高速主轴动平衡技术研究现状

针对高速主轴在运行过程中产生的振动对零件加工精度、表面质量等造成的破坏问题,对离线动平衡技术、在线动平衡技术及其在线动平衡装置的发展情况进行了研究与总结,对高速主轴在线动平衡装置的动平衡原理和在应用过程中存在的优点与不足进行了分析与归纳,对高速主轴在线动平衡技术及其动平衡装置的未来研究方向进行了展望。研究结果表明,广泛应用的混合式在线动平衡技术以及电机驱动式、喷液式和电磁驱动式3种最具代表性的在线动平衡装置是未来发展趋势;该技术重点是提高动平衡效率、快速响应能力、精度、适应性和耐用性;混合式在线动平衡技术及其高性能在线装置在高速主轴动态平衡方面具有广阔前景。     

HIPSN陶瓷高效精密磨削工艺优化试验研究

目的针对HIPSN(热等静压氮化硅)陶瓷精密加工效率低、成本高、难度大的问题,对HIPSN陶瓷高效精密磨削加工工艺进行优化。方法利用高精度成形磨床对HIPSN陶瓷进行试验,分析砂轮线速度、磨削深度、工件进给速度等工艺参数对磨削后表面质量的影响规律。结果磨削深度由0.005 mm增加到0.050 mm,表面粗糙度值由0.2773μm减小到0.2198μm,并趋于稳定;工件进给速度由1000 mm/min增加到15 000 mm/min,表面粗糙度值由0.2454μm减小到0.2256μm,之后增大到0.2560μm,并趋于稳定;砂轮线速度由20 m/s增加到50 m/s,表面粗糙度值由0.2593μm减小到0.2296μm。随着工件进给速度的增大,表面波纹度平均间距Sw由0 mm直线增加到5.90 mm;随着砂轮线速度的提高,平均间距Sw由2.33 mm直线减小到0.68 mm。优化工艺参数组合:砂轮线速度50 m/s,磨削深度0.030 mm,工件进给速度3000 mm/min。结论表面粗糙度值与磨削深度和砂轮线速度呈负相关,随着工件进给速度的增大,表面粗糙度值先减小后增大,之后趋于稳定。减小工件进给速度、提高砂轮线速度有助于改善表面波纹度。     

氮化硅陶瓷轴承套圈沟道超精加工工艺参数优化研究

为获得较小的沟道表面粗糙度值,通过正交实验,研究超精加工过程的工艺参数对超精加工后的氮化硅陶瓷轴承套圈沟道表面粗糙度Ra的影响。以Ra为评价指标,根据正交实验得到超精加工过程中各工艺参数对Ra的影响程度并从大到小排列,依次为超精加工时间、油石压力、工件切线速度、长行程摆荡频率以及短行程振荡频率;建议最优超精加工工艺参数组合为超精加工时间10 s、工件切线速度625 m/min、油石压力0.6 MPa、长行程摆荡频率700次/分钟和短行程振荡频率2 450次/分钟。在最优超精加工工艺参数组合下超精加工后的轴承套圈沟道表面粗糙度为Ra0.035 5μm,改善率为90.80%。     

氮化硅陶瓷球研磨过程中微磨料磨损形式的转变

为探究氮化硅陶瓷球研磨过程中的磨料磨损,在Rtec MFT5000摩擦试验机上,用不同载荷及不同浓度的金刚石磨料对其进行磨损试验,用VHX-1000超景深显微镜和S-4800扫描电镜观察磨损表面,确定其磨损形式,绘制摩擦因数的拟合关系曲线图.考虑部分实际工况,建立二、三体磨损模型.结果表明:磨料浓度对磨损形式转变的影响大于载荷.磨料质量分数为5％时出现明显沟槽;质量分数为20％时沟槽较浅;质量分数为35％时几乎无沟槽.计算确定磨损形式的转变临界值D/h≈1.6,当D/h<1.6时,二体磨损逐渐转变为三体磨损,随磨料浓度增大,材料表面磨损程度降低,D/h接近1,在磨料质量分数超过35％时,磨损形式几乎全部转变为三体磨损,试验初始摩擦因数较高随后降低并趋于平稳,不同磨料浓度造成摩擦因数差值较大,不同载荷造成摩擦因数差值较小.减小载荷或增大磨料浓度使D/h减小,能适当降低磨损程度,摩擦因数主要与滚动、滑动磨粒数量有关,滑动磨粒数量越多摩擦因数越大,摩擦因数波动随载荷增大而减小.     

离子液体对石墨烯润滑油分散及润滑性能的影响

研究离子液体作为添加剂对石墨烯润滑油分散和润滑性能的影响。通过改变离子液体质量分数、超声功率以及时间等条件,考察离子液体/石墨烯润滑油的分散稳定性;采用Rtec多功能摩擦磨损试验机,以Si3N4/钢为摩擦副,考察不同条件下离子液体/石墨烯润滑油的摩擦学行为;采用扫描电镜和超景深显微镜对磨损表面进行分析,探究离子液体作为添加剂的润滑机制。结果表明:离子液体质量分数为0.002 5%、超声时间为60 min,超声功率为600 W时石墨烯润滑油的分散性和稳定性均显著提高;加入离子液体后,石墨烯润滑油的润滑性能提高,其摩擦因数随离子液体质量分数的增加而下降,随超声功率的增加而降低,随超声时间的增加而增加。研究发现,由于离子液体阳离子的长链结构和自身黏度较大,离子液体构成的润滑膜较厚且易于吸附在摩擦副表面,并与石墨烯发生协同作用形成了混合润滑膜,从而避免了摩擦副之间的直接接触,改善了摩擦磨损性能。     

基于环形结构光的三维拼缝法矢测量方法分析

三维拼缝焊接中,仅仅依靠示教再现以及预装夹的方法已很难满足焊接精度和质量要求.为了保证焊接质量,提高激光拼焊装备的适应性,需要在焊接过程中调整焊炬姿态,要求焊炬要垂直于焊缝表面,即与焊接点法矢方向一致.为了精确测量三维拼缝法矢,文中设计了三维拼缝法矢测量装置,提出了基于环形结构光采用曲面拟合计算三维拼缝法矢的方法,进行了仿真试验,并和基于条形结构光采用平面拟合的方法对比.结果表明,文中提出的方法具有较高的测量精度,有助于实现焊接过程中焊炬位姿的准确调节.     

多轴承支承主轴系统轴承磨损研究

为了明晰不同工况参数对主轴系统中轴承磨损的影响规律,定量各参数对轴承磨损的影响程度,开展了多轴承支承的主轴系统轴承磨损研究.首先介绍了考虑润滑状态的磨损系数计算方法,推导了角接触球轴承磨损深度计算模型;其次,基于系统模型获得的轴承滚动体的运动参数与接触参数计算了轴承内外滚道的磨损深度;最后,讨论了主轴转速、轴承安装角偏移、外载荷和轴承表面粗糙度对轴承磨损的影响.结果 表明,主轴转速对轴承磨损影响显著,转速改变导致了轴承磨损规律的较大差异;轴承不存在安装角偏移时,主轴系统中各轴承内外滚道磨损深度之和最小;外载荷的变化对轴承磨损影响微弱;表面粗糙度的增大能够显著增大轴承的磨损深度.     

高速主轴在线动平衡控制策略与实验研究

针对高速主轴机械式电机驱动平衡装置存在错调、平衡时间长等对主轴旋转精度造成的破坏问题,采用影响系数法无线控制在线动平衡作为试验调控手段,并提出解决方法。搭建实验平台,利用平衡装置在手动平衡的条件下多次实验,针对质量块移动方式总结出质量块移动策略,并对该移动策略进行仿真和实验验证,通过实验效果选出最佳移动方案。结果表明:该移动策略设计合理,可准确调整质量块,平衡时间短,达到预期效果;利用影响系数法对主轴在线动平衡,振幅降低明显,平衡精度、效率提高,为高速机械主轴在线动平衡调控提供依据。     

氮化硅陶瓷磨削温度特性与表面质量研究

为研究氮化硅陶瓷的磨削温度特性与温度特性对加工后表面质量的影响.运用ABAQUS有限元软件建立单颗金刚石磨粒磨削陶瓷模型,在仿真的基础上进行磨削陶瓷的对比实验,探究干湿磨两种情况下磨削温度场、磨削力以及表面质量三者的关系.仿真与实验得出:在干/湿磨不同情况下磨削力与磨削温度随接触时间的变化趋势一致;干/湿磨时的磨削表面下温度变化幅度有所不同;干磨后的表面粗糙度值比湿磨小、表面形貌比湿磨好.结论 为磨削力是影响磨削区温度变化的主要因素;随着磨削表面下深度的增加,湿磨下的磨削温度变化幅度大于干磨,且温度变化幅度对其加工后表面特性与裂纹的产生有所影响;在小切深缓进给时干磨条件下的表面粗糙度与微观形貌要优于湿磨条件下.