3為主支承,軸承1為輔助支承。③軸承的支承力R1、R2、R3,皮帶輪的壓軸力P,砂輪的徑向磨削力Q,不在同一平面內(nèi),為簡(jiǎn)化計(jì)算過程,假設(shè)這三類力在同一平面內(nèi)。

根據(jù)材料力學(xué)知識(shí),將砂輪主軸簡(jiǎn)化為圖3所示的簡(jiǎn)支梁,必須做如下簡(jiǎn)化:①由于砂輪主軸是靠靜壓滑動(dòng)軸承支承,在工作時(shí),主軸高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)靜壓腔的潤(rùn)滑油在主軸的表面形成支承油膜,支承砂輪主軸工作,故支承是彈性支承,主軸是剛性軸。②根據(jù)滑動(dòng)軸承的分布和砂輪的位置分析,可知軸承2、3為主支承,軸承1為輔助支承。③軸承的支承力R1、R2、R3,皮帶輪的壓軸力P,砂輪的徑向磨削力Q,不在同一平面內(nèi),為簡(jiǎn)化計(jì)算過程,假設(shè)這三類力在同一平面內(nèi)。綜上所述,砂輪主軸在空間中主要受3個(gè)軸承的支承力,皮帶的壓軸力和砂輪的徑向磨削力,且這5個(gè)力會(huì)隨時(shí)間的變化而不斷地變化,因此砂輪主軸在工作的過程中會(huì)不斷受交變力的影響,主軸易發(fā)生變形,無法保證主軸的圓柱度,直接影響到主軸的旋轉(zhuǎn)精度;為改善主軸的變形情況,提升主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)精度,需在保證整個(gè)砂輪主軸系統(tǒng)正常工作的情況下提高砂輪主軸的剛度,而以主軸的剛度最大為目標(biāo),用特殊的算法對(duì)砂輪主軸進(jìn)行優(yōu)化,是在保證各種工作條件不變的情況下提高砂輪主軸剛度最直接的辦法。


本文編號(hào)：3373842