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大螺距外螺纹的大径、小径、螺距、牙型半角和中径是反映螺纹面质量的重要指标,采用分层切削法车削大螺距外螺纹时,受工件及机床主轴回转误差、刀具磨损和振动等因素的影响,螺纹面形成过程不稳定,其加工误差沿轴向分布具有多样性,造成零件尺寸精度下降,螺纹面加工误差的频繁变动严重影响零件的互换性和设备的工作性能,同时存在螺杆螺母配合时轴向配合间隙过小或者过大等问题,会产生二者旋合过松或过紧的现象,使传递动力的可靠性和传递位移的准确性得不到保证,因此,保证大螺距螺纹组件在加工过程中的螺纹面加工精度一致性,并提供相应的工艺设计方法变得至关重要。 课题来源于黑龙江省应用技术研究与开发计划项目“高品质大螺距螺纹高效切削技术“GC13A404”和国家自然科学基金“基于广义动力学空间的高进给切削刀具振动磨损机理(51575148)”,针对现场加工过程中的螺纹面误差分布一致性的问题,螺距螺纹面加工误差分布一致性为目的,采用数理统计分析,灰色系统理论及螺纹面仿真的方法在系统误差、刀具振动及磨损特性等方面对车削大螺距螺纹面加工误差进行了如下研究: 针对误差最大值和最小值的方法检测和评价螺纹面加工误差,不能反映其分布水平和变化趋势等问题,通过对螺纹面特征点的提取,计算出沿轴向不同位置的螺纹面特征参数误差值,以螺纹面牙型半角、螺距和中径误差最小值构建等值标准序列,以上述误差沿轴向分布序列为比较序列,采用灰色关联分析的方法,评价实验后的螺纹面加工误差沿轴向分布的稳定性。 建立了左右螺纹面的参数方程,并确定了左螺纹面和右螺纹面的位置及矢量关系,分析了切削刃发生变化时,左右螺纹面间的法向矢量和轴向距离受到的影响情况,螺纹面径向加工误差受工件安装误差和刀具安装误差的影响,刀具切削刃偏置和机床刀架位移误差会引起螺纹面轴向和径向的加工误差,为后文进行螺纹面加工误差的仿真分析,提供了理论依据;采用弹簧刀杆和刀头组合成的成型车刀,进行了大螺距螺纹车削的精加工实验,对实验后的工件表面进行特征点的提取,并进行螺纹面的拟合,发现左右螺纹面均偏离了理论的位置。 根据大螺距外螺纹形成条件,建立螺纹面仿真模型,结合大螺距螺纹实验数据,进行螺纹面的仿真,利用与实验相同的螺纹面特征点提取方法获取加工误差并评价仿真结果,进行螺纹面形成过程的影响因素分析,揭示加工过程中不同因素对螺纹面尺寸精度的影响特性。 对螺纹面仿真结果进行影响因素的显著性分析,以螺纹面加工误差分布的水平、平稳性以及一致性作为控制目标,确定关键控制变量,改进工艺参数并进行车削大螺纹距螺纹的工艺方案设计,优化后的工艺方案改善了螺纹面加工误差的一致性分布情况,证明了方案的可行性。