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磨削手艺的生长及关键技术
泉源:    公布工夫: 2015-05-13 13:41   1029 次阅读   巨细:  澳门新金沙国际娱乐  14px  12px

1 磨削技术发展概述

  一样平常来说,按砂轮线速度Vs的上下将磨削分为一般磨削(Vs45 m/s)、高速磨削 (45≤Vs150 m/s)、超高速磨削(Vs≥150 m/s)。按磨削精度将磨削分为一般磨削、周详磨削(加工精度1 μm0.1 μm、外面粗拙度Ra0.2 μm0.1 μm)、超周详磨削(加工精度<0.1 μm , 外面粗拙度Ra≤0.025 μm)。按磨削效力将磨削分为一般磨削、高效磨削。高效磨 削包孕高速磨削、超高速磨削、缓进给磨削、高效深切磨削(HEDG)、砂带磨削、快速短路程 磨削、高速重负荷磨削。

  高速高效磨削、超高速磨削正在欧洲、美国和日本等一些产业发达国家生长很快,如德国的Aa chen大学、Bremm大学、美国的Connecticut大学等,有的正在实验室完成了Vs250 m/ s350 m/s400 m/s的实行。据报道,德国Aachen大学正在进行目的为500 m/s的磨削实行 研讨。正在适用磨削方面,日本已有Vs=200 m/s的磨床正在产业中运用。

  我国对高速磨削及磨具的研讨已有多年的汗青,如湖南大学正在70年月末期便停止了80m/s1 20 m/s的磨削工艺实行;前几年,某大学也企图展开250 m/s的磨削研讨(但至今还没有见到那 方面的报导),以是道有些高速磨削手艺借只是实行罢了,还没有走出实验室,手艺借近没有 成熟,特别是超高速磨削的研讨借展开得很少。正在现实运用中,砂轮线速度Vs一样平常借 是4560 m/s

  国内外皆接纳超周详磨削、周详修整、微细磨料磨具停止亚微米级以下切深磨削的研讨,以 得到亚微米级的尺寸精度。微细磨料磨削,用于超周详镜里磨削的树脂联合剂砂轮的金刚石 磨粒均匀直径可小至4 μm。日本用激光正在研磨过的人造单晶金刚石上切出大量等下性同等 的细小切刃,对硬脆质料停止周详磨削加工,结果很好。超硬质料微粉砂轮超周详磨削重要 用于磨削易加工质料,精度可达0.025 μm。日本开辟了电解在线修整(ELID)超周详镜面磨 削手艺,使得用超纤细(或超微粉)超硬磨料制造砂轮成为能够,可实现硬脆质料的高精度、 高效率的超周详磨削。做平面研磨活动的单端面周详磨削手艺,其加工精度、切除率皆比研 磨下很多,且可获得很下的平面度。电泳磨削手艺也是一种新的超周详及纳米磨削手艺。

  跟着磨削手艺的生长,磨床正在加工机床中也占据相称大的比例。据1997年欧洲机床展览会(E MO)的观察数据注解,25%的企业以为磨削是他们运用的最主要的加工手艺,车削只占23%, 钻削占22%,别的占8%;而磨床正在企业中占机床的比例高达42%,车床占23%,铣床占22%,钻 床占14%。我国从1949-3777.com1998年,开辟消费的通用磨床有1800多种,公用磨床有几百种,磨床 的具有量占金属切削机床总具有量的13%阁下。可见,磨削手艺及磨床正在机械制造业中占据 极为主要的位置。

  为何磨削手艺会络续天生长?主要原因以下:

  (1)加工精度下 因为磨削具有别的加工要领没法相比的特性,如砂轮上参 取切削的磨粒多,切削刃多且多少外形差别;仅正在较小的部分发生加工应力;磨具对断续切 削、工件硬度的转变不很敏感;砂轮可实现在线建钝等,因此可使加工件得到很下的加工粗 度。

  (2)加工效力下 如缓进给深磨,一次磨削深度可到达025 mm,如将砂轮建 整成所需外形,一次便可磨出所需的工件外形。而当Vs进一步进步后,其加工效力则 更高。

  (3)工程质料不断发展  很多质料(如陶瓷材料、玻璃质料等)正在产业中的运用络续扩大,有些质料只能接纳磨削加工 ,需求有新的磨削手艺及磨削工艺与之相适应。

  (4)新的磨料磨具 如人造金刚石砂轮、CBN砂轮的泛起,扩大了磨削加工的 运用局限。

  (5)相干手艺的生长 如砂轮制造手艺、掌握手艺、活动部件的驱动手艺、 支持手艺等,增进了磨削手艺及磨削设备的生长。

  总之,磨削技术发展很快,正在机器加工中起着非常重要的感化。现在,磨削手艺的发展趋势 是,生长超硬磨料磨具,研讨周详及超周详磨削、高速高效磨削机理并开辟其新的磨削工艺 手艺,研制高精度、下刚性的自动化磨床。

2 磨削的要害技术研究

  便磨削而言,稀奇便高速高效磨削、周详及超周详磨削而言,其触及的内容普遍,不只包孕 磨削自己的手艺,也集中了别的相干的手艺。关键技术引见以下:

2.1 磨削机理及磨削工艺的研讨

  经由过程对磨削机理和磨削工艺的研讨,展现种种磨削历程、磨削征象的素质,找出其转变规律 ,比方,磨削力、磨削功率、磨削热及磨削温度的散布、切屑的构成历程、磨削烧伤、磨削 外面完整性等的影响身分和前提;差别工件质料(特别是易加工质料和特别功用质料)-澳门金沙娱乐平台和磨削 前提的最好磨削参数;磨具的磨损,新型磨具质料的磨削机能等,只要经由过程磨削机理和磨 削工艺的研讨,才气肯定最好的磨削局限,获得最好的磨削参数。

  对一般磨削而言,正在磨削机理和磨削工艺方面已展开了普遍而深切的研讨。正在周详及超周详 磨削、高速高效磨削的磨削机理和磨削工艺方面,针对差别的工程质料(如陶瓷和玻璃) 国 表里展开了一些研讨,但借很不周全,还没有构成完好的理论体系,借需停止普遍的研讨,找 出其内涵的规律。可见,需求进一步研讨的重点有,磨削历程、磨削征象(如磨削力、磨削温度、磨削烧伤及裂纹等)的研讨;磨削工艺参数优化的研讨;差别质料(常用质料)的磨削机理的研讨;磨削历程的计算机模仿取仿真的研讨。

2.2 高速、高精度主轴单位制造手艺

  主轴单位包孕主轴动力源、主轴、轴承和机架几个局部,它影响着加工体系的精度、稳定性 及运用局限,其动力学机能及稳定性对高速高效磨削、周详超周详磨削起着要害的感化。

  进步砂轮线速度重要是进步砂轮主轴的转速,特别是正在砂轮直径遭到限定的场所(如内圆磨 削)。因此,顺应于高精度、高速及超高速磨床的主轴单位是磨床的要害部件。而关于下 速高精度主轴单位体系,应该是刚性好,回转精度下,运转时温升小、稳定性好、牢靠,功 耗低,寿命少,同时,本钱也应适中。要知足这些要求,主轴的制造及动平衡,主轴的支持 (轴承),主轴体系的光滑和冷却,体系的刚性等是很重要的。

  外洋主轴单位手艺的生长很快,有些公司专门供应种种功用的主轴单位部件,这类主轴单位 部件能够轻易天设置到加工中央、超高速切削机床上。近年来高速和超高速磨床愈来愈多天 用电主轴作为其主轴单位部件,如美国福特公司和Ingersoll公司推出的加工中央,其主轴 单位就是用的电主轴,其功率为65 kW-澳门新金沙国际娱乐,最高转速达15 000 r/min,机电的相应工夫很短; 正在EMO’97上,电主轴是机床制造手艺中最热门的功用部件,参展商达36家;美国Landis公 司的超高速曲轴、凸轮轴磨床的砂轮主轴,也皆用电主轴。

  现在,海内主轴单位的速度约莫正在10 000 r/min以下,且其精度、刚性及稳定性有待于磨练 和进步。同时,缺少高速、高精度、大功率的主轴单位(电主轴)。需求进一步研讨的重点如 下:大功率、下转速和高精度的驱动体系的研讨取开辟;下刚性、高精度、下转速重负 荷的轴承或支承件的研讨取开辟;高速、下刚性、高精度的砂轮主轴和工件头架主轴的造 造手艺。

2.3 周详、高速进给单位制造手艺

  进给单位包孕伺服驱动部件、转动单位、位置监测单位等。进给单位是使砂轮连结一般事情 的必要条件,也是评价高速、高效及超高速磨床机能的重要指标之一,因而,要求进给单位 运转天真,分辨率下,定位精度下,没有匍匐,有较大的挪动局限(既要合适空路程时的快 进给,又要顺应加工时的小进给大概微进给),既要有较大的加速度,又要有充足大的推力 ,刚性下,静态相应快,定位精度好。

  数控机床广泛接纳扭转机电(交直流伺服机电)取转动丝杠组合的轴向进给计划。但跟着下 速高精度加工的生长,国内外皆广泛接纳了直线伺服机电间接驱动手艺,下静态机能的直线 机电联合数字控制手艺,可到达较下的调解质量,也可知足上述要求,如德国西门子公司便 正在CIMT'97做了直线机电120 m/min高速进给的演出,而该公司的直线机电最大进给速度可达 200 m/min, -2648.com其最大推力可达6600 N,最大位移间隔为504 mm。又如日本三井精机公司消费 的高速东西磨床,主轴高低挪动(路程25 mm)接纳直线机电后,可达400/min,是本来的2 倍,加工效力进步34倍。我国国产数控进给体系(特别是高速、高精度进给体系)取外洋相 比另有很大的差异,其快速进给的速度一样平常为24 m/min。可见,为了顺应周详、高速及超高 速磨床的生长,正在以下几个方面应重点研讨:高速周详交换伺服系统及机电的研讨;直线伺服机电的设想取运用的研讨;高速周详滚珠丝杠副及大导程滚珠丝杠副的研讨;高精度导轨、新型导轨摩擦副的研讨;能顺应超周详磨削的下灵敏度、超微进给机构和超低摩擦系数的导轨副的研讨。

2.4 砂轮制造及其新技术

  跟着工程质料的生长及其运用,CBN砂轮和人造金刚石砂轮的运用愈来愈普遍,而砂轮的许 用线速度也要求较下,一样平常正在80 m/s以上。单层电镀CBN砂轮的线速度可达250 m/s,生长超 高速磨削也需求150 m/s以上的砂轮,但海内80120 m/sCBN砂轮仍正在研制当中。

  另外,砂轮的设想,其截面外形的优化、粘结剂的联合强度及其适用性、砂轮基体的质料、 砂轮的制造手艺(特别是对微细磨料磨具的制造手艺)等都是非常重要的,仍需对一些要害技 术停止攻关:砂轮基体质料及制造手艺的开辟、设想及其优化;砂轮新型粘结剂(特别是适用于制造微细磨料磨具的粘结剂)的研讨;新型磨料的制备工艺,如可使磨料轻易发生新的切削刃;新型砂轮的制造工艺,既要使砂轮具有充足的容屑空间,也要有更好的凸出性;合适于超周详磨削的超微粉砂轮的制备手艺。

2.5 机床支承手艺及辅佐单位手艺

  机床支承手艺重要是指机床的支承构件的设想及制造手艺。辅佐单位手艺包孕快速工件装夹 手艺,高效冷却光滑液过滤体系、机床安全装置、切屑处置惩罚及工件干净手艺、主轴及砂轮的 动平衡手艺等。

  磨床支承构件是砂轮架、头架、尾架、工作台等部件的支持基础件。要求它有优越的静刚度 、动刚度及热刚度。关于一些周详、超高速磨床,国内外皆有接纳聚合物混凝土(人造花岗 岩)去制造床身和立柱的,也有的将立柱和底座接纳铸铁整体锻造而成,另有接纳钢板焊接 件,并将阻尼质料添补其内腔以进步其抗震性,这些皆收到了很好的结果。

  应正在以下几个方面(特别是下一代磨床的设想)增强研讨:新型材料及构造的支承构件的优化设想及制造手艺的研讨;砂轮动平衡手艺的研讨;磨削液过滤体系的研讨;平安防护装配的设想制造手艺的研讨;周详主动跟刀架及支承件的研讨。

2.6 砂轮在线修整手艺

  正在磨削历程中,砂轮因为磨钝和磨损,需求停止实时修整,特别是对超细磨料砂轮而言,更 需频仍修整。一般砂轮修整对照轻易;人造金刚石砂轮和CBN砂轮的修整(特别是在线修整) 是个困难。

  超硬磨料砂轮的建圆及磨料开刃是两个很重要的题目。现在,海内一些学者正在研讨激光建 整砂轮和电解修整砂轮,以期处理高效适用的修整题目。主要的要害题目有二:新的、高效适用的砂轮修整手艺及其装配;砂轮在线修整手艺。

2.7 环境友好的相干磨削手艺

  磨削历程中,冷却液的感化重要是冷却和光滑、将磨削热从工件外面带走、冲洗失落磨削时留 正在工件和砂轮表面上的切屑。然则,鉴于冷却液对环境污染的负面影响,磨削时应尽量少 用冷却液或不消冷却液,因而,应展开对以下关键技术的研讨:对情况不发生净化的冷却剂;新的冷却要领及冷却装配。

2.8 磨削历程的检测掌握手艺

  磨削历程的检测取掌握,重要是经由过程传感器、剖析及旌旗灯号处置惩罚,对磨削历程停止及时监控, 比方对砂轮的磨损及破坏状况停止监测和掌握,对工件的尺寸、外形取位置精度和加工外面 质量停止监控。那需求研讨新的适用的传感器、检测取监控要领。

  有些学者提出,将新型非打仗式传感器(声发射传感器)安装正在砂轮的基体上,经由过程旌旗灯号接 支器吸收旌旗灯号并对其停止剖析处置惩罚,以掌握砂轮所受的力,从而监控砂轮的磨损状态。但尚 已见到更具体的实行报导。

  海内也开辟了一些非打仗式丈量传感器及磨削历程的在线监测、监控手艺等,但取外洋差异 很大。海内应以适用化为目的,停止相干测试手艺的研讨,研讨精度下、可靠性好、实用性 强的测试手艺取装备。同时,增强对砂轮磨损及破坏、砂轮修整状况,工件的加工精度、加 工外面质量等在线监控手艺停止研讨,展开自适应掌握及智能掌握的研讨。

  其关键技术有砂轮的磨损及破坏的监控手艺;工件的尺寸精度、外形精度、位置精度和加工外面质量的在线监控手艺;精度下、可靠性好、实用性强的测试手艺取仪器。

2.9 磨削历程的仿真取假造

  跟着计算机技术及模仿手艺的生长,应用计算机停止磨削基本参数及磨削工艺的仿真是一个 主要的研究课题。应用计算机仿真,能够模仿磨削历程,并能剖析和展望差别条件下磨削效 果和磨床的机能,但仿真必需竖立正在有充裕实行数据的根蒂根基之上。现在能运用砂轮地貌模子 对砂轮停止仿真,能对磨屑构成历程、能量转换、磨削力转变、磨削区温度、磨削精度和磨 削外面质量停止仿真,借开辟了剖析和仿真磨削历程的软件东西。

  假造磨床是假造制造手艺中的一个新的研讨范畴,能够竖立一个真切的假造磨削情况。
  
  总之,我们的研讨一方面要跟踪国际科学研究的前沿,更要有立异,要相符本身的国情,所 研讨的结果要可以或许应用于消费,以鞭策我国机械工业的前进。

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