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...     

氧化锆陶瓷超声磨削实验及磨削力模型研究

为了研究氧化锆陶瓷超声磨削机理,分别设计了超声和非超声磨削情况三因素-三水平的正交试验,基于实验数据开展了磨削力影响因素分析和极差分析,并构建了磨削力模型。研究结论如下:超声磨削情况下,磨削力随主轴转速的提高而降低,随磨削深度、进给速度的增大而增大;沿进给方向的力和沿磨削宽度方向的磨削力主次影响顺序为主轴转速、磨削深度、进给速度,沿磨削深度的磨削力主次影响顺序为主轴转速、进给速度、磨削深度;非超声磨削情况下,磨削力随主轴转速和磨削深度的增大而降低,随进给速度的增大而增大;三个方向的磨削力的主次影响顺序都为主轴转速、进给速度、磨削深度。对比超声和非超声,发现超声磨削情况下可获得20%～30%磨削力减小,且超声对金刚石磨头的磨损程度最小。研究可为氧化锆陶瓷磨削机理研究提供重要参考。     

旋转超声磨削装置的研制

在叙述旋转超声磨削技术的基本原理及其工艺特点的基础上,较系统地介绍了旋转超声磨削装置的设计。设计出的旋转超声磨削装置可通过其底座安装在适合的机床上,配合一定的控制设备,即可对ZrO_2、AL_2O_3等难加工材料进行旋转超声磨削加工。     

轴向超声振动辅助磨削的磨削力建模

以单颗磨粒为对象,分析轴向超声振动下磨粒的运动特性。在此基础上,将磨削力分为切屑变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切屑变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒运动方向与主切削方向间的夹角;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数。基于此建立了轴向超声振动辅助磨削的磨削力模型。通过对21Ni Cr Mo5H进行了轴向超声振动辅助磨削的磨削力试验,确定了模型中的常数,并验证了所建模型的正确性。建立的磨削力模型是轴向超声振动辅助磨削的磨削力预测的一种有效方法,对轴向超声振动辅助磨削机理的认识具有较大意义。     

超声振动外圆珩磨磨削力研究

切削力不仅是传统切削加工中需要解决的一大问题,在超声振动切削技术的研究中也是作为研究的重点。虽然超声振动切削的磨削力小这一工艺效果客观存在且被各个国家学者一致认同,但对其机理却有着不同的解释。本文通过理论模型的建立结合有限元分析软件对其机理进行解释。     

超声振动辅助磨削NdFeB永磁材料磨削力试验研究

磨削过程中,降低磨削力有利于提高硬脆材料的加工表面质量.对切向、径向和轴向超声振动辅助磨削NdFeB永磁材料的磨削力进行了试验研究,研究结果表明:超声振动的引入使磨削力随砂轮粒度和磨削用量变化的趋势减缓;与普通磨削相比较,三种超声振动方式均使磨削力降低,对于切向磨削力,轴向超声振动使之大幅度上升,切向超声振动次之,而径向超声振动使之下降;对于法向磨削力,三种超声振动方式均使之大幅降低,其中径向超声振动的影响最为明显,切向超声振动次之,轴向超声振动的影响最弱.     

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。     

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。     

超声辅助磨削石英玻璃实验及磨削力影响因素探究

为深入研究石英玻璃的磨削机理,设计了超声和非超声条件下石英玻璃磨削三因素四水平正交试验,开展了影响因素分析和极差分析,探究主轴转速》进给速度》磨削深度对磨削力的影响规律,构建了简化磨削力模型.通过研究实验数据发现:磨削力随进给速度增大而增大,随磨削深度的增大而增大,随机床主轴转速的增大而减小.在超声环境下,磨削力相对于...     

二维超声振动磨削工程陶瓷磨削力试验研究

在自行研制的二维超声振动磨削系统下对振动磨削工程陶瓷的磨削力进行了实验研究;在相同磨削参数下,与普通磨削的磨削力进行了比较和分析。试验得出:在相同的切削深度下,超声振动磨削力约为普通磨削力的60%-80%;随着超声波功率的增大磨削力减小。     

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。     

纵向超声辅助螺旋磨削Ti3Al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Ti₃Al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Ti₃Al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Ti₃Al微孔的工艺参数优化提供了理论依据。     

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。     

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。     

二维超声磨削纳米氧化锆陶瓷的磨削力特性研究

对纳米氧化锆陶瓷在二维超声磨削条件下的磨削力进行了理论分析与实验研究,并与相同磨削参数下的普通磨削方式的磨削力进行了比较和分析。研究表明:与普通磨削相比,二维超声磨削可获得椭螺线式的加工轨迹,大大减小了平均磨削力,扩大了纳米陶瓷的塑性加工域,表面质量得到明显的改善。     

旋转超声磨削加工中刀具结合剂类型与加工性能的关系

实验分析了硬脆材料旋转超声磨削过程中刀具结合剂类型对加工性能的影响以便提高加工精度和加工表面的完整性.首先,采用能谱分析研究了铁基、陶瓷基和青铜基3种超声振动刀具中结合剂与金刚石颗粒的把持形式,并根据相同加工工艺条件下刀具磨损形式确定了把持力大小.然后,结合超声振动刀具特性,通过旋转超声磨削加工实验研究刀具结合剂类型与切削力、刀具磨损量、加工表面完整性的关系,并对实验结果进行了分析.实验结果表明:相对于陶瓷基和青铜基结合剂超声振动刀具,铁基结合剂超声振动刀具把持力最大,Z轴切削力平均值最小(为46.8 N);加工18 000 mm3材料后,刀具轴向磨损量最小(为0.1 mm);而陶瓷基结合剂超声振动刀具加工表面质量最好,表面粗糙度最大值为21.79 μm.结果证实铁基超声振动刀具适用于粗加工,陶瓷基超声振动刀具则适用于精加工.     

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。     

基于量纲分析法的旋转超声磨削钛合金刀具磨损数学模型

为提高钛合金零部件的旋转超声磨削加工精度,降低刀具磨损造成的加工误差,基于量纲分析和正交试验相结合的方法建立了旋转超声磨削钛合金刀具磨损数学模型,定量求解了旋转超声磨削钛合金中刀具磨损与加工工艺参数和刀具结构参数之间的非线性关系。对模型进行有效性和显著性检验,验证了所建模型的有效性。     

新型超声旋转磨削装置的研制

在叙述超声旋转磨削的基本原理及其工艺特点的基础上,介绍了超声旋转磨削装置的设计.设计出的超声旋转磨削装置可通过装置底座安装在适合的机床上,配合一定的控制设备,即可对ZrO2、Al2O3等难加工材料进行超声旋转磨削加工.     

基于概率统计的磨削力研究

采用数理统计的方法对磨削弧区的粒子进行概率统计分析，在对单颗磨粒受力状态进行分析的基础上，建立了磨削力理论计算模型。通过试验研究对理论分析进行了验证，结果表明，试验结果与理论预测结果较为吻合，该计算模型能够准确预测磨削力。