CFRP砂轮高速外圆磨削稳定性分析

为分析不同影响因素对CFRP砂轮高速外圆磨削稳定性的影响,采用铁木辛柯梁理论对具有阶梯特征的工件进行动力学分析,结合锤击试验测得砂轮动态特性,对高速磨削过程中的砂轮-工件两自由度系统进行了磨削稳定性分析。在对阶梯工件进行动力学分析的过程中,发现阶梯特征对于动态特性的影响较小,误差小于2%。在稳定性分析中发现,不同的砂轮转速和不同的工件磨削位置均会影响磨削稳定性。磨削位置越靠近工件中心,工件刚度越弱,磨削稳定性降低易诱发颤振;而在靠近顶尖支撑的位置,由于工件刚度增强,该位置的磨削稳定性将同时受到工件和砂轮的动力学性能的影响。通过磨削试验验证了分析方法的有效性,试验结果表明,工件磨削位置的刚度差异将会影响加工表面质量,由磨削失稳导致的粗糙度增幅可达51.6%。

CFRP砂轮与钢基体砂轮高速磨削过程中的动力学特性

为探究CFRP砂轮与钢基体砂轮在高速磨削过程中的动力学特性,在数控凸轮轴磨床上搭建振动测试试验平台,开展磨削过程的动力学特性试验,研究2种砂轮在不同线速度和不同进给速度下的振动信号变化,并测量磨削后工件的表面粗糙度。结果表明:CFRP砂轮主轴系统的各阶固有频率高于钢基体砂轮主轴系统的各阶固有频率,且磨削过程中激发的优势频率处于高频区域。随着砂轮线速度的增大,GCr15工件表面粗糙度随之发生波动,CFRP基体砂轮磨削表面的粗糙度明显变小,较钢基体砂轮磨削表面的粗糙度减小30%~35%。颤振发生前后,CFRP基体砂轮磨削的表面粗糙度由0.089μm变为0.091μm,粗糙度增大2.2%;钢基体砂轮磨削的表面粗糙度由0.135μm变为0.146μm,粗糙度增大8.2%。在线速度一定的条件下,随着砂轮进给速度的增加,CFRP砂轮和钢基体砂轮磨削的工件表面粗糙度值都有增加,分别为2.4%和2.9%,但相较于砂轮线速度对工件表面粗糙度值的影响,进给速度对工件表面粗糙度值的影响更小。

高速超高速磨削用CFRP砂轮功率消耗试验研究

针对钢基体砂轮质量大、在高速超高速磨削中功率消耗大的问题,从启动功率、空耗功率、磨削功率等几方面,测量并分析了碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)基体砂轮与钢基体砂轮功率消耗的情况。试验结果表明:与钢基体砂轮相比,CFRP砂轮的质量轻,能够有效减小砂轮在高速超高速磨削中的启动功率、空耗功率以及磨削功率;验证了CFRP砂轮在高速超高速磨削中减轻主轴负荷、减少能源消耗的优越性能。

高速超高速磨削用CFRP砂轮基体优化设计

介绍了高速超高速磨削用碳纤维增强复合材料CFRP (carbon fiber-reinforced polymer)基体砂轮的分析和设计。以降低磨削功率消耗,提高砂轮安全性能为主要目的,有限元分析比较了不同基体材料、截面形状及铺层方式对砂轮性能的影响,揭示了CFRP砂轮的性能优势。从砂轮气动特性和动态特性入手,优化设计了砂轮基体截面。并完成1种超高速磨削用CFRP砂轮基体设计。