曲轴非圆磨削轨迹控制关键技术研究

论文摘要

曲轴是各种内燃机的关键零件,高效、高精度加工曲轴一直是内燃机生产厂家追求的目标。传统的曲轴磨削加工采用专用夹具调偏心方法加工连杆颈,生产准备时间长,生产设备柔性差。国外曲轴非圆磨削虽然有现成的产品,但价格昂贵,且其核心技术并不公开,有关曲轴非圆磨削的关键控制技术都是各生产企业的绝密技术,几乎没有实质性公开论文或资料发表。国内虽然华中理工、湖南大学等进行了一定的理论研究,但还没有产品推出。由于磨削机理的复杂性、随机性、不确定性,以及曲轴结构复杂刚性差,变形量大,再加上数控系统本身对非圆磨削精度的影响,仅按理论运动轨迹进行数控磨削无法保证曲轴的最终质量要求。因此,分析并计算各种因素对曲轴非圆磨削过程的影响,建立准确补偿模型是实现曲轴非圆磨削控制的关键问题。本文根据磨削机理,综合考虑磨削过程中的精度要求和表面质量,分析了曲轴非圆磨削过程的各种影响因素,在基于运动模型基础上建立了补偿模型,完成了以下创造性的工作:1.为同时保证磨削加工尺寸精度和表面质量,提出了以恒线速度运动为基础的带恒磨除率补偿曲轴非圆加工的运动模型,恒线速度可保证曲轴连杆颈的表面质量,恒磨除率可保证工件的加工精度,实现了表面质量与加工精度的双重控制。2.曲轴的结构复杂,不同角度下的刚度不同,受力变形也不相同。针对曲轴连杆颈磨削过程受磨削力的变形量不同,提出了四点刚度受力变形计算方法,并根据曲轴磨削过程特点,给出了曲轴非圆磨削的磨削力计算公式,为曲轴非圆磨削过程中的力变形误差补偿奠定了基础。3.研究了数控插补及伺服滞后对磨削质量的影响,证明伺服系统的响应滞后对非圆磨削的曲轴连杆颈造成较大圆度误差。如不对其做出补偿,数控系统将难以保证曲轴连杆的加工精度。根据伺服响应,给出了伺服响应滞后误差的计算公式,用于补偿控制。4.针对曲轴非圆磨削的复杂变形及各种误差,曲轴连杆非圆磨削要实现恒磨除率磨削,其切入深度要随误差不同进行调整。本文提出了基于RBF神经网络的理论切入深度预测计算方法,解决了曲轴非圆磨削过程中的运动控制。5.根据本文取得相关的研究成果,开发了基于SIMENS 840D数控系统的曲轴非圆磨削控制软件。

论文目录

• 摘 要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 非圆磨削技术的研究背景和意义
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 国内外非圆磨削研究现状
• 1.3.1 国外非圆磨削研究现状
• 1.3.2 国内非圆磨削研究现状
• 1.4 论文主要研究内容及章节安排
• 第二章 曲轴非圆磨削的运动学分析与运动模型的建立
• 2.1 曲轴非圆磨削过程磨削点的运动方程与轨迹
• 2.2 曲轴磨削的运动模型建立
• 2.1.1 曲轴非圆磨削过程的速度划分
• 2.1.2 曲轴非圆磨削的运动模型建立
• 2.1.3 运动方程的简化
• 2.1.4 简化模型的误差计算与分析
• 2.1.5 简化运动方程的修正
• 2.3 本章小结
• 第三章 影响非圆磨削精度的主要因素
• 3.1 磨削过程对外圆加工精度的影响
• 3.2 影响曲轴非圆磨削精度的主要因素
• 3.3 曲轴非圆磨削的静态工艺系统误差
• 3.3.1 砂轮中心与曲轴回转中心不等高产生的误差
• 3.3.2 砂轮中心X 轴坐标产生的误差
• 3.4 砂轮半径变化引起的加工误差
• 3.5 本章小节
• 第四章 曲轴的刚度及力变形量的计算
• 4.1 曲轴磨削过程的磨削力
• 4.2 曲轴受力弹性变形
• 4.3 曲轴的刚度
• 4.3.1 曲轴刚度分析
• 4.4 四点刚度法力变形量计算
• 4.4.1 连杆颈的变形量
• 4.4.2 主轴颈变形量
• 4.4.3 连杆颈刚度系数的计算
• 4.5 曲轴四点刚度法误差计算的实验验证
• 4.6 本章小结
• 第五章 曲轴非圆磨削过程中的磨削力模型及力学分析
• 5.1 磨削过程中的磨削力
• 5.2 曲轴磨削时的磨削力
• 5.2.1 曲轴非圆磨削的磨削力
• 5.3 曲轴非圆磨削的动力学分析
• 5.3.1 磨削切点的动力学分析
• 5.4 本章小节
• 第六章 曲轴非圆磨削数控系统误差分析
• 6.1 曲轴磨削运动的伺服跟踪滞后误差
• 6.1.1 伺服系统跟踪跟踪滞后误差的产生
• 6.1.2 曲轴非圆磨削的伺服跟踪误差
• 6.2 曲轴连杆颈非圆磨削数控插补运动产生的误差
• 6.2.1 数控系统的插补控制原理
• 6.2.2 曲轴非圆磨削数控插补误差
• 6.3 本章小节
• 第七章 曲轴非圆磨削误差补偿与控制策略
• 7.1 误差的补偿模型
• 7.2 曲轴非圆磨削的控制策略
• 7.2.1 误差的计算与预测
• 7.2.2 基于RBF 网络的曲轴连杆颈理论切入深度预测模型
• 7.3 基于样条曲线的曲轴非圆磨削插补控制
• 7.4 本章小节
• 第八章 曲轴非圆磨削原型系统及磨削结果
• 8.1 曲轴非圆磨削的控制系统
• 8.2 非圆磨削控制软件
• 8.2.1 曲轴磨削的工艺过程
• 8.2.2 动态监控软件实现
• 8.2.3 NC 数据的动态获取与更新
• 8.2.4 非圆磨削软件主界面
• 8.3 磨削结果
• 第九章 结论与展望
• 9.1 本文研究成果
• 9.1.1 理论研究成果
• 9.1.2 应用研究成果
• 9.1.3 创新点
• 9.2 进一步研究方向
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文
• 申请专利
• 攻读博士期间参与的科研项目
• 攻读博士期间获奖情况
• 致谢
• 博硕士学位论文同意发表声明
• 发表意见书