CBN高效深磨砂轮主轴的建模分析与实验研究

基于对CBN端面砂轮的研究,提出一种高效率深度端面磨削的砂轮主轴系统.主轴单元的静态特征和影响因素分析了理论计算和建模仿真分析,并验证主轴结构和参数的合理性.基于模态分析理论,砂轮主轴系统的模态测试是由锤击方法,并得到了前6阶模态参数和分析结果.结果表明:该磨削主轴系统满足了高效深磨技术要求.最后,研磨应用开发测试平台应用了磨削主轴单元和一些实验来完成高效深磨的研究.对Cr12Mo1V1工件在砂轮转速为80 ～ 100 m/s时进行了端面磨削实验,其结果为:切削深度0.175～0.5 mm,表面粗糙度0.8～3.2 μm以及圆柱度5-10 μm.     

Si3N4陶瓷轴承套圈端面磨削实验及表面质量分析

目的 确定加工氮化硅陶瓷轴承套圈端面的最优磨削加工参数,并构建表面粗糙度的预测模型.方法 首先,使用双端面磨床对氮化硅陶瓷轴承套圈进行多组单因素实验,实验设置的2个变量分别为砂轮转速和砂轮进给速度,并对两变量分别设置4个加工参数水平,以分析砂轮进给速度和砂轮转速对加工后表面质量的影响;再利用MATLAB中的工具箱,构建表面粗糙度预测模型.结果 通过实验得到最优的加工参数(砂轮转速为1400 r/min,砂轮进给速度为200μm/min),最优的表面粗糙度达到0.0827μm,符合工程中对高精度全陶瓷轴承端面的质量要求.建立了预测模型,并对该预测模型进行了优化,优化后的预测模型较实际测量的表面粗糙度Ra绝对值最小的相对误差为–0.56％,预测值与实际测量的表面粗糙度值的最大误差为0.0113μm.结论 表面粗糙度与砂轮转速和砂轮进给速度呈负相关,从实验结果与预测模型中可以看出,随着砂轮转速和砂轮进给速度的提高,表面粗糙度呈下降趋势.磨削氮化硅陶瓷轴承套圈的端面时,适当提高砂轮转速和砂轮进给速度有助于降低表面粗糙度,提高表面质量.     

超精密非球面磨削实验系统建模及实验

超精密磨削加工已广泛应用于轴对称非球面光学元件及硬脆材料的加工中,加工过程中砂轮的不平衡量和机床主轴引起的砂轮微小振动和摆动将直接影响工件表面质量：本文分析了加工过程中产生的微振动现象,建立磨削中振动引起工件表面轮廓误差的数学模型;没计一套微振动实验系统,建立系统动力学模型并进行实验研究。实验结果表明：优化选择砂轮转速、工件转速和加工进给速度,可有效减小砂轮振动,提高工件表面精度。     

轴承内圆轴向超声高速磨削理论建模与试验研究

目的 以GCr15材料的6309型轴承内圆为研究对象,探究高转速超声磨削过程中超声辅助振动对磨粒运动轨迹、磨削后表面粗糙度、圆度以及微观形貌的影响规律。方法 基于超声内圆磨削磨粒切削轨迹及超声振幅与砂轮转速对轨迹影响的理论仿真,构建磨削去除量与磨削表面粗糙度的理论模型,通过对轴承内圆进行超声磨削试验,研究高转速（16 000～22 000 r/min）下各工艺参数对内圆表面质量的影响并验证理论粗糙度评价模型。结果 超声振幅的增大使磨粒与内圆接触轨迹变长,但随砂轮转速的提高,磨粒切削轨迹的密集程度也有所下降。振幅和砂轮转速的增大可使切削去除量增大、粗糙度降低,铬刚玉粒度100#陶瓷结合剂砂轮磨削GCr15轴承内圆后,其表面质量更有优势,单因素下表面质量变化趋势与理论分析结果相一致。结论 在相同磨削参数下,1.5μm振幅超声磨削可使内圆圆度降至0.92μm,粗糙度降至130.5 nm,与传统磨削相比,粗糙度最高减小了41.5%,圆度最高减小了52.6%。在高转速下,各因素按砂轮对磨削后表面质量的影响由大到小的顺序依次为砂轮转速、超声振幅、进给速度,当磨粒线速度超过41.8 m/s、进给速度...     

几种因素对快速点磨削表面粗糙度的影响

分析了点磨削加工表面形貌及其精度的几种影响因素.研究发现:砂轮速度和磨削深度对表面粗糙度的影响都可归结为未变形切屑厚度的改变.减小点磨削倾斜角,可以减小未变形切屑厚度,从而得到理想的表面粗糙度.加大磨削深度和轴向进给量可提高材料去除率,但会造成粗糙度增大.这可归结为砂轮有效磨粒数的减少导致工件的表面粗糙度降低.点磨削通过改变倾斜角大小来增加参与磨削的有效磨粒数,保证高材料去除率的同时获得良好表面质量.增加光磨次数和应用倾斜型砂轮都增加了磨粒和工件表面轮廓突峰的接触次数,对于改善表面粗糙度十分有益.     

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。      

CBN高效深磨砂轮主轴的建模分析与实验研究（英文）

基于对CBN端面砂轮的研究,提出一种高效率深度端面磨削的砂轮主轴系统。主轴单元的静态特征和影响因素分析了理论计算和建模仿真分析,并验证主轴结构和参数的合理性。基于模态分析理论,砂轮主轴系统的模态测试是由锤击方法,并得到了前6阶模态参数和分析结果。结果表明:该磨削主轴系统满足了高效深磨技术要求。最后,研磨应用开发测试平台应用了磨削主轴单元和一些实验来完成高效深磨的研究。对Cr12Mo1V1工件在砂轮转速为80~100 m/s时进行了端面磨削实验,其结果为:切削深度0.175~0.5 mm,表面粗糙度0.8~3.2μm以及圆柱度5~10μm。     

超声辅助内圆磨削不锈钢研究

针对航空发动机燃油喷嘴用材料3Cr13不锈钢进行超声辅助内圆磨削试验,并对超声辅助内圆磨削不锈钢的表面形成机理进行了初步的分析。在此基础上,研究了超声作用、主轴转速和磨粒粒度尺寸对孔表面粗糙度的影响规律。结果表明:超声振动有助于降低不锈钢孔的加工表面粗糙度,但超声作用效果随着主轴转速的提高而减弱;不锈钢孔表面粗糙度值随着主轴转速的提高而下降;使用小粒度尺寸磨粒进行超声辅助内圆磨削不锈钢时,能明显降低加工表面粗糙度。     

微小振动影响超精密非球面加工精度的研究

超精密磨削已广泛应用于轴对称非球面光学元件及硬脆材料的加工，加工过程中砂轮的不平衡量和机床主轴引起的振动直接影响工件表面精度及粗糙度。为了适应非球面工件超精密加工的要求，本文通过分析加工过程中产生的振动现象，建立磨削中振动引起工件表面轮廓误差的数学模型，研究主轴转速变化及磨削加工参数对工件表面精度的影响；通过建立工件与砂轮之间的运动关系，得出砂轮的振幅、频率及加工速度的变化对工件表面精度的影响条件。研究结果表明：选择合理的加工参数能降低工件表面波纹度，提高工件的表面精度。     

SG砂轮磨削镍基合金GH4169砂轮磨损机理与磨削性能的实验评价

目的 减少磨削镍基合金GH4169过程中砂轮磨损和堵塞现象,提高工件表面质量.方法 采用WA和SG砂轮磨削镍基合金GH4169,通过观察磨削前后砂轮表面微观形貌,研究两种砂轮表面材料粘附、堵塞以及磨粒破碎等主要磨损机制.从磨削力、工件表面形貌、磨削比能3个方面评价两种砂轮的磨削性能,并探究磨削参数对砂轮磨削力、工件表面形貌、磨削比能的影响规律.结果 在去除相同体积材料时,SG砂轮的磨削力较小,所消耗的能量较WA砂轮低21.5％,SG砂轮所加工工件表面的粗糙度明显低于WA砂轮所加工工件表面的粗糙度,两者表面粗糙度差值均在1μm以上.SG砂轮表面材料粘附现象较轻,WA砂轮表面出现了大面积的材料粘附,造成了砂轮堵塞.结论 SG磨粒因内部致密的微小晶粒所决定的微破碎机制,使SG砂轮在磨削镍基合金GH4169过程中保持了锋利的磨削刃,减少了砂轮表面的材料粘附,同时也获得了良好的工件表面质量.另外,SG磨粒较WA磨粒具有更佳的力学性能,使其在去除相同体积材料时所消耗的能量更少.     

CFRP砂轮与钢基体砂轮高速磨削过程中的动力学特性

为探究CFRP砂轮与钢基体砂轮在高速磨削过程中的动力学特性,在数控凸轮轴磨床上搭建振动测试试验平台,开展磨削过程的动力学特性试验,研究2种砂轮在不同线速度和不同进给速度下的振动信号变化,并测量磨削后工件的表面粗糙度。结果表明:CFRP砂轮主轴系统的各阶固有频率高于钢基体砂轮主轴系统的各阶固有频率,且磨削过程中激发的优势频率处于高频区域。随着砂轮线速度的增大,GCr15工件表面粗糙度随之发生波动,CFRP基体砂轮磨削表面的粗糙度明显变小,较钢基体砂轮磨削表面的粗糙度减小30%～35%。颤振发生前后,CFRP基体砂轮磨削的表面粗糙度由0.089 μm变为0.091 μm,粗糙度增大2.2%;钢基体砂轮磨削的表面粗糙度由0.135 μm变为0.146 μm,粗糙度增大8.2%。在线速度一定的条件下,随着砂轮进给速度的增加,CFRP砂轮和钢基体砂轮磨削的工件表面粗糙度值都有增加,分别为2.4%和2.9%,但相较于砂轮线速度对工件表面粗糙度值的影响,进给速度对工件表面粗糙度值的影响更小。      

单颗磨粒的平面磨削三维动态有限元仿真

将磨粒简化为圆锥形,利用Deform-3D软件,进行了单颗磨粒的平面磨削的三维动态有限元仿真。分析了砂轮与工件表面之间的摩擦系数相同而磨削速度不同时对磨削力产生的影响,以及磨削速度相同而摩擦系数不同时对磨削力产生的影响。结果表明：未变形磨屑厚度不变时,单位磨削力随着砂轮速度的增加而增大,在砂轮速度的低速区,单位磨削力增加较快,而在砂轮速度的高速区,单位磨削力增加得较慢;在磨削速度不变时,单颗磨粒的磨削力随着摩擦系数的增加而增加。     

A new in-feed centerless grinding technique using a surface grinder

This paper deals with the development of an alternative centerless grinding technique, i.e., in-feed centerless grinding based on a surface grinder. In this new method, a compact centerless grinding unit, composed of an ultrasonic elliptic-vibration shoe, a blade and their respective holders, is installed onto the worktable of a surface grinder, and the in-feed centerless grinding operation is performed as a rotating grinding wheel is fed in downward to the cylindrical workpiece held on the shoe and the blade. During grinding, the rotational speed of the workpiece is controlled by the ultrasonic elliptic-vibration of the shoe that is produced by bonding a piezoelectric ceramic device (PZT) on a metal elastic body (stainless steel, SUS304). A simulation method is proposed for clarifying the workpiece rounding process and predicting the workpiece roundness in this new centerless grinding, and the effects of process parameters such as the eccentric angle, the wheel feed rate, the stock removal and the workpiece rotational speed on the workpiece roundness were investigated by simulation followed by experimental confirmation. The obtained results indicate that: (1) the optimum eccentric angle is around 6°; (2) higher machining accuracy can be obtained under a lower grinding wheel feed rate, larger stock removal and faster workpiece rotational speed; (3) the workpiece roundness was improved from an initial value of 19.90 μm to a final one of 0.90 μm after grinding under the optimal grinding conditions.     

轴对称非球面加工进给速度控制技术研究

本文根据轴对称非球面的加工误差特性，通过分析轴对称非球面磨削加工中砂轮磨削线速度、进给速度对加工精度影响的条件，提出控制砂轮进给速度使轴对称非球面工件各点磨削量均匀的方法。该技术避免了传统加工方法中原理上固有的磨削量差异缺陷，提高了系统的加工精度。研究结果表明：进给速度控制方法针对轴对称非球面加工中常用的平面砂轮、圆弧砂轮、球面砂轮，均得到了良好的控制效果；采用新方法的数学模型更接近于理论计算轨迹，可以进一步提高工件的加工精度；新方法进给速度由外沿加工至中心部分，进给速度逐渐加快；并且变化率也逐渐增大。     

微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷的磨削力和表面粗糙度特征

在不同磨削深度、砂轮转速和进给速度组合下,研究微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷过程的磨削力及工件的表面粗糙度的变化规律,并筛选出低磨削力和低工件表面粗糙度的加工工艺参数。试验结果表明:在微粉金刚石钎焊砂轮的磨削过程中,氧化铝陶瓷主要通过脆性断裂的方式去除;随着磨削深度、进给速度的增加,砂轮在进给方向和切深方向的力以及工件表面粗糙度都上升;随着砂轮转速的增加,进给方向和切深方向的力以及工件表面粗糙度都下降。试验获得的低磨削力和低工件表面粗糙度精密加工工艺参数分别为:磨削深度为1.0 μm,进给速度为12 mm/min,砂轮转速为24 000 r/min和磨削深度为1.0 μm,进给速度为1 mm/min,砂轮转速为20 000 r/min。低磨削力磨削时,微粉金刚石钎焊砂轮受到的X方向和Z方向的磨削力分别为0.15 N和0.72 N;精密加工后的氧化铝陶瓷的表面粗糙度值可达0.438 μm。      

Determination of workpiece profile and influence of singular point in helical grooving

Due to the screw motion between the grinding wheel and workpiece in helical groove machining, the determination of the generated helical groove profile in a workpiece is very complicated. The profile of helical groove can be obtained by using the common contact line of the helical groove and wheel surface. The influence of singular points in a wheel profile on a helical profile is analysed. The condition used to solve the equation of tangency is discussed. Software for design, simulation and manufacturing of the end mill as well as for solving the problem of singular points is developed. The results of simulation and experiments are compared as a verification of the suggested model.     

基于轴承毛坯表面分析的磨削材料去除率模型与应用实验

目的 在轴承套圈磨削加工中,传统基于动力学模型建立的磨削材料去除率模型仅考虑了磨削工件-砂轮-机床三者的弹性变形,未考虑毛坯零件表面不规则变形对模型的影响,导致传统理论模型在实际磨削应用中的效果不佳。针对此问题,基于轴承套圈毛坯表面形状分析建立了新的磨削材料去除率模型,并进行了应用实验。方法 基于轴承套圈毛坯零件表面形状的工艺研究,针对粗磨阶段毛坯零件表面不规则形状和弹性变形对磨削加工及产品质量的影响,建立不同偏心圆数量的轴承套圈结构分析方法,并提出一种以分段函数形式的磨削材料去除率模型,该模型充分考虑了轴承套圈毛坯零件表面不规则变形和偏心圆形状对磨削材料去除的影响,可有效反映轴承套圈实际材料磨削去除过程。最后,通过大量实验对所建的分段函数形式的磨削材料去除率模型进行应用实验研究。结果 与传统磨削材料去除率模型GPSM相比,所建的以分段函数形式的磨削材料去除率模型MMRG的准确率提高了96%以上,该模型可有效在线量化分析毛坯表面不规则大小及偏心圆结构。结论 该模型对指导毛坯零件制造,保证磨削加工质量和磨削加工效率有着重要的理论指导意义。     

凸轮型面摆动磨削残余应力有限元建模及分析

为分析摆动磨削工艺参数对表面残余应力的影响规律,基于热-力顺序耦合理论,建立基于温度场的凸轮残余应力有限元仿真模型,研究摆动频率、摆动幅度、砂轮线速度、磨削深度、工件转速、砂轮宽度、砂轮直径等工艺参数对凸轮型面残余应力的影响规律。结果表明：残余应力随工件转速、磨削深度、砂轮线速度的增加而增加,随砂轮宽度的增加先增加然后趋于平缓,随砂轮直径的增加而减少,随摆动频率与摆动幅度的增加而缓慢增加。     

圆柱滚子外圆研磨优化实验研究

为优化圆柱滚子外圆研磨,以正交试验研究工件偏角、工件位置及转速（包括上下抛光盘转速、偏心轮转速和外齿圈转速）对材料去除率、表面粗糙度和圆度的影响。结果表明:工件偏角对材料去除率的影响最显著,转速组合次之,工件位置最小;转速对表面粗糙度的影响最显著,工件偏角次之,工件位置最小;工件位置对圆度的影响最显著,转速组合次之,工件偏角最小。最佳条件为工件偏角0°、工件位置0.8,各转速值分别为-76、84、80和48 r/min。加工15 min后,圆柱滚子的材料去除率可达到0.541 μm/min;表面粗糙度由0.078 μm降至0.045 μm,比初始表面粗糙度降低42.3%;圆度由0.74 μm降至0.41 μm,比初始圆度降低44.6%。