高精度回转曲面的砂轮磨削点运动规律研究

轨迹包络磨削法是加工高精度回转曲面的重要工艺方法。为了进一步提高轨迹包络磨削加工的精度,本文首先分析了圆弧轨迹包络磨削中砂轮磨削点与加工曲线的位置关系。以加工母线为圆弧曲线、抛物线等典型回转曲面为例,探讨磨削过程中砂轮磨削点的运动规律,并在此基础上得到了圆弧轨迹包络磨削加工回转曲面中砂轮磨削点的运动速度方程。分析表明:(1)砂轮磨削点运动的距离随着砂轮端部圆弧半径增大而增大;(2)砂轮磨削点的角速度大,则意味着在磨削加工中砂轮磨削点的运动速度快;(3)曲率半径大的回转曲面在磨削过程中砂轮磨损严重。

凸轮磨削点移动速度的计算方法

本文根据凸轮轴仿形磨床的工作原理，推导了凸轮轴磨削点移动速度和变工件转速磨削的表示式，这为凸轮变速磨削设备的研制提供了一个有益的参考。

凸轮数控磨床磨削点位置的计算

用反转法求出凸轮在磨削点所对应的坐标、凸轮转角及摆杆摆角。

快速点磨削工艺参数对磨削振动频率的影响

将频率视为一种新的特征参数来分析振动特性.首先提出了振动特征频率提取原理,通过快速点磨削振动特征提取试验获得了特征频率函数,随后分析了加工/空载状态下不同水平的工艺参数对磨削振动的影响,并结合砂轮与工件间的接触和能量传递关系分析了特征频率的变化规律.结果表明,加工特征频率始终小于空载特征频率,特征频率的相对偏差随砂轮线速度的增大而减小,随磨削深度、进给速度的增大而增大,同时比较了各工艺参数对特征频率的影响权重,提出了改善加工效率的思路.

数控快速点磨削技术及其应用研究

介绍了快速点磨削技术的发展现状及工艺特征,分析和研究了快速点磨削机理和材料去除机制。研究结果表明,砂轮的磨损机制不同于一般外圆磨削,磨削过程具有较高的绿色加工性能,通过合理控制磨削参数和磨削条件,该项技术可应用于一些难加工材料和复杂回转表面的高质量磨削加工。由此提出了在这些领域开展应用研究的重点内容,以及推广和开发此项技术的意义。

基于遗传算法与BP神经网络的微晶玻璃点磨削工艺参数优化

通过低膨胀微晶玻璃点磨削实验,测试了加工表面粗糙度、表面硬度,分析了实验数据变化趋势。通过最小二乘拟合,建立了关于粗糙度、表面硬度的一元数值模型,并将模型预测值与实验值进行了比较,以验证模型的精确性,结果表明模型具有较高的精度。根据正交实验结果,基于BP神经网络算法和遗传算法,建立了粗糙度、表面硬度的多元数值模型并以此作为目标函数,以表面硬度最大和表面粗糙度最小作为优化目标,基于遗传算法进行了工艺参数的双目标优化,获得了一组点磨削工艺参数的最优解范围,实验验证结果表明优化结果是合理的。

新型点磨削砂轮磨削力模型及试验研究

点磨削砂轮轴线与工件轴线之间存在倾斜角α,磨削过程中磨粒的运动轨迹改变,点磨削力及理论模型也随之变化。以传统磨削力理论为基础,利用点磨削模型的转换,建立点磨削力理论模型,通过试验验证理论模型的正确性。试验结果表明:模型的计算值与试验结果的趋势一致,数值相近。点磨削力模型为实际加工提供一种辅助和验证方法。同时提出一种带有粗磨区倾角θ的新型点磨削砂轮,在点磨削力模型的基础上,做了进一步研究,建立新型砂轮的磨削力分配模型。通过点磨削试验对该模型进行试验验证,用不同θ角的砂轮在一系列磨削参数条件下磨削阶梯轴。试验表明:模型分析结果与试验结果一致,在相同磨削参数下,带有粗磨区倾角θ的新型点磨削砂轮的磨削力要小于θ=0°的传统点磨削砂轮磨削力,磨削力随着θ角的增大而减小。此外,还可以得出磨削参数倾斜角α、磨削深度ap和砂轮速度vs对点磨削力的影响规律。

点磨削工件微观形貌仿真与试验研究

点磨削属于外圆磨削技术的一种,其砂轮与工件轴线之间存在变量夹角α,加工过程中磨粒的运动轨迹发生改变。为探索α对工件表面粗糙度的影响,利用砂轮与工件之间的运动关系及坐标转化,将磨粒运动函数等效为抛物线,得出点磨削的切削路径。基于砂轮表面磨粒分布状态,沿砂轮轴向扩展有效干涉痕迹,得到工件的三维几何仿真形貌。将45钢淬火后作为工件材料,选择典型磨削参数,利用试验对模型进行验证。结果表明:仿真与实际工件微观形貌呈现相似特征,两形貌表面高度概率密度分布十分吻合,在不同磨削速度下,两结果之间平均相差7.8%。当α在0°～4°变化时,Ra的浮动范围小于0.1μm,工件表面粗糙度不会发生明显改变,几何仿真模型为实际磨削工件形貌分析提供了一种辅助和验证方法。

超高速点磨削相关机理研究

结合超高速磨削技术和点磨削工艺,给出对点磨削及其相关技术的理解。建立砂轮磨损和承载等模型,研究发现,与传统外圆磨削相比,点磨削砂轮承载更均匀,寿命更长,磨削性能更佳。由点磨削参数条件下的单颗磨粒成屑试验发现,磨粒的实际切深要比理论切深小,并由单颗磨粒成屑机理给出合理解释。由砂轮连续成屑机理和砂轮相对工件运动轨迹的分析发现,工件轴向进给速度应低于保证良好磨削表面的最小旋切圈数的临界值。点磨削是一种优质的旋切工艺,能够实现较大切深的磨削加工,兼具高材料去除率和高表面质量的优点。由于主轴偏摆,砂轮和工件接触无闭合磨削区,经湿磨试验发现,点磨削接触区内有更大流量的磨削液通过。

新型点磨削砂轮磨削参数对磨削温度影响研究

提出了一种带有粗磨区倾角θ的陶瓷结合剂CBN点磨削砂轮,这种新型砂轮具有磨除率高、加工精度好等优点。研究了磨削热产生与分配理论和红外测温原理。分别用不同θ角的砂轮在一系列磨削参数条件下磨削QT700材料的阶梯轴,用Thermovision A40M热像仪测量砂轮磨削工件时接触区的平均温度,得出了偏转角α、磨削深度ap、工件轴向进给速度vf和砂轮速度vs在磨削过程中对磨削温度的影响规律,并且比较了在同一组磨削参数下,三种不同θ角砂轮对磨削温度的影响情况。

高速点磨削参数对温度场与表面硬度的影响

高速点磨削技术在装备制造业中已得到广泛的应用.通过考虑点磨削变量角α对于磨削加工中转移到工件表面热量流的影响,加载移动热源来模拟温度场分布和最高温度,并分析受此温度场影响的零件亚表面的厚度.设计正交试验进行高速点磨削加工,测量不同加工参数下得到的表面硬度,以此验证工件表面温度场仿真及得到磨削参数对于零件表面硬度影响的主次因素.结果表明,倾斜角α的引入降低了温升;切削深度则是导致磨削区域温度升高的主要因素;当工件表面的温升达到某一温度值时,会使零件的硬化层变质,破坏硬化效应.

基于PSO算法改进BP神经网络的氟金云母点磨削工艺参数优化

通过氟金云母的高速点磨削试验,测试了加工表面硬度和表面粗糙度,分析了表面硬度和表面粗糙度随工艺参数的变化规律。基于单因素试验值和PSO算法改进的BP神经网络,利用最小二乘拟合,建立了氟金云母点磨削表面硬度和表面粗糙度关于各工艺参数的一元模型,以相关系数检验模型,证明模型具有较高可靠性。分析一元模型,提出表面硬度和表面粗糙度分别关于工艺参数的多元模型。基于正交试验值和PSO算法,对模型进行优化求解,并通过试验证明了模型具有较高可靠性。利用PSO算法对两个多元模型进行双目标优化,求解得到一组较为合理的工艺参数值。

点磨削纹理特征及对表面粗糙度评定参数的影响

快速点磨削主要用于轴类零件表面的加工,但由于砂轮存在点磨削变量角度,加工表面纹理特征不同于常规外圆磨削.通过点磨削几何学分析,建立了点磨削纹理方向计算模型,分析了点磨削纹理特征及影响因素.根据外圆磨削试验加工工件表面的实际测量数值与点磨削纹理特征的模拟结果,分析了纹理方向对表面粗糙度评定参数及摩擦学特性的影响.结果表明,不同纹理方向的工件表面粗糙度评定参数不同,在垂直于运动速度方向的剖面内,对于表面粗糙度数值存在最优纹理方向角.

快速点磨削周边磨削层模型及参数

为深入研究快速点磨削机理及工艺,根据快速点磨削的技术与几何学特征,建立点磨削周边接触层及参数的数学模型,对砂轮和工件的等效速度和直径、磨削参数进行理论分析。在已建立快速点磨削接触层及参数的理论模型基础上,推证计及点磨削变量角度和磨削深度的砂轮周边理论接触宽度的计算公式,并对超薄快速点磨削砂轮周边理论接触宽度和表面粗糙度进行数值仿真。结果表明：与普通外圆磨削不同,砂轮周边与工件实际接触宽度并不恒等于砂轮宽度,点磨削变量角度和磨削深度显著影响砂轮周边的实际接触宽度与工件表面粗糙度数值。

快速点磨削变量角度对表面粗糙度影响机理研究

基于点磨削周边接触宽度和点磨削表面粗糙度的数学模型,分析了磨削变量角度的变化对工件表面粗糙度的影响机理,完成了磨削变量角度影响工件表面微观几何特性的快速点磨削加工实验,并将基于点磨削表面粗糙度理论模型的计算值与实验结果进行了比较。结果表明:随着垂直点磨削变量角度的增大,接触区周边接触宽度沿工件轴向的分量减小,工件表面粗糙度增大。实验和计算结果基本吻合,并具有相同的变化趋势。

曲线点磨削中的砂轮法向跟踪研究

将快速点磨削技术引入到曲线磨削过程中,提出了曲线磨削中砂轮对工件轮廓实施法向跟踪磨削的新方法。该方法是在传统的曲线磨床的基础上,增加一个可以使工件相对于砂轮偏转的数控回转轴,实现砂轮对工件轮廓的法向跟踪磨削。在分析磨削运动关系的基础上,建立了砂轮法向跟踪的数学模型,并分别给出了无干涉情况下的完全法向跟踪和有干涉情况下的近似法向跟踪的法向跟踪角的算法。仿真和磨削实验结果表明:这种利用工件偏转来实现砂轮的法向跟踪磨削方法简单有效,能够有效避开砂轮和工件的干涉,提高加工精度和实现对任意复杂曲线轮廓的磨削加工。

数控快速点磨削技术的绿色特性分析

分析了数控快速点磨削(Quick-point Grinding)超高速、薄超硬磨料砂轮、点接触和连续轨迹数控成型的技术特征,以及数控快速点磨削工艺的加工性能。快速点磨削主要工艺特点是磨削力和磨削温度低、磨削比大、表面完整性和加工精度好。基于绿色制造理论,通过对快速点磨削技术的磨削机理及绿色特性的分析,提出了实现干式绿色快速点磨削的主要研究内容及方向,并结合该项新技术的发展现状,讨论了开展面向绿色制造的快速点磨削技术的理论与应用研究的重要意义。

超高速点磨削砂轮的结构优化设计与制备

采用大气孔陶瓷结合剂将CBN超硬磨料压铸到42CrMo合金钢基盘,将磨料层设计成包含斜面的倾斜结构以便更利于点磨削加工。对砂轮基体内部微小单元建立应力应变与其增量之间的关系,研究砂轮基体在高速旋转时的应力和基体变形的分布梯度,得出了基体强度校核的理论公式。研究表明,应力和变形都随砂轮转速提高而呈现二次方增大的趋势。依据点磨削工艺要求,应用有限元方法对砂轮结构进行优化,制备了试验砂轮。

新型点磨削砂轮磨削参数对表面质量的影响

提出一种带有粗磨区倾角θ的陶瓷结合剂CBN点磨削砂轮,研究了新型砂轮设计与制备的原理;这种新型砂轮具有磨除率大、加工精度好等优点.分别用不同θ角的砂轮在一系列磨削参数条件下磨削QT700材料的阶梯轴,用超景深显微系统和三维轮廓仪观测工件的表面质量,测量出表面粗糙度,得出偏转角α、磨削深度a p、工件轴向进给速度v f和砂轮速度v s等不同磨削参数对表面粗糙度的影响规律,并且比较了在同一组磨削参数下,3种不同θ角砂轮对表面粗糙度的影响情况.

超高速点磨削工艺磨削液的注入方式研究

分析了磨削液的冷却润滑机制和陶瓷结合剂CBN砂轮的堵塞机制;设计和完成了超高速点磨削砂轮堵塞试验;研究了超高速点磨削试验喷嘴形式和喷嘴布置,提出了将磨削区磨削液高压注入和非磨削区常压清洗相结合的超高速点磨削供液方式。