磨削波纹度及其抑制

一、表面波纹度基本机理检查加工后金属表面留下的纹理,肉眼就可观察到:车加工表面倾向于产生均匀间距和有方向性纹理,而磨加工表面则产生不规则间距和有方向性纹理(有时需要剥离表面最表层才能发现),即产生表面波纹度。磨削中主要是由于砂轮不平衡、工艺系统刚性差等原因造成产生这种纹理。严重时,形成自激振动。已有的研究表明:磨削颤振(即自激振动)是一种由再生效应,摩擦型颤振等多振型、组合作用的结果。     

磨削颤振

在各种类型的磨床上,砂轮与工件之间振动的出现,都致使表面光洁度的恶化,以及砂轮寿命的缩短。在有些情况下,存在着由各种原因激发的强迫振动。而通常出现的振动则具有自激振动的全部特征。振幅随着磨削时间而增长,其频率则决定于机床——砂轮——工件系统的某些固有频率。近年来,好些实验室都对磨削颤振进行了实验和理论性的探索。积累了有关技术参数     

外圆磨削颤振及工件变速磨削抑振研究

磨削加工中的自激振动是一种非常有害的现象,它使加工表面质量降低,并限制了生产率的进一步提高,长期来一直是生产中尚未很好解决的问题。可以通过不同的途径来改善磨削时所产生的自激振动,如合理选择磨削工艺参数及根据工件来选择砂轮,提高机床动态特性,采用消振装置或反向加振,变速磨削等。变速磨削即是从工艺角度出发,周期地按一定规律变更磨削时砂轮或工件的瞬时转速。 70年代开始发表了用砂轮变速的方法以抑制磨削自激振动的文章,但由于外圆磨削时砂轮转速很高,系统惯性很大,生产上推广应用有一定困难。此后,曾发表采用工件变速的方法以抑制自激振动的文章。本文试图分析磨削自激振动的发生及其特点,并在此基础上对变速磨削抑振的机理进行讨论,最后就     

切入式无心外圆磨再生型磨削颤振的动态特性分析

对引起无心磨砂轮表面再生磨削颤振的原因进行了分析,基于再生颤振机理,建立了无心磨砂轮表面再生磨削颤振的动力学模型,并通过拉氏变换和经典控制理论建立了砂轮表面再生磨削颤振系统框图.然后通过系统传递函数的特征方程,得到砂轮表面再生磨削颤振系统的稳定性条件.此外,提出了通过比较砂轮的磨损深度与极限磨削深度的方法来判断砂轮表面是否会发生再生磨削颤振,从而为优化无心磨工艺参数,提高加工精度提供了理论基础.     

滚珠丝杠磨削再生颤振稳定性极限预测

滚珠丝杠磨削过程中再生颤振对提高工件质量和生产效率有很大影响。在对滚珠丝杠磨削振动系统建立动力学模型的基础上,推导计算出机床再生颤振系统极限磨削深度与砂轮转速的计算公式及绘制出颤振稳定性极限预测图。最后,通过实验结果验证了该颤振稳定性极限预测模型的有效性和实用性。     

国外磨削机理的研究动态

高速磨削,徐进磨削,镜面磨削以及适应控制磨削等新技术新工艺的不断出现、推广和提高,促使我们必须对磨削过程的本质及其所表现出来的现象作进一步深入的研究。在磨削过程中,砂轮与工件之间的力学作用引起的双方发生的物理变化和化学变化产生了磨削力和磨削热,从而使磨屑不断形成,在工件上获得了一定的尺寸和形状精度,表面光洁度和机械物理性能。同时磨粒亦趋于磨钝或脱落,最终可能在磨削工艺系统中发生振动而使工件和砂轮表面均受到了破坏。由于磨削条件的改变,磨削过程也因此而会发生变化。不同的砂轮(磨料,粒度,硬度,组织,结合剂),不同的修正工具及工艺参数,不同的工件材料及机械性能,以及它们之间的相对运动的关系(砂轮线速度,进给率,工件线速度等)均会在磨削过程中影响磨屑的形成过程及其结果。因此在磨削过程中,砂轮进入工件表面层的相对摩擦的程度,耕犁角度、深度、长度,工件表面层弹性和塑性变形的程度,切除下来的磨屑的几何形状就都受上述许多因素的影响。伴随着磨屑形成消耗的一定功率产生了大量磨削热,其中大部分进入到工件中,使工件表面温度升高,并有可能改变表面层的金相组织,甚至会引起残余应力和裂纹。与切除磨屑的同时砂轮上的砂粒因机械磨损和化学磨损会逐步钝化,砂轮表面可能受到磨屑的堵塞而逐渐丧失切削能力,也有可能发生自励作用而延长磨削时间。冷却润滑液的使用会影响到工件和砂轮表面的物理变化和化学变化。在磨削过程中存在于砂轮与工件之间的磨削力还会引起工艺系统的变形,其变化可能促使工艺系统自激振动的发展,影响到加工质量,生产率和工具寿命。研究磨削机理也就是应用物理学和化学原理等来研究磨削过程中统一体(工艺系统)中的对立双方(砂轮系统与工件系统)的组成功能,相互的作用,发展变化及其結果,研究各因素的影响,相互关系,分清主次,从而掌握其内在规律。这对于发展磨料磨具的新品种,不断提高磨削加工工艺水平,研制新的冷却润滑液,改进磨床结构发展新的磨床品种,尤其是对于发展、提高和创造新的磨削工艺(高效、高精度磨削,适应控制磨削等)有着重大的作用。近年来,我国对磨削机理也着手进行了研究,为了赶超世界先进水平,必须了解国外关于磨削机理的研究动态。这里刊登了一篇由华中工学院机制教研组根据国外期刊资料所汇总编写的文章,供读者参考。     

产生凸轮磨削振纹原因初探

本文依据试验结果,由频率分析法否定了凸轮磨削振纹是由砂轮、砂轮电机或磨床摇架所做的强迫振动造成的。得出了凸轮磨削振纹是由属于自激振动的再生型颤振造成的结论。     

砂轮振动对磨削区时变润滑效应的影响

为研究砂轮振动对磨削区压力、膜厚及温度的影响,建立考虑时变效应的砂轮振动磨削的润滑模型,分析陶瓷结合剂CBN砂轮磨削45~#钢的过程中的最大压力、最小膜厚和最大温度随振动的幅值、频率及砂轮速度的变化情况。结果表明:考虑砂轮振动的时变效应时,不同瞬时下的压力及膜厚变化较大;随砂轮振幅和频率的增大,当砂轮振动到最低点时最大压力及最大温度增大,最小膜厚减小,而振动到最高点时则相反;时变效应使最大压力、最小膜厚与最大温度出现了滞后现象;当砂轮速度增大时,最大压力减小、最小膜厚增大,这有利于润滑且能减少磨粒磨损,但是最大温度增大容易产生磨削烧伤和热变形,影响工件磨削后的表面质量,所以应据此选择合适的砂轮速度。     

外圆纵磨工件表面振纹的抑制

外国纵向摩创工件表面常产生各种波纹。本文分析因自傲振动引起的振纹特征，以寻求其消除方法。外圆纵向磨别中，工件顶尖系统是薄弱环节，为主振系统。在工件上后一转振纹与前一转振纹存在滞后角度叩（见图1）。当满足时，振出的磨削厚度大于振入的磨削厚度，便发生再生型自激     

外圆磨削非线性动力学模型与实验验证

磨削颤振是磨削过程中砂轮与工件之间产生的强烈振动,它的存在降低了被加工工件的表面质量,加速了砂轮磨损,因此研究磨削系统的稳定性是解决颤振现象发生的关键。首先依据外圆磨削动力学宏观结构建立非线性动力学微观模型,并推导出非线性动力学方程,利用Faddeev算法,对非线性动力学方程进行线性化处理计算出系统特征值,并进行稳定性预测,得出影响磨削稳定性的因素;然后以进给速度和砂轮长度为例使用Matlab绘制出各因素不同取值时的稳定区域图,并研究各参数在状态变化转折点所对应的时域响应图和特征值位置图,发现进给速度从10 mm/min提高到12 mm/min时磨削过程从不稳定转变为稳定状态,砂轮长度从12 mm增大到14 mm时磨削过程从稳定转变为不稳定状态;对稳定图、时域响应图和特征值位置图三者进行对比,发现得到的结论一致,证明模型的正确性。     

多自由度内共振系统的非线性动力学行为分析

为了深入研究多自由度内共振系统的非线性动力学行为,通过对切削过程中切削力变化状况的分析,建立了包含工件-刀架子系统的多自由度非线性系统的切削颤振模型以及系统的振动方程.基于Poincare映射和分岔理论,得到了系统随进给速度变化时的全局分岔图以及系统在速度变化过程中的运动状态和系统振幅的变化情况.MATLAB软件在1:2内共振时的数值仿真结果表明:在1:2内共振时,工件子系统运动状态主要为准周期运动和混沌运动,而刀具子系统运动状态主要为准周期运动.通过切削颤振的分析结果可知,当系统发生1:2内共振时,工件-刀具子系统除了产生自激振动外,还出现了比较复杂的单自由度自激振动系统中没有出现的多环运动和混沌运动,表明多自由度或弹性体系统会出现单自由度预测和解释不了的现象.     

第三讲 机床动态特性(上)

机床的振动分为两大类:强迫振动和自激振动。 强迫振动是由周期性干扰力引起的。机床上干扰力大致来源于:周期性变化的切削力,回转零件(如砂轮、电动机等)不平衡所产生的惯性力,往复运动机构的冲击和液压系统的压力脉动,以及通过地基传来的外界振动等等。强迫振动的特征是振动频率与干扰力频率相等或者成整倍数,一般是通过频率分析找到振源,采取平衡、隔振等措施加以解决。切削过程中产生的自激振动,也叫切削颤振(Chat-ter),它是在切削过程中在没有外界干扰力的情况下,由切削过程内部所引起的振动。这种振动如果切削一停止,振动也就消失。…     

滚珠丝杠磨削再生颤振极限预测方法研究

介绍了滚珠丝杠磨削过程中的再生颤振对提高工件质量和生产效率的影响;在滚珠丝杠磨削振动系统动力学模型的基础上,提出了确定磨削再生颤振模型参数的方法,获得了符合在实际磨削中的再生颤振稳定性极限图。结果表明,通过对磨削滚珠丝杠的磨削试验,验证了对磨削滚珠丝杠再生颤振系统研究的有效性和实用性。     

砂轮自动平衡

在工业上有些情况下,振动现象是有实际益处的。在大多数情况下振动却和故障联系在一起。对于磨削、砂轮上的振动使砂轮与工件之间,产生不受欢迎的相对运动。这样的振动能产生刃痕、波纹、颠簸甚至使被磨部分的表面产生烧伤痕迹。不但工件质量受到影响,而且磨削的经济性受到损害。     

非线性磨削中颤振抑制的研究

在磨削加工过程中,颤振的发生通常使得工件表面出现振纹,严重降低工件的表面质量,而且加剧机床的磨损,缩短砂轮的使用寿命,因此,抑制磨削加工中的颤振具有重要意义。通过将Duffing振子考虑为砂轮的结构非线性项,建立了2自由度非线性磨削动力学模型。首先,采用数值仿真的方法,做出了磨削系统的稳态图和分岔图,研究了磨削工艺参数对磨削稳定性的影响;之后,为了抑制磨削颤振,采用主动控制策略来降低系统的振幅,仿真结果表明,主动控制策略很好地抑制了颤振,从而极大地提高了磨削工件的表面质量。     

清除磨削颤振的新方法——变速磨削

在磨削加工中,常常会出现颤振现象,使得被加工工件的表面粗糙度增大,加工精度降低,给机床带来不利影响。因此,在现有的机床水平条件下,如何从工艺角度来抑制和消除磨削颤振,是一个很重要的问题。在此,介绍一种消除磨削颤振的新的工艺方法——变速磨削。磨削颤振是以再生型为主要形式,即由前一次磨削因颤振在已加工表面下残留的波纹,引起下一次磨削过程中产生使固有振动持续下去的滞后交变磨削力。当工件速度保     

磨床的进给控制装置

提高磨削效率的方法之一,就是减少空行程时间。即是使砂轮开始作快速送进,在即将触及工件时转为磨削进给。为此,对砂轮与工件的接触检测采用了下列一些方法:检测砂轮接触工件时砂轮电机输入功率的变化;直接检测砂轮回转时的力矩变化;检测接触振动或磨削噪音等等。但是,这些手段都是在砂轮切入工件后才进行检测。如果在砂轮即将触及     

改善难加工材料和有色金属磨削效应的装置

磨削钛合金一类难加工材料和铝合金等有色金属时,即使磨削时供应大量的磨削液,磨屑仍极易粘附在砂轮表面上,使砂轮堵塞和工件表面产生烧伤现象。国外最近的研究表明,如果在磨削时增加一个清洗砂轮的装置,则能大大提高磨削的效果。图1所示为磨削液通过该装置进入砂轮工作表面的示意图。该装置外形是个∏字形壳体,其内     

电-液清洗砂轮装置

磨削时,尽管使用大量磨削液,磨屑仍会粘附在砂轮表面,使砂轮堵塞和工件表面产生烧伤现象。最近的研究表明,如果在磨削时增加一个清洗砂轮的装置,就能大大提高磨削效果。图1是电-液清洗砂轮的装置,1为砂轮,3为喷嘴,清洗装置2由电极4和     

磨削轧辊工件系统结构分析与颤振研究

大型轧辊工件磨削颤振对提高工件磨削质量和生产效率有很大影响。为保证大型轧辊工件磨削振动稳定性,详细介绍了采用有限元方法对两种不同轧辊工件支撑结构进行的分析。根据磨削再生颤振理论分析该磨削系统的振动稳定性,通过调整轧辊工件支撑结构可有效避免磨削颤振,并对不同支撑结构的轧辊工件进行磨削试验研究。试验结果验证了采用有限元方法分析的有效性和实用性。