軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)曲面精密磨削加工技術(shù)研究.pdf

1、隨著低碳綠色制造、量產(chǎn)化、低成本工業(yè)生產(chǎn)的需求,越來(lái)越多的零件采用近凈塑性成型的模具加工,模具技術(shù)水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造加工工業(yè)水平的重要標(biāo)志。模具曲面如輪胎模具胎側(cè)板曲面、燈具模芯曲面等其形狀精度和表面精度都直接影響產(chǎn)品的性能,傳統(tǒng)的精車、研磨及拋光加工方法已無(wú)法滿足加工效率和產(chǎn)品性能的要求。針對(duì)軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)曲面精密加工需求,研究曲面圓弧包絡(luò)磨削加工技術(shù)突破現(xiàn)有工藝,實(shí)現(xiàn)軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)曲面的高效率和高精度加工在工程領(lǐng)域具有重要意義。<

2、br>　　 本文通過對(duì)輪胎模具胎側(cè)板曲面、燈具模芯成形曲面等形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析,針對(duì)軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)曲面精密加工技術(shù)的需求,發(fā)展了曲面圓弧包絡(luò)磨削工藝方法,研制了用于生產(chǎn)的輪胎模具胎側(cè)板大型軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)曲面磨削的數(shù)控磨床和用于曲面圓弧包絡(luò)磨削工藝研究的曲面數(shù)控磨削裝置,開展了曲面圓弧包絡(luò)磨削工藝的系統(tǒng)性研究。
　　 分析了曲面圓弧包絡(luò)磨削的特殊性,通過分析曲面磨削的成形過程,建立了圓弧軌跡包絡(luò)磨削過程中砂輪與工件干涉的幾何模型。通過對(duì)

3、曲面圓弧包絡(luò)磨削過程中磨削點(diǎn)移動(dòng)距離的分析,建立了有效移動(dòng)距離與砂輪截面圓弧半徑和工件曲率半徑的關(guān)系,優(yōu)化分析曲面圓弧包絡(luò)磨削加工過程中磨削點(diǎn)在砂輪表面上具有最大的移動(dòng)量以提高砂輪耐磨性。提出根據(jù)工件上任意一點(diǎn)處的切線斜率以及砂輪圓弧半徑值計(jì)算工件曲面的等距面并求出曲面上任意一點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的砂輪中心位置的計(jì)算方法,為曲面圓弧包絡(luò)磨削加工方法的實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
　　 理論建模分析了工藝參數(shù)對(duì)曲面圓弧包絡(luò)磨削過程中加工表面理論殘

4、留高度的影響,發(fā)現(xiàn)表面理論殘留高度值與工件的轉(zhuǎn)速成反比、與砂輪進(jìn)給速度成正比關(guān)系,基于對(duì)被加工曲面曲率計(jì)算通過調(diào)整磨削進(jìn)給速度的變化可以保證曲面理論殘留高度均勻性,提出了等殘留高度法以及等去除率法磨削加工原理。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,采用恒速磨削時(shí),給定曲面上理論殘留高度波動(dòng)率30.7％,實(shí)際磨削后的表面粗糙度的變動(dòng)率為35.06％,兩者基本吻合。采用恒殘留高度法變速磨削的表面粗糙度波動(dòng)率為11.33％,下降幅度超過三分之二,效果明顯,有效提

5、高了回轉(zhuǎn)曲面上不同曲率處的表面粗糙度均勻性。
　　 采用金剛石滾輪數(shù)控修整可以得到較高的圓弧砂輪形狀精度以及較好的砂輪表面形貌,對(duì)于直徑φ400mm、截面圓弧半徑R28的砂輪修整后的砂輪圓弧半徑約有0.01mm左右的誤差。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中砂輪的不均勻磨損問題,理論分析了砂輪圓弧截面上單位寬度磨粒的材料去除量和接觸時(shí)間的關(guān)系,通過使單位寬度磨粒的接觸時(shí)間相同的方式提出針對(duì)砂輪均勻磨損的變進(jìn)給速度磨削控制方法,結(jié)果可以有效提高砂輪形狀精度

6、約25％。建立了曲面圓弧包絡(luò)磨削過程中砂輪圓弧面與工件曲面的接觸狀態(tài)模型,研究分析砂輪的磨耗過程,提出了實(shí)現(xiàn)砂輪均勻磨損的工藝方法。
　　 根據(jù)曲面圓弧包絡(luò)磨削過程中工件和砂輪的接觸變形等導(dǎo)致的工件形狀誤差分布,提出曲面磨削加工過程工件材料恒去除量原理,在分析工件曲率半徑以及和砂輪圓弧中心進(jìn)給速度關(guān)系的基礎(chǔ)上,采用分段磨削方法通過分段變速的磨削方式可降低50％的工件形狀誤差,同時(shí)還可改善粗糙度均勻性問題。
　　 研究曲面

7、圓弧包絡(luò)磨削過程中磨削力特性及其影響因素,通過對(duì)各分力的時(shí)域以及磨削力比分析,深入研究了曲面圓弧包絡(luò)磨削力在整個(gè)曲面磨削過程中的分布特征,在曲面圓弧包絡(luò)磨削過程中Fy力成為主磨削力,不但磨削力值最大變化幅度也最大。曲面圓弧包絡(luò)磨削過程由于砂輪與工件接觸面積較小、磨削力值相對(duì)較小,在所實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi)磨削力在5—55N之間,研究了曲面不同曲率處磨削力分布,首次系統(tǒng)性揭示了曲面圓弧包絡(luò)磨削力分布的規(guī)律性。
　　 研制了用于輪胎模具胎側(cè)板

8、加工的大型軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)曲面數(shù)控磨床(最大磨削工件直徑φ1250mm)和曲面磨削加工實(shí)驗(yàn)裝置。針對(duì)輪胎模具胎側(cè)板大型回轉(zhuǎn)曲面精密加工要求,研制了回轉(zhuǎn)臺(tái)雙主軸曲面數(shù)控磨床,采用圓弧包絡(luò)磨削方法實(shí)現(xiàn)輪胎模具胎側(cè)板曲面磨削拋光一體化加工,可以大幅提高成型曲面形狀精度同時(shí)降低其表面粗糙度,顯著提高加工效率和精度。基于外圓磨床改造完成一臺(tái)曲面數(shù)控磨削實(shí)驗(yàn)裝置,開發(fā)了金剛石滾輪數(shù)控砂輪修整器,搭建了曲面磨削力采集分析系統(tǒng),用于曲面圓弧包絡(luò)磨削工藝的研究