基于动力学特性的高速随动磨削优化控制方法及实验研究

曲轴、凸轮轴等异形零件是汽车发动机的关键零件，其加工精度、效率、表面质量等要求越来越高，推动了高速随动磨削技术的发展，从而对磨削系统的动力学特性提出了新要求。因动力学特性因素带来的轮廓误差、粗糙度、波纹度等，成为困扰高速随动磨削技术工程应用的难题。.针对上述问题，本项目采用多体动力学理论开展高速随动磨削系统的动力学分析，揭示其动力学特性对磨削质量的影响规律，探索随动磨削振动产生机理及抑制方法；以此为基础，研究和建立一种综合系统动力学特性的优化控制模型，在保持恒线速度磨削优点、保证表面光洁度的同时，提高联动轴运动的平稳性和耦合精度，降低轮廓误差和表面波纹度；面向此优化模型，采用支持向量机实现模型权参数在小样本条件下的选择，并将量子算法与粒子群算法相结合，研究和采用一种改进的粒子群算法来实现随动磨削控制的优化。上述模型和方法将通过测试、加工实验来验证其科学性和正确性，并在工程开发中实际应用。

曲轴、凸轮轴等异形零件是汽车发动机的关键零件，其加工精度、效率、表面质量等要求越来越高，推动了高速随动磨削技术的发展，从而对磨削系统的动力学特性提出了新要求。因动力学特性因素带来的轮廓误差、粗糙度、波纹度等，成为困扰高速随动磨削技术工程应用的难题。.针对上述问题，本项目采用多体动力学理论开展高速随动磨削系统的动力学分析，揭示其动力学特性对磨削质量的影响规律，探索随动磨削振动产生机理及抑制方法；以此为基础，研究和建立一种综合系统动力学特性的优化控制模型；面向此优化模型，采用支持向量机实现模型权参数在小样本条件下的选择，研究和采用一种改进的粒子群算法来实现随动磨削控制的优化。上述模型和方法将通过测试、加工实验来验证其科学性和正确性，并在工程开发中实际应用。取得的主要成果如下：.（1）通过多体动力学理论对高速随动磨削系统进行动力学分析，揭示其动力学特性对磨削质量的影响规律；运用显式动力学求解软件LS-DYNA模拟了磨粒磨削过程，为砂轮磨削力测试实验提供基础。.（2）探索随动磨削振动产生机理及抑制方法，对影响加工质量的重要因素如颤振等进行了分析研究，提出一种随机时延微分方程的全离散计算方法（CDS），建立了主轴转速、磨削深度与磨削颤振之间的关系，揭示了磨床不同主轴转速及进给量之间的对应关系与颤振产生的机理，为高速随动磨削优化控制研究奠定了基础。.（3）以大惯量高加速度的曲轴随动磨削系统作为研究对象，开展基于动力学特性的控制方法研究：研究和建立了一种综合系统动力学特性的优化控制模型，在保持恒线速度磨削优点、保证表面光度的同时，提高联动轴运动的平稳性和耦合精度，降低轮廓误差和表面波纹度。在此基础上，基于粒子群算法实现磨削过程优化控制。试验验证结果表明：针对大惯量高加速度的随动磨削控制方法在对磨削零件的轮廓误差和粗糙度改进方面效果明显，有效地改进了磨削过程中由于大惯量高加速度系统本身存在的特性而导致的零件表面粗糙度低下的问题。.（4）在烧伤机理与工艺参数优化方面，针对高速切入磨削导致的端面烧伤，研究了其形成机理、理论模型、参数优化与控制策略，研究了砂轮粒度、线速度、冷却压力等参数与温度分布之间的关系，建立了曲轴磨削轴颈温度场理论分析模型，揭示了工件与砂轮线速度匹配规律，发现了烧伤“临界区域”。