新型无心磨削技术研究及其在微细工件加工中的应用

提出一种用于微细工件加工的新型无心磨削技术。该技术采用超声椭圆振动板取代传统无心磨床中导轮,在加工中超声椭圆振动板和托板共同支撑和控制工件的运动。通过FEM优化设计超声振动板的结构;利用测试系统对其性能进行测试,确保超声振动板端面振动轨迹可以通过施加在PZT上的输入参数来控制;通过工件转速评价装置证实振动板端面超声椭圆振动能精确控制工件旋转速度。在改进后的无心磨床上对工件进行磨削实验,结果表明:硬质合金材料工件磨削后其直径为0.06 mm,长度为15 mm,长径比达到250,证实了该技术对微细工件加工的有效性。     

高液静压无心磨床磨削过程再生颤振的稳定性分析

为了避免高液静压无心磨床在磨削工件时发生颤振,从而提高工件的加工精度和磨削效率,提出了从再生型颤振机理出发,建立高液静压无心磨床磨削过程再生颤振动力学模型,制取无心磨削稳定性叶瓣图,选取适当加工工艺参数的方法。首先,应用再生颤振理论研究高液静压无心磨床磨削过程,进而建立了考虑工件和砂轮再生颤振的动力学模型,并在磨削力模型中利用时间延时来表示再生效应,通过对动力学模型进行求解,得到高液静压无心磨床磨削过程稳定性叶瓣图,并将稳定性叶瓣图划分为符合切入式无心磨削的4个区域,为工艺人员选取磨削工艺参数避免颤振提供了理论依据。     

双面砂轮

在大批量生产中,同时需要磨加工工件端面和外圆的情况是经常有的,如果仍然采用普通外圆磨床,先磨完外圆后再用砂轮侧面靠工件端面,就要降低生产效率。这种场合,采用“端面外圆磨床”(图1)加工是很恰当的。可以提高生产效率。但我厂在使用中发现;磨削工件端面时,由于砂轮与工件间的接触面要比磨削外圆时大,工件表面容易烧伤,因此,     

超声加工技术研究进展

超声加工技术依靠瞬时高频振动撞击对工件断续加工,具有极强切削能力的同时,具有较小的宏观切削力,主要用于硬脆材料的精密加工,能提高加工精度和表面质量。首先,阐明了超声加工技术的基本原理及其基本应用范围。其次,综述了超声辅助切削加工技术的研究进展,着重论述了超声辅助铣削净切削时间模型的建立以及模型正确性验证,总结了加工参数对刀具运动轨迹、工件表面质量的影响,阐明了椭圆振动切削能有效抑制切削颤振带来不利影响的原因;探讨了超声辅助磨削技术在加工非金属和金属材料时,对表面质量以及工件表面温度分布的影响;综述了超声辅助钻削技术的切削力和进给速度与普通钻削参数的比较。再者,介绍了超声波加工技术的新发展方向,包括三维椭圆超声振动切削技术、超声ELID复合磨削技术、超声EDM复合加工技术、超声辅助抛光的工作原理及最新研究趋势和能实现的试验效果。最后,总结了目前对超声加工技术及超声辅助或复合技术的研究。     

非圆截面工件表面的高速精密磨削

针对非圆工件表面的高速精密加工这一问题，设计集成一套磨床数控系统并改造一台数控实验磨床，利用数字PID原理对此系统的动、稳态性能进行控制调节。研究PMAC的时间基数控制法，结合直线电机的微量往复进给运动和电主轴单元的高速性能，来实现非圆工件的磨削加工。通过对椭圆形工件的磨削实验研究，为非圆零件的高效精密磨削提供了好的解决方案。     

不规则零件的无心磨削

介绍了无心磨床磨削不规则零件时的特点,阐明了无心磨削不平衡零件及局部有缺口零件的加工精度（圆度）差的主要原因是由工件的跳动引起的,通过对各种不同重量、不同形状、不平衡量及不同缺口的各类零件的无心磨削的加工精度进行分析后,归纳出无心磨削不规则零件的磨削特点,所得到的解决此类零件的磨削方法以及磨削不规则零件的最佳磨削参数,可供技术人员参考。     

超声振动辅助ELID磨削淬硬12Cr2Ni4A合金钢表面特性的研究

目的 提高淬硬12Cr2Ni4A钢的加工质量,消除工件表面残余应力.方法 采用普通磨削(OG)、超声振动辅助磨削(UVAG)以及超声振动辅助ELID磨削(UVAEG)3种磨削方式,分别对淬硬12Cr2Ni4A合金钢进行加工,分析3种加工方式下被加工工件的表面粗糙度以及残余应力.结果 在超声振动辅助磨削、超声振动辅助ELID磨削下,工件表面粗糙度都低于普通加工,而超声振动辅助ELID磨削后的工件表面质量最高,相对普通磨削加工,超声振动辅助ELID磨削后的表面粗糙度降低了66％,相对于超声振动辅助磨削,超声振动辅助ELID磨削后,表面粗糙度降低了约41％.对工件表面进行残余应力测定发现,普通磨削加工后工件表面为残余拉应力,而超声振动辅助磨削、超声振动辅助ELID磨削后的工件表面都产生了残余压应力,超声振动辅助ELID磨削后,工件表面的残余压应力高于超声振动辅助磨削约30％.普通磨削加工中,随磨削深度的增加,残余拉应力一直变大,而超声振动辅助磨削和超声振动辅助ELID磨削的残余压应力总体呈现减小的趋势.在磨削深度达到22.5μm后,超声振动辅助磨削加工表面的残余压应力转变为残余拉应力.在超声振动辅助磨削和超声振动辅助ELID磨削后,随超声振幅的增大,表面残余压应力增大,超声振动辅助ELID磨削表面的残余压应力随占空比的增大而增大.结论 超声振动辅助ELID磨削加工后,能得到更小的表面粗糙度及更大的表面残余压应力.     

二维超声磨削复相陶瓷加工表面质量的试验研究

本文通过对二维超声磨削纳米复相陶瓷和普通磨削进行对比试验研究,分析了磨削深度、工件速度、砂轮粒度对工件表面质量的影响.研究结果表明,采用二维超声振动磨削能大大提高工件的表面质量;表面粗糙度随着切深的增大而增大,随着切削深度的进一步增加,超声振动在磨削加工中所起的作用减弱;二维超声振动磨削大大扩大了复相陶瓷磨削的塑性加工区域,二维超声振动磨削过程的塑性域是切削深度小于5μm,而普通磨削塑性域是磨削深度小于2μm;二维超声振动磨削时,表面粗糙度随着砂轮粒度的减小而明显减小,且比较稳定,故二维超声振动磨削有利于使用细粒度砂轮;工件速度对二维超声振动磨削表面粗糙度影响很大,其值随着工件速度的增加而增大.     

工件作超声振动时的磨削特性研究

磨削是加工硬脆性材料并获得高加工精度的常用工艺，加工过程中表面质量与材料的去除率是一对矛盾，超声振动的引入在很大程度上缓解了这一矛盾。对工件作超声振动的磨削加工特性进行了试验及理论分析，从工件振动的等效硬度特性角度分析了磨削力比降低的原因，并对其进行了量化计算。该结果对超声辅助磨削加工硬脆材料具有现实的指导意义。     

超声椭圆振动磨削ZTA的表面完整性研究

针对改性氧化铝(ZTA)陶瓷的超声椭圆振动磨削,给出了磨粒的切削轨迹模型,讨论了其对加工精度的影响.通过试验获得了椭圆超声振动磨削对ZTA陶瓷的表面形貌的影响.被加工表面上可以观测到晶粒细化现象,几乎没有破碎发生,表明材料去除模式主要为塑性去除;与普通磨削的对比试验表明,表面粗糙度降低约30～40%.X-射线衍射分析表明被加工表面的相结构主要为α-Al2O3,和t-ZrO2,以及少量的m-ZrO2;普通磨削和超声椭圆振动磨削的表面上都观察不到非晶相.试验结果表明,ZTA的非弹性变形去除对表面完整性有重要影响.     

大质量细长轴无心磨削的研究

无心磨削可以较好地解决细长轴的磨削问题，但在无心磨床上对大质量细长轴进行磨削的时候，由于初始和结束时进给速度的不足和在磨削过程中，拉送料速度的波动，造成约15％的材料浪费和32％左右的产品不合格率。本文通过采用积极式接送料装置，使工件在加工过程中由积极式接送料装置对料坯和工件施加与磨床相匹配的回转运动和轴向运动，杜绝了原材料的浪费，配合其它质量控制方法，将产品合格率提高到98％以上，缩短了加工时间，减少了工序，有效降低了产品的加工成本。     

二维超声振动磨削纳米复相陶瓷的表面粗糙度研究

本文对纳米复相陶瓷材料进行了不同参数下的普通磨削和二维超声振动磨削的对比试验，研究了超声振动磨削对工件表面质量的影响，分析了不同的加工工艺参数及振动参数对加工工件表面粗糙度的影响，实验结果表明，在同样的切深条件下，超声振动磨削表面的沟槽浅而宽，可以得到比普通磨削加工粗糙度较小的加工表面，且在超声振动中砂轮作高频振动，砂轮不易堵塞，利于使用细粒度砂轮磨削；工件速度对二维超声振动磨削表面粗糙度影响很大，其值随着工件速度的增加而增大。二维超声振动磨削可以提高陶瓷材料的表面质量，并能有效地避免普通磨削下微裂纹的产生，因此它是磨削陶瓷的一种精密加工方法。     

采用工件加振方式的微细超声加工特性的研究

通过以ＷＥＤＧ放电加工手段制作微细超声加工用工具,在采用工件加振方式的向细超声加工机上对碳酸玻璃、半导体硅等硬脆材料试件进行微孔加工的实验,来探讨在某一特定加工的实验,来探讨在某一特定加工条件下具材料、工件材料、工件的振幅、加工静载荷、磨料悬浮液浓度、工具长度及工件尺寸等重要因素对加工速度、工具损耗率的影响。为微细超声加工技术的实用化提供参考依据。     

旋转超声磨削氧化锆陶瓷孔的质量控制研究

目的 确定在旋转超声磨削加工下使氧化锆陶瓷出孔端面崩边面积最小时的最优磨削参数,并证明在工件底部加辅助支撑抑制崩边策略的合理性,为实际生产提供理论指导.方法 以出孔端面崩边面积与加工后理想孔面积之比Hd值作为出孔质量评价指标.首先对氧化锆陶瓷进行孔磨削正交实验,实验设置为三因素四水平,因素分别为主轴转速、进给速度及超声波振幅,得到各因素对Hd值的影响趋势及初步预测最优磨削参数组合;其次利用单因素实验,进一步分析各因素对Hd值的影响及确定最优的磨削参数范围;最后通过在工件底部加辅助支撑来进一步降低Hd值.结果 通过实验得到最优的加工参数范围,主轴转速为15000～17000 r/min,进给速度为0.5～0.6 mm/min,超声波振幅为6～8μm时,可将Hd值控制在3.308×10-3以内.采用辅助支撑后,Hd值最多可再降低11.83％.结论 旋转超声磨削加工下,氧化锆陶瓷出孔Hd值随主轴转速、进给速度和超声波振幅的增加呈先减小、后增大的趋势,在保证进给速度最优时,适当提高主轴转速及超声波振幅有助于提高出孔表面质量,并可提高加工效率.采用在工件下方加辅助支撑的策略,能有效降低出孔端面崩边面积,并从理论和实验上证明其可行性.     

小直径砂轮超声振动磨削SiC陶瓷的表面质量研究

用小直径砂轮超声振动磨削和普通磨削加工SiC陶瓷零件，对比研究砂轮线速度、工件进给速度、磨削深度和超声振幅对其磨削表面质量的影响。结果表明:与普通磨削相比，超声振动磨削的磨粒轨迹相互交叉叠加，工件表面形貌更均匀，表面质量更好。由于超声振动时的磨粒划痕交叉会使磨粒产生空切削，因而降低了其磨削力，使磨削过程更加稳定。超声振动磨削的表面粗糙度和磨削力随砂轮线速度和超声振幅的增加而降低，随工件进给速度和磨削深度的减小而降低。且砂轮线速度、工件进给速度较小时，超声振动磨削的效果更明显。      

外圆磨床数控系统研究

以外圆磨床的基本结构和基本动作为基础,根据工件轮廓形状,用一系列直线和圆弧描述成型砂轮的外形轮廓,实现了数控砂轮定型和砂轮修整的自动控制;利用端面量仪,实现了工件坐标原点的自动精确定位;采用径向量仪主动测量技术,实现了外圆磨加工的主动在线测量;通过对磨削加工工件计数,实现了砂轮自动修整,并对砂轮原点和工件坐标原点进行自动补偿.从而实现了从砂轮定型、工件坐标原点定位、磨削加工、砂轮修整、砂轮原点和工件坐标原点自动补偿的全自动加工控制过程.经过实际应用检测,利用本系统加工零件的外圆尺寸、外圆锥度、锥高、锥角、圆度符合用户需求,精度达到1μm.     

磨削振动控制系统设计与开发

磨削常做为工件加工的最后一道工序,其几何误差和表面完整性等加工质量要求很高,磨削振动是影响加工质量的重要因素,众多研究者对探测和避免此动态过程进行了研究以消除砂轮磨损和提高工件加工质量,运用砂轮与工件间周期性的分离或者跟随工件速度周期性的振动来实现磨削振动控制的可行方法尚未可见。本文作者对磨削振动进行了研究,基于对磨削低碳钢和硬化钢的磨削力进行实验检测,设计了一套闭环控制器,实现对工件振动的控制。并通过普通磨削过程进行验证,结果显示,此控制器对磨削振动有较好的改善作用。     

简析数控端面外圆磨床的四种对刀方式

数控端面外圆磨床的对刀是磨削加工过程中很重要的环节,对刀的精度会直接影响工件的加工质量,重点分析了数控端面外圆磨床的四种对刀方式,并在此基础上,为满足用户的实际生产需要,举例介绍了数控端面外圆磨床MKB1632／H的对刀实现问题。     

二维超声磨削纳米复相陶瓷的磨削特性研究(1)

本文通过对二维超声磨削纳米复相陶瓷的磨削特性进行理论分析及试验研究，尤其是磨削力的特性及其影响因素，从而探索磨削加工表面质量的影响因素并提出改善磨削效果的措施。研究结果表明，磨削力随着切深的增大而增大，随着磨削深度的进一步增加，超声振动在磨削加工中所起的作用减弱；二维超声振动磨削大大扩大了复相陶瓷磨削的塑性加工区域，二维超声振动磨削过程的塑性域是磨削深度小于5μm，而普通磨削塑性域是在磨削深度小于2μm；适当增大磨削速度，既可以增强磨削砂轮的自锐能力，获得较高的去除率，又可以增加塑性变形，改善工件的表面质量；砂轮线速度的变化对二维超声振动磨削过程中的磨削力影响比对普通磨削过程中的磨削力的影响小，故二维超声振动磨削可以选用较大的砂轮线速度；工件速度对二维超声振动磨削表面粗糙度影响很大，其值随着工件速度的增加而增大。     

超声调制脉冲放电对微细电火花线切割加工效率和质量的影响

为了提高微细电火花线切割加工的质量和效率,在工件上施加超声振动,用超声振动调制脉冲放电,分析研究了超声调制微细电火花放电对加工效率和质量的影响。实验研究表明:超声振动能显著增强电火花加工的蚀除能力,减少短路,大幅提高加工效率和稳定性,改善加工质量。