摘要
随着某些特种陶瓷材料的研究及应用越来越广泛深入，对其加工提出了更高的要求。对于陶瓷材料的加工磨削是一种重要的加工方式，一般采用金刚石砂轮加工某特种陶瓷材料。而传统的湿磨削难以满足某特种陶瓷材料的性能需求，故本文提出采用干磨法代替湿法磨削。而干法磨削机床被国外垄断，国内对干法磨削机床的研究尚处于起步阶段。本文自主开发的干磨无心外圆磨床在国内拥有完全自主知识产权。本文主要研究用于某特种陶瓷材料干磨的无心外圆磨床整体设计方案、试验材料磨削热分析、关键零部件的设计，并对其进行有限元分析和参数优化设计，最后进行产品干磨试验以验证设备的设计性能。根据研究内容，本文主要做了以下工作： (1)根据传热学理论并基于ANSYS软件平台建立试样芯块的有限元模型，对试样芯块外圆进行热场分析。根据仿真结果分析干法磨削冷却方式的可行性与可靠性。完成无心外圆磨床的整体设计，确定砂轮选型。 (2)根据无心磨削加工原理和现代机床设计理论，完成磨床关键部件的结构设计及校核，主要包括主轴箱结构设计、砂轮主轴和导轮架伺服传动系统精密滚珠丝杠设计及校核。 (3)运用ANSYS软件建立主轴箱的有限元模型，求解出结构在实际工况下主轴箱的等效应力和变形，完成设备结构的校核并确定后续优化模型的设计原型。建立主轴的有限元模型进行模态分析，观察其低阶固有频率与设备激励频率。 (4)基于DOE法的多目标参数优化设计，建立主轴箱的参数化模型，以结构的等效应力和位移变形为优化目标，以机械结构的原始设计尺寸为设计变量，以结构质量为状态变量，寻求最佳的设计方案以达到提升磨床磨削性能的目的。 (5)完成磨床干磨试验验证。
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