大深径比深孔内圆磨床测量监控技术

摘要

具有深孔薄壁结构的作动筒是飞机起落架的关键零件，这类筒类零件多采用超高强度钢等难加工材料制造，其内孔加工精度要求高，加工难度大。尤其是小孔径（＜φ100mm）、大深径比（＞10）、且具有多台阶面、圆弧面等复杂型腔的筒类零件内孔的精密加工难度更大，是航空制造企业面临的共性制造难题，已成为制约航空关键零件批量制造的瓶颈。 实际加工中，为了达到所需要的加工精度，通常将磨削作为最后一道工序。目前，筒类零件深孔主要采用普通手动式深孔磨床或普通数控深孔磨床进行精密磨削加工，不仅加工精度和表面质量一致性差，加工效率低，废品率高，劳动强度大，而且现有的普通深孔磨床加工能力有限，难以满足直径＜φ100mm、深径比＞10的深孔加工。存在的问题主要有：磨杆刚性差且磨削速度受限；加工过程中无法进行在位测量，加工后缺乏对加工质量的有效评价，个别特征如圆弧尺寸更是无法测量；缺乏必要的监控手段，砂轮磨削对刀尤其困难，磨削状态难以监控，主要依靠操作者的手感和听觉。 本文针对上述大深径比薄壁零件的加工现状，重点解决磨床装备的结构设计、在位测量、在线监控等关键技术，并完成关键技术的集成，研制加工测量监控一体化数控内圆磨床，具体研究内容如下： （1）对深孔内圆磨床进行总体结构设计，并介绍主要组成部分和主要运动单元；在此基础上对电气控制系统进行设计和开发。 （2）研究在位测量技术，搭建在位测量系统硬件结构，进行测量方案的设计和测量路径的规划，并结合机床特点对测针校正及测量误差补偿等关键技术进行研究；同时，开发测量系统软件，包括测量宏程序及基于MATLAB的测量数据分析程序的开发；最后，进行测量实验以验证测量系统的测量精度和可靠性。 （3）研究声发射检测技术，并搭建声发射监控系统，实现砂轮自动对刀及磨削状态的监控。 （4）进行深孔加工实验以检验所研制机床的加工能力。

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 深孔内圆磨床国内外研究现状

1.2.2 在位测量技术

1.2.3 声发射检测技术

1.3 课题主要研究内容

2 深孔内圆磨床总体方案设计

2.1 总体结构设计

2.2 机床主要运动单元

2.2.1 轴向及径向进给系统

2.2.2 砂轮电主轴及磨杆

2.3 电气控制系统设计

2.3.1 数控系统架构及选型

2.3.2 深孔内圆磨床电气设计

2.3.3 控制系统软件设计及开发

2.4 本章小结

3 在位测量系统设计

3.1 测量需求分析及硬件系统搭建

3.2 测量方案设计及测量关键技术

3.2.1 孔径测量原理及路径规划

3.2.2 深度测量原理及路径规划

3.2.3 圆弧测量原理及路径规划

3.2.4 同轴度测量与孔径测量的关系

3.2.5 测针位置校正

3.2.6 测量误差综合分析

3.3 测量系统软件开发

3.4 测量系统实验验证

3.5 本章小结

4 磨床监控系统设计及试验验证

4.1 磨床监控技术方案及系统组成

4.2 监控系统检测试验

4.2.1 对刀试验

4.2.2 对刀试验结果分析

4.2.3 监控系统应用与评价

4.3 本章小结

5 深孔内圆磨床加工试验

5.1 试验条件

5.2 磨削加工试验

5.3 试验结果分析

5.4 本章小结

结 论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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