在研究平面二次包络环面蜗杆磨床加工原理的基础上,提出了一种新的结构设计方案。采用磨头部件内藏式的设计方法,同时将砂轮支撑座设计成倾斜式,将砂轮产形面到回转工作台中心轴线距离控制到300mm以内,减少了蜗杆表面螺旋线误差和磨削的行程。首次采用第四轴分度盘驱动蜗杆旋转,实现磨削过程中的分度功能,提高了磨床的加工效率和加工精度。对新的磨头部件进行模态分析,获得其固有频率和振型。对新的磨头部件进行谐响应分析,获得其位移频率响应曲线,为后续磨床样机的试验测试做准备。

为解决平面二次环面蜗杆数控磨床加工中出现形位超差和精度不足的问题,通过研究磨床的整体结构和转台工况确定了扇形静压转台的主体结构方案和设计参数,通过理论计算推导出承载力与位移率和面积比的关系和刚度与压力比与面积比的关系,根据面积比最优计算得到油垫的承载力和刚度,并利用FLUENT软件分别对口字型和工字型油腔结构的油垫进行流体力学仿真分析,证明计算得到的油腔尺寸参数可以使转台产生足够的承载力,满足磨床设计要求,分析了矩形油垫中不同的油腔内部结构,得到口字型油腔结构比工字型油腔结构产生的更大承载能力且承载更均匀,油腔内部无内壁阻隔更适合于静压油腔选型的结论。

床身作为重要的支撑件是整个机床的基础,床身的刚度和稳定性会直接影响到被加工件的尺寸及表面精度。床身的固有频率是评价磨床动态性能的重要参数,提高床身的固有频率能够有效的提高床身的结构刚度。床身经模态分析后,直观的显示出了其结构在设计阶段存在的薄弱环节,通过对床身结构的改进提高了床身的固有频率;通过比较不同的改进方案得出了磨床床身最优的改进结果,为后续的磨床床身结构设计提供了理论依据和工程参考。

针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)由于模态混叠现象难以有效提取轴承故障特征的问题,提出了一种基于时变滤波经验模态分解(time varying filtering based empirical modede composition,TVF-EMD)的轴承故障诊断方法。首先利用TVF-EMD方法对轴承故障信号进行自适应分解,得到一组内禀模态函数(intrinsicmodefunctions,IMFs),然后根据峭度最大准则选取包含主要故障特征信息的IMF分量,最后对选取的敏感分量进行进一步的包络解调分析,提取出故障特征信息,从而进行故障诊断。轴承故障诊断实例证实了所提方法能准确提取轴承故障的特征信息,实现轴承故障的有效诊断;通过与总体经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)方法的对比研究,表明了所提方法的优越性。