丝杠绿色干切关键技术与装备

　　滚珠丝杠副具有传动性好、传动效率高、传动精度高这些优点，已被广泛应用于高档数控机床和诸多仪器设备中。我国滚珠丝杠副正在逐渐从低技术、低利润的中低端产品向高质量、高利润的中高端产品转变，对高效、高精、高可靠、智能、绿色的高性能制造工艺技术也提出了更为迫切的需求。高速硬态旋铣干切技术具有优质、低耗、高效、绿色等优势，是丝杠批量加工的核心技术，具有较大的市场价值及广阔的应用前景，属于重点发展的绿色制造工艺之一。本书针对丝杠绿色干切工艺关键技术与装备进行了体系化研究，主要内容包括丝杠绿色干切工艺装备及其关键技术的国内外研究现状、旋铣干切机床及刀具设计、干切工艺材料去除机理与建模分析，丝杠干切工艺在线监测与分析和丝杠表面完整性及服役性能试验研究。本书可供工科院校机械类本科生和研究生使用，也可作为相关专业工程技术人员、管理人员以及对绿色制造领域感兴趣的广大公众人员的参考书。

　　王禹林 南京理工大学教授、博士生导师、国家“万人计划”青年拔尖人才。“高性能制造技术与重大装备”重点研发计划指南编制组专家、“智能机器人”重点研发计划分委会专家、国家科技进步奖评审专家、国家科技重大04专项和“制造基础技术与关键部件”重点研发函评与会评专家等。主要研究方向为先进制造技术、智能机器人与高端装备，为主制定行业和团体技术标准5项，参编行业专著4部，授权发明专利20余项；主持重大专项课题、重点研发课题、国家自然科学基金等课题近10项；获中国机械工业技术发明奖一等奖，教育部自然科学二等奖，江苏省科学技术二等奖等省部级以上奖励10余项。

丛书序一
丛书序二
丛书序三
前 言
第1章 丝杠绿色干切工艺综述1
1.1 丝杠绿色干切工艺与装备概述2
1.1.1 滚珠丝杠副概述2
1.1.2 丝杠绿色干切工艺概述3
1.1.3 丝杠绿色干切装备概述6
1.2 丝杠绿色干切工艺关键技术研究现状10
1.2.1 材料去除机理研究现状10
1.2.2 系统力热特性研究现状12
1.2.3 切削动态特性研究现状14
1.2.4 切削比能和工艺能耗研究现状15
1.2.5 加工表面完整性研究现状16
1.2.6 工艺优化研究现状18
参考文献19
第2章 丝杠绿色旋铣干切机床及刀具设计29
2.1 丝杠内/外旋铣工作原理30
2.2 丝杠旋铣机床设计要点31
2.2.1 丝杠外旋铣机床31
2.2.2 丝杠内旋铣机床32
2.3 丝杠旋铣干切关键技术36
2.3.1 针对超长丝杠的接刀策略36
2.3.2 工件随动抱紧装置的设计37
2.3.3 压缩空气浅低温强力冷却技术应用38
2.3.4 铣头系统设计制造与分析40
2.4 丝杠旋铣干切刀具49
2.4.1 刀具材料选择49
2.4.2 刀具结构设计50
2.4.3 刀具制造工艺52
2.4.4 刀具使用方法52
2.4.5 刀具修型技术53
2.5 丝杠旋铣机床整机动态特性分析55
2.5.1 接合面的等效模型56
2.5.2 接合面的参数识别58
2.5.3 整机动态特性分析60
参考文献65
第3章 丝杠绿色干切工艺材料去除机理与建模分析67
3.1 丝杠断续干切几何成形机理68
3.1.1 丝杠滚道几何成形分析68
3.1.2 丝杠滚道表面形貌表征建模72
3.1.3 锯齿状切屑形成机理研究75
3.2 丝杠干切系统动力学建模分析84
3.2.1 切削力理论及仿真建模84
3.2.2 丝杠干切系统动力学建模88
3.2.3 变激励、变约束下的系统动态特性分析93
3.2.4 系统动态响应特性优化102
3.3 丝杠旋铣切削热建模与分析106
3.3.1 丝杠旋铣干切的时变热源建模106
3.3.2 基于时变热源与动态切削力的切削温度场建模113
3.3.3 模型验证及分析119
3.4 丝杠旋铣切削比能建模分析124
3.4.1 切削比能建模分析124
3.4.2 丝杠旋铣切削比能的影响特性分析128
参考文献135
第4章 丝杠干切工艺在线监测与分析139
4.1 丝杠干切工艺在线监测技术140
4.1.1 环境污染排放监测140
4.1.2 切削力在线监测144
4.1.3 切削振动在线监测148
4.1.4 切削温度在线监测152
4.1.5 切削能耗在线监测153
4.2 环境污染排放试验与分析154
4.2.1 试验设计154
4.2.2 环境污染排放试验验证与影响分析155
4.3 切削力模型试验与分析157
4.3.1 试验设计157
4.3.2 切削力模型试验验证与影响分析158
4.4 切削振动试验与分析161
4.4.1 试验设计161
4.4.2 工艺参数和支承装夹约束状态对切削振动的影响分析165
4.5 切削温度模型试验与分析168
4.5.1 试验设计168
4.5.2 切削温度模型试验验证与影响分析169
4.6 切削比能模型试验与分析170
4.6.1 试验设计170
4.6.2 切削比能模型试验验证与影响分析172
4.6.3 工艺参数对切削比能的贡献度分析174
参考文献176

第5章 丝杠表面完整性及服役性能试验研究179
5.1 丝杠旋铣滚道的表面几何形貌试验研究180
5.1.1 试验设计180
5.1.2 试验结果分析181
5.2 丝杠旋铣滚道的表面微观组织试验研究185
5.2.1 试验设计186
5.2.2 试验结果分析188
5.3 丝杠旋铣滚道的表面力学性能试验研究194
5.3.1 试验设计194
5.3.2 试验结果分析195
5.4 丝杠旋铣的多目标优化198
5.4.1 试验设计199
5.4.2 响应曲面法建模与分析202
5.4.3 多目标优化建模与求解204
5.5 滚珠丝杠副服役性能试验研究208
5.5.1 主要失效形式和服役性能指标208
5.5.2 丝杠副服役性能试验台211
5.5.3 丝杠副服役性能加速试验方法213
5.5.4 丝杠副服役性能试验实施案例221
参考文献225