GCr15钢平面磨削力仿真分析与实验研究

目的 对不同磨削工艺参数下的平面磨削力进行预测,对磨削机理进行研究,进而控制磨削加工质量。方法 考虑CBN砂轮表面磨粒形状的多样性、姿态的多样性和空间分布的随机性,建立CBN砂轮模型,对GCr15材料模型进行有限元砂轮磨削仿真。同时使用CBN砂轮,采用不同的工件进给速度对GCr15进行单因素平面磨削实验,使用三坐标测力仪测量不同磨削参数下的磨削力。结果 建立的仿真砂轮模型的表面形貌与真实砂轮接近,仿真砂轮上的磨粒出刃高度均服从正态分布,与实际砂轮一致。对比随机多面体磨粒模型和真实CBN磨粒照片,两者形貌相似。磨削力实验和仿真结果表明,工件进给速度由3 m/min增大到18 m/min时,磨削力逐渐增大,仿真所得法向磨削力最大误差远小于切向磨削力。结论 实验结果与仿真结果具有一致性,证明了砂轮磨削有限元仿真模型可用于磨削力预测。因为仿真中无法考虑实际砂轮尺寸和砂轮表面结合剂对磨削的影响,结果具有一定误差,仿真的准确性有待进一步提高。研究结果为使用有限元方法研究磨削机理和控制磨削加工质量提供了思路。     

基于长短时记忆网络的磨削在线预测与补调北大核心

为解决在线测量时误差判断滞后及补调延迟的问题,利用长短时记忆网络对在线测量加工的尺寸进行预测,并根据预测值对误差进行补调。通过神经网络实时预测磨削尺寸,当预测值大于理论边界时调整工艺参数,避免了误差累积。设计并进行了基于长短时记忆网络的在线测量磨削加工实验,并通过实验结果对输入张量的维度与预测精度之间的关系进行分析。结果表明,长短时记忆网络能够准确预测磨削尺寸序列,且具有较好的普适性。利用实验结果进行小批量加工,统计分析表明,使用神经网络进行磨削在线预测及补调,加工精确度显著提高。     

砂带磨削TC4磨削力数字建模及其预测

目的探索TC4砂带磨削的机理,优化表面加工质量。方法基于磨粒有序分布和等高性一致的假设,构建出单位面积磨粒的砂带几何模型,并建立了相应磨削的数值仿真模型,开展了模拟与实测接触轮在磨削过程中的弹性变形分析,建立了与印痕密切相关的砂带磨削力的预测模型,根据TC4的Johnson-Cook本构模型以及Johnson-Cook Sheiar Damage失效准则,模拟磨削区的热力特性。结果切向磨削力随着磨削深度的增加而增加,随砂带线速度的增加而逐渐减小,且切向磨削力随深度的变化趋势大于随砂带线速度的变化趋势。磨削温度随磨削深度和砂带线速度的增加而增加,且磨削温度随砂带线速度的变化趋势大于随深度的变化趋势。预测磨削力与实际实验值的误差在9%以内,通过对实验数据分析得到实验条件下的最优加工参数:砂带线速度5 m/s,进给速度1 m/min,磨削深度5?m。对陶瓷砂带磨削TC4进行了验证实验,预测值与实验值具有一致性。结论该方法建立的砂带磨削仿真模型和预测模型,可以较准确地预测砂带磨削TC4时的磨削力和磨削温度,为提高砂带磨削航发叶片表面质量的加工参数选择提供参考和指导。     

高速平磨氧化锆陶瓷磨削力模型的研究

根据磨粒突出高度符合瑞利分布的假设,建立关于单颗磨粒的最大未变形切削深度模型。考虑变摩擦及机床主轴振动的影响,以单颗磨粒为研究对象,把磨削力分为磨削变形力和摩擦力,引入主轴振动修正系数,结合单位面积内的磨粒数目,建立了单位宽度上磨削的总法向力和总切向力的磨削力理论模型。结果证明：切向、法向磨削力理论值与试验值平均相对误差分别为7.97%、8.19%,误差最大值不超过15%,模型存在较高的准确性。     

工程陶瓷圆弧成形磨削力预测与实验研究

圆弧成形磨削是难加工零件复杂型面的加工方法,对其磨削力的研究有利于改善工程陶瓷的表面质量。基于圆弧砂轮的结构特点及尺寸趋近思想对陶瓷材料圆弧成形磨削力进行预测。通过研究磨粒对工程陶瓷的去除机制,提出建立单颗磨粒滑擦、塑性及脆性去除磨削力模型。基于砂轮磨粒尺寸与分布差异,利用概率统计方法对磨削中不同去除方式的有效磨粒数进行探讨,进而实现圆弧成形磨削力理论模型的构建。最后通过磨削力实验对理论模型进行验证。结果表明：法向磨削力和切向磨削力理论值与实验值平均误差分别为8.793%和9.986%;磨削力随着磨削深度及进给速度的增加而增加,随着砂轮速度的增加而减小。     

机器人磨削工艺参数对系统固有频率影响的试验研究

针对机器人刚性差造成的磨削振动工作模态参数难以预测的问题,建立工艺参数与系统固有频率的关系模型。在简化机器人磨削系统的基础上,提出磨削接触刚度的测量方法。运用摄动法求解振动矩阵方程,将工艺参数与工作模态以磨削接触刚度为纽带联系起来。应用机器人-砂带机磨削平台进行试验验证,改变不同工艺参数测量工作模态,与计算值进行对比,证明数学模型的准确性,并进一步得到不同磨削工艺参数对接触刚度、系统固有频率的影响规律。研究结果为避免或抑制机器人-砂带机磨削系统产生磨削振动以及磨削工艺参数优化提供了参考。     

基于磨削力的磨削区表面温度场理论模型

为研究磨削热产生的机理、改善加工质量,从磨削力的角度,分析磨削工件表面温度并进行纯理论建模。将磨削力分为切削变形力和摩擦力2部分,分别研究其同加工参数的关系。计算切削变形力和摩擦力的切向分力,并结合切向分力同热源强度的关系,建立磨削表面最高温度的理论模型。通过磨削45号钢并进行测温实验,确定模型中的常数,进而确定模型。研究发现:工件表面温度随切深、进给速度和砂轮转速增大而增大;表面温度模型的理论值与实验值之间的最大相对误差为5.04%,平均相对误差为2.47%。证明此方法可用于磨削表面温度场分析,进而改善加工表面质量。      

金刚石砂轮磨削钛合金时的磨削力研究

为解决金刚石砂轮磨削钛合金时材料弹性模量低、弹性形变大等问题,从理论上对砂轮的受力状态进行分析。基于切屑分离准则和材料摩擦属性,构建钛合金磨削时的受力模型,并对单颗磨粒的受力状态进行有限元仿真。设计钛合金磨削加工试验,研究工艺参数变化对砂轮磨削力的影响规律。结果表明：砂轮磨削速度增加,磨削力逐渐降低;当进给速度和磨削深度增加时,磨削力增加。当磨削工艺参数改变时,砂轮的切向和法向磨削力的变化趋势大致相同,切向和法向磨削力的比值为0.29～0.37。且磨削力的理论值和试验值的变化趋势基本一致,二者相对误差的平均值在5%以内,验证了磨削力理论模型的正确性。     

钛合金材料砂带磨削表面残余应力形成模型及其实验研究

目的建立钛合金材料砂带磨削参数到磨削后表面残余应力之间的数学模型并验证其有效性。方法综合应用弹性力学和碰撞力学建立材料表面微观结构力学模型,通过对外力作用下的力学模型的分析计算得到数学模型,再利用Simulink对其进行仿真分析,得到了一定磨削参数下钛合金砂带磨削表面残余应力与时间的关系图,最后进行了钛合金砂带磨削实验,验证了该数学模型的有效性并进行误差分析。结果所构建的数学模型仿真值与实测值变化趋势相似,有着较好的仿真效果。但是,在引入热量系数?之前,最大误差为62.98%,平均误差为16.43%,结果不够理想;而在引入热量系数?之后,最大误差为9.87%,平均误差为5.75%,精度上升明显,能够有效地预测表面残余应力的取值。结论综合应用弹性力学和碰撞力学来构建出钛合金材料砂带磨削表面残余应力形成模型,能够有效地表征其在一定加工参数下的表面残余应力。     

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。     

长管内壁表面浮动磨头光整加工的磨削力分析与实验

介绍一种用于长管内壁表面光整加工的装置,并对其进行了受力分析,推导出磨棒对管内壁的磨削力的计算公式;利用MATLAB进行数学建模,分析相关参数对磨削力的影响规律,并在电机转速为940r/min时,对内径54mm、长1.5m的不锈钢管内壁进行磨削加工,验证了光整加工的效果,为下一步更深入的研究提供了理论及实验基础。     

内齿轮磨齿机磨削头振动特性分析与试验研究

为探究内齿轮数控磨齿机磨削头振动特性,以磨齿机磨削头为研究对象,建立其三维实体模型,并基于有限元仿真软件ANSYS进行预应力下的动态特性分析,获得磨削头各阶固有频率及对应振型,并对其薄弱环节进行了优化设计,使磨削头性能得到了提高。搭建磨削头结构振动特性试验平台,利用试验测试其振动特性,采集不同工况下磨削头的振动信号,采用时域信号和频域信号的对比分析法,探究磨削头振动机制。试验结果表明:磨削头低频振动幅度较大,而且多为主轴转速接近于磨削头固有频率引起的振动。最后为降低磨削头振动提出了合理的建议。     

基于非线性磨削模型的稳态与颤振抑制的研究

在轧辊磨削过程中,选择稳态叶图边界曲线附近的参数易发生颤振,使得轧辊磨削工艺参数选择过于保守,导致磨削效率严重降低的问题。为此,通过引入Duffing振子,构建三自由度非线性轧辊磨削动力学模型。采用数值计算的方法,研究过程参数在稳态边界附近变化对轧辊磨削颤振的影响;为抑制轧辊磨削颤振,提出混沌摄动方法抑制颤振。结果表明：所提方法有良好的颤振抑制效果,为实际加工过程中参数选择和轧辊磨削颤振抑制提供参考。     

Nd-Fe-B烧结永磁材料超声辅助磨削试验研究

对Nd-Fe-B烧结永磁材料普通磨削和径向超声振动辅助磨削的工艺进行了对比试验,系统分析了在两种工艺条件下磨削用量对法向磨削力的影响;深入研究了超声振动和磨粒切削的复合过程,指出超声振动形成的断续磨削机制是降低法向磨削力的主要原因.径向超声振动的辅加改善了磨削加工效果,在一定程度上避免了脆崩现象,保证了Nd-Fe-B烧结永磁材料加工表面的完整性.     

砂轮进给速度对成形磨削振动特性影响的试验研究

基于数控成形磨齿机加工齿轮的几何原理和机床运动学原理,建立磨削力简化模型,经磨削力经验公式计算得出砂轮进给速度与磨削力关系,分析磨削力在不同砂轮进给速度下的变化趋势。通过搭建振动测试平台,采集振动信号,对振动信号进行快速傅里叶变换,分析不同砂轮进给速度下振动信号的变化,进而得出砂轮进给速度、磨削力和振动特性之间的关系,为提高齿面磨削质量提供了参考依据。     

Experimental study on grinding force and grinding temperature of Aermet 100 steel in surface grinding

This paper investigates grinding force and grinding temperature of ultra-high strength steel Aermet 100 in conventional surface grinding using a single alumina wheel, a white alumina wheel and a cubic boron nitride wheel. First, mathematical models of grinding force and grinding temperature for three wheels were established. Then, the role of chip formation force and friction force in grinding force was investigated and thermal distribution in contact zone between workpiece and wheel was analyzed based on the mathematical model. The experimental result indicated that the minimum grinding force and the maximum grinding force ratio under the same grinding parameters can be achieved when using a CBN wheel and a single alumina wheel, respectively. When the phenomenon of large grinding force and high grinding temperature appeared, the workpiece material would adhere locally to the single alumina wheel. Grinding temperature was in a high state under the effect of two main aspects: poor thermal properties of grinding wheel and low coolant efficiency. The predicted value of grinding force and grinding temperature were compared with those experimentally obtained and the results show a reasonable agreement.     

The influence of grinding process on forced vibration damping in headstock of grinding wheel of cylindrical grinder

The paper describes theoretical analysis of dynamics of system: machine–tool–workpiece for cylindrical plunge grinding. The functional as well as mathematical model of grinder equipped with hydrostatic bearing of grinding wheel spindle and hydrostatic slideways has been presented in the paper. Simulations based on that model allow qualitative investigation of grinding force characteristics and its influence on forced vibrations in grinder. Results of simulation supported the thesis, that grinding force significantly influences the forced vibration damping of headstock of grinding wheel.     

基于砂带磨削的铝合金磨削力和表面粗糙度的研究

建立了采用人工神经网络方法预测砂带磨削铝合金时磨削力和磨削表面粗糙度的分析模型.此模型可精确地描述砂带线速度、进给速度以及磨削深度对磨削力和磨削表面粗糙度的影响,实现了砂带磨削铝合金时磨削参数的优化.并可利用有限的试验数据得出整个工作范围内磨削力和表面粗糙度的预测值,大量减少了试验次数.