摘要
无心磨削与传统磨削加工方法相比，最大的优点在于省去了工件夹持这一步骤，极大的缩减了加工时间，无心磨削目前已广泛应用于航空航天、汽车、船舶和冶金等行业的零部件生产，随着对零部件表面质量要求的提高，对于无心磨床加工精度的要求也越来越高。但目前对无心磨削成圆机理及圆度误差形成过程的探索较少，认知匮乏，大多数研究仅限于磨削区域的磨削原理研究，为此，本文从无心磨床整体结构出发，在考虑砂轮-机床架结合部、导轮-机床架结合部等效刚度等因素的前提下，对无心磨削成圆机理及圆度误差形成展开了系统研究，并探究了圆度误差的控制方法。本文主要从以下几个方面开展了研究工作： 首先，在无心磨床整体结构和工作原理分析的基础上讨论了无心磨削圆度误差的影响因素，确定了砂轮-机床架结合部和导轮-机床架结合部等效刚度是影响工件圆度误差的重要因素。 然后，基于Hertz接触理论探究了导轮进给系统与机床床身滚动结合部的刚度特性，包括滚柱导轨结合部特性和丝杠螺母结合部特性，并建立刚度特性表达式；建立导轮进给系统与机床床身结合部等效刚度模型并提出采用拉格朗日微分法建立动力学方程对结合部的耦合多机构系统进行动力学特性求解；采用ansys对该动力学模型进行模态分析，验证了结合部理论模型的可靠性。 对于砂轮-机床架的固定结合部，提出采用基于分形理论-有限元单元混合方法对其进行接触特性分析，建立砂轮-机床架结合部的等效刚度模型，并采用ANSYS对结合部进行模态分析，验证所建立的等效刚度模型的有效性。 在建立的导轮-机床架结合部和砂轮-机床架的固定结合部等效刚度模型基础上，提出考虑无心磨削过程中结合部刚度对圆度误差形成的影响、砂轮与工件之间的相互耦合作用、材料去除关系和工件中心瞬时位置变化建立无心磨削动态成圆模型。并采用模拟工件材料去除及圆度变化的迭代算法，对工件外圆动态成圆和圆度误差的过程进行了数值仿真，再现了工件材料去除和轮廓形成的整个过程。 最后，基于动态成圆和圆度误差形成理论模型，分析圆度误差的影响因素，从工件中心高、砂轮-床身结合面连接螺栓排布及砂轮与工件转速比三个方面提出了在无心磨削作业中通过优选参数来降低圆度误差的方法。
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