[发明专利]滚珠丝杆磨削颤振稳定性极限图确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种滚珠丝杆磨削颤振稳定性分析方法，尤其是一种用极限图来准确判定滚珠丝杆磨削颤振稳定性的方法。

背景技术

磨削是滚珠丝杠加工中的最后一道工序，磨削加工过程中不稳定磨削导致的颤振现象是影响工件表面质量的的重要因素之一。一般可以通过两种方法抑制磨削颤振现象，一种是在滚珠丝杆磨削过程中，分别对颤振发生与没有发生两种情况下的信号(例如声发射信号等)进行测量，采用模式识别理论建立磨削颤振现象的判别式，并据此判别式控制磨削工艺参数，避免颤振现象的发生；另一种是通过对机床的动力学特性测量，建立磨削动力学模型，并根据控制论中的稳定性判据理论，分析磨削系统的稳定域，根据该稳定域选择适当的磨削工艺参数，避免颤振现象的发生。以上两种方法，前者只适用于一种型号的滚珠丝杆磨削，当磨削条件发生变化(例如砂轮更换，工件更换)后，需要重新研究磨削颤振现象的判别式。后者存在磨削动力学模型难以准确确定其模型参数的问题。这就使得抑制磨削颤振现象成为精密磨削的一大难题。根据这种情况，本发明提出了一种准确确定磨削动力学模型参数的实验设计方法，该方法解决了磨削动力学模型参数难以准确确定的技术难题，据此可以确定磨削颤振稳定性极限图。所提出的方法对提高滚珠丝杆的表面加工质量和加工效率有重要意义。

发明内容

本发明是要提供一种滚珠丝杆磨削颤振稳定性极限图确定方法，该方法可以优化滚珠丝杠磨削工艺参数，抑制磨削颤振现象，提高磨削效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种滚珠丝杆磨削颤振稳定性极限图确定方法，包括：

1.通过实验方法建立磨削过程动力学模型；

2.根据控制论中的稳定性判据，确定磨削颤振稳定性极限图；

3.根据磨削颤振稳定性极限图，确定保证磨削过程稳定性的磨削工艺参数。

通过实验方法建立磨削过程动力学模型具体方法：

滚珠丝杠磨削过程中，机床尾架顶尖顶住滚珠丝杆一端，头架顶尖支撑固定滚珠丝杆另一端，并由电机带动滚珠丝杠旋转，调整机床砂轮的磨削角度进行磨削，该磨削动力学模型的运动微分方程如式(1)所示：

mX··(t)+cX·(t)+kX(t)=F(t)---(1)]]>

式中：m为砂轮质量，kg；c为砂轮阻尼，N/m；k为砂轮刚度，N/m；X(t)为t时刻砂轮振幅，m；F(t)为磨削力，N。

式(1)中，由材料去除率表示的磨削力F(t)，可由式(2)表示：

F(t)＝-k_mhba(t)                (2)

其中：

a(t)＝[bX(t-T)-X(t)]

式中：k_m为砂轮磨削力系数，N/m³；h为砂轮磨削深度，m；b为磨削接触宽度，m；a(t)为工件表面振纹，m；b为砂轮前后两转的重叠系数；T为砂轮旋转周期，

通过拉氏变换，式(1)在频域中表示为式(3)：

(ms²+cs+k)X(s)＝F(s)           (3)

式中：s为拉氏算子，无量纲。

将磨削力F(t)的表达式式(2)经过拉氏变换后代入式(3)，以X(s)作为颤振系统的输出，a₀(s)作为输入，得到磨削系统的传递函数，如式(4)所示：