盆状砂轮磨削钟形壳椭圆沟道的研究

论文摘要

等速万向节钟形壳是汽车的重要部件之一，其内球表面具有弧形轨道和直形轨道两种形式，其轨道的截面为椭圆弧形，材料为55钢。目前，生产厂家大多采用指状砂轮近似磨削椭圆沟道，理论误差较大。为了减小钟形壳椭圆沟道磨削的理论误差，本文提出用CBN盆状砂轮磨削椭圆沟道的一种新方法，并建立了盆状砂轮的数学模型。分别采用模拟椭圆圆弧的方法、单纯形法、随机方向搜索法对盆状砂轮形状进行了优化。对某钟形壳椭圆沟道的仿真结果表明，最大理论误差可减小到0．631μm，小于数控钟形壳沟道磨床运动控制的最小单位。针对弧形沟道和直形沟道的不同磨削特点，分别讨论了盆状砂轮对刀点位置的确定以及沟道磨床的运动过程。利用Pro／Engineer建立了等速万向节钟形壳沟道专用CNC磨床的运动仿真系统，分析了CBN盆状砂轮的修磨量对沟道磨床对刀点的影响。进行了弧形沟道和直形沟道的磨削实验，并利用柔性关节臂座标测量机对磨削的沟道廓形进行了测量，进一步证实了这种磨削工艺的可行性。为了计算盆状砂轮磨削钟形壳椭圆沟道的磨削力，将该磨削过程简化为：均匀分布的磨粒沿着假想椭圆上绕砂轮轴高速移动，同时假想椭圆又在与砂轮轴成一定夹角的直线上作进给运动。将磨粒简化为圆锥形，且假设只有第一圈磨粒参与磨削工作，详细研究了轴向进给周边轮廓磨削稳定阶段和切入阶段的磨削力模型；根据磨粒间距测量实验、CBN砂轮平面磨削55钢的实验，采用随机方向搜索法对所建立的基于未变形磨屑厚度的平面磨削力通用模型进行了优化拟合，得到了磨削55钢的CBN砂轮的参数；根据CBN砂轮的参数和平面磨削实验数据，得到了CBN砂轮磨削55钢的单位磨削力的拟合公式；通过CBN砂轮轴向进给周边轮廓磨削55钢的实验，对建立的轴向进给周边轮廓磨削力模型进行了验证和分析。对CBN盆状砂轮磨削等速万向节钟形壳椭圆沟道的磨削力进行了分析。结果表明：在盆状砂轮磨削万向节钟形壳椭圆沟道的过程中，可以通过提高砂轮转速或减小进给速度的办法来减小磨削力和提高表面加工质量；盆状砂轮的总磨削力随磨粒间距的减小而增加，但单颗磨粒的磨削力和残留高度均随磨粒间距的减小而减小，因此在保证表面质量的前提下，可以使用磨粒间距较大的砂轮来减小磨削功率。利用Deforn-3D软件，针对单个磨粒分别进行了平面磨削和轴向进给周边轮廓磨削的有限元仿真分析，进一步验证了本文所建立的平面磨削力模型和轴向进给周边轮廓磨削力模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究目的及意义
• 1.2 钟形壳椭圆沟道磨削的国内外概况
• 1.3 CBN盆状砂轮磨削钟形壳椭圆沟道方法的提出
• 1.4 CBN砂轮磨削的国内外研究现状
• 1.5 本文的研究内容及创新点
• 2 钟形壳椭圆沟道磨削用盆状砂轮的优化
• 2.1 磨削直形椭圆沟道的盆状砂轮
• 2.2 磨削弧形椭圆沟道的盆状砂轮
• 2.3 本章小结
• 3 钟形壳椭圆沟道CNC磨床的运动仿真
• 3.1 计算机仿真技术的国内外应用概况
• 3.2 钟形壳沟道CNC磨床的运动仿真
• 3.3 CBN盆状砂轮的修磨量对沟道磨床对刀点的影响
• 3.4 椭圆沟道磨削实验及检测实验
• 3.5 本章小结
• 4 盆状砂轮磨削钟形壳椭圆沟道的磨削力
• 4.1 盆状砂轮磨削钟形壳椭圆沟道的简化力学模型
• 4.2 砂轮轴向进给周边轮廓磨削力模型
• 4.3 砂轮单位磨削力模型
• 4.4 盆状砂轮磨削钟形壳椭圆沟道的磨削力
• 4.5 本章小结
• 5 CBN砂轮磨削55钢的实验及数据分析
• 5.1 CBN砂轮磨粒间距的测量实验
• 5.2 CBN砂轮平面磨削力实验及数据分析
• 5.3 CBN砂轮轴向进给周边轮廓磨削力实验及数据分析
• 5.4 CBN盆状砂轮磨削钟形壳椭圆沟道的磨削力分析
• 5.5 本章小结
• 6 CBN砂轮磨削55钢的磨削力有限元分析
• 6.1 有限元分析在切削过程中的应用现状
• 6.2 单颗磨粒磨削力的有限元仿真分析
• 6.3 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表学术论文目录