弹性浮动研磨加工参数与接触刚度接触阻尼的关系的研究

摘要

接触刚度和接触阻尼与弹性浮动研磨中加工工艺参数存在一定的联系，要研究这种关系，首先必须弄清楚弹性浮动研磨加工中的加工工艺参数。弹性浮动研磨金刚石的表面形貌主要受到加工过程中冲击振动的影响，这种冲击振动主要来自研磨机械内部结构的振动和加工工艺参数两大部分。若为了减低成本不提高机械系统内部的精度并且要提高制造的精度，必须从工艺参数着手。在研究工艺参数的过程中，弹性浮动研磨盘与研磨头之间存在着接触载荷，这种载荷以接触刚度和接触阻尼两种形式存在。
　　本文金刚石的加工方式为弹性浮动研磨，研磨盘安装在一个弹性垫上，金刚石被夹具固定在一个弹性梁上，二者通过一种耦合的关系发生作用对金刚石实现加工。在耦合过程金刚石与弹性梁的加工是一种接触式的，接触过程产生接触刚度和接触阻尼，本文从研究金刚石加工过程中加工工艺参数与接触刚度和接触阻尼之间的关系出发，对金刚石弹性浮动研磨建立耦合模型，运用Matlab/Simulink建立仿真模型，运用仿真模型中的结果求出接触刚度和接触阻尼，在不同的加工状态下，对接触刚度和接触阻尼实验，探寻加工工艺参数与接触阻尼的关系，从而得到最优加工工艺参数。
　　首先，金刚石在弹性浮动研磨过程中的去处机理进行了分析，并对弹性浮动研磨加工的工艺参数进行了分析，接着对加工过程中的三个加工工艺参数进行分析。
　　其次，建立弹性浮动研磨系统在Matlab/Simulink中的模型之前，对振动模型上的振动进行了力学上的分析，建模过程中首先建立模型的物理模型，在物理模型的基础上建立数学模型，利用仿真模型做了一些简单仿真实验。
　　接着根据研磨速度、弹性梁的长度，研磨压力的变化，在简化模型中仿真，分析各个加工工艺参数下求解出接触刚度和接触阻尼的值。最后，通过的弹性浮动研磨加工主体部分研究接触刚度，得出研磨压力、弹性梁的刚度、研磨速度与接触刚度的关系，通过比较各个影响因素下的接触刚度值，展开金刚石研磨实验，利用25组金刚石研磨结果找出其中最优的金刚石表面形貌，对找出相应的加工工艺参数，得到了在选择弹性梁长度为180mm左右、研磨压力为30g左右、主轴转速控制在180rpm左右，得到的金刚石的表面质量最为理想。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义和背景

1．2 国内外研究研磨加工现状

1．2．1 国内外研磨抛光

1．2．2 国内金刚石振动量控制研究

1．3 计算机仿真技术的应用

1．4 机械结合面特征对求解接触刚度和接触阻尼的影响

1．5 接触刚度和接触阻尼的研究方法

1．6 课题来源及主要内容

1．6．1 课题来源

1．6．2 课题研究主要内容

第二章 金刚石研磨加工参数分析

2．1 弹性浮动研磨加工原理

2．2 弹性浮动研磨工艺参数分析

2．2．1 弹性梁长度对研磨加工的影响

2．2．2 研磨压力对研磨加工的影响

2．2．3 研磨速度对研磨加工的影响

2．3 本章小结

第三章 弹性浮动研磨模型

3．1 Matlab／Simulink软件介绍

3．2 弹性浮动研磨实验装置

3．3 研磨系统建模

3．3．1 物理模型建立

3．3．2 研磨系统数学模型

3．4 物理模型与数学振动模型对仿真试验的关系

3．4．1 在Simulink中建立研磨系统的仿真模型

3．4．2 “研磨盘——弹性垫”子系统的模型框图

3．4．3 “研磨头——弹性梁”子系统的模型框图

3．4．4 建立两个子系统之间的耦合约束

3．5 本章小结

第四章 接触刚度接触阻尼动力学分析及其在Simulink中的仿真

4．1 接触刚度的力学分析

4．1．1 接触刚度与金刚石研磨的关系

4．1．2 忽略阻尼大小时接触刚度K3的力学计算公式

4．1．3 考虑阻尼时接触刚度K3动力学计算公式

4．2 通过简化模型研究接触刚度接触阻尼

4．2．1 简化二阶耦合模型中获取各参数

4．2．2 接触刚度接触阻尼在二阶耦合模型中的仿真

4．3 接触刚度接触阻尼与工艺参数的分析

4．3．1 接触载荷与接触刚度接触阻尼的关系

4．3．2 弹性梁长度接触刚度接触阻尼的关系

4．3．3 加速度与接触刚度接触阻尼的关系

4．4 本章小结

第五章 接触刚度接触阻尼与研磨工艺参数的分析及研磨加工实验

5．1 研磨压力与接触刚度接触阻尼的关系

5．2 弹性梁刚度与接触刚度接触阻尼的关系

5．3 研磨速度与接触刚度接触阻尼的关系

5．4 不同接触刚度下的金刚石研磨实验

5．5 本章小节

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢