磨削圆柱螺旋槽的砂轮轮廓及位姿快速计算方法

在立铣刀螺旋槽的数控磨削过程中,砂轮的安装位姿对螺旋槽的前角、芯径、槽宽等截形参数影响显著,进而影响刀具的切削性能。精确、高效求解砂轮位姿是螺旋槽磨削工艺的首要任务,目前大多采用迭代的优化计算方法,但存在计算模型的精度与效率不足的问题。基于此对模型进行分析研究,采用一种优化计算新方法,根据芯径形成机理,通过接触原理对砂轮与工件的相对位姿进行运动变换,得到能够预先保证芯径的位姿参数表达式,降低了位姿参数变量维度,从而提高计算效率;同时推导了前角、槽宽的解析表达式,以此为约束,采用数值优化算法可精确计算出砂轮位姿参数。通过仿真与磨削试验对算法进行验证。结果表明,所提算法可以较精确地计算出砂轮位姿参数,相比于预先设计值误差较小,且计算效率比迭代法高,具有较高的工程实用性。

研磨压力对聚晶金刚石表面质量的影响

使用金刚石平磨盘对聚晶金刚石(polycrystalline diamond,PCD)复合片的金刚石层进行高速研磨实验,研究研磨压力对PCD研磨去除率、表面粗糙度和表面形貌的影响。结果表明:当研磨压力为0.10~0.18MPa时,随着研磨压力的增大,PCD的研磨去除率增大,表面粗糙度减小。PCD研磨表面缺陷主要包括沿晶破碎、微小凹坑、机械划痕、微裂纹等,且随着研磨压力增大,研磨表面平滑面积扩大,机械划痕变小。

镍基高温合金磨削出口毛刺的有限元分析

为揭示镍基高温合金磨削过程中出口毛刺的形成机理,文章建立了单颗PCBN磨粒高速磨削Inconel718合金的二维模型,并验证了模型的可行性。运用仿真软件DEFORM-2D对磨削出口毛刺的形成过程进行了研究,将其形成过程分为了8个阶段,并在不同磨削条件下采用正交实验法分析了磨削速度、磨削深度、磨粒圆锥角和磨粒刃口半径对磨削出口毛刺的影响规律。研究表明:磨削出口毛刺的尺寸主要由毛刺宽度和高度组成,毛刺宽度和高度均对磨削深度比较敏感,磨削深度越大,毛刺的宽度和高度也越大。另外,磨削速度、磨粒顶锥角、磨粒刃口半径增大,毛刺宽度也随之增加,但毛刺高度对这3个参数不是很敏感。

纵扭超声辅助磨削氮化硅亚表面损伤及其试验研究

目的探究纵扭超声辅助磨削工艺参数对氮化硅陶瓷亚表面损伤的影响规律。方法首先,建立纵扭超声振动下单颗磨粒的切削轨迹及其切削弧长模型,分析纵扭超声辅助磨削独特的加工机理。其次,考虑砂轮表面磨粒的随机分布特性,并基于硬脆材料脆塑转变特性及其临界转角界定,给出纵扭超声辅助磨削单颗磨粒未变形切屑厚度的概率学模型,进而建立纵扭超声辅助磨削过程中单颗磨粒的平均法向磨削力模型。最后,建立纵扭超声辅助磨削氮化硅亚表面损伤深度模型,并进行试验验证。结果纵扭超声振动的引入增大了纵扭超声辅助磨削过程中单颗磨粒的切削弧长,减小了单颗磨粒平均未变形切屑厚度,降低了单颗磨粒的法向磨削力,最终降低了氮化硅陶瓷亚表面损伤的深度,获得了较好的氮化硅陶瓷表面加工质量。氮化硅亚表面损伤深度随着超声振幅的增大而降低,当超声振幅为6μm时,亚表面损伤深度为5.65μm,相较于普通磨削亚表面损伤深度降低了33.6%。理论模型预测结果与试验结果趋势一致,预测结果与试验结果的最大误差为13.38%,平均误差为8.34%,因此该模型能够为氮化硅实际加工中亚表面损伤深度的预测提供一定参考。结论纵扭超声辅助磨削能够有效降低氮化硅陶瓷加工表面的亚表面损伤深度,进而提高氮化硅陶瓷工件的使用性能。

纵向超声辅助螺旋磨削Ti_(3)Al微孔的磨削力模型研究

为建立超声辅助螺旋磨孔过程中磨削力的预测模型,充分发挥磨削力在Ti_(3)Al微孔磨削工艺参数优化中的指导作用,基于切屑断面面积理论,分析了超声振动下切削变形力和摩擦力的变化,建立了超声螺旋磨孔的磨削力模型。搭建超声辅助螺旋磨削Ti_(3)Al微孔实验平台,采集磨削力数据并与所建模型进行验证。研究结果表明,磨削力随着主轴自转速度的增大而减小,并随着进给速度的增大而增大;当超声振幅由0增大至1.6μm时,平面磨削力和轴向磨削力分别减小了27.2%和28%。超声螺旋磨孔磨削力模型的预测结果与实验数据显示出良好的一致性,数值误差保持在20%以内,为超声辅助螺旋磨削Ti_(3)Al微孔的工艺参数优化提供了理论依据。

工艺参数对切向超声辅助磨削钛合金表面质量的影响

针对磨削加工过程中磨削温度高、表面质量差以及砂轮使用寿命低等问题,从运动学和切削力两方面分析了切向超声辅助磨削加工机理。以Ti6Al4V为工件材料,通过对比实验研究了超声振幅、磨削深度、进给速度与主轴转速对材料表面粗糙度的影响。实验结果表明:与单一磨削加工相比,引入超声振动后材料表面粗糙度Ra降低25%~40%,材料表面凹坑明显减少,表面形貌发生显著变化。随着振幅的升高材料表面粗糙度减小,最大降幅为40%;粗糙度随着转速的升高而降低,降低幅度为25%。证明了超声振动的引入可以减小粗糙度,提高磨削加工工件的表面质量。研究结果为磨削加工中参数的选择提供指导意义。

成形砂轮修整对18CrNiMo7-6钢磨削表面完整性的影响

为了探究修整切深ad、轴向进给速度f_(d)和修整速比q_(d)等修整工艺参数对18CrNiMo7-6齿轮钢磨削表面完整性的影响,分别采用树脂结合剂金刚石碟轮、青铜结合剂金刚石碟轮和单颗粒金刚石笔3种修整工具对陶瓷结合剂铬刚玉砂轮进行成形修整工艺正交试验,并用修整后的铬刚玉砂轮对18CrNiMo7-6齿轮钢进行横磨试验。结果表明:随着各修整工艺参数的增大,齿轮钢磨削加工表面粗糙度Ra增大,磨削表面更容易产生残余压应力;通过归一化无量纲方法综合评价3种修整工具的磨削表面完整性,表明采用青铜结合剂金刚石碟轮修整时的磨削表面完整性优于其余2种修整工具的,且当ad=4μm,f_(d)=100 mm/min,q_(d)=0.3时齿轮钢,磨削表面的完整性较优。

定组态砂带粒度对刨花板磨削的影响

【目的】为探究新型定组态砂带的微磨粒粒度对木质材料磨削性能的影响,为定组态砂带的设计和制备提供依据,开展了定组态砂带磨削试验。【方法】本研究制备150目、180目、220目3种不同粒度的定组态砂带(P-150/180/220),与220目的非定组态砂带(O-220)对照,以刨花板为磨削对象,分别开展20万次磨削试验。对比不同微磨粒粒度的定组态砂带在磨削过程中材料去除量、刨花板表面粗糙度、砂带质量的变化,以分析定组态砂带粒度对磨削性能和砂带磨损的影响。【结果】(1)定组态砂带的刨花板去除量小于非定组态砂带,但稳定性远优于非定组态砂带;定组态砂带去除量的平均值与微磨粒粒度负相关,而随着磨粒粒度增大,定组态砂带去除量更加稳定。(2)定组态砂带磨削刨花板的表面粗糙度呈先下降后稳定,小范围上下波动的变化趋势;随着磨粒粒度的增大,刨花板表面粗糙度减小且更加稳定。(3)定组态砂带质量在磨削过程呈波浪形周期性下降;P-150砂带质量损失最快,P-180砂带质量下降最稳定;定组态砂带等效磨粒与表面微磨粒间存在补偿作用和协同作用。【结论】在等效磨粒形状和尺寸相同的情况下,微磨粒粒度对定组态砂带磨削性能有显著影响,但这种差异在粒度小的微磨粒中表现更加明显。本研究为定组态砂带的设计和生产提供了科学依据和理论支撑,促进了木材加工技术和砂带制造技术向高效智能化方向发展。

Si_(3)N_(4)陶瓷纵扭超声磨削表面残余应力及其试验研究

Si_(3)N_(4)陶瓷属于典型的硬脆材料,已加工表面易产生微裂纹,对陶瓷零件的使用性能影响较大。为获取高性能的Si_(3)N_(4)陶瓷零件,纵扭超声磨削被应用于其超精密加工中,为揭示纵扭超声振动磨削对Si_(3)N_(4)陶瓷零件独特的加工机理,建立了纵扭超声磨削单颗磨粒切削轨迹方程及其磨削表面残余应力模型,并进行Si_(3)N_(4)陶瓷纵扭超声磨削试验验证。结果表明:相同加工工艺参数下,普通磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面残余应力多为拉应力,而纵扭超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面多为残余压应力,进而纵扭超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷亚表面损伤深度比普通磨削最大可降低38%,且其理论仿真结果与试验结果误差不超过10%,可为Si_(3)N_(4)陶瓷高性能零件的超精密加工提供新的加工方法。

磨削油过滤单元堵塞问题分析与处理

针对行业内普遍使用的磨削油集中过滤系统使用过程中出现的过滤单元流量衰减严重、堵塞、过滤罐堵死问题进行原因分析,得出过滤罐反吹排渣是产生问题的主要原因,并通过改变过滤与排渣方式彻底解决以上问题,为油基、水基的磨削液过滤系统优化设计提供借鉴和参考。

杯型砂轮平面磨削的磨削力模型研究

风电叶片的表面处理是其制造过程中的重要步骤。磨削力是影响表面质量、打磨效率和磨削温度的主要因素,目前普通砂轮磨削力在理论和实验上都得到很大的发展。针对基于风电叶片表面处理的杯型砂轮磨削理论模型研究,利用未变形临界磨削深度分析材料的去除方式,提出了一种杯型砂轮高速精磨的磨削机理。通过运动学分析提出了打磨的未变形接触长度,并根据实验测得有效磨粒数推导瞬时打磨深度,利用正态函数得到的活动磨粒数建立了揭示磨削力与输入变量之间关系的磨削力模型。实验结果有力地证明了磨削力模型的正确性。表明了理论力模型可以用于估计磨削力,提高表面质量和打磨效率,对工程实践选择合理的打磨参数具有指导意义。

基于数值建模的磨削表面粗糙度预测方法研究

磨削表面粗糙度是表征磨削质量的重要评价指标,磨削微观表面形貌是决定表面粗糙度的重要因素,凭经验难以提前预判磨削后的工件磨削微观表面形貌和粗糙度值。针对此问题,文章提出基于数值建模和试验相结合的方法,实现对磨削表面粗糙度的预测。以喷油器油嘴精密偶件中的针阀体为研究对象,首先基于砂轮磨粒突出高度服从正态分布构建了砂轮的数值模型,在此基础上通过建立砂轮表面磨粒的运动轨迹方程创成磨削微观表面形貌并对表面粗糙度值进行精准计算,最后通过磨削试验证实了文章所提方法的有效性。该方法可为针阀体的高效、高质、低成本加工提供方法支撑。

基于Sobol法的五轴工具磨床几何误差辨识

机床的加工精度受诸多方面的误差影响,包括力、热、几何、运动等误差,其中几何误差影响较大。本文以自主研发的五轴工具磨床为研究对象,研究该磨床存在的几何误差影响程度,为该磨床在后续使用过程中进行误差补偿提供理论依据。首先,基于多体系统理论建立磨床的拓扑结构,确定了该磨床结构空间存在的37项几何误差;其次,利用体间齐次坐标变换矩阵理论建立了磨床综合误差模型;最后,使用Sobol全局灵敏度分析法与准蒙特卡罗估算法对磨床误差模型进行分析,计算出各几何误差项对整体几何误差空间的影响程度。结果表明:在磨床的37项几何误差中,影响该磨床空间几何误差较大的误差项为偏摆角误差与滚转角误差,为后续的误差补偿提供了理论依据。

旋转超声磨削加工建模与仿真研究

旋转超声磨削加工结合超声加工和磨削加工的技术优势,在难加工零件的精密制造中具有较大应用潜力。根据旋转超声磨削加工机理,建立旋转超声磨削加工中材料去除体积和加工表面粗糙度的数值计算模型。基于MATLAB软件编写旋转超声磨削加工仿真程序,对材料去除体积、加工表面形貌和表面粗糙度进行仿真模拟,并探究不同加工参数对表面粗糙度和材料去除体积的影响规律。仿真结果表明:主轴转速与超声振动频率之比(n/f)对加工表面形貌和去除体积有决定性影响,n/f比值增大能够有效降低表面粗糙度和提升材料去除体积;详细探讨了磨粒直径、振幅等参数对旋转超声磨削加工表面形貌和去除体积的影响规律,并仿真模拟了参数优化前后的加工表面形貌。

基于改进Elman神经网络的轧辊磨削形位精度预测

轧辊磨削形位精度(辊形、圆度)与工艺参数间存在较强非线性关系,传统线性回归难以对形位精度进行有效拟合。针对上述问题,提出了基于改进Elman神经网络的辊形误差和圆度误差预测方法。在Elman神经网络训练过程中采用Sine混沌映射使得种群分布更均匀,同时利用麻雀搜索算法获得Elman神经网络的最优参数。验证结果表明,预测模型对于辊形精度和圆度的预测误差均小于10%,准确度高于85%,满足实际应用需求,证明了所提出方法的有效性。

磨削油在硬质合金刀具高质量磨削过程中的应用研究

为研究磨削油对硬质合金刀具高质量磨削的影响,通过对两种不同磨削油的清洗性、渗透性及冷却性等基本性能进行测试,分析磨削硬质合金刀具时对机床负载、砂轮工作表面、硬质合金刀具磨削表面质量以及磨削温度的影响规律。试验结果表明:砂轮表面形貌变化、砂轮磨耗磨损和机床负载主要受磨削油清洗性能的影响,磨削油的清洗性能越好,WC在砂轮工作表面黏附越少,砂轮表面形貌变化、砂轮磨耗磨损和机床负载越小;硬质合金刀具圆周刃崩边大小及前刀面粗糙度主要受磨削油渗透性能的影响,其渗透性能越好,磨削区越易形成油膜,圆周刃崩边大小及前刀面粗糙度值越小;磨削区温度主要受磨削油冷却性能的影响,其冷却性能越好,带走的磨削热越多,磨削区温度越低。

异形组合回转轮廓的数控磨削轨迹算法研究

随着回转零件加工的几何特征灵活性需求的不断提高,现有普通外圆磨削工艺局限于加工圆柱和圆锥等简单回转轮廓特征,使异形回转零件的磨削工艺设计复杂。针对异形组合回转轮廓零件的复杂数控磨削工艺,研究圆锥、外凸圆环、内凹圆环型以及其相互组合方式的回转轮廓特征砂轮磨削轨迹计算方法。通过异形回转轮廓零件的几何建模、磨削姿态定义、基本回转轮廓以及轮廓组合相交区域的磨削轨迹计算,可实现异形组合回转轮廓零件的数控磨削工艺快速准确设计。通过仿真实验验证计算的准确性和有效性,并可推广到其他类型的异形组合回转零件加工。

结构化表面软性磨粒流精密光整加工方法及其磨粒流动力学数值分析

提出一种基于软性磨粒流的模具结构化表面无工具精密光整加工新方法,通过在被加工的结构化表面附近配置约束模块,使结构化表面成为一条截面几何形状可设计的约束流道的内壁面,利用液固两相软性磨粒流在约束流道内的湍流壁面效应实现对约束流道内壁面的微力微量切削,从而克服光整加工工具难以接触结构化表面的困难,完成对结构化表面的无工具化精密光整加工。基于液固两相流体耦合理论,建立面向结构化表面精密加工的约束流道内液固两相磨粒流动力学模型,利用标准k-ε湍流模型和离散相模型相结合的求解方法,以环形截面约束流道为研究对象,选择不同的约束模块配合参数,对流道内压力/速度分布及湍流动能进行数值分析研究,通过该数值分析方法,可以观察约束流道进口压力、入口与出口截面尺寸的相对变化等工艺参数对湍流形态的影响,为研究软性磨粒流湍流形态调控的基本规律和磨粒流特性提供一种理论工具。

陶瓷磨削的表面/亚表面损伤

磨削是目前工程陶瓷的主要加工方法 ,本文主要对国内外在陶瓷磨削后工件表面 /亚表面损伤 (主要是微裂纹和表面残余应力 )方面所作的研究成果进行了总结、分析和讨论 ,提出了一些有待研究的问题及其研究思路 .同时就作者所承担项目“纳米结构材料精密磨削及其预报”研究中的临界砂轮磨粒切深 (dc)和被磨工件临界损伤深度 Cr(临界中位裂纹长度 )的预测模型进行了分析 ,并建立了临界砂轮磨粒切深 (dc)理论模型 .

用切线法数控加工高次非球面

论述了切线法数控加工非球面的新原理,详细分析了实施该原理的三种可行的加工方法,即以工件轴为回转中心的成形方法、以磨轮轴上磨轮的几何中心Q点为回转中心的成形方法和以磨轮轴上M点为回转中心的成形方法,并建立了3种成形方法的轨迹成形数学模型。根据非球面加工性能的要求、保证机床构件精度的难易、机床动态特性的合理性和机床结构的合理性等问题考虑,确定了其中一种最合理的成形方法,即以磨轮轴上的M点为回转中心的成形方法。