大平面砂轮磨削温度的理论分析及数值仿真

摘要

大平面砂轮磨削主要用于标准齿轮和齿轮刀具的精加工,它的加工精度反映了一个国家超精密齿轮的加工技术能力。与国外的齿轮制造技术相比,国内的齿轮工业整体制造精度相差1~2个等级。由于磨削温度会对加工精度造成极大影响,因此本文针对大平面砂轮磨齿的磨削温度展开研究工作。
　　磨削加工和其他材料去除工艺相比能极大地提高工件加工的精度,但磨削需要很高的能量输入才能有效切除工件材料。由于磨削过程中的磨削热效应对工件的使用性能和表面质量影响非常大,同时也会影响到砂轮的使用寿命,因此磨削区温度的研究就变得非常重要。虽然针对平面磨削温度的研究已经有了比较丰富的成果,但对于大平面砂轮磨削齿轮的齿面磨削温度尚未展开研究。因此,本文针对大平面砂轮磨削齿轮的加工方式,从数学解析模型和ANSYS仿真两方面对磨削温度进行研究,并利用神经网络对其进行预测,达到合理选择磨削工艺参数的目的。本文的主要研究内容有:
　　(1)介绍了磨削温度的基础理论;推导出基于移动热源法与映像法相结合的大平面砂轮磨齿温度数学模型;分析了磨削工艺参数对温度场的影响。
　　(2)介绍了有限元法在热效应中分析应用的理论基础;利用有限元软件ANSYS对大平面砂轮磨削齿轮进行几何建模、网格划分、边界条件定义;使用APDL参数化设计语言对齿轮齿面进行热源加载,模拟大平面砂轮的磨削过程,获得不同时刻齿轮齿面的磨削温度分布。
　　(3)由于人工神经网络具有非线性逼近特性,因此本文建立了基于Levenberg–Marquardt算法的改进型BP神经网络;利用正交的解析模型计算结果作为神经网络的训练样本对神经网络进行训练,从而实现快速预测大平面砂轮磨削齿轮的磨削温度,用以指导实际生产加工中磨削工艺参数的选择。
　　最后,本文对所做的工作进行总结,指出了文中存在的不足并对今后的研究进行了展望。