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MKL7150×16/2七轴五联动数控强力成形磨床设计开发

作　者: 骆广进
导　师: 熊万里；何卫
学　校: 湖南大学
专　业: 机械工程
关键词: 成形磨床五轴联动强力磨削热稳定性控制
分类号: TG596
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

装备制造业是国民经济的支柱产业。机床工业是装备制造业和国防工业的基石。多轴联动数控强力成形磨床是一类先进的工作母机,具有磨削效率高、表面质量好、成形精度高,可实现耐高温硬质合金零件复杂型面和沟槽的精密成形加工等优点,在航空发动机、汽车等领域具有广泛的用途。但目前国内在强力成形磨床的多轴联动控制、砂轮在线修整等方面的研究尚不充分,高档的数控成形磨削装备匮乏,迫切需要研究开发七轴五联动数控强力成形磨床。本文提出了MKL7150×16/2七轴五联动数控强力成形磨床的总体技术方案,进行了进给传动系统设计。针对磨头进给系统采用传统立柱低腰移动方案,导致横向运动的稳定性差和磨头的刚性不足的局限性,发明了立柱中腰移动设计。研究表明,磨头进给系统采用立柱中腰移动设计相比于传统的立柱低腰移动设计,横向运动的稳定性和磨头切削的刚性显著提高,从而提高磨削精度和磨削效率。针对主轴传统机械迷宫密封方式密封性能差,难以防止高压力、大流量磨削液进入轴承等不足,发明并实现了气压密封方式。该方法利用放气阀压缩气流形成的屏障作用,可有效防止砂尘、磨屑、磨削液等进入轴承。本文提出并实现了圆弧叶冠七轴五联动的磨削控制。针对目前加工中心采用的五轴联动CAM技术对圆弧叶冠的磨削控制并不适用,建立了适合圆弧叶冠磨削的七轴五联动数学模型,利用UG编制了相应的控制软件。实验表明,所开发的软件可对圆弧叶冠的凸凹圆弧面实现精密成形磨削控制,满足工程实际需求。针对国产数控成形磨床长期工作的热稳定性难以得到保证的难题,采用关键点温度检测和温度控制方法对成形磨床的热变形进行误差补偿。研究表明,采用热变形误差补偿和温度控制,可使主轴的热变形量控制在±0.005mm范围内；反之,主轴的最大热变形量达到0.146mm。在以上研究的基础上成功开发了国内首台MKL7150×16/2七轴五联动数控强力成形磨床。利用该磨床对转向齿、扇形齿摆臂轴、叶片圆弧叶冠的凸凹圆弧面进行试磨。结果表明,相比传统的机械加工方式,工件磨削的表面质量、精度和效率,均可大幅提高。本文研究为多轴联动数控强力成形磨床的设计开发提供了理论依据和成功的工程实例。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-11
附表索引  11-12
符号表  12-13
第1章绪论  13-17
  1.1 课题背景和意义  13
  1.2 国内外成形磨床相关技术现状  13-15
  1.3 产品设计开发指导思想  15
  1.4 主要研究内容  15-17
第2章 MKL7150×16/2成形磨床主要部件设计开发  17-46
  2.1 磨床基本情况  17-19
    2.1.1 磨床型号  17
    2.1.2 主要规格和基本参数  17-19
    2.1.3 成磨精度和制造技术要求  19
  2.2 磨床总体设计方案及总体布局  19-23
    2.2.1 总体设计方案  19-20
    2.2.2 磨床系统总体布局  20-21
    2.2.3 主要零部件介绍  21-23
  2.3 进给传动部件设计  23-40
    2.3.1 各传动轴布局  23-25
    2.3.2 工作台纵向驱动机构设计  25-30
    2.3.3 磨头垂直进给机构设计  30-36
    2.3.4 立柱横向进给机构设计  36-40
  2.4 新技术的采用  40-45
    2.4.1 主轴气压密封技术  40-41
    2.4.2 中腰移动技术  41-45
  2.5 本章小结  45-46
第3章七轴五联动圆弧叶冠的磨削控制和软件实现  46-63
  3.2 七轴五联动数控成形磨床控制策略研究  46-47
    3.2.1 七轴五轴联动磨削加工控制模型建立及进给量分配策略研究  46
    3.2.2 五轴联动数学关系式  46-47
  3.3 多轴联动的智能控制研究  47
  3.4 七轴五联动数控成形磨床稳定性研究  47-49
  3.5 成形磨床热变形预估、智能误差补偿方案研究  49-52
  3.6 七轴五联动程序实现  52-62
    3.6.1 联动程序编程  52
    3.6.2 程序及其功能介绍  52-54
    3.6.3 程序含义举例说明  54-62
  3.7 本章小结  62-63
第4章 MKL7150×16/2七轴五联动数控强力成形磨床应用研究  63-77
  4.1 成形磨床在燃气轮机叶片加工中的应用  63-67
    4.1.1 磨削加工原理  63-64
    4.1.2 磨削加工过程  64-67
  4.3 强力成形磨床在汽车零件加工中的运用  67-72
    4.3.1 磨削转向齿条  68-71
    4.3.2 磨削扇形齿摆臂轴  71-72
  4.4 产品技术水平分析  72-75
  4.5 本章小结  75-77
第5章结论与展望  77-79
  5.1 结论  77-78
  5.2 展望  78-79
参考文献  79-82
致谢  82-83
附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)  83-84
附录B (攻读学位期间所获得的发明专利目录)  84-85
附录C (攻读学位期间所获得的科技奖项目录)  85-86
附录D (攻读学位期间所获得的荣誉目录)  86

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