振动攻丝加工机理及工艺效果试验研究

论文摘要

振动攻丝作为一种精密的内螺纹加工技术,具有降低攻丝扭矩、提高内螺纹加工质量等优点,在解决小直径内螺纹孔加工,特别是在难加工材料上进行内螺纹孔加工方面有独特的优势,具有良好的工程应用前景。本文致力于振动攻丝加工机理及工艺效果试验研究,其主要研究内容及取得的创新成果为:1.为了实现振动攻丝加工的顺利进行,提高加工效率和对攻丝过程中突发因素的处理能力,对原有振动攻丝机床的控制系统进行了改进设计,并开发出振动攻丝串行控制系统,该控制系统具有的功能为:（1）中断回退;（2）记忆;（3）实现多种攻丝方式;（4）在线下载与更新。为系统开展振动攻丝工艺效果的研究奠定了基础。2.在深入研究振动攻丝加工中常用的分离式和步进式振动方式特点的基础上,充分利用了分离式和步进式的优点,提出了复合式振动的攻丝加工新方式,并对振动攻丝在不同振动方式下的运动原理、工艺参数组成、扭矩特征、切削液的作用机理和切屑形成机理进行深入分析,进一步拓宽了振动攻丝的研究及其应用领域。3.基于振动攻丝加工中丝锥动态角位移方程,推导出振动攻丝加工中丝锥等效扭转刚度表达式,并从等效扭转刚度的角度分析高频振动攻丝时丝锥的刚性化效果;其次,建立起丝锥最大偏转角方程,并通过数值解析的方法,分析了净切削时间比和振动圆频率对丝锥最大偏转角的影响规律,获得合适的净切削时间比和振动圆频率,对提高攻丝效率和加工质量具有重要的意义。4.开展了振动攻丝加工工艺效果的试验研究。主要包括:①在断屑效果方面,试验分析不同振动方式下振动攻丝的断屑效果,进一步验证振动攻丝的断屑机理;②在内螺纹加工精度方面,首先根据重复切削是分离式振动攻丝和复合式振动攻丝的重要特征,从理论上对振动攻丝的重复切削次数进行研究;其次利用理论分析和试验验证的方法分析重复切削对内螺纹加工精度的影响,并总结出优化重复切削次数应注意的主要问题,为加工出精密的内螺纹打下基础;③在丝锥寿命方面,探讨了振动攻丝工艺参数对丝锥寿命的影响并试验验证振动方式对振动攻丝丝锥磨损和破损的影响。表明,振动攻丝在采用复合式振动的攻丝加工新方式下可有效提高丝锥寿命。5.在建立振动攻丝扭矩非线性模型的基础上,给出基于BP神经网络的振动攻丝扭矩模型,并利用神经网络方法对振动攻丝扭矩进行仿真;其次,利用Mat-lab和VB混合编程技术,构建了基于神经网络的振动攻丝扭矩预测系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 丝锥内螺纹加工的主要方法
• 1.3 振动攻丝技术的国内外研究进展
• 1.3.1 国外的主要振动攻丝装置及其工艺效果
• 1.3.2 国内的主要振动攻丝装置及其工艺效果
• 1.3.3 振动攻丝加工机理的主要研究进展
• 1.4 振动攻丝技术研究中存在的主要问题
• 1.5 本课题研究的主要内容及其意义
• 1.6 本章小节
• 第二章 振动攻丝机床及其控制系统设计
• 2.1 自制振动攻丝机的机械结构
• 2.2 振动攻丝机床的控制系统
• 2.2.1 控制系统的基本功能
• 2.2.2 控制系统的设计
• 2.3 ISP下载线设计
• 2.4 在线编程过程及其实现
• 2.5 本章小结
• 第三章 振动攻丝加工的振动方式研究
• 3.1 振动攻丝加工的振动方式分类
• 3.1.1 两种常用的振动方式
• 3.1.2 新的振动方式及其实现
• 3.2 不同振动方式下的运动原理
• 3.2.1 分离式振动攻丝的运动原理及其扭转振动方程
• 3.2.2 步进式振动攻丝的运动原理及其扭转振动方程
• 3.2.3 复合式下振动攻丝的运动原理及其扭转振动方程
• 3.3 不同振动方式下的工艺参数基本组成
• 3.4 不同振动方式下的扭矩特征
• 3.5 不同振动方式下的切削液作用机理
• 3.5.1 切削液的作用及其进入切削区的途径
• 3.5.2 振动攻丝加工中切削液作用机理
• 3.6 不同振动方式下的切屑形成机理
• 3.6.1 表面回弹与过渡切削
• 3.6.2 脉冲切削的作用
• 3.6.3 丝锥对切屑的弯折作用
• 3.7 本章小结
• 第四章 振动攻丝加工中丝锥的刚性化机理
• 4.1 振动攻丝加工中丝锥的受力分析
• 4.1.1 振动攻丝的切削过程
• 4.1.2 振动攻丝丝锥刀齿和螺纹表面作用力分析
• 4.2 振动攻丝加工中丝锥的刚性化
• 4.2.1 提高工艺系统刚度的基本途径
• 4.2.2 振动攻丝加工中丝锥的等效扭转刚度
• 4.2.3 振动攻丝丝锥最大偏转角方程
• 4.3 本章小结
• 第五章 振动攻丝加工工艺效果的试验研究
• 5.1 振动攻丝对内螺纹加工精度的影响
• 5.1.1 振动攻丝的重复切削次数分析
• 5.1.2 重复切削对内螺纹加工精度的影响
• 5.1.3 振动方式对内螺纹加工质量的影响
• 5.2 振动攻丝的断屑效果
• 5.2.1 试验条件的确定
• 5.2.2 试验结果分析
• 5.3 振动攻丝的丝锥寿命
• 5.3.1 基本工艺参数对丝锥寿命的影响
• 5.3.2 丝锥结构对丝锥寿命的影响
• 5.3.3 振动方式对丝锥寿命的影响
• 5.3.4 振动方式对丝锥使用寿命影响的试验研究
• 5.4 本章小节
• 第六章 基于BP神经网络的振动攻丝扭矩建模及其预测系统设计
• 6.1 振动攻丝的扭矩模型及其实现方式
• 6.2 振动攻丝扭矩预测系统的结构
• 6.3 系统的设计要求与开发工具
• 6.3.1 系统的设计要求
• 6.3.2 系统开发工具
• 6.4 基于VB和Mat-lab的良好人机界面的设计
• 6.4.1 人机界面的设计
• 6.4.2 VB与Mat-lab的混合编程
• 6.7 应用效果
• 6.7.1 试验条件及测试方法
• 6.7.2 运行结果与分析
• 6.8 结论
• 第七章 研究结论与发展展望
• 7.1 本研究的主要结论
• 7.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的相关论文