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《华中科技大学》 2004年
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影响数控凸轮轴磨削加工精度若干因素的研究

李勇  
【摘要】:凸轮轴是汽车发动机和其它内燃机的重要零件,其加工质量直接影响汽车 产品的质量。目前国内许多厂家仍普遍采用靠模和普通砂轮磨削加工凸轮轴, 此种凸轮轴磨削加工方法很难满足现代汽车工业零件加工高精度、高效率、高 柔性和工序集中的要求。 数控立方氮化硼(CBN)凸轮轴磨床具有高精度、高效率、高柔性、工序集中 等特点,已逐步在现代汽车工业中得到应用。国内已对数控 CBN 凸轮轴磨削加 工方法进行一些初步研究,并研制出了部分样机,但从目前的研究状况来看, 大多处于实验研究阶段,磨削精度还不能满足实际生产应用的要求,很难实现 商品化。为了提高数控凸轮轴磨床的磨削加工精度,本文对影响精度的若干因 素进行了分析和深入研究,提出了一系列提高磨削加工精度的方法,并在一定 范围内予以实现,获得了一些具有创新性的成果。 本文的主要研究工作有以下几个方面: (1)研究了凸轮轴磨削加工的运动数学模型,在分析工件恒线速度和工件恒 角速度磨削这二种主要凸轮轴磨削加工工艺的特点的基础上,提出一种新磨削 加工工艺。此工艺可以在不降低生产率的前提下,通过采用优化伺服系统的输 入曲线,降低伺服轴的速度、加速度和加速度变化率,减少难以跟踪的高频成 份,尽量减小磨削点的线速度波动的方法,实现了提高磨削加工精度的目的。 (2)为了解决上述伺服系统的输入曲线优化问题,本文提出了一种新的蚁群 算法─动态蚁群算法,对此问题进行了优化。动态蚁群算法是一种改进型的蚁 群算法,对蚁群算法的三个方面进行了较大的改动,有效地改善了原有算法的 性能。比较好地解决了复杂目标函数的优化问题 (3)通过对数控凸轮轴磨床的机械传动(主要是砂轮架的进给系统)与伺服 控制系统进行建模、仿真和实验,研究和分析了磨削加工中造成凸轮轴多棱边 现象的原因。为提高伺服控制系统的精度,重点研究了的伺服控制系统的 PID I WP=4 参数的优化问题,提出了基于粒子群算法的伺服控制系统 PID 参数优化方法。 较好地解决了在 PID 参数优化时,经典演化算法的优化质量和优化速度矛盾。 (4) 针对人工神经网络在小样本时的过学习问题,提出了基于支持向量机 的误差预测建模方法。实验和理论分析表明该建模方法,能很好的发现数据内 部规律。较好地解决了人工神经网络误差预测建模时,小样本时的推广性下降 的问题。此外本文还对数控凸轮轴磨削加工系统的幅相补偿控制作了初步的研 究,有效地提高了磨削加工精度。
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