（机械制造及其自动化专业论文）基于msg—612cnc磨床典型材料及形状磨削工艺的研究.pdf

捅要 摘要 本文密切结合磨削技术的发展，研究m s g 一6 1 2 c n c f a 精密数控平面磨 床的应用正艺。m s g 一6 1 2 c n c f a 精密平面磨床是三井高科技公司为了提高 精密模具的制造精度、降低工人劳动强度、提高生产效率而研制开发的，可实 现平颓、沟槽和鲞线成形曲面的磨削船工，最小进给可达o 1 辨，在模其的精 密超精密加工中有着重要的实用意义和广泛的应用前景。 本文生要是在m s g 一6 1 2 c n c i c a 精密平匠磨床上，针对普通钢的直线成 形曲面磨削和2 种硬脆材料e u d 精密平露磨削进行研究。作者馋了以下磺究 工作： ( 1 ) 单斜边砂轮磨削壹线成形凿面的癌损规律。分析了砂轮磨损前后对直线 成形曲面的成形影响和表面质量的影响。研究表明，砂轮尖角半径在o 1 m m 左 右时，磨损造成的形状误差较小，表面粗糙度较低。 ( 2 ) 研究了砂轮速度、磨削深度、工件速度等磨削参数对直线成形表面粗糙 度的影响规律。衣m s g 一6 1 2 c n c f a 糖密平面磨床上，采用单斜边砂轮对横 截形状为腹线、豳弧和2 次幂曲线的壹线成形稿面进行了磨削实验，磨出廓形 误差7 胛，表面粗糙度达到r 。o 1 0 3 f 删的复合曲面样件。 ( 3 ) 对m s g 一6 1 2 c n c e a 精密平面磨床进行了改装，使其具条e l i d 精密 磨削的功能。并利用渡装后的机床分别对p c d 材料和氧化铝陶瓷进行e l i d 精 密平面磨削，分析了p c d 材搴革和氧化铝陶瓷的e u d 磨削机理，研究出砂轮速 度对磨削比和表面质量的影响规律，并提出推荐的磨削工艺参数。加工出的p c d 样件表面粗糙度达到心0 1 2 7 朋，氧化锻陶瓷样l 牛的表西粗糙度达到 r a o 0 7 8 i 珊。 关键谰：成型蘑磨削；砂轮磨损；表瑟糨糙度；轮廓度误差：e u d a b s t r a e t a s s o c i a t e dw i t ht h cd c v e l o p m e n to fa d v a l l c e d 鲥n d i n gt e c l l i l o l o g y t h i sp a p e ri s 巍ef e s e 往娥雠婶p l 喇i 傩t e c 硒c sa b o mp f e c i s i o ns u 如c e 鲥珏d i 建gm a 馥i 娃e - m s g - 6 1 2 c n c - f ap i 优i s i o ns u 血c e 鲥n d i n gm a c h i i l ei sm d eb ym “s u ih i 曲- t c c ( b m p a i i yf o rs a v el a b o u r i m p r o v et h ep r e c i s i o na n d n c r e a s ep m d u c t i v i t yo fd i c e 礅a 珏驻蠡c l 鞋r e t 黾i s 琢矗c h 差n ec a 珏b eu s e di n 鲥n d i n g 撵托e s ，g 内o v e s 强dc y l 谗d “ c u r v e rs u r f a c c s t h el e a s td i s p l a c e m c n t i so 1 ，删t 1 l e r e f o r c ，t h i s 曲d i n gm a c h i n e h a si m p o r t a i l ts i 肛i f ! l c a n c ea n da b r o a da p p l i c a t i o ni np r e d s i o nm a c h i n i i l g t 乳i sp a p e r 主sa b o u te y l i 稚e rc l | es u r f a c e 晷i 醛诬go f 黝。牲s 量c 醴m a 埒l 主a l a n de l mp r c c i s i o np l a n e 鲥n d j n go ft o w 】【i n d so f h a r d 蜥t t l em a t e r i a l s ot h e a u t h o rh a sd o n ea sf b u o w ： ( 主) a n 8 l y s c s h ei n f c 穗o no f 董i 龄撼 o n 强ds u r f a c e 嘲g h n e s sw 壤醢c a u s e db y w h e e la b r a s i o n a c c o r d i n gt om er e s u n so f 鲥n d i n ge x p e r i m e n t ，w h j l ct h ec o m e ra r c o fm es i n 甜ef l a tw h e e li sa to 1 m m ，t h e6 9 u 咒e r r o ra n ds u a c er o u g h n e s si ss m a l l e r 攮8 na lo t 瓢rs i z e ( 2 ) r e s e a d c ht h ef i l l e so nw l l i c hw h e e ls p e e d ，班n d i n gd e c p n e s s ，w o r k p i e c c s p e e d 孤ds oo ni n n n c et h es u m mr o u g h n c s so fc y l i n d e r 野i n d i g u s i n g m s g 一6 王2 c n c - r p 砖c i s 主。珏s u f f a c e 黟i n d i n gm a c h h 托，g 内蠢e d 差h ec y l i n d e rc 醛r v e s h a p ea s l i n e ，a r ca dp o w c rc l l e i i ic r o s ss e c t i o n t h e f i g i i r ee r r o r i s7 声册，柚d l h e r o u g b e s s i s o 。1 0 3 删 ( 3 ) r e f i 把dt h em s g - 6 1 2 c n c f ap r c d s i o ns u r f 酝e 鲥n d i n gm a c h i n et om a k ei t c a nb eu s e di ne u d p r e c i s i o ng r i n d i n g g r i n d e dp c d a n da 】2 0 3c e r 锄i co nr e f i t e d m a c h i n e a 丑a l y s e st h cm e 醢a n i s mo fe u dg 五n d 主n ga b 0 疆tm st o wk i 聪so f m a t e f i a l f o u n dt h ci n n u e n c eo fs u 嫩c er o u 曲n c s sa n d 鲥d i n gr a t i oc a u s e db y g r i d i n gp a r a m e n t e r s 1 飘es u f f a c er o u 曲n e s so fp c dw o r k p i e c ei sa to 1 2 7 脚，a l i d t h es u 疵c e u 醢n e s so f m 2 0 3c c r a m i c w o 攮p i e c ei sa to 。0 7 8 毒聊 k e y w o r d sc u r v eg r i n d i n g ；w h e e la b r a s i o n ；s u r f a c em u g t l n e s s ；f i g u r ee n o r ；e u d l l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在搏师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。赆我所知，除了文中特别加以标注和致谢蛇地方孙，论文中不包含其 他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工姚大学或蕊它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 灏献均己程论文中终了明确静说明并表示了谢意。 签名： 至翌日期：塑堕塞! 关于论文使用授权的说明 本人完全了簿j 家工遭大学有关徐赘、使角学位论文静规定，帮：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或熬努蠹攀，虿潋采耀影露、缭瘁或荬稳复裁手段绦存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 至里导师签名：逝 日期：兰丝1 2 1 1 磨削技术 第1 章绪论 随着科学技术的迅速发展，国民经济各部门所需求的多品种、多功能、高 精度、高质量、高度自动化的技术装备的开发和制造，促进了先进制造技术的 发展。磨削加工技术是先进制造技术中的重要领域，是现代机械制造业中的实 现精密加工、超精密加工最有效、应用最广的基本工艺技术。当今磨削加工技 术的发展趋势是向着采用超硬磨料磨具，发展高速、高效、高精度磨削新工艺， 装备c n c 数控机床的方向发展，但普通磨床及专用磨床、普通磨料磨具、传统 磨削工艺仍占有重要地位【i j 。 精密加工是发展尖端技术产品不可缺少的关键性加工手段，不管是军事工 业。还是民用工业都需要这种先进的加工技术。例如，与现代飞机、潜艇、导 弹性能和命中率有关的惯导系统的精密陀螺、激光核聚变的反射镜、大型天体 望远镜的透镜和多面棱镜、卫星的姿态轴承、大规模集成电路的硅片、计算机 磁盘、复印机磁鼓和激光打印机的多面镜等都需要进彳亍精密加工。同时，精密 加工技术的发展也促进了机械、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技 术以及材料科学的发展。可以说精密加工担负着支持最新科学技术进步的重要 使命，也是衡量一个国家科学技术水准的重要标志之一1 2 j 。 由于磨削技术有着加工精度高、加工效率高，随着加工的工程材料不断发 展、新的磨料磨具发明和新的相关技术的发展，磨削在精密加工中占有相当太 的比例。国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以 下切深磨削的研究，以获得亚微米级的尺寸精度。微细磨料磨削，用于超精密 镜面磨削的树脂结合及砂轮的金刚石磨粒平均直径可小于拟m 。日本用激光在 研磨过的人造单晶金刚石尚且出大量的等高性一致的微小切刃，对硬脆材料进 行精密窘削加工，效果很好。作为平面研磨运动的双端面精密磨削技术，其加 工精度、切除率都比研磨高的多，且可获得很高的平面度。电泳磨削技术也是 一种新的超精密及纳米磨削技术1 3 j 。超硬材料微粉砂轮超精密磨削主要用于磨 削难加工材料，精度可达0 2 单m 。在线电解修整超精密镜面磨削技术的出现， 使得用超微细超硬磨料制造砂轮成为可能，可实现硬脆材料的高精度、高效率 的超精密磨削1 4 l 。作为柔性化制造最终一环的数控磨床出现得相对较晚。主要 是 “于其加工余量小，早期定位夹具、插补系统精度达不到要求，造成程序编 制困难，加工时间长，制造成本高。但在现代插补技术成熟起来之后，插补精 度大幅提高。而计算机辅助设c a d c a m 技术的出现，进一步解决了数控程序 度大幅提高。而计算机辅助设c a d c 如订技术的出现，进一步解决了数控程序 乾塞羔娩太学磋士论文 编制上的豳难。某些对精发要求极必苛刻瓣单锌小搬模其来说，数控瘥床壤数 控磨床加工中心无疑是最镶选择 l 。磨削加工中心( g c ) 随之应运而生。磨 削加工中心逝未有严格的定义，般认为磨巍教工中心主爨是具蠢磨燃工具靛 自动交换蛾自动选择的机能，次装夹能j 行各种磨削加工的数控机床。同时 信疑技术的发展及熊与传绞枫底的摆融合，傻枫殿甥黄数字化、集成必秘姆慧 化的方向发展。数牛化制造装备、数字化缴产线、数字化工厂的威用空间将越 来越大；磷采用智能技术米实现多信息融会下的熏梅优化的智慧决策、过程逶 应控制、误差补偿智慧控制、复杂甜面加工运动轨迹优化控制、故障自诊断和 智能维护以及信息集成等功能，将大大提升成形加工精度、提高锘4 造效率f 姗。 1 2 精密磨床的发展 六十年代初期，美国一些研究机构、大学及公司根据电子技术、电子计算 爨、靛空靛天积激港等尖端技本发疑翡霉要，羞手嚣发糖寮技术戆研突。荚莺 劳伦斯、菲利摩尔国家实验室( u 尉l ) 从六十年代开始研究金刚石镜面切削加 工，提继开发出足耱型号黪精密搬工极庆。1 9 8 4 零又残功獗裁塞8 4 ”趣精寮金 刚石车床：d 1 m 3 和l o d l m ，d r i m 3 不仅能进行超精密车削，而且还可以进 行縻削和撒必【”】，煳工黄锶反射镜表嚣粗糙度可达o 蝴6 袱。美国u 珏i o nc 襄爆e 公闭首先利用多孔质石墨空气轴承，开发出超精密半球面车床，回转精魔达 0 1 2 5 i 职，加工尺寸精度达o 。6 腻，表露凝糙度o 0 2 5 ；嚣。睫屠，英国靛楱兰 费尔德大学所属研究所( c u p e ) 研制的大型精密磨床o a g m 1 5 0 0 ，采用h 0 1 0 5 s 空气轴承主轴部件作为砂辘主轴，阐转糖发为o o s # 嘏，躐凄必o 4 ；张，机床 配有分辨率0 0 1 5 捌的h p 5 5 0 1 a 型双频激濑干涉仪和由h p 9 8 2 6 型计算机构成 的精度测量孙偿系统和压魄式刀具微进绘装置。美国摩尔公司( m o 甜s p e c 进 t 0 0 1 ) 生产的m 一1 8 - a g 数控超精密j # 球面鑫刚石车床采用气体静压轴承，阐转 精度o 0 7 5f 鹏，配商舢l e n - b f a d l y7 3 2 0c n c 系统。荷兰飞列清公蠲在1 9 7 8 年 研稍的数控超精密龛刚石车床c i d 姗，加工直径2 0 0 n m ，长度2 0 0 n m 的工件， 形状精度在o 5 # 删以内，表面粗糙度为o 0 2 z m 。豳本三井公司的数控平睡磨 床搿实现两轴联动，最小送给可达o 。l 娜。 这些精密磨床主轴部件凑采用了高精度的空气静压轴承或液体静压轴承， 霞橇廉精密主轴运确精度商、摩擦极小、嗓啻低、海命长，雨虽对工作环境要 求不高，此外，在轴套材料上，选用了青铜粉末冶众材料、多孔质石墨、锅基 辫瓷、花岗岩、久逡花岗岩簿熬膨胀系数较小豹新獭材料l 潮。 第l 章绪论 1 3 曲面磨削加工的发展 本谍题主要磺究基于数羧疆耱稳魏瑟磨蘩磺究。盏葱麴工在现代零件麓工 中占据较大比重，磨削加工一直是提商零件的精度和表面质量有效筝段，因此 啦匿磨削一壹受到缀大的关没与重视，薅内羚许多学者对般进行了磷究，取褥 了大量研究成果。 徐州师范大学的滕汶对于二次曲面髓模数控精密加工j 挠行了研究。通过研 究设诗翡算法及热王貉经生戒策略，程耀宏程廖绣麓，编裁邂吴有逶翅往、逶 用性且应用简单的宏程序。使用时只颓在主程序中对相关变量赋值，调用宏程 序即可完成所需参数的二次曲面凸模蛇加工，程膨应用简单，功能强，效率离。 有效豹解决了c a m 软俘自动编程后，嫩成的加工程序过予宠大的闰髓珏“。 西安建筑科技大学机电王程学院吴晓君等人和太阪工业大学机械正程系喜 骧羲宏合终，淡操佟卷裹效壤确攥终数控瘗裁孛。貉必疆懿，开发了鑫瘤蘧瑟瘥 削支持系统，进行了基于球头磨具的磨削中心基础研究。讨论了获得高精度曲 丽的加工鬻点，并提出了片切磨削方法i 俐。 德謦对点瘗溯豹研究，德豳容壳 蛰鞠疆令基舞熹a ， b 所确定豹方程可以得到： 并：+ y ：+ 撇。+ 2 ，妒。+ q 暑o + y ；+ 2 ”+ 力妒6 + 譬暑。 斑2 + 拄2 一g2 砖 0 一1 1 ) 联立解之，求得m ，n ，q 的值。这时拟合圆( 逼近圆) 的圆心的搬标为g ( m ， m 。两个节点的曲线段即w 用求得的圆弧线来近似代替。 ( 2 ) 圆弧逼近误差的计弊此时如果直线逼j 黩误差为6 ，臧弧邋避误差为6 ， 鄹6 t 6 ，参，是否，l 、予6 。强震要谤算秘验滠。走选粪夔率较大戆一段莛线 迸雩亍骏舞，如果藏率较大豹曲线段满足误差要求，鳆率小的线段就不臻验算了。 在选择时般可根据曲线曲率变化趋势来判断曲率大小，通过公斌( 2 7 ) 也可用 解析方法求解曲线上某一点q 的曲率半径确畿逡择对象。直线a 蝎曲线y = f ( x ) 的切点嫩标可由拉格朗目中使定理求得，即： ，。磐掣 扫一曩 则切点p ( x p ，y p ) 与拟含圆圆心g ( - i n ，_ n ) 之间的距离表示为： d t 辱磊可而 躐离d 与拟台圆酌半径鬏之差可近似表豕为灏弧逼近误差6 ，邸6 如果6 d 允，还需重新修正间距】【。 2 4 本章小结 ( 2 1 2 ) ( 2 - 1 3 ) 蕾矗一r 。 零嚣主要奔绥魏线豹数控热工理论帮整澍骧理，_ 奔绍了麴嚣数控热工兹数 值计算方法和原理，介绍了2 种简单实用韵非湖曲线计算方法和谈菠估计。并 对常见的曲面加工方法的特点进行了分析，应该说单斜边砂轮数控曲面磨削是 成形砂轮磨削、数控磨削等加工方法的继承和衍，土，从成形原理上求说，它们 都是到瘸砂轮的形状特点并结合进给装置或数羧系统实现曲西的加工。 1 4 第3 章直线成形曲面磨削的机理 在任何切削加工中刀具或工件必须进行定的切削运动。磨削时，磨床上 相应的机构控制着砂轮，使它与工件接触，逐渐切除工件与砂轮相互干涉的部 分，形成被磨表面。影响磨削加工过程的因素很多，使得对磨削机理的研究比 对切削机理的研究变得困难和复杂。为了实现磨削过程的最优控制就必须研究 磨削加工过程的物理规律一磨削机理。 3 1 单斜边砂轮曲面磨削的接触弧长 砂轮与工件的接触弧长，是磨削过程中极其重要的基本参数之一【1 8 l ，对磨 削区的磨削温度、磨削力、砂轮与工件接触式的弹塑性变形以及被磨工件的表 面完整性均有重要影响。单斜边砂轮磨削接触区域同平面磨削相同，但是在磨 削曲面时由于磨削深度与砂轮直径不在同一平面上，故砂轮等效直径是随曲面 斜率变化的，如图3 1 所示。 图3 1 单斜边砂轮的曲面厝削 f j g 3 1s i n 百。n a cw h e dg d d i d g 。nc l 盯v es u m c e 阿 磨削曲面法线方向与水平夹角。、垂直进给量为a p 的曲面磨削。在过砂轮 宽度l ：任一点的磨削区上的几何情况可以通过过该点的沿口角方向的投影截面 宽度上任一点的磨削区上的几何情况可以通过过该点的沿。角方向的投影截面 来讨论。当量直径为d ；的单斜边砂轮被投影到和砂轮回转平面呈a 角的、与被 磨平面相垂直的平面上后，砂轮是椭圆形，其长轴为d s ，短轴为d s s i n 口。对于 a p ，一。 塑3 巧蘑矮彤藏跨羧蘑澍霹意 f i g - 3 - 5f o 瑚i n gb i 协p h a o f g 妇d i n g 应当指出的是三个阶段磨削深度大小并不棚同，而怒逐渐增大的。磨削 过程静三淤段与癌巍| l 嚣寸豹詹戮浮度有关，繇瘗粒静鹰繇浮菠在貉秀密潮扭戳 下时，磨粒只在工作表面滑擦，不产生切屑。临界磨削厚度是指能够产生切削 佟建豹最小甥入量，它与磨削速度、工传糖料、癔刃状态等窍关，l 嚣与瘗粒耱 类无关。酱通磨削哭求宅q 造切屑形成阶段的存在条件，以求得砂轮良好的切削 作用。在精密加工中，磨削深度a 。较小，上道工序留下的表颟粗糙度较大，磨 粼不会产叟韬藩形成狳羧，蠢接影残静镶璃并不多。主要懿瘗麓形态怒形残上 述第一种形式或类似第二种形式，在磨粮的摩擦及挤压作用下，工件材料微观 淡面层的懿体沿磨粮形成的剪切力方向程工l 牛表露上塑性溅确，该微戏表面屡 经数次不黼方向的流动，是菇体团产生疲劳损伤丽脱离表面朦，形成切屑。可 以说这是精密磨削切屑形成与游通磨削切屑形成脊着本质的不同。因此，其磨 副效率低，一次进绘瘗副深度绥经数次纛潮菇戆藏窭名义滋绘量厚度懿工 孛榜 料层，才能恢复进给前的磨削接触刚度。由于磨粒体积小，凸出砂轮袭面高度 低且等高性好，使砂轮表面光滑，磨削中具有碾聪熨平作用，因此工件加工表 越覆量离。 3 2 2 磨粒在不同状态下的磨削机璎 在一般情况下，我们都认为砂轮的理想工作状态下，蘑粒十分锋利，如图 藏3 章壹线或壅基嚣薅l 戡莲 3 6 幻、b 1 所示。但是实黼情况中，磨粒也存程磨损而逐渐磨钝，如图3 6 c ) 、d ) 所示。为了更好的指导实际加工中的问题，就需要对单个磨粒磨谯不同磨削过 程中所超的作用进行分析。 f 1 ) 键瘩粒夔瘗裁租瑾衾矮去踩是逶避袋耀实理戆，毽更多滤黪瓣毙不是逶 过藏麓清耗的。瘗粒塞锪的小平鬣在工俘表瑟清动两不去除工锋材料僵溃耗了 能量1 3 8 堋】，即参与磨削的除了磨粒的前刀面外，还包括磨粒磨钝的小平面。每 个小平丽最初是在磨削前的修整中得到的。猩磨削中小平面结合部分金属而逐 渐发出光亮且通过磨损进一步扩大，许多磨敉还带着一些切屑。扩大的砂轮磨 损乎鬣在一定程度上逶过舞锐或蘑粒麸缝合麴孛脱落形成耨援掰。砖于一定匏 瓿康缭掏，径囱力瓦秘镯囱力珏随磨损嚣载a 的增热两增热。豢密削力随嘉 损面积上升到一定程度时，就会产生烧伤。 a l 锋利的三棱锻薅粒 砖s h g 攀氇r e e d 喾ep y 擅珀i d c ) 磨钝的三棱饿磨粒 c ) o b t u t h r e e e d g ep y r a m i d 坟锋剥的四棱锥蘑粒 s h & 攀| 勰摊d g e f 骥黼 一 i 之0 d ) 磨钝的四棱锥磨粒 d ) o b t s e sf o u r 吒d g ep y r a m i d 鼙3 模拟磨削磨粒的三授锻积西棱锥形状 f i 垂3 6s i # m l 如d 疹b d 珏g 鍪嘲l l # 霸a 弦。照f e e l g ep 擀a 黼至吐 柏df o m 逛蹿掰嘏黼i d 可以将磨削力和比磨肖0 能认为是由切削和滑擦两个部分引起的。因此有： f t = f i ，c + f t ，d( 3 - 8 ) 魏= 琢# + ， 一蛰 溅中f t 。由于切削引起的切向力； f n c _ 由于切削引起的径向力； f 1 n 一由于游擦弓l 起的切向力； 磊；r 一由予瀵擦雩l 莛夔经霆力 # 为一个典型磨粒豹情况如图3 7 所永。 磨搅乎藤 圈3 - 7 钝磨越生残甥瓣示意鋈 冀参3 一p e s s 醒受瑰汪g b 建s b y 曲t s 。s 鲥n d 迅g 窖糟赶堪e 对于普通钢而言滑擦力和磨粒磨损面积成正比关系，则式( 3 4 ) 和式( 3 5 ) 可 表为工件与磨粒磨损平筒间平均接触压力芦和摩擦系数口的关系： 张= 民c + 弘乒a 。( 3 1 玩。毪多麓貉1 l 式中芦工俘与瓣粒磨损平面间平均接触压力； p 工件与麟粒磨损平面问摩擦系数； a 。工件和磨损平面的实际接触丽积 氏；b l c a ( 3 - 1 2 ) 式中江癌赘宽浚 巍戏( 3 1 ) 代入： 氏= b ( a p 蛐“钮 ( 3 1 3 ) 合并式( 3 - 7 ) 、( 3 - 8 ) 和( 3 1 0 ) ，有： f t 。f t ，c + 芦fb ( 8 p d s ) “2 a ( 3 1 4 ) 糕。珏一歹b ( a 菇s ) ”j a移1 冀 薇这个模型框架下可传诗表征瘗损乎稀翻工件接融关系鹃秘个特征量，合 并( 3 * 7 ) 和( 3 - 8 ) ，得到： 只；三只+ 盟 ( 3 - 1 6 1 2 0 篱3 章蠢缓成垂秘霜瓣# $ t 理 时于给定的磨削条件，f 1 。和f n 。为常数。f 且和f l 的关系图_ 陂该是一条直 线，斜率为“。磨削力的变化取决于修整条件，精细修整会产生大的磨损面积， 促使瓣削力增大。 国镣穰蘑粒夔蘑裁戮瑗锋囊囊粒参与黪瓤貔主要蘩努碧蘑藏瓣藜乃瑟，爨 消耗的能量也是由此产纛躺耕犁和切戳比熊。切削比能可出下式计算p q ： f1 7 球，二二!( 3 1 7 ) 。 6 v 。口 分子是切削功耗，分母是单位体积金属泼除率。切削力鼓。耀当予完全锋 裂龚孽秽轮帮a = o 静壤凝。蠢式胃浚看褥鑫，甥粼滋戆专瘗粒大夺笼关，在低磨 除率下，切削比能非常离，但随着磨除率豹撼薅切削比能快速降低捌一个最小 值【3 1 心2 1 。 另一个与磨粒切削过稷有关的机理就是耕粼。耕犁使工件材料变形而不是 去除。通常认为耕犁就是壤粒把前方的工件材辩犁起推向两侧，它也包括磨粒 切菇下懿王磐穗蛰懿辇羧变形f 3 3 】。赣鼙变形怒在瘘粒凌入王传之麓藏发玺了， 如圈3 8 所示。当蘑粒切粥经过痞翻区，韬深从零增加爨最大後h 。最初是 弹性接触，对总能量没有灏献，而后才是对工件的耕犁即塑性变彤。一般来讲 切屑的澎成只是在切刃进入工件达到某一临界值h 之后才发生。影响h 的因素 包括切刃的锐利程度、方向、前角和摩擦系数。即使在切屑形成辩贻后，耕犁 镪然蠢程，穰多工锌兹凝狻麸凌裁路径主捺爨涎爨嚣不是疆去滁。 磨粒运动方趱 一 图3 8 磨粒通过磨削区的耕犁及成属 琢g3 8p l o u 曲i n ga n df o 孤i n gb n so f 鲥珏d i n g 蓼a n u l ec s 妫喀 g 蠢a d 攮g 触a _ - 下； 上 l 衰工韭丈学礤士论定 3 3 单斜边砂轮的磨损与修整 3 3 1 砂轮磨损的量化 砂轮瘗强霹隘震钵獗及臻失来表示。鬟雩予甥天密赘，骖轮缎羯瘗损戆藩获 为： k = 捌，觚扫 ( 3 - 1 8 ) 式中t 坝得的砂轮半径减小量 馋在单斜边砂轮直线成形鳆面磨削中，除了上述沿砂轮径向的憋体磨损外， 还蠢凌砂轮尖燕敷弱罄藏撰，疆这秘是帮整按瑟蜀靛要求霹砂轮遴杼菱裁掺整。 如爨3 9 所示单斜边砂轮谯磨削斜平面的砂轮磨损情况。矗为砂轮尖角局部密 损面积，廿为磨损圆弧半径。由于，可以岚攮测量，所以比用删来说明砂轮 磨损獠度更实用。 图3 9 斜平面磨削时砂轮尖角磨损 f i 垂3 母s h a m a f c 8 b 托s i o n w h e e l 迅雷a i g 血d i n g 3 3 。2 单斜边砂轮蘑援的机理 一般认为砂轮的磨损主蒙存在3 种机制：摩擦磨损、磨粒破碎和结合剂断 裂 1 8 1 。摩擦磨损实际与工件滑擦造成的磨粒钝化和顶平面磨钝。滕粒破碎是指 磨粒凑帮断裂使磨粒碎片麓离。结合裁凝裂载发生是鞋= l 予蘑粒扶缀合裁上脱落。 贯一耱褰损形势是结合裁蕊镶，它可链簿舔结合强度并捷遗鸯靛飘落，茏萁是 实质和众属结合剂砂轮会发生这种情况。般认为，径向磨削力、砂轮磨粒相 对工件逋度都与砂轮的磨损关系密切，径向磨削力越大、砂轮磨粒相对速度越 大，那部分砂轮的磨损越餍4 烈【1 9 l 。 邋避一系歹实验直线成澎馥面磨削实验袋踞，砂轮尖焦的蘑攥与谈磨削黪 第3 章壹臻成型蠡囊瓣割捱理 零体形状鸯缀太关系。砂轮切入零 拳表垂憋位置，影响砂轮磨损。如在磨削形 如图2 2 订所示凹曲线时，砂轮尖角的磨损形成的形状如图3 - 1 0 所乐a c a ) 砂轮袋角形状b ) 尖角菡弧彩状密攒c ) 尖翅完全磨损 a ) s h a p eo f s h a i pa r cb ) a r cs h a p ea b r 醛i 伽 c ) a b s o l u t ca b m s i o n 醒3 筠移轮尖角及其蘑臻菇的形获 f i g 3 - 加s b a p eo fs h a l pa r ca n d “sa b m s i o i n 鲥n d i n g 砂轮尖嫣不仅仅黪按成霆弧形状，还形成了拳平透。邃是透受在荤簧逑骖 轮的曲面磨削中，随着曲面斜率的变化，砂轮所参与的部分也随之变化。被加 工纛与砂轮是辘接避垂真露，砂轮安际参与蹇聚戆镶霪在魏霆3 1 魄) 掰示戆a e 一侧。这时磨削的径向力方向与砂轮主轴方向一致，由此相对于砂轮轴心澎成 一个转距醚，妇图3 1 l 匐爨示。因越在磨粼畦妙轮程彝径自整剡力致方囱骥斜 的趋势，使得径向磨削力f n 较小，因此砂轮磨损较小。同时砂轮的磨粒与砂轮 回转霞垂直，单个黪粒在工传表藤熬下圆弧形状抟娥痰，禚砂轮经内上戆众多 磨粒因到砂轮回转轴的距离不同，在工件表面留下的磨削纹理是类似于同心圆 的划痰( 如图3 1 l 掰示) ，所以磨损的j 嗫黟是靠近鸯爨工表聪的部分先瘗撰，然 后逐渐向a 点移动。 蠛瓣后酚轮轴方儆 _ ， 一一 磨粒在攀俘表面鼯最静粼簸 曲垂轰瑟露澍对砂轮受力帮所澎残爨劐痰 a ) f o f c es t a i u so f w h e e la n ds c m p e 件表面形戚的划瘾 蟹永平蟊蘑嘲鞋砂轮受力帮掰鼯藏的刘液 b ) f o r c es t a t u so f w h 1a n ds c r a p e 抽v e r t i c 越拶m d i n g i 珏蚰r i z o n 僦蓼i n 如培 图3 1 1 磨削垂直面和水平丽时砂轮的受力情况及所形成的划痕 f i 磬3 _ 1 1f 0 f c es t a t u so fw h e e la n ds c f a p e 派v e n i c a l 黼d h o r i z o n t a l 鲥n d i n g 麓寰王妲丈学礞士论交 当被加王露与砂轮主轴接近拳警时，砂轮受到匏径向爨削力k 垂直予砂轮 轴线，如图3 1 1b ) 所示，这和平面磨削一致，没有转距产生，砂轮主轴仅在径 自壤削力k 下产生弹性变形，两当砂轮主霉睡 冈度比较高时这种变形是可以忽略 的。因此径向磨削力f n 较大，砂轮磨损也比较大。同时这部分的麟粒排列方向 与砂轮回转霭垂直，所以感损顺序是从磨粒相对速度最大熬a 点舞始，逐濒岛 a b 一侧发展。而瓣粒蘑敉在工件表面形成的纹璎同平面瓣削在工件表面留下 的廉削纹理一样，是一系列平行划痕。因此此时砂轮尖角提水平方向上的磨损 最大，垂赢方向上的磨损最小，在若干次磨削后砂轮尖就膳损成誊角形状了。 在磨削工件表面其它位置时，砂轮的磨损与斜平西类似，识随着被加工面与砂 轮主轴夹角太小不闻形成的圆弧与不相同，并且由于水平方向磨损较大，砂轮 也会形成一定水平郏贫。因此采用此种砂轮磨削应该尽量避免对鬟喜面和水平 面豹磨麓。 3 。3 3 单斜边砂轮磨攮对零 牛袭嚣的成彤影瞧 与其它加工过程一样，可以通过建立砂轮磨粒切削刃匈工件运动干涉的模 型，在理谂主该溺簇戮产生豹理怒寝瑟轮薅绩凝。为魏镁设表露纹理全是漆甥 削作用产生的，切削刃去除其路径上遇到的所有材料，在其后面留下相应的切 裁海攘。默瓣乎西与任意纛线残形浆瑟载薅潮轮廓为爨。 ( 1 ) 砂轮锋利时的零件成形轮廓如图3 1 2 a ) 所示为磨削斜平筒的横截厕轮 薅，其麽削软迹由羲于形状粳同键攘形状缀藏。嚣舞嚣3 。l l 秘疑示隽瘗楚模截 面为任意曲线的直线成形曲面轮廓，零件轮廓由若干形状不相同的锯齿形状组 成，其形状也随善熬线在攘正点切线斜率豹变位露变铯。当承乎遴绘距离攘等， 均为s 时，曲线接近垂直的磨削深度k i 大干曲线接近水平时的深度k 1 。 a ) 斜平亟磨削的成形轮廓 a ) f 毽u r a t i o no f 珏a t 扣n 娥n g 秘曲霹瘗艇的成彤轮薅 b ) f 逗u f a n o no f c u r v e 班i n d i n g 蹦3 - 1 2 砂轮锋利时的成形轮廓 f 碡3 一1 2f i g # f a l i 。n 。f 曲a f pw h 蹦 ( 2 ) 砂轮宠全磨撰时的零箨残形羚臻热圈3 i i 3 掰示是涉辁尖整镶戒壹燕形 2 4 薷3 章直线戚辇馥霾鞭削g l 理 状时砂轮磨削零件的横截轮廓。其中如图3 1 3 a ) 所示为磨削斜平颟的横截轮廓， 其蹬削轨迹由若干形状桐间台阶形状组成。而如图3 - 1 3 b ) 所示为磨削横截面为 任意越线的直线成形盐磷轮廓，零件轮廓匿然也是由若干台阶形状组成，但台 狳形浚蹩不稳嚣夔，英形浚蕤若夔绫在热王煮耱线斜率戆交键瑟变亿。当窳乎 进给距离相等，均为s 时，曲线接近水平时的磨削深度k 1 小予鞠线接近垂直时 的深度k j 。 砖瓣平嚣磨熬鳃拔澎辘露 嚣) f j g w 鲥锶。| 露矗t 鼬d 魄 b 麴瑟密澍戆残形轮纛 螃啪o f c h 黼轴髓喀 圈3 1 3 砂轮完全磨损时的成形轮廓 f 艳3 1 3f i g 耵a t i o fa b s l u t ea b 豫s i o w h e e l 砂轮尖受嚣薮磨溅貔零终戒形轮薅淡上嚣耱形状零锌耱黪形获在瘗爨 深发较大豹情嚣下形成熬，砂轮尖圆焘半径巍神，诧对砂轮密溯彼置形成理论 上的处锐刀尖，相对于磨削深度可以忽略。在精密磨削中，有效麟削深度往往 小于砂轮尖圆弧半径，因此也会考虑仅仅应用砂轮尖圆弧磨削成形的零件表面。 如图3 1 4 所示，单斜边砂轮尖圆弧在膳削斜直线和曲线时的情况，为了便 于说鞠，戳整墓代表砂轮尖骧弧。翅图3 1 4 幻掰示，瓣平瑟瘗熬簸涟由著于蓰 两静躺形艟线连续组成，并且组成表面轮癣黥这些扇形酋线基本穰丽。面如图 3 - 1 4 b ) 所示是单斜边砂轮加工横截面为任意曲线的直线成形曲颟轮廓，虽然加 工轮廓也是由若干扇形曲线连续组成，但是宅们并不相同，这同样是由曲线在 加工点躲切线斜率变化所弓l 起鲍。这种扇形形状相同的程度与磨削巍线成形鳇 嚣窃绫麓率兹交踅有关，纛线疲形蓬瑟在秀蟊王杰熬韬线斜率瓣交弦程度越大， 贝加工轮廓中扇形曲线形状越不相同；反之，赢线成形曲面在加工点的切线斜 率的变化程度越小，则加工轮廓中扇形曲线变化越均匀，当变化糨度为o 时， 直线戚形曲面就是斜平面，缀成表面轮廓的这魑扇形曲线就基本栩同。 眵 心。 麓京工韭丈学颈士谂文 、 a ) 斜平面磨削的成彤轮廓 a ) 脚m t j o no 佃a t 蝌n d i n g 3 3 4 砂轮的修整 b ) 曲面磨削的成形轮廓 ”f i g u r a t i o no fc l l r v eg r i n d i n g 隧3 1 4 砂轮圆弧形款蘑攒躲戚形轮癣 颡豁3 一轻嚣g 眭t i o 矗a k 姥# 弦a 扭& s i 。珏 实验采用的修整工其为平头金刚石笔。可以利用虎口钳将其网定在工作台 上，与工作台和与砂轮躁转藏分别成a 角秘芦跫，使修整笔的乎妖边与砂轮霹 透鏊本擎孝亍，翔图3 一1 5 掰示。通过手动进绘蜜现对砂轮斜边静修熬，修整凑合 适的砂轮尖角。 毋 了 | ，昧 、 i 圈3 - 1 5 金刚笔修整砂转示意 f 晦3 * 1 5w h e e ld r e $ i n gb yd i 蝴o n dp c n 酬s 凌予砂轮尖焦部位蕊镶较大，簧激当金鞭麓靠近移轮斜边边缘辩，要注意 进给堂的减小，避免破坏修整好的砂轮尖角。砂轮尖角的精密修憋在没有专用 工具的条件下难度较大，时操作者要求较高，因此在曲面磨削实骏中没有把砂 轮尖角嘲弧修整得很小，仪在o 1 m m 左右。砂轮尖角圆弧过小不会提高磨削零 件的表霹质量，反丙会使麟秘力堰大，砂轮惫剿磨损( 详情见下一节砂轮磨损 第3 常直线成型姻丽磨目h 机理 实验) 。 3 。毒草斜速碜轮磨撰实骏 表3 1 和表3 2 为加工闲一斜平蕊的表恧糍糙度值，爨体试验条传为砂轮 2 4 0 8 榜脂络合翔c n b ，工 孛为4 5 号钢，砂轮直径1 7 5 m m ，砂轮线速度3 钿蛹， 工件速度1 岫i n ，磨削深度为0 0 1 m m 。使用j x 4 万能工舆显微镜测量砂轮尖 楚匿弧。 袭3 - 1 砂轮灾角磨损前后与表面粗糙度的关系 砂轮尖角半径( m m ) o 1 1 4 o + 1 5 50 2 0 3 表面租糙殿值r 。( ) o 1 2 7 o 1 2 3o - 1 1 1 图3 1 6 砂轮尖角圆弧分别为o 1 1 n 蝴和o 2 m m 时被磨削零件表面粗糙度值 f 嘻3 - 1 6 r o u 荫瓣s so f 呻i e c e w h 娃c c 解矗e r a f c 娃w h e e l 鞋疆l l 搬难柏d e 。勉墨 袭3 - 2 砂轮失角磨损与磨除工件体积的关系 磨除工件体积 1 2 44 0 8 6 8 7 砂轮尖角半径( m n l ) o 0 5 3 到o 1 1 4o 1 1 4 到o 1 5 5 o 1 5 5 鲥o 2 0 3 表嚣糨糙度蘧砂轮尖角半绞的增加瑟增加，僮并不显著；褥砂轮尖霸由o 0 5 滕损到o 1 1 时，磨除工件体积仅为1 2 4 n l l i l ，而由o 1 1 磨损到o 1 5 时，磨除工 传体积戈藏一次磨损豹3 售，繁三次蘑撰毙第二次仅提裹l 。6 倍。投据式疆1 ) 、 ( 2 - 2 ) 三次磨损引起的砂轮尖角阙弧工件形状误差相同，所以砂轮尖角圆弧在o 1 m m 左右时，砂轮形状保持效果显著。 北隶工整天学预士论文 3 5 本章小结 本潦奔绍了砂轮直线成形旖面的磨削枫瑷，以及单斜边砂轮与工馋的接触弧 长懿诗黎方法。蒡簌篦鬓灏楚戆是度，分疆不鞫磨粒状态，对鸯羹王溪羹蕊影响， 介绍常用的瘩削参数昶翻工质量的概念，并阐述砂轮瘥损前詹的成形面枧理， 为砂轮修摧提供依据，并通过砂轮磨损实验骏诞，为以后实验中如何找出最好 的直线成形曲面加工参数提供了理论保证。 第4 章直蛀成形魁瓣癀捌实验 第4 章直线成形曲面的磨削实验 4 。 实验设备 主要实验设备；酝s g _ 6 1 2 c n e 精精密平瑟瘗臻一台。态精凄2 l 表褥轮 廓仪一台。高精度2 2 0 5 表蹶粗糙度测量仪一台。 4 1 。1m s g 一6 1 2 c n c f a 数控磨床 m s g 一6 1 2 c n c e a 糖密乎嚣褰庆是三共毫摹墨技公霹为了提麓糖密模瑟装 制造精度、实现省力化、撼商生产散率而研制开发的，在长期使用的基础上制 造的离糖度、裹剐饯鲍c n c 平蘧磨床，其纂本参数觅表4 * l 。 表4 1 稽密平面磨床m s g 6 1 2 a 4 0 f a 基本参数表 工俸台俸救蕊豹足寸 2 0 0 x 4 8 0 m m 符 工作台的移动量前后 2 3 伪n m 焘赢( 鑫韵) + 4 鞠扭m 程 ( 手动)5 埘) m m 蠡王传台扶上垂至砂轮辘心的距离 8 s 5 镁h m 鼹 左右进给速度自动运转时( 平均速度)5 卸啊n ，m i n 前烯手动进给手动摇柄转一凰的进缭量 5 o m m 蓠厢手动逡给亥g 震盘转一戮的迸给薰l ，l 州1 0 国m m 工 ( 手动锥形手柄) 刻度盘1 刻度的迸给量 0 0 i 0 0 i 0 1 m m 作 连续遴绘速度( 0 l )o l o o 国m 舳 台 最小设定单位，最小检测单位0 0 1 ，o 伽5 咖 前后自动进给速度( 能设定)o 1 0 0 m 州m i n 避绘量连续o l 弧赫，蕊n 间歇 0 0 0 1 5 0 栅州次 上下手动避绘刻度盘转一隧的进绘量 l ，l j 唧l o d 嗽辍 ( 手动锥形乎柄) 赛g 度盘l 裳8 度的避鲶量o o l ，o 0 l m 1 m m 砂 连续进给速度( 0 1 0 0 )0 1 0 0 0 i 曲咖j n 轮 最小设定单位，最小捡溅荸毽e o l 国。o 孵5 掰m 上“f 自动进绐速度( 能设定) o 1 0 0 0 m 删钿i n 头 进给量运续o 1 0 0 0 l m 耐l i l ：m 藏教 0 。i 1 1 3 可次 无进给磨削次数由程序决定 电 砂轮轴用 5 瀚性p ( 带嚣涟罩)