细长轴类工件车削加工的研究

论文摘要

车削细长轴时,由于长径比大,在切削力作用下会产生弯曲变形与振动,故细长轴的车削加工目前仍是一个工艺难题。当前该问题的解决主要靠操作者的经验,因此对工人的技术水平要求很高,且效率很低。在科技高速发展的今天,对零件加工精度的要求越来越高,设计和制造的高效与自动化是今后发展的必然趋势,传统的加工方法很难满足加工精度和生产效率的要求,因此寻找解决细长轴车削加工难题的突破口就显得尤为重要。能否找出一种理论分析与试验相结合的方法,定量研究细长轴车削时的弯曲变形及尺寸误差的影响因素,寻求减小尺寸误差的方法,这对于细长轴车削加工具有重要的理论意义和应用价值。本文力图在建立细长轴车削过程中弯曲变形及尺寸误差模型的基础上,进行仿真及切削试验研究,并给出减小尺寸误差的方法。首先,对细长轴车削加工技术在国内外的发展状况进行了综述。国外此课题研究较少且集中于机理研究。国内研究较多,主要集中在加工技巧的总结与改进,如:切削用量的合理选择、专用跟刀架的研究以及增加附加作用力等方面。无疑,这些对减小细长轴的几何形误差和尺寸误差均起到了积极作用,但深入的理论研究不多。然后,研究了车削细长轴时的弯曲振动问题。细长轴的长径比大,具有梁的几何特征。为研究细长轴在切削力作用下的弯曲振动,在此以梁的振动理论为基础,建立了细长轴受切削力激励时弯曲振动的解析模型,并用振型叠加法求解了该模型的解。为了将回转运动纳入弯曲振动模型中,又以Timoshenko梁理论为基础,建立了更为精确的弯曲振动模型,并采用积分变换法求得了该模型的封闭解,即得出了细长轴切削点处挠度随时间的变化规律。再后,用联合模型研究了跟刀架及切削用量对细长轴尺寸误差的影响,从而找出了减小尺寸误差的方法。该联合模型包括三个子模型:一个是用经验公式求解切削力的子模型;第二个是细长轴在切削力与跟刀架共同作用下弯曲变形的有限元模型,其中跟刀架的力学模型揭示了跟刀架对细长轴的作用;第三个是细长轴弯曲变形与尺寸误差间几何关系的子模型。将这三个子模型联合后,当切削用量及跟刀架的刚度等条件已知时,就可求出细长轴加

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 细长轴车削加工的国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 误差补偿技术
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 基于Euler-Bernoulli梁理论的细长轴对切削力的响应建模
• 2.1 引言
• 2.2 横向振动微分方程的建立
• 2.3 固有频率与正则振型的求解
• 2.3.1 表达式的确定
• 2.3.2 表达式中常数的确定
• 2.3.3 固有频率和正则振型的求解步骤
• 2.4 细长轴在切削力作用下的振动
• 2.4.1 响应的解析解
• 2.4.2 切削力的计算
• 2.4.3 细长轴弯曲振动的仿真
• 2.5 细长轴弯曲振动的影响因素
• 2.5.1 剪切变形和转动惯量的影响
• 2.5.2 进给力Ff 的影响
• 2.6 本章小结
• 第3章 回转细长轴在切削力作用下的振动建模
• 3.1 引言
• 3.2 模型建立及实现
• 3.2.1 主体模型的建立
• 3.2.2 特征方程的解析解
• 3.3 仿真举例
• 3.4 细长轴变形量的影响因素
• 3.4.1 切削用量的影响
• p和主切削力F_c的影响'>3.4.2 背向力F_p和主切削力F_c的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 跟刀架与尺寸误差的建模
• 4.1 引言
• 4.2 切削力模型
• 4.3 细长轴弯曲变形的有限元模型
• 4.3.1 轴向力
• 4.3.2 扭矩
• 4.3.3 xz、yz 平面内的弯曲和剪切
• 4.4 跟刀架模型的建立及其它边界条件的确定
• 4.5 细长轴的尺寸误差模型
• 4.6 切削力与实际背吃刀量间的耦合关系
• 4.7 本章小结
• 第5章 试验验证及减小细长轴尺寸误差的途径
• 5.1 引言
• 5.2 细长轴尺寸误差联合模型的试验验证
• 5.2.1 车削试验设备及参数
• 5.2.2 车削试验与仿真结果的对比分析
• 5.3 采用弹性尾座拉紧装置的车削试验
• 5.3.1 弹性尾座拉紧装置
• 5.3.2 车削试验结果及分析
• 5.4 影响细长轴尺寸误差的因素分析
• 5.4.1 背吃刀量及进给量的影响
• 5.4.2 跟刀架刚度的影响
• 5.5 细长轴尺寸误差补偿的尝试
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间所发表的论文
• 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
• 致谢
• 个人简历