磨削技术及精密、超精密加工

郑州工业安全职业学院毕业论文题目：磨削技术及精密、超精密加工姓名：赵会海系别：机电工程系专业：机电一体化年级：08机电二班指导教师：年月日毕业论文成绩评定表学生姓名赵会海学生所在系机电工程系专业班级机电技术二班毕业论文课题名称磨削技术及精密超精密加工指导教师评语：成绩：指导教师签名：年月日系学术委员会意见：签名：年月日目录前言...............................................................1第一章磨削理论的研究................................................2第一节磨削机理...................................................2第二节表面完整性.................................................2第二章砂带磨削技术.................................................5第一节沙袋磨削简介...............................................5第二节磨削工艺的进展.............................................5第三节精密及超精密磨削...........................................6第四节砂带磨削趋势...............................................7第三章精密与超精密磨削技术..........................................9第一节塑性磨削...................................................9第二节镜面磨削..................................................10第四章结论及展望...................................................14参考文献..............................................错误!未定义书签。致谢...............................................................16内容摘要摘要:磨削在现代制造业中占有重要地位，技术发展迅速,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。当前磨削除向超精密、高效率和超硬磨料方向发展外，自动化也是磨削技术发展的重要方向之一。本文就精密和超精密磨削，砂带磨削,磨削自动化进行了研究与论述。关键词:磨削技术,砂带磨削,磨削自动化Abstract：Thegrindingholdstheimportantstatusinthemodernmanufacturingindustry,thetechnologicaldevelopmentisrapid,domesticandforeignallusestheultramicrofinishing,thepreciseconditioning,thetinygrindingcompoundgrindingtoolcarriesonthesubmicronleveltoundercutthedeepgrindingtheresearch,obtainsthesubmicronlevelthesizeprecision.Outsidethecurrentgrindingexcepttoultraprecise,thehighefficiencyandtheultrahardgrindingcompounddirectiondevelops,theautomationalsoisoneofgrindingtechnologicaldevelopmentimportantdirections.Thisarticleonpreciseandtheultramicrofinishing,thebeltgrinding,thegrindingautomationhasconductedtheresearchandtheelaboration.Keyword:ELIDgrindingtechnology,beltgrinding,grindingautomation.郑州工业安全职业学院1前言磨削加工是机械制造中重要的加工工艺。随着机械产品的精度、可靠性及寿命的要求不断提高，高硬度、高强度、高耐磨性、高功能性的新型材料应用增多，给磨削加工提出了许多新问题，如材料的磨削加工性及表面完整性、超精密磨削、高效磨削和磨削自动化等问题。所以，当前磨削技术发展的趋势是：发展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削机理并开发其新的磨削工艺技术，研制高精度、高刚性的自动化磨床。应该注意的是，近几年来国外磨削技术发展迅速，例如对硬脆材料磨削机理及工艺的研究，利用干磨削热量同时进行工件热处理，以及不使用磨削液的无污染磨削等方面，与之相比我国均有相当差距。为此，我们一方面要把握国际科学研究的最新动态，积极开展引进国外先进磨削技术的研究工作；同时在国内应结合生产，开展符合国情的实用性研究，普及先进的磨削技术，推动我国的机械制造业的发展。郑州工业安全职业学院2第一章磨削理论的研究磨削机理(如磨削力、磨削功率、磨削热及磨削温度的分布及磨削区接触弧长、磨粒切削机理、切削形成等)，不同工件材料磨削工艺条件的优化，磨削表面完整性的影响因素和条件，磨削工艺过程的监控与检测技术等。第一节磨削机理过去对普通磨削的机理已经开展了广泛而深入的研究。如对磨削热，近年来国内外学者先后建立了多种热模型进行研究，包括Lavine的磨粒传热模型、Morgan的改进圆锥磨粒模型、C.Guo的砂轮一磨削液复合体模型、高航教授建立的断续磨削热源模型、Rowe建立的简化传热模型等。随后,C.Guo综合了前人的研究基础，建立了单磨粒热模型，利用移动热源理论和温度匹配法(匹配磨粒一工件接触面的最高温度同冷却液一工件接触面的最高温度)计算得到了磨削的能量分布。再譬如对磨削区接触弧长的研究，早期提出的是利用几何计算法推出几何接触弧长度。随后，E.Salje提出了最大砂轮与工件最大接触面积的概念；我国湖南大学周志雄教授也建立了砂轮与工件的啮合模型；1993年W.B.Rowe建立了砂轮与工件的接触模型来研究磨削接触弧长。目前，此问题也处于进一步研究之中。而对于精密及超精密磨削、高速高效磨削方面，虽然国内外针对不同的工程材料(如陶瓷和玻璃)都开展了一些理论研究,但是还不全面,还没有形成完整的理论体系。第二节表面完整性一般来说,磨削表面完整性的研究包括：磨削表面的波纹、振纹、残余应力、加工硬化层、磨削烧伤及裂纹等。提高表面完整性需要尽量减低磨削区温度，采用合理的磨削条件。当前,研究表明使用CBN砂轮和高效深切磨削技术能有效控制磨削件的表面完整性。Guoxianxiao在研究磨削球墨铸铁的残余应力时，建立了一种简单两栅结构的模型，应用X射线衍射法对残余应力进行测量。对于磨削残余应力郑州工业安全职业学院3的检测，目前的方法主要有：X射线衍射法，巴克豪森噪声检测和脆化检测法。也有学者研究结合x射线衍射和中子衍射对残余应力进行测量，该方法在对检测航天部件工作状态时的残余应力极为有效。随着加工过程自动化的不断升温，为顺应市场不断变化着的需求，磨床制造企业开始将关注焦点从产量、品种转向磨床制造技术与自动化加工的融合，以及如何采用数字化手段进一步提高磨床的精度。一般来说，磨削加工是机械加工中保证最终工艺尺寸和精度的精密加工，这就要求磨床具有很高的制造和装配精度。但现代制造业对磨床的要求还不仅限于此，还要求磨床有很高的自动化程度，但是如果有人问磨床具备什么样的功能才能称得上是自动化的磨床，因为磨削工艺千差万别，所以不能一概而论。目前自动化无非分为四种：首先，自动化以达到人工（或者说非熟练技工）不能达到的精度；其次，自动化以达到人工不能达到的产品精度一致性；再其次，自动化以达到人工所难以达到的效率；最后，自动化以缩短人工所带来的设置、调整和装卡的时间。但在追求自动化的过程中，首先应该清楚的一点是，实现自动化要达到的目的是什么？答案无非是在保证质量的同时，最大化地降低生产成本。这主要应考虑两个因素，一是机床本身，二是加工工艺。自动化的实现程度对机床本身的要求是非常高的，不是所有的设备都具有这些功能。机床需要具有一个模块化的设计，可以满足不同用户的需求，来进行柔性化的加工。除此之外，机床还需要具有非常高的运算速度，以及非常广泛的接口以增强与自动化系统之间的匹配。另外，加工工艺对自动化系统来说也同样重要。自动化要实现的是一种无人化的操作，从送料到加工完成，其间的各个步骤都需要借助人工去实时检测。如果没有达到预期目标，如何干预机床做出调整呢？一般磨削工艺分为磨前、磨中和磨后，目的就是能够进行稳定、可靠的生产，任何一个环节出现问题，都不能实现机床自动化的加工。郑州工业安全职业学院4CNC是用来磨削冲头的。由机床本身和自动上下料系统组成，可进行无人化操作。它的高自动化体现在几个方面：全自动无人化操作；自动上下料系统，机器人自动存放工件的仓库一次可存放一个星期的工件；自动测量系统，工件在磨削前后可进行测量；高精度，高效率，低损耗的伺服电机驱动的自动修整系统，具有自动补偿功能。在砂带磨削装备的柔性化及自动化方面,要求机床控制系统和数字伺服驱动系统的控制精度，动态响应特性都很高，因此加强对高精度数控系统和伺服驱动系统的研发，通过对磨削加工过程自动实时监控系统的研究，解决磨削过程中信号识别、信息采集、数据处理、反馈控制等技术，从而实现高效、高精度磨削砂带磨床的自动化。在此基础上进行砂带磨削设备系统化设计与制造，开发CNC砂带磨削机床、砂带磨削机器人、并联机构数控砂带磨床、砂带磨削FMS等，实现我国砂带磨削设备的柔性化及自动化.郑州工业安全职业学院5第二章砂带磨削技术第一节沙袋磨削简介砂带由基材、磨料和粘结剂三要素组成。采用不同磨料的砂带所产生的磨削效果有所不同。不同磨料组成的砂带所产生的磨削效果明显不同。在单层涂附的砂带磨粒中，通常用氧化铝比碳化硅磨粒制成的砂带能获得更大的切除率。但在以小切除率进行磨削时则相反。特种磨粒的的砂带(多层涂附磨粒的砂带和空心球复合磨粒及软木复合磨粒砂带)与普通砂带相比，明显具有更高的材料切除率；而在特种磨粒砂带中，空心球复合磨粒又比多层涂附磨粒砂带具有更高的材料切除率。另外，砂带影响材料表面粗糙度主要是磨粒粒度的影响，随粒度变细，粗糙度降低。尽管砂带磨削被称为“冷态”磨削，但所谓“冷态”是相对于砂轮磨削而言，这是因为磨削中砂带磨粒锐利，因而与工件摩擦较小，而且大多数情况下砂带周长较大，容易散热，容易获得空气冷却的效果。因此在切削余量不大、零件尺寸较大、表面粗糙度不高的情况下，可采用干磨方式。但是，带磨削在很多情况下要采用湿磨，因为这有利于控制磨削温度，改善表面粗糙度，并可加大进给量，提高效率，延长砂带寿命。第二节磨削工艺的进展磨削按其加工精度的不同可分为普通磨削、精密磨削、超精密磨削。按磨削效率又可以将磨削分为普通磨削、高效磨削。高效磨削技术包括高速磨削、超高速磨削、缓进给磨削、高效深切磨削(HEDG)、高速重负荷磨削、砂带磨削、快速短行程磨削。高速磨削是指磨削速度为45m/s～150m/s的磨削，而≥150m/s的磨削称为超高速磨削。现在工业上实用的磨削速度已经达到60m/s～250m/s，工件进给速度为(1000～10000)m/min。高效深切磨削(HEDG)是一种集超高速、大切深、快进给于一体的新技术，郑州工业安全职业学院6被誉为“现代磨削技术的高峰”。其加工表面粗糙度与普通