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丝杠磨床在线检测与砂轮修整技术研究

作　者: 孔振
导　师: 冯虎田；陶卫军
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 在线检测并联机构砂轮修整器误差模型精度分析刚柔耦合
分类号: TG580
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 72次
引　用: 1次
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内容摘要

本课题以江苏省创新基金项目“精密数控螺纹磨床智能磨削方法与关键技术研究”为背景,针对丝杠磨床在线检测与砂轮修整技术现状的不足,设计开发新型丝杠磨床在线检测装置及方法和适应性更强的新型砂轮修整器,解决国内丝杠磨床在线检测与砂轮修整现存的问题,提高滚珠丝杠磨削质量和磨削过程的自动化水平。通过对当前的丝杠磨床在线检测方法及砂轮修整技术归纳,提出了一种丝杠滚道螺旋线误差检测以及间接检测丝杠磨削用砂轮形貌的新方法,并且设计了一种新型并联机构砂轮修整器。丝杠磨削用砂轮形貌检测是通过在线检测滚珠丝杠形面间接推出砂轮轮廓形状,从而判断砂轮是否需要修整；在新型砂轮修整器结构设计方面,有别于传统串联式机械结构,通过具有三个自由度的并联结构来实现对丝杠磨削用砂轮进行修整的运动功能。针对具体的丝杠滚道螺旋线误差在线检测,对其构成的硬件系统作相应描述,完成了螺旋线微动装置的结构设计,并结合结构设计作相应的分析。在满足砂轮修整器设计要求的前提下,搭建了其控制系统,完成了新型砂轮修整器旋转平台、固定平台、运动平台和伸缩平台四部分的结构设计与分析。在新型砂轮修整器结构设计基础上,计算出此砂轮修整器自由度,求出其运动学正反解,并采用蒙特卡洛法对其工作空间进行了分析。结果表明工作空间符合设计要求。使用虚拟样机ADAMS软件作运动学仿真,验证了该砂轮修整器的运动功能。采用微分法建立了该新型砂轮修整器的误差模型,结合具体的丝杠砂轮修整过程,针对此微分法对提出的砂轮修整器的运动精度使用Matlab软件进行了仿真,验证了所提出的砂轮修整器的可行性。最后,通过刚柔耦合动力学仿真,并与刚体动力学仿真结果进行对比,结果表明其精度在可控范围之内。通过本文研究,建立了丝杠磨床在线检测系统,完成了螺旋线微动装置和新型砂轮修整器的设计工作,且该两装置及方法均已申请国家发明专利。相信该部分的完成对滚珠丝杠磨削质量和磨削过程的自动化水平的提高有一定的帮助。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
1 绪论  9-19
  1.1 引言  9-10
  1.2 在线检测与砂轮修整技术研究现状  10-17
    1.2.1 滚珠丝杠螺旋线检测技术现状  10-11
    1.2.2 砂轮在线检测技术现状  11-15
    1.2.3 砂轮修整技术研究现状  15-17
  1.3 课题背景来源  17-18
  1.4 论文研究内容  18-19
2 在线检测与砂轮修整总体方案  19-27
  2.1 总体方案设计  19-20
  2.2 在线检测系统方案  20-24
    2.2.1 在线检测系统总体构成  20-21
    2.2.2 检测原理  21-23
    2.2.3 检测系统硬件构成  23-24
  2.3 砂轮修整器系统方案  24-26
  2.4 本章小结  26-27
3 螺旋线误差在线检测方法及其装置  27-36
  3.1 螺旋线误差在线检测方法  27-28
  3.2 螺旋线微动装置硬件选型  28-31
  3.3 螺旋线微动装置结构设计与分析  31-35
    3.3.1 伸缩机构设计  32-34
    3.3.2 微动机构设计  34-35
  3.4 本章小结  35-36
4 新型并联机构砂轮修整器设计  36-46
  4.1 砂轮修整器设计要求  36-37
  4.2 砂轮修整器控制系统  37-38
  4.3 砂轮修整器结构设计与分析  38-45
    4.3.1 旋转平台设计与分析  39-41
    4.3.2 固定平台和运动平台设计与分析  41-42
    4.3.3 伸缩平台设计与分析  42-43
    4.3.4 砂轮修整器整体结构  43-45
  4.4 本章小结  45-46
5 新型砂轮修整器运动学分析  46-54
  5.1 新型砂轮修整器自由度计算  46-47
  5.2 新型砂轮修整器运动学正反解  47-49
    5.2.1 新型砂轮修整器运动学反解  47-48
    5.2.2 新型砂轮修整器运动学正解  48-49
  5.3 新型砂轮修整器工作空间分析  49-51
    5.3.1 工作空间分析  49-50
    5.3.2 工作空间仿真  50-51
  5.4 新型砂轮修整器运动学仿真  51-53
  5.5 本章小结  53-54
6 新型砂轮修整器精度分析  54-70
  6.1 新型砂轮修整器误差模型  54-58
    6.1.1 铰链回转副间隙误差建模  54-56
    6.1.2 滚珠丝杠行程副误差建模  56-57
    6.1.3 综合运动误差模型  57-58
  6.2 砂轮廓形计算  58-61
    6.2.1 滚珠丝杠圆弧形螺旋曲面的确定  58-59
    6.2.2 滚珠丝杠螺旋形面与砂轮回转形面接触线的确定  59-60
    6.2.3 砂轮轮廓廓形的确定  60-61
    6.2.4 砂轮轮廓曲线  61
  6.3 新型砂轮修整器精度仿真分析  61-64
  6.4 新型砂轮修整器刚柔耦合动力学仿真分析  64-69
    6.4.1 刚柔耦合模型的建立  64-66
    6.4.2 动力学仿真与分析  66-69
  6.5 本章小结  69-70
7 总结  70-72
  7.1 本论文主要研究成果  70-71
  7.2 研究工作展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的论文及申请的专利  77-78
附录  78-79

丝杠磨床在线检测与砂轮修整技术研究

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