M1432A型万能外圆磨床磨削振动及机构动力学研究

论文摘要

磨削加工是指利用磨料或磨具以较高的线速度旋转,以切除工件上多余材料,对工件表面进行加工的方法。磨削加工的精度能达到IT5～IT6级,甚至高于IT5级,表面粗糙度为Ra0.32～Ra1.25μm。磨削加工的发展方向是高速磨削、强力磨削、超硬磨削,特别是强力磨削。然而磨削加工中的振动会严重影响加工工件的精度与表面质量,因此需要研究磨削加工中振动的特性,探索提高加工工件表面质量与生产效率的有效途径。文章详细介绍了磨削原理、振动理论基础、非线性振动及有限元原理与方法,以M1432A型外圆磨床为研究对象,在考虑影响磨削精度的主要因素基础上,建立了两自由度的外圆磨削系统非线性振动模型,将外圆磨削力作为激振力。利用MATLAB进行仿真分析,得到了关于角频率的分岔图、相图及庞加莱截面图,分析了其对系统振动特性的影响。研究结果表明,磨削加工过程中须避免角频率与振动系统固有频率相近,以避开系统的概周期运动或混沌运动,即磨床在起动和停车阶段以及转速在接近磨床固有频率时,系统运动状态不稳定,会引起加工工件表面质量的严重下降,实际生产中应避开磨床处于此种运动状态。文章最后对M1432A型外圆磨床的砂轮架主轴机构进行了模态分析,运用SolidWorks完成了相关零件的三维实体模型的建立,并用Simulation对砂轮架主轴机构进行有限元分析求解,得到了砂轮架主轴的前12阶振型,重点分析了对振动影响较大的频率,提出了相应的控制措施,例如避开砂轮主轴主电动机的固有频率,避免共振的发生,以提高磨削加工的精度与表面质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.1.1 磨削加工简述
• 1.1.2 磨削加工中的振动
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 磨削力概述
• 1.2.2 机械振动理论的研究现状
• 1.3 课题的主要研究内容与方法
• 1.4 本章小节
• 2 磨削理论与振动理论概述
• 2.1 切削基本原理
• 2.2 磨削机理
• 2.2.1 磨削加工的特点
• 2.2.2 接触弧长和磨削长度
• 2.2.3 磨削力的计算方法
• 2.3 磨削加工过程中的颤振
• 2.4 非线性科学概述
• 2.4.1 非线性科学发展历程
• 2.4.2 非线性科学主要研究内容
• 2.5 非线性振动理论概述
• 2.5.1 振动系统的分类
• 2.5.2 非线性振动系统微分方程的解法
• 2.5.3 非线性振动系统相图法概述
• 2.5.4 奇点稳定性理论概述
• 2.6 本章小节
• 3 M1432A型外圆磨床磨削振动研究
• 3.1 M1432A型万能外圆磨床概述
• 3.2 外圆磨削非线性振动模型的建立
• 3.2.1 系统建模理论基础
• 3.2.2 外圆磨削系统建模
• 3.3 外圆磨床系统参激振动共振求解
• 3.3.1 主共振求解
• 3.3.2 非主共振求解
• 3.3.3 亚谐波共振求解
• 3.4 外圆磨削振动系统稳定性分析
• 3.5 外圆磨削系统数值仿真
• 3.6 本章小节
• 4 M1432A型外圆磨床结构的模态分析
• 4.1 模态分析的理论基础
• 4.2 有限元方法与分析步骤介绍
• 4.3 Simulation概述
• 4.4 砂轮架主轴系统模态分析
• 4.4.1 砂轮架主轴系统概述
• 4.4.2 砂轮架主轴系统三维实体建模
• 4.4.3 Simulation模态分析与求解
• 4.5 本章小节
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 攻读学位期间取得的研究成果