大直径珩磨加工气动在线测量量程优化的仿真研究

摘要

珩磨是磨削加工中一种特殊高效的精加工方法，国产珩磨机无论制造水平、加工精度、还是控制方式等与国外珩磨机相比都存在着较大差距，难以满足高尺寸精度、高形状精度和高度自动化的实际要求。数控珩磨机研发及其关键技术的研究成为我国先进制造装备领域的重要研究内容之一。在线测量是数控珩磨机的重要组成部分，是形成珩磨机闭环控制系统的必需环节，也是控制珩磨孔加工尺寸分散度、提高形状精度，保证加工质量的有效手段。
　　本课题来源于“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项：2MK2250×150大功率船用柴油机用数控珩磨机项目（项目编号：2011ZX04002-122）。主要研究大型高档数控珩磨机气动测量系统中气体介质参数以及供压方式的优化设计原则，从而增大差压式珩磨在线气动测量系统的有效量程，并最终应用于大型高档数控珩磨机床的实际加工测量中。
　　本文以流体力学理论为基础，结合珩磨加工的特点，通过理论研究与仿真实验相结合的方法和对珩磨气动测量及气体动力学的研究，分析研究了差压式气动测量系统的特性。在此基础上，利用流体仿真软件 FLUENT对理论结果进行了验证。主要研究内容如下：
　　1.以流体力学理论为基础，从气路构造和气动变换环节的角度，比较了背压式气动测量系统和差压式气动测量系统的区别。为本文后续研究中，更加合理的仿真气室结构、喷嘴孔径、取压方式以及正确的选择系统的工作点和边界条件提供了必要的理论依据和明确的方向。
　　2.根据珩磨头与差压式气动测量系统的构造和工作原理，推导出了中高压差压式气动测量系统在四种工况下差压?P与测量间隙 s之间的函数关系式及变换倍率的数学模型。
　　3.针对气动测量系统的环境因素和气体介质的参数做了分析，着重研究了气动测量系统中气阻、气容和气感对系统性能的影响，为本文后续的仿真实验提供了必要的理论基础和明确的方向。
　　4.根据珩磨气体介质的特点和实验相似理论，分析了差压式气动测量系统的?P-S理论特性曲线与气动量仪量程的关系，提出了气动测量系统特性曲线理论中点的概念，建立了通过气体介质参数求解气动系统理论中点的数学模型，理论验证了不同气体介质参数对于气动量仪量程的影响。
　　5.以差压式珩磨气动测量系统为研究对象，采用理论分析和FLUENT仿真相结合的方法，研究了气体介质参数对于差压式气动测量系统量程的影响。提出了“测量系统参数模式转换”的方法，等效实现测量量程的增加。

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附表索引

第1章 绪 论

1 .1 研究目的和意义

1 .2 国内外研究现状

1 .3 气动测量系统的特点及类型

1 .4 课题来源

1 .5 本文的主要研究内容

第2章 气动测量系统基础理论研究

2 .1 引言

2 .2 气动测量的流体力学基础理论

2 .3 气动测量工作原理

2 .4 本章小结

第3章 差压式珩磨在线气动测量的动态研究

3 .1 引言

3 .2 差压式珩磨气动测量的构成和工作原理

3 .3 珩磨中高压气动测量状态分析及理论研究

3 .4 珩磨气动测量系统环境因素分析及参数的选择

3 .5 本章小结

第4章 珩磨气体介质参数对测量量程影响的分析

4 .1 引言

4 .2 珩磨气体介质的参数特性及理论研究

4 .3 差压式珩磨在线气动测量系统量程的确定

4 .4 本章小结

第5章 基于Fluent流体软件的仿真实验

5 .1 引言

5.2 FLUENT软件概述

5.3 FLUENT软件仿真实验

5 .4 仿真结果

5 .5 基于仿真的气动测量系统量程优化研究

5 .6 基于仿真结果的珩磨在线气动测量策略分析

5 .7 本章小结

总结与展望

1.总结

2.展望

参考文献

致谢

附录A攻读硕士研究生期间发表的论文