高速砂轮切割试验机的研制及磨切区温度场仿真

论文摘要

树脂薄片切割砂轮(以下简称锯片)是磨具产品中最常见的产品之一。但在高速锯切领域,国内产品与国外产品有较大差距,目前国内公司已经开始从事高转速及超高转速磨具产品的生产与开发。为保证锯片在高转速下稳定安全工作,产品从配方到用料、加工、以及成品检测都有较严格的规定。其中锯片成品检测包括平面度检测、静平衡检测、回转试验以及锯切试验等。锯切试验作为砂轮出厂的最后一道检测工序,它的数据直接反映出一批产品的锯切性能。针对现有高速锯片锯切试验方法的缺陷,本文分析了该试验对锯切试验机及其零部件的要求,提出了锯切试验机的总体设计方案及各部件的具体解决方案。根据该方案,设计并制造出高速锯片锯切试验机。该试验机实现了锯片在锯切过程中定进给力的加载,解决了高转速下轴承可能出现的发热及整机的震动问题,较为简单地实现了大直径工件的夹装、调心及旋转,很好地解决了高速锯片在锯切大直径工件时的散热问题。根据锯切试验检测锯片的具体情况,给出了判定锯片质量好坏的方法,提出锯切效能的概念。为了研究高速锯片在锯切大直径工件时的性能,为试验机的改进提供解决方案,以及为大直径、高速度锯切机床的研制提供理论依据,本文分别采用试验及仿真分析的方法研究了锯片在磨削切割区温度场的分布情况。试验采集了锯片在锯切直径为160mm圆钢时周围环境温度随时间变化的数据。分析锯切工况,得出锯片锯切进给模型及边界条件加载模型。根据以上分析,使用APDL语言建立了工件有限元实体模型,完成了时间变化载荷的加载、分析及后处理。最终得出数据结果以及温度场分布图,同时与试验采集数据进行对比,实现分析数据对机器设计改进的指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外磨削理论及仿真的研究现状
• 1.3.1 国内外磨削理论的研究现状
• 1.3.2 国内外计算机仿真磨削温度场的研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 高速锯片切割试验机的研发
• 2.1 问题的分析
• 2.2 薄片树脂砂轮切割试验机的总体方案
• 2.2.1 锯切原理
• 2.2.2 试验方案的确定
• 2.2.3 进给系统的设计
• 2.2.4 夹具的设计
• 2.2.5 调速系统的设计
• 2.2.6 机电传动控制部分设计
• 2.3 安全性
• 2.4 各个部件的设计
• 2.4.1 动力部分的设计
• 2.4.2 电机的选择
• 2.4.3 传动系统的设计
• 2.4.4 轨道选择及滑块排放
• 2.4.5 关键部件的设计
• 2.4.5.1 机头的设计
• 2.4.5.2 工件夹具的设计
• 2.5 试验机的使用及锯片的质量判断
• 第三章 试验数据采集与分析
• 3.1 数据采集的目的及方法
• 3.2 试验数据的记录
• 3.3 试验数据的分析
• 第四章 磨切区温度场的ANSYS分析及仿真
• 4.1 磨削区温度场的温度计算方法
• 4.2 磨削区温度场的理论分析
• 4.2.1 磨削过程中磨削热的产生
• 4.2.2 磨削区温度场定义
• 4.2.3 磨削区温度场研究方法
• 4.2.4 导热微分方程的建立
• 4.3 温度场有限元法分析理论基础
• 4.4 ANSYS热分析
• 4.4.1 热分析类型
• 4.4.2 线性与非线性分析
• 4.4.3 热分析材料的基本属性及边界条件
• 4.4.4 热载荷
• 4.5 砂轮锯切过程中磨切区的温度场分析及仿真
• 4.5.1 有限元模型的建立
• 4.5.2 材料特性参数
• 4.5.3 确定单元类型
• 4.5.4 划分网格
• 4.5.5 磨削区温度场的求解
• 4.5.5.1 时间步长的确定
• 4.5.5.2 边界条件的处理
• 4.5.5.3 移动热源的加载
• 4.6 磨切区温度场的分布
• 4.6.1 整体温度场的分布
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录一 作者研究生期间发表的论文发表的论文
• 附录二 作者研究生期间完成和参与的科研项目
• 附录三 锯切试验机的部分关键零部件
• 致谢