高速外圓磨削機理的仿真與實驗研究.pdf

1、高速磨削不僅可以提高加工效率，而且可以提高加工表面質量，已成為當今精密高效加工的發(fā)展趨勢。但是由于高速磨削過程中高度非線性的力、熱、化學及其耦合作用，人們對高速磨削加工機理還缺乏足夠的認識，還不能掌握磨削工藝參數(shù)、砂輪材料及其性能參數(shù)對不同工件材料磨削質量和效率等的影響，因此開展高速磨削機理研究，尤其是高速外圓磨削機理具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。由于受試驗設備及手段的限制，目前國內對CBN砂輪高速外圓磨削機理的工藝試驗研究尚處于起步階

2、段，因此開展CBN高速外圓磨削機理的仿真研究，揭示磨削力、磨削熱及其耦合作用對表面質量的影響，乃至高速砂輪主軸系統(tǒng)及磨床關鍵部件的相關研究，減少物理實驗等的消耗，進一步建立完善的高速外圓磨削理論顯得尤為重要。
　　 本文在對國內外高速磨削技術研究的歷史和現(xiàn)狀進行分析，并對外圓磨削理論進行總結和推導的基礎上，提出了基于DEFORM-3D的熱力耦合高速外圓磨削仿真模型的外圓磨削研究方法。在通過相關的試驗，驗證了該方法的合理性后，運用

3、該模型以實驗研究、仿真分析和理論推導相結合的方法，對40Cr材料的高速外圓磨削機理進行了研究。所做的工作主要包括：
　　 (1)基于DEFORM-3D對單顆磨粒外圓磨削過程進行了系統(tǒng)的研究。根據試驗結果，深入分析了磨削工藝參數(shù)、比磨削能等對磨削力、磨削熱的影響。仿真結果顯示：磨削力隨砂輪線速度的增大而減小，由于隨著磨削力的增大，磨削熱也相應增大，由于力、熱的耦合作用，磨削力出現(xiàn)減小的趨勢。磨削力隨磨削深度的增大而增大，其中磨削深

4、度的影響最顯著；磨削力比隨材料磨除率的增大略有增大；而比磨削能隨材料磨除率的增大而減小，并且逐漸趨于一個穩(wěn)定值；磨削溫度隨磨削深度的增大而增大，隨砂輪線速度的增大而先增大后減小，其變化規(guī)律與“薩洛蒙”曲線基本一致，工件轉速對磨削溫度影響較??；在單個磨削周期內，沿磨削弧區(qū)方向，磨削溫度先以極大的梯度上升，大約在弧區(qū)中心位置達到最大值，隨后緩慢下降；同時在弧區(qū)中心位置產生最大熱流，且熱流分布形狀可近似的看成是二次曲線分布。
　　 (

5、2)設計高速外圓磨削實驗方案，在MK1432/H數(shù)控萬能外圓磨床上搭建磨削力、磨削熱測試平臺，由于受到條件的限制，利用已有的平面磨削測力儀，通過設計加工測力基座，將外圓磨削過程中工件受到的三向力傳到測力儀表面，從而進行數(shù)據采集；設計制作溫度采集卡，自制熱電偶工件進行磨削熱的測量。
　　 (3)對高速外圓磨削工藝試驗結果進行了分析研究，驗證了本文所提出的仿真模型的合理性。工程試驗結果顯示：砂輪線速度vs＜80m/s時，磨削力、磨削