丝杠磨削加工质量因素分析及实验研究

论文摘要

本课题结合江苏省学者攀登计划项目“数控丝杠磨床精密智能磨削方法与关键技术研究”,针对滚珠丝杠在磨削加工过程中出现表面粗糙度大、表面振纹、磨削烧伤及裂纹等质量问题,开发了基于Visual Basic6.0的数据采集系统,通过理论分析与实验研究的方法,对丝杠磨削过程中影响丝杠磨削加工质量的温升、振动、噪声因素进行了研究,为提高滚珠丝杠磨削加工质量提供了理论依据。针对滚珠丝杠磨削加工过程中的温升问题进行了深入研究,探讨了磨削温度对丝杠磨削加工质量的影响。通过磨削机理分析及实验结果得出：随着磨削深度、工件速度的增加,丝杠表面温度升高,从而导致丝杠表面形貌恶化,表面粗糙度增大；为了进一步研究磨削深度、工件速度与磨削温度之间的关系,利用多元回归分析理论建立了磨削温度的数学模型,最后实验表明该模型获得的理论值与实验值较吻合。磨削加工过程中的振动是损坏丝杠磨削加工表面及增加丝杠形状误差的重要因素,本文基于对磨削过程中的振动机理及特性的分析,设计了振动测试系统,通过实验采集了丝杠在磨削加工过程中八个关键位置处的三个方向的振动信号,分别在时域及频域上对振动信号进行了分析；通过理论研究及实验分析可得：砂轮架、头架及尾架是磨床振动的薄弱环节,且砂轮架与砂轮架电机的振动频率最大且相近,是振动产生的主要来源；最后针对磨削加工过程中振动产生的主要来源,提出了相应的抑振措施。初步研究了噪声与振动的关系及噪声的主要来源,通过实验分析得出：磨削深度增大时,机床本底噪声不变,磨削声压级随着磨削深度的增大而增加；工件速度增加时,机床本底噪声随着增大,磨削声压级也随着工件速度的增加而增大。基于以上结论,提出了相应的降噪措施,改善了滚珠丝杠加工的环境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 影响磨削加工质量的因素
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 磨削温度的国内外研究现状
• 1.3.2 振动噪声的国内外研究现状
• 1.4 课题的背景及意义
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 2 丝杠磨削加工表面质量分析
• 2.1 磨削机理概述
• 2.2 磨削加工表面质量及影响因素
• 2.2.1 表面完整性及对工件使用性能影响
• 2.2.2 磨削表面创成机理及对表面质量的影响
• 2.2.3 工艺因素对磨削加工质量的影响
• 2.3 磨削温度
• 2.3.1 磨削区温度分布理论解析
• 2.3.2 磨削热的产生与传散
• 2.4 磨削加工中的振动
• 2.4.1 磨削加工中的颤振现象
• 2.4.2 引起磨削振动产生的因素
• 2.5 磨削加工中的噪声
• 2.5.1 振动与噪声的关系
• 2.5.2 磨削过程中噪声的产生
• 2.5.3 噪声的测量
• 2.6 本章小结
• 3 丝杠磨削温度特征研究
• 3.1 滚珠丝杠磨削温度测试系统设计
• 3.1.1 测试系统硬件选型
• 3.1.2 数据采集系统
• 3.1.3 实验设备及温度传感器的测点位置布局
• 3.1.4 数据采集系统软件设计
• 3.2 实验方案设计
• 3.3 丝杠温度测试及分析方法
• 3.3.1 滚珠丝杠磨削过程中各位置温升情况
• 3.3.2 磨削深度对磨削温度的影响
• 3.3.3 工件线速度对磨削温度的影响
• 3.4 数学模型的建立
• 3.4.1 最小二乘法
• 3.4.2 数学模型分析
• 3.5 磨削温度对丝杠质量的影响
• 3.6 提高丝杠磨削加工质量的措施
• 3.7 本章小结
• 4 振动信号的测试与特性研究
• 4.1 振动测试系统设计
• 4.1.1 振动信号数据采集系统
• 4.1.2 传感器的选型及振动测点位置的布置
• 4.2 振动信号采样离散化及采样定理
• 4.3 振动信号的分析方法
• 4.3.1 振动信号的时域分析
• 4.3.2 振动信号的频域分析
• 4.4 振动测试结果分析
• 4.4.1 振动信号时域图分析
• 4.4.2 振动信号频域分析
• 4.5 振动对丝杠磨削加工质量的影响
• 4.6 抑振措施
• 4.7 本章小结
• 5 磨削噪声特性研究分析
• 5.1 噪声测试技术及机理
• 5.2 声级计选型及数据采集系统软件设计
• 5.3 噪声测试实验结果分析
• 5.3.1 噪声特性分析
• 5.3.2 降噪措施
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文主要研究成果
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间所发表的学术论文