面向回弹控制的精密直线导轨矫直技术及应用研究

摘要

直线导轨作为通用的功能部件广泛应用于数控机械、自动化设备之中，其精度直接影响到这些制造设备的精度水平和加工能力。直线导轨的加工工艺复杂，矫直加工是影响直线导轨的精度和加工效率的主要工序之一。目前国内直线导轨矫直加工过程大多数还处于矫直粗加工状态，导轨精度的提升，主要依靠高精密磨床和专业的现场安装来保证，加工效率低，误差残存大，离自动化、智能化和精密化的矫直技术还存在一定的差距，同时，缺乏对其矫直工艺过程深入化和系统化的研究。
　　 因此，本文紧紧围绕精密直线导轨的矫直技术，对矫直加工过程中理论分析、加工原理和工艺流程进行系统的研究和实践。主要的研究工作和特色如下：
　　 (1)提出了以材料弹塑性回弹控制为主要目的的矫直工艺研究方法，并结合弹塑性力学和材料力学的基本理论，以精密直线导轨为研究对象，建立了面向回弹控制的矫直工艺理论模型，即以回弹驱动的矫直过程数学模型。
　　 (2)设计了一种具有多步加载过程的弯曲实验。将不同截面不同热处理方式的直线导轨样件进去弯曲加载和卸载实验。将实验数据与基于同等条件的有限单元法的仿真结果进行对比，分析多次弯曲对矫直的影响，为矫直过程的多步加载提供了实验基础。
　　 (3)建立了面向回弹控制的矫直行程预测模型。以导轨样件为例，应用实验、理论和有限元分析的方法，对比分析三者所建立起来的矫直过程数学模型，并分析得到其修正后的行程-挠度曲线，实现矫直行程的预测，并进行了相关的计算。
　　 (4)讨论了提升直线导轨矫直加工精度的两个难点问题：材料性能参数识别和矫直加载过程。结合实验和仿真结果，提出了一种直线导轨的材料性能参数识别的可行方案；分析了矫直加载方法，并应用理论计算、运动学仿真和实际加载过程进行对比分析，为进一步的提高行程预测精度和行程加载精度奠定基础。
　　 (5)以面向回弹控制的矫直工艺的加工原理和工艺流程为基础，设计了直线导轨的矫直控制系统，在分析比较各种实现方式的优缺点之后，建立了面向回弹控制矫直加工的硬件和软件平台，开发了精密矫直控制软件包，并通过矫直样机进行了矫直流程的控制试验验证。