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冲击攻丝系统的动力学建模及仿真研究

曹俊  
【摘要】: 螺纹加工是机械加工过程中一个十分重要的环节,随着现代加工技术的发展,螺纹加工成为机加工中十分薄弱的环节。传统的螺纹加工方法有:手工攻丝、钻床攻丝、振动攻丝等。这些传统加工方法存在的问题有:难以克服攻丝过程中的动态载荷,导致丝锥折断、阻塞、磨损等,同时加工质量不高。本文对一种全新的螺纹加工方法一冲击攻丝进行了研究。冲击攻丝系统由曲柄滑块机构和攻丝单元组成,攻丝单元通过滚珠丝杆传动和齿轮传动将冲锤(滑块)的直线运动转化成丝锥的旋转运动。由于冲击过程能够在短时间里集聚较大的能量传递到丝锥上,所以冲击攻丝系统可以适应攻丝时的动态负载。 本文建立冲击攻丝系统的动力学模型,仿真求解冲击攻丝系统的运行状态及其参数随时间的变化规律。通过对仿真结果的分析与研讨,得到冲击攻丝系统的仿真输出参数和基本特性。 本文对该系统作了适当、合理的简化处理,构建了冲击攻丝系统的物理模型,将冲击攻丝系统的运动过程划分为四个阶段:空行程阶段、缓冲阶段、攻丝阶段和回程阶段。以功能原理、拉格朗日方程为基础,建立了冲击攻丝系统的动力学模型,进而将其转化为计算机仿真模型,编制了仿真模型的计算机求解程序,对冲击攻丝的各种工况进行仿真求解,得到了以下研究结论: 1.建立了冲击攻丝系统的动力学模型和仿真模型并在计算机上对其求解。 2.空行程阶段曲柄以及冲锤的速度、加速度曲线。 3.冲击阶段冲锤、上机架和丝锥的速度、加速度以及力的特性曲线。 4.攻丝阶段丝锥的角速度、角加速度以及转矩的特性曲线。 本文的研究结论对于改进和完善冲击攻丝的技术和方法具有理论上的指导作用。通过对系统的物理参数、结构参数的调节,可以得到系统在各种工况下的位移、速度、加速度、力等参数,可进一步对该系统的结构设计、参数选择提供理论上的指导。


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