凹面凸轮磨削加工磨削力控制方法研究

摘要

目前带凹面结构的凸轮在供油系统的凸轮轴中得到了广泛的运用。有部分研究人员以分析凹面凸轮轴磨削加工工艺理论为基础，生产了一些可以磨削凹面的凸轮轴磨床设备，并多数是以大砂轮和小砂轮复合磨削的方式来对工件磨削加工。目前采用这种加工方法磨削凹面凸轮轴效率不高，而且在采用小砂轮进行磨削凹面凸轮时易出现磨削力的不稳定问题，这显然直接影响到工件的加工效率以及加工精度。　　针对上述问题，本文对凹面的磨削采用了砂轮基于临界半径优化的磨削加工工艺，提高了工件批量生产的效率。同时把模糊PID控制技术引入到磨削力控制系统中，通　　过仿真分析可得，该控制技术实现了磨削力的良好控制。主要研究内容如下：　　（1）推导出工件转速与凸轮转角的联动关系，并以某汽车发动机上的进气凸轮为例，在Matlab中分别仿真出X轴和C轴的转速、加速度图。并通过分析凹面凸轮轮廓的特点，对原有的数据采用“中点回弹法光顺”，在用三次样条函数插值拟合，并采用了基于临界砂轮半径优化的凹面凸轮轴磨削加工新工艺，从而提高工件加工效率。　　（2）对凸轮磨床系统进行了相关的研究。首先对PC+NC结构的开放式数控系统的硬件进行介绍。然后采用C#语言，并以Visual Studio2015为开发平台开发了其加工参数界面。　　（3）通过对传动件结构的简化及等效，分析了其机械结构，建立了砂轮磨削加工过程磨削力模型，并分析了模糊PID控制原理及设计模糊PID控制器的控制结构与控制规则，为磨削力控制系统的仿真分析奠定了基础。　　（4）在Matlab/Simulink中分别搭建了磨削力PID控制系统及磨削力模糊PID控制系统的仿真模型，并进行了仿真分析。仿真结果表明：在磨削力都输入为80N时，模糊PID控制磨削力的效果显然要比PID控制要好。

目录

1 绪论

1.1 背景及其意义

1.2 磨削技术的发展概述

1.3 国内外研究现状

1.3.1 数控凸轮磨床的发展状况

1.3.2 凹面凸轮轴轮廓加工状况

1.3.3 数控凸轮磨床智能化磨削研究状况

1.4 本文研究内容及结构

1.5 本章小结

2 凸轮轮廓成形原理及凹面重构方法研究

2.1数控凸轮磨床磨削加工的工艺特点

2.1.1 凸轮轴磨削加工工艺特征

2.1.2 凸轮磨削加工所面临的问题

2.2 凸轮恒线速度磨削加工的数学模型

2.2.1 凸轮磨削加工的方式

2.2.2凸轮轴X-C两轴联动的分析

2.2.3 凸轮恒线速度磨削加工工件转速的计算

2.3 凹面凸轮轮廓数控磨削加工工艺的研究

2.3.1凸轮轮廓磨削加工的工艺路线

2.3.2 凹面凸轮轮廓复合数控磨削成形的理论研究

2.3.3 大小砂轮复合磨削凹面轮廓工艺的研究

2.4 凹面凸轮轮廓重构方法研究

2.4.1 升程数据的拟合

2.4.2 实例研究

2.4.3 凹面轮廓重构

2.5 本章小结

3 数控凸轮磨床系统的研究

3.1 数控凸轮磨床机械结构的构成

3.2数控凸轮磨床控制系统硬件系统

3.3 数控凸轮磨床控制系统软件系统

3.3.1 凸轮轴磨削加工数字化控制软件研究

3.3.2 数控凸轮轴磨床相关参数界面

3.4 本章小结

4 凸轮磨削过程磨削力控制方法研究

4.1 凸轮磨削中磨削过程的控制方法

4.1.1 凸轮磨削中磨削力的手动控制方法

4.1.2 凸轮磨削过程适应控制方法

4.2 凸轮磨削过程系统的建模

4.2.1 磨削力研究方式

4.2.2 砂轮架机械结构分析及磨消力公式推导

4.2.3 数学模型参数的确定

4.3 被控对象的研究

4.4 PID控制

4.4.1 PID 控制原理简介

4.4.2 PID控制在数控凸轮磨床磨削力适应控制中的缺点

4.5 模糊PID控制

4.5.1 模糊PID 控制基本原理

4.5.2 模糊PID控制器规则的设计

4.5.3 模糊化过程

4.5.4 模糊推理及去模糊分析

4.5.5 模糊控制规则表

4.6 本章小结

5 凸轮磨床磨削力适应控制的仿真分析

5.1 MATLAB 简介

5.2 凸轮磨床磨削力控制系统在MATLAB的实现

5.2.1 基于PID控制的仿真分析

5.2.2 基于模糊PID控制的仿真分析

5.3 仿真对比分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果