旋转超声磨边机床设计与实验研究

为探究旋转超声磨边在瓷砖加工中的应用,使用ANSYS软件对旋转超声磨边机床的超声振子进行模态分析,发现谐振时工具头把纵向振动分解为纵向和径向振动.搭建了旋转超声磨边机床,包括旋转超声磨边主轴和四轴运动测试平台.并且使用机床研究了有无超声情况下主轴转速和进给速度对轴向磨削力的影响.结果表明:在瓷砖磨边过程中,低主轴转速下添加超声振动可减小轴向磨削力;不同进给速度下,旋转超声磨边的轴向磨削力比传统磨边小.     

42CrMo钢磨削淬硬加工中磨削力的研究

磨削力对磨削淬硬层的形成及其质量具有重要影响。本研究在MKL7132X6/12型数控强力成形磨床上对42CrMo钢进行磨削淬硬加工试验。试验结果表明,磨削深度、磨削速度和工件进给速度都是影响切向和法向磨削力的因素,且磨削深度的影响程度最大,工件进给速度最小。切向和法向磨削力会随着磨削深度和工件进给速度的增加、磨削速度的降低而增大。对磨削力比影响程度最大的是磨削深度,最小的是磨削速度。磨削力比会随着磨削速度、磨削深度的增加或工件进给速度的降低而增大。本研究为提高磨削淬硬加工质量提供了依据。     

工程陶瓷超声磨削轨迹仿真

进行了工程陶瓷一维、二维超声磨削试验;通过对超声磨削陶瓷工件表面划痕轨迹的计算机模拟仿真,重点分析了安装角与二维超声相位差对单颗磨粒运动轨迹的影响;通过对比超声磨削试验SEM照片,讨论了超声磨削各参数对加工质量的影响。研究结果完善了加工因素对去除率的影响规律。     

超声辅助磨削加工碳纤维复合材料的磨削力分析

针对碳纤维复合材料采用普通磨削时存在磨削力大、刀具磨损快、工件加工效率低等问题。在国内首次基于超声辅助磨削对航空碳纤维复合材料进行磨削力研究,选择主轴转速、超声振幅、进给速度和磨削深度主要的磨削工艺参数,深入开展航空碳纤维复合材料的超声辅助磨削力对比研究。研究结果表明:加工碳纤维复合材料工件时,超声辅助磨削能明显降低磨削力,即使在最差的加工条件下,即较低的主轴转速、较高的进给速度、较大的磨削深度的条件下,超声辅助磨削对磨削力的降低作用越显著。超声辅助磨削无论在航空碳纤维复合材料的粗加工还是在精加工中,都能达到更好的加工效果,在改善航空碳纤维复合材料的加工条件、增加工具使用寿命和提高加工效率上都有明显的作用。     

基于单颗磨粒磨削的超声振动参数与磨削参数匹配性研究

超声辅助磨削是一种适于加工陶瓷等硬脆材料的先进复合加工技术。超声辅助磨削过程中,超声振动参数与磨削用量的匹配性决定了超声振动作用对磨削过程的影响程度,目前尚缺乏深入的研究。针对这一问题,采用单颗磨粒工具对SiC陶瓷工件抛光表面进行超声辅助磨削及普通磨削试验,通过单颗磨粒磨削力、力比、磨削划痕形貌的对比,分析超声振动作用对磨削过程的影响随磨削用量变化的规律。结果表明,相同条件下单颗磨粒超声辅助磨削的磨削力与力比均小于普通磨削时;磨削用量较小时,单颗磨粒超声辅助磨削划痕形貌呈明显的锤击作用及断续磨削特征。随磨削用量的增大,超声辅助磨削过程中的锤击作用显著弱化,断续磨削特征趋于消失,两种方法之间的磨削力差异减小,即超声振动参数与磨削用量的匹配性变差。     

工件横向施振超声振动磨削力特性试验研究

基于冲量理论和振动加工理论,采用叠加原理建立了工件横向施振超声振动磨削力数学模型。从理论上解释了工件横向施振超声振动磨削力低于普通磨削力的原因,并进行了超声振动与普通磨削力对比试验研究。结果表明:超声振动磨削力比普通磨削力减小20%~30%,磨削力的大小随工作台进给速度的提高而减少,磨削深度的增加而增大,当达到某一临界切深时,磨削力急剧下降。磨削力可做为评价陶瓷材料脆延转变的一个重要参数。     

Al2O3/TiC陶瓷材料超声辅助微磨削的磨削力试验研究

基于超声辅助微磨削加工对Al_2O_3/TiC陶瓷材料进行微磨削试验,并与传统微磨削技术进行对比。利用单因素分析法研究Al_2O_3/TiC陶瓷材料的磨削力随超声振幅、磨削砂轮转速、磨削深度、进给速度等工艺参数的变化规律,为提高加工质量和合理选择加工参数提供依据。结果表明:超声波辅助微磨削试验获得了不同磨削参数下磨削力的变化规律,磨削力随超声波振幅、主轴转速的增大而减小,随磨削深度、工件进给速度的增大而增大;在相同工艺参数下,相比传统微磨削加工,超声辅助微磨削Al_2O_3/TiC陶瓷材料可以有效降低磨削力;在保证工件加工表面质量的前提下,超声辅助微磨削加工可以采用较大的磨削深度和磨削速度,有助于提高材料的去除率和加工效率,试验还得出加工Al_2O_3/TiC陶瓷材料的最优参数组合。     

切向超声振动辅助成形磨削齿轮的切削系数建模与试验研究

通过对磨粒-工件的运动特性分析,研究了切向齿轮超声成形磨削过程中分离加工机理,建立了超声振动作用下磨粒-工件的切削系数模型,得到了加工参数(砂轮速度、进给速度、超声频率和超声振幅)对切削系数的影响规律。针对切向齿轮超声成形磨削分离加工的特点,进行了齿轮超声成形磨削和普通磨削加工试验,获得不同加工参数对磨削力、磨削温度、残余应力和表面粗糙度的影响规律,并对磨削后表面的微观组织进行分析。试验结果表明：与普通磨削相比,在超声磨削过程中,磨削力、磨削温度和表面粗糙度在一定程度上得到有效的降低。三者的降低幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而减小,磨削力、磨削温度的降低幅度随着超声振幅的增加而增大,而表面粗糙度的降低幅度随着超声振幅的增加呈先增加后减小的趋势;同时,齿面的残余压应力得到提高,其增加幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而降低,随着超声振幅的增加而增大。此外,超声磨削可以显著改善齿面的纹理状态和表层的显微组织,并实现晶粒的细化。     

TC4钛合金纵扭超声磨削力热耦合模型及其试验研究

为探究TC4钛合金纵扭超声磨削过程中的力热耦合机理,基于TC4钛合金纵扭超声磨削的磨削力模型、工件表面平均温度模型、质量热容计算表达式建立了其力热耦合模型,并对力热耦合作用下TC4钛合金纵扭超声单颗磨粒去除过程进行有限元仿真,分析磨削力、磨削温度的相互影响特性。理论与仿真研究发现,磨削区剧烈的温升会降低钛合金抵抗塑性变形的能力,抑制磨削力的增长速率。最后通过TC4钛合金纵扭超声磨削试验进行验证,结果表明,纵扭超声的引入能明显降低磨削力和磨削温度,磨削力和磨削温度的降低幅度分别达到19.39%和12.41%;磨削温度随着磨削深度、砂轮转速和工件进给速度的增大而升高,且随着磨削温度的升高磨削力增长趋势变缓;磨削力和磨削热的减小使工件表面塑性变形和犁沟两侧的塑性隆起高度减小;与普通CBN磨削相比,纵扭超声的引入对表面粗糙度的降低幅度可达到31.21%,在一定范围内增大超声振幅能显著提高加工表面的质量。     

磨削用量对超声辅助磨削碳化硅效果的影响

超声辅助磨削是一种适于加工陶瓷等硬脆材料的先进复合加工技术。在超声振动方向垂直于加工表面的条件下,采用金刚石杯形砂轮对碳化硅陶瓷进行超声辅助磨削与普通磨削试验。对两种方法的磨削力、力比及加工表面粗糙度进行了对比分析,并讨论了磨削用量变化对两种方法在上述指标中差异程度的影响。结果表明,与普通磨削相比,超声辅助磨削可显著降低磨削力,但一定程度上将导致加工表面质量变差。随着磨削用量的增大,超声辅助磨削与普通磨削之间的差异逐渐减弱,超声辅助磨削效果逐渐消失。     

细长轴的表面砂带磨削

磨削细长轴时,由于其刚性差,若不采取相应的措施,容易使被加工细长轴或多或少成为两头直径小、中间直径大的腰鼓形。为彻底改变这一加工形状误差,可采用图1所示的砂带双面磨削方法。工件绕本身轴线旋转且直线往复移动,工件轴线和往复直线移动方向成α角,因此砂带磨削在工件表面     

21NiCrMo5H齿轮钢超声磨削力建模研究

磨削力的建模研究是认识超声磨削机理的重要基础。在超声磨削单颗磨粒运动特性分析基础上,基于工件上被切削掉的磨屑体积应等于砂轮磨削去除的体积的原则,推导出超声磨削平均未变形磨屑厚度公式,得到切屑变形力模型;考虑超声振动对摩擦因数的影响,建立磨粒与工件摩擦力模型。综合切屑变形力模型、摩擦力模型,推导出超声辅助磨削下的磨削力模型,进行21NiCrMo5H齿轮钢材料渗碳淬火后超声磨削试验研究,确定磨削力模型中相关材料系数,得到超声磨削力模型。与现有文献的计算模型相比较,给出的超声磨削力模型与磨削试验测量结果具有更好的一致性,并对超声磨削机理提出了新的认识,为后续研究提供更多的参考与基础。     

一维斜向超声振动辅助磨削滚动轴承钢工艺及试验研究

针对目前只有一维轴向、一维切向等振动方向不变的一维超声振动辅助磨削的情况,首次提出了一维斜向超声振动辅助磨削工艺方法。利用MATLAB对一维斜向超声振动辅助磨削磨粒的运动轨迹进行了模拟分析。建立了超声振动试验系统的动力学模型。通过对超声振动工作台的模态分析,研制了一维斜向超声振动辅助磨削试验系统,对不同角度下超声振动辅助磨削滚动轴承钢的磨削力及表面粗糙度值进行了研究,探究了磨削力及表面粗糙度值随超声振动方向的变化规律。多次试验结果表明,超声振动角度为67.5°附近的表面粗糙度值明显优于其他角度的表面粗糙度值,磨削力也有减小。对正交试验结果的极差分析得出：当超声振动角度为67.5°、砂轮速度为20m/s、工件速度为0.5m/min以及磨削深度为4μm时,加工后的工件表面粗糙度达到最低值,其中工件速度是影响表面粗糙度的最重要工艺参数。     

电镀金刚石砂轮端面磨削Al2024/SiCp试验研究

使用电镀金刚石砂轮对SiC颗粒增强Al2024复合材料进行端面磨削加工试验研究.研究结果表明,端面磨削加工能获得高质量的加工表面,在所采用的试验参数范围内,表面粗糙度在Ra为0.185μm和Ra为0.5121μm之间,已加工表面残余应力表现为压应力;磨削加工参数对切向力和法向力的影响不大,并且在不同的加工条件下均保持较小数值.轴向磨削力大于其他两个方向的磨削力,并且随着磨削深度的增大而明显增大.     

超声辅助对TC4钛合金磨削力的影响

在室温下对TC4钛合金进行了超声辅助磨削试验和普通磨削试验,对比研究了磨削速度、进给深度、超声振动对合金磨削力的影响,分析了试样的表面加工质量。结果表明:超声磨削的法向磨削力和切向磨削力均随着磨削速度增大而下降且降幅减小,随着进给深度增大而增大且增幅增大;和普通磨削试样相比,超声磨削试样的法向磨削力和切向磨削力更低;超声磨削试样表面黏附的磨屑较少,表面加工质量更好。     

轴向功率超声珩磨力学模型的建立及仿真

功率超声珩磨技术在发动机缸套的精密加工中能够得到较好的表面质量,其中珩磨力的大小与超声振动特点有关,是影响工件材料去除、磨削热及表面质量的重要因素之一。基于超声珩磨材料去除机理,考虑了油石表面磨粒分布规律,建立了包括材料切屑变形和磨粒与工件摩擦两种情况的超声珩磨力学模型。由力学模型仿真结果可知:功率超声珩磨磨削力与加工参数及加工过程中材料物理变化均有关,特别是材料应变率效应更加明显;在相同加工条件下,超声珩磨磨削力比普通珩磨平均降低50%以上,并且法向力与切向力比值增大,有利于材料的去除;超声振动能够减小磨粒与工件的平均动态摩擦系数,从而减小平均切向摩擦力大小,有利于提高工件表面质量;珩磨深度较主轴转速对珩磨力影响更大,当主轴转速高于620 r/min时,珩磨力开始逐渐减小。     

钠钙玻璃微磨削表面粗糙度试验研究

针对硬脆材料钠钙玻璃进行了一系列的微尺度磨削试验研究,主要探讨不同磨削因素对工件加工表面质量的影响。从理论上探讨微尺度磨削的加工机理,研究微磨削过程中的最大未变形切屑厚度、工件的弹性恢复等对加工过程的影响。根据微尺度磨削加工的特点,选用不同的加工参数对钠钙玻璃材料进行正交试验和单因素试验,得到微磨削加工后工件表面粗糙度变化的一般规律。针对200号与500号两种磨粒微磨棒进行试验研究,得出不同加工条件与工件表面粗糙度的关系,进而确定不同加工参数对表面质量的影响规律。     

刀剪三轴端面磨削控制及误差补偿方法研究

为实现复杂、异形刀剪的端面磨削,提出一种空间端面磨削三轴联动控制方法。根据端面磨削的工艺特点与卧式端面磨床的结构特点,建立砂轮径向进给量、轴向进给量、旋转角度等加工参数与工件顶面磨削量、底面磨削量、磨削宽度等工艺参数间的函数关系,并结合端面的投影规律,实现一个旋转轴与两个平动轴的三轴联动控制。建立砂轮轴向进给误差与砂轮直径、刃线轮廓以及旋转角度间的函数关系,并提出误差补偿方法。试验结果表明,所提运动控制与误差补偿方法能够实现复杂、异形刀剪的端面磨削。     

双端面磨削砂轮直线修整中最佳修整参数的研究

根据双端面磨削原理,分析并确定砂轮直线修整相关的设计参数。以磨削区域内上下砂轮端面形状为研究对象,建立磨削区域的几何方程并进行分析计算,得到上下砂轮端面高度在工件几何中心运动轨迹上的变化曲线。分别确定固定式修整及插补式修整的最佳修整参数,获得磨削区域中理想的砂轮端面几何形状,提高工件的加工精度和精度稳定性,降低工件表面粗糙度。     

超声振动辅助磨削加工智能控制技术研究

根据超声振动辅助磨削加工的特点,结合检测难易程度和实际需要,选择磨削力比作为输入。利用磨削力检测系统获得磨削力比实时数据,对采样结果进行分析处理。采用分级控制,分别控制超声功率和工件进给速度。将磨削力比的变化和变化率作为模糊控制器的输入,工件进给速度作为控制器的输出。根据模糊控制规则,利用Matlab提供的Simulink仿真模块,对超声振动辅助磨削加工模糊控制系统进行了动态仿真,仿真结果符合模糊策略,进给速度能够随着磨削力比的变化实现调整,从而避免产生磨削烧伤和颤振。