精密数控平面磨床主轴耦合系统动力减振器

在精密磨削加工时,机床振动不但对被加工工件质量影响很大,使被加工工件产生振纹,表面质量下降,而且还可使轴承磨损,砂轮微刃受到损害,故消除主轴振动十分重要。     

基于砂轮径向振动主动控制的ELID内圆磨削

在线电解修整(ELID)磨削过程中砂轮表面会生成一层具有一定厚度的氧化膜,其刚度远小于工件及砂轮结合剂的刚度,可以有效衰减磨削过程中的振动。将ELID技术应用到无心内圆磨削中,通过调节电解参数来改变氧化膜的状态,进而对砂轮径向振动进行控制。通过试验研究了电解参数的改变对砂轮径向振动的影响规律,并基于此规律设计了控制器,对磨削过程中的砂轮径向振动进行了主动控制磨削试验。试验结果表明,该控制器可以将磨削过程中的砂轮径向振动控制在设定值附近,维持ELID磨削的稳定。在实际的ELID内圆磨削中,可以先将砂轮径向振动控制在较高值,以实现较大的材料去除率;一段时间后再将砂轮径向振动控制在较低值,以提高工件表面质量。     

超声振动辅助磨削加工表面质量的研究

为了提升难加工材料的表面质量,降低工件表面的损伤,对砂轮施加轴向超声振动,引入数学模型并基于MATLAB对工件表面质量进行仿真,结果表明:超声振动辅助磨削能明显提升工件表面加工质量,在一定的范围内,振动频率、幅值与主轴转速的增加可以优化表面质量,进给量与切削深度的增加会削弱超声振动的优化效果.     

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。     

磨削参数对ELID内圆磨削轴承外圈的影响

从磨削过程中振动功率的角度研究了在线电解修整(ELID)内圆磨削轴承外圈时,磨削深度和砂轮进给速度对磨削表面波纹度的影响,并通过不同的磨削参数组合,从磨削过程中氧化膜状态和材料去除机理等角度分析比较了磨削深度和砂轮进给速度对磨削过程影响的程度。试验结果表明,磨削深度的作用更重要,在实际ELID内圆磨削过程中可以先采用较大的磨削深度以实现高的材料去除率,再采用较小的磨削深度以提高表面质量,并且在ELID磨削过程中可以通过振动的大小来预测加工后工件表面的波纹度大小。     

提高磨削精度和光洁度的途径

磨削精度和光洁度达不到加工的要求,这是磨削加工中最常遇到的问题之一。根据实践经验,影响磨制精度和光洁度主要是主轴或砂轮的动平衡差,机床出现共振,工作台移动时爬行等。其中振动、不平衡是主要因素。外圆磨削时由于多采用粗粒度砂办精细修整的方法进行精密磨削,如果砂轮和工件间有相对振动,则在砂轮和工件间垂直于磨削表面的方向上要     

光学玻璃超精密镜面磨削表面质量影响试验研究

在线电解砂轮修整(ELID)磨削技术是一项新的、高效的磨削方法,可用于许多难加工材料的超精密加工和高效加工。采用ELID磨削方法对光学玻璃进行精密加工,通过实验研究了ELID磨削中电解电流和电压对加工表面的影响,得到了一定条件下优化的电解频率、电解电压参数。结果表明:在较高的电解频率下,加工工件的表面质量较好,但电解频率过高,表面质量会出现下降;加工工件的表面质量随着电解电压的增大有降低的趋势;在本文试验条件下,电解频率为100kHz,电解电压为60V时,加工表面质量最好。     

外圆磨床磨削工件产生螺旋纹的原因

外圆磨床磨削工件表面产生螺旋纹是外圆磨削常见的缺陷之一。我们在长期的生产、维修实践中体会到产生螺旋纹的原因,除了一般资料上介绍的以外,还有一个比较重要的原因是机床的几何精度超差。机床的强迫振动,油泵、电机的自激振动,头尾架或主轴工艺系统刚性差等也会使工件表面产生螺旋纹。 1.振动产生螺旋纹强迫振动是由机床外部的振源或机床其它部分的振动而引起的,因此它的振动频率与外界干扰力的频率有关。也可能是由于主轴组件本身不平衡所造成的,如主轴上的零件包括主轴传动件和安装的砂轮等的不平衡所产生的离心力;传动件运动不均衡如皮带接头不好、厚薄不匀和轴承精度差等都可引起强迫振动。     

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。     

外圆磨床振动试验研究的探讨

一、强迫振动 正确判断各种振动形式在加工过程中的作用和影响,才能有的放矢地解决加工中的振动及改进产品设计。为此,我们在MG1432A高精度外圆磨床上进行了磨削过程中机床振动的频率分析。 磨削时,将 CD-1速度传感器(图 1)分别放在砂轮架、头架、尾架处拾振,并在GZ—1测振仪上积分放大,经2010频率分析仪做频率分析,由2305自动记录各测点的幅频曲线。 为了较充分地反映磨削时的振动情况,对两种磨削进行频率分析:1.普通磨削。磨削用量与平时选用的一样,工件磨前粗糙度为Ra1.6 μm(7)。 2.精密磨削。磨削参数见表1。磨削前机床空运转一小…     

Subsurface damage pattern and formation mechanism of monocrystalline β-Ga2O3 in grinding process

Monocrystalline beta-phase gallium oxide (β-Ga₂O₃) is a promising ultrawide bandgap semiconductor material. However, the deformation mechanism in ultraprecision machining has not yet been revealed. The aim of this study is to investigate the damage pattern and formation mechanism of monocrystalline β-Ga₂O₃ in different grinding processes. Transmission electron microscopy was used to observe the subsurface damage in rough, fine, and ultrafine grinding processes. Nanocrystals and stacking faults existed in all three processes, dislocations and twins were observed in the rough and fine grinding processes, cracks were also observed in the rough grinding process, and amorphous phase were only present in the ultrafine grinding process. The subsurface damage thickness of the samples decreased with the reduction in the grit radius and the grit depth of cut. Subsurface damage models for grinding process were established on the basis of the grinding principle, revealing the mechanism of the mechanical effect of grits on the damage pattern. The formation of nanocrystals and amorphous phase was related to the grinding conditions and material characteristics. It is important to investigate the ultraprecision grinding process of monocrystalline β-Ga₂O₃. The results in this work are supposed to provide guidance for the damage control of monocrystalline β-Ga₂O₃ grinding process.     

非一致曲率表面下的气压砂轮磨粒剪胀及加工试验研究#br#

针对软固结磨粒气压砂轮在加工异形曲面时,工件所受的切削力以及接触区内磨粒速度因工件曲率发生变化,导致工件不同曲率处材料去除量不均匀的问题, 基于修正的Rowe剪胀理论建立砂轮切削力模型,提出了非一致曲率表面下修正的气压砂轮材料去除模型。通过EDEM软件建立了软固结磨粒气压砂轮模型,分析了砂轮下压量为1.5 mm时工件曲率对接触力以及接触区内磨粒速度的影响。搭建气压砂轮加工试验平台,通过光整加工试验验证修正的材料去除模型。研究结果表明：修正的材料去除模型平均绝对值误差为0.095,而原始的材料去除模型平均绝对值误差为0.291,说明修正的材料去除模型可以用于气压砂轮抛光过程中的定量分析,且工件加工表面划痕明显减少。     

粗糙表面的机器人磨削实验与分析

组建了由MOTOMAN机器人、六维力(力矩)测量系统和振动测量组成的粗糙表面磨削实验平台，进行了磨削力的测量及振动的测试，分析了MO-TOMAN磨削机器人系统的磨削力及振动响应。结果表明，粗糙表面磨削与普通表面磨削的显著区别是：切向磨削力与法向磨削力不成比例，切向磨削力可能比法向磨削力大很多；影响切向磨削力大小的最主要因素是被磨削材料的表面质量，表面越粗糙，则切向磨削力越大。     

不同热处理状态螺纹量规材料的磨削性能研究

非API螺纹量规的成形磨削加工质量直接影响了油气井长期服役的安全性能,螺旋齿形结构,IT3~IT4级尺寸精度,其在极端服役环境下的抗疲劳性能与材料热处理状态和量规磨削加工质量密切相关。然而,螺纹量规材料磨削烧伤与磨削裂纹已成为制约量规高效成形磨削的瓶颈问题,严重降低了量规的耐磨损性能和使用寿命。为此,提出了基于量规的使役性能需求,来驱动量规材料的热处理和磨削参数优化,通过开展定量描述量规材料热处理与磨削加工性能之间的关系,来解决量规材料的磨削烧伤和磨削裂纹问题。结合热处理和平面磨削试验,结果显示优化的热处理工艺能够有效提升量规材料的磨削加工质量,同时也表明良好的热处理工艺和磨削加工参数相结合,是控制非API螺纹量规材料磨削性能的重要保障。     

基于固结磨粒的单晶蓝宝石自旋转磨削加工方法

利用固结磨粒自旋转磨削加工方法，通过金刚石磨削和化学机械磨削实现了蓝宝石晶片的高效、高质量平坦化加工。采用不同磨粒粒径的金刚石砂轮实现了蓝宝石晶片较高的材料去除率或较好的表面质量。开发了高磨粒浓度Cr2O3砂轮，采用化学机械磨削对金刚石磨削后的蓝宝石晶片进行平坦化加工。实验结果表明，化学机械磨削能够去除金刚石磨削的表面和亚表面缺陷，最终获得表面粗糙度Ra＜1 nm、无/微损伤的蓝宝石晶片。通过理论分析单颗金刚石磨粒的磨削力，发现磨粒粒径是影响材料去除率和表面质量的主要影响因素。通过XPS分析证明了Cr2O3和蓝宝石之间的固相反应过程。     

Effect of parameters on grinding forces and energy while grinding Al (A356)/SiC composites

Abstract

Grinding processes require a high energy input per unit volume of material removed, which is converted to heat at the grinding zone, resulting in increased force and wear. In the present study, the influence of grinding parameters like work speed and depth of cut on grinding forces and energy was studied. An attempt has been made to study the forces and energy involved while grinding aluminium alloy (A356)/silicon carbide (SiC) composite material with different grinding wheels. Experiments were carried out on a surface grinding machine. Three different types of wheels like SiC, cubic boron nitride (CBN) and diamond wheels were used. The grinding forces increased with increase in depth of cut and work speed. SiC exhibited high grinding force compared to the CBN wheel. In the case of the diamond wheel, it was even less. The specific grinding energy was highest for the diamond wheel followed by CBN and SiC wheels. The specific grinding energy decreased with increase in depth of cut and work speed.     

ELECTRICAL DISCHARGE DIAMOND GRINDING OF HIGH SPEED STEEL

A combination of two machining processes (i.e., a hybrid process) has a potential to improve process performance. This paper reports on experimental investigation of the electrical discharge diamond grinding process that combines mechanical grinding with electrical discharge machining. In this process, the workpiece is simultaneously subjected to heating, by electrical sparks bridging the gap between the metallic wheel bonding material and the work, and abrasion by diamond grains. The effect of current, voltage, pulse-on-time and duty factor on the grinding forces and the material removal rate while machining high speed steel workpiece, are investigated. The spark discharges facilitate grinding by thermally softening the work material in the grinding zone, and consequently decreasing the nromal force. It is observed that the material removal rate increases with an increase in current and pulse on-time, while it decreases with an increase in voltage and duty factor. These independent parameters are also found to significantly influence the grinding forces.     

基于Deform-2D的单颗磨粒磨削过程的有限元分析

建立了单颗磨粒磨削GCr15轴承钢工件的二维模型,采用Deform-2D大型有限元数值模拟软件对单颗磨粒在不同前角下的磨削过程进行了数值模拟,探究了切屑形成过程,获得了磨削力的变化规律及工件内部的应力场、应变场和温度场的分布情况,并分析了磨粒前角的变化对以上各指标的影响。有限元分析为深入研究轴承钢球磨削机理提供了一种新途径。     

Investigation on grinding temperature in ultrasonic vibration-assisted grinding of zirconia ceramics

The feasibility of ultrasonic vibration-assisted grinding (UVAG) in machining brittle materials, such as zirconia ceramics, has been preliminarily proved. The high temperature generated in grinding processes is a main factor responsible for thermal and surface/subsurface damage. However, there are few reports about grinding temperature for zirconia ceramics by UVAG. In this study, a grinding force model is used for the analysis of grinding temperature in UVAG based on kinematic principle of ultrasonic vibration and brittle material fracture removal mechanism. Then, the heat fluxes equation during grinding process is analyzed. And the grinding temperature model is developed based on theoretical grinding force model and heat fluxes. Finally, pilot experiments are carried out to analyze influence of vibration parameters and process parameters on UVAG temperature and verify the mathematical model. The comparison results show that ultrasonic vibration has an important influence on grinding temperature with the reduction of 10.6%. In addition, there is a good consistency between mathematical model and the experimental results. The average relative error is within 10%. Therefore, the mathematical model could be used to predict the UVAG temperature.     

面向清洁生产的磨削工艺方案多层多目标优化模型及应用

为了实现磨削过程的节能减排,提出了一种面向清洁生产的磨削工艺方案多层多目标优化模型。从清洁生产“三流（物料流、能量流、环境排放流）”的角度建立了面向清洁生产的磨削能耗与碳排放模型。从工艺路线和工序工艺参数层建立了以磨削能耗、磨削碳排放和磨削时间为目标的多层多目标优化模型,采用基于层次分析法和客观赋权法(CRITIC)法组合赋权的改进遗传算法进行优化求解。以某轴承套圈为研究对象进行磨削工艺实验,结果表明：通过算法优化得到的加工方案相较于传统的加工方案,在工艺层面节约了6.48%的加工时间、降低了42.81%的能耗、减少了8.26%的碳排放;在工序层面缩短了25%的磨削时间、降低了18.84%的能耗、减少了8.69%的碳排放。结果验证了模型和方法的有效性。最后依据上述研究结果提出了相应的节能减排策略。