軸對稱回轉(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)成為衡量一個國家制造加工工業(yè)水平的重要標志。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法滿足加工效率和產(chǎn)品性能的要求。針對軸對稱回轉(zhuǎn)曲面精密加工需求,研究曲面圓弧包絡磨削加工技術(shù)突破現(xiàn)有工藝,實現(xiàn)軸對稱回轉(zhuǎn)曲面的高效率和高精度加工在工程領域具有重要意義。<

2、br>　　 本文通過對輪胎模具胎側(cè)板曲面、燈具模芯成形曲面等形狀結(jié)構(gòu)特點的分析,針對軸對稱回轉(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)板大型軸對稱回轉(zhuǎn)曲面磨削的數(shù)控磨床和用于曲面圓弧包絡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磨削工藝的系統(tǒng)性研究。
　　 分析了曲面圓弧包絡磨削的特殊性,通過分析曲面磨削的成形過程,建立了圓弧軌跡包絡磨削過程中砂輪與工件干涉的幾何模型。通過對

3、曲面圓弧包絡磨削過程中磨削點移動距離的分析,建立了有效移動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磨削加工過程中磨削點在砂輪表面上具有最大的移動量以提高砂輪耐磨性。提出根據(jù)工件上任意一點處的切線斜率以及砂輪圓弧半徑值計算工件曲面的等距面并求出曲面上任意一點處對應的砂輪中心位置的計算方法,為曲面圓弧包絡磨削加工方法的實際應用提供了理論依據(jù)。
　　 理論建模分析了工藝參數(shù)對曲面圓弧包絡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、與砂輪進給速度成正比關(guān)系,基于對被加工曲面曲率計算通過調(diào)整磨削進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。實驗研究結(jié)果表明,采用恒速磨削時,給定曲面上理論殘留高度波動率30.7％,實際磨削后的表面粗糙度的變動率為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。針對實驗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間的關(guān)系,通過使單位寬度磨粒的接觸時間相同的方式提出針對砂輪均勻磨損的變進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,提出了實現(xiàn)砂輪均勻磨損的工藝方法。
　　 根據(jù)曲面圓弧包絡磨削過程中工件和砂輪的接觸變形等導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給速度關(guān)系的基礎上,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,同時還可改善粗糙度均勻性問題。
　　 研究曲面

7、圓弧包絡磨削過程中磨削力特性及其影響因素,通過對各分力的時域以及磨削力比分析,深入研究了曲面圓弧包絡磨削力在整個曲面磨削過程中的分布特征,在曲面圓弧包絡磨削過程中Fy力成為主磨削力,不但磨削力值最大變化幅度也最大。曲面圓弧包絡磨削過程由于砂輪與工件接觸面積較小、磨削力值相對較小,在所實驗的范圍內(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)和曲面磨削加工實驗裝置。針對輪胎模具胎側(cè)板大型回轉(zhuǎn)曲面精密加工要求,研制了回轉(zhuǎn)臺雙主軸曲面數(shù)控磨床,采用圓弧包絡磨削方法實現(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降低其表面粗糙度,顯著提高加工效率和精度?；谕鈭A磨床改造完成一臺曲面數(shù)控磨削實驗裝置,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),用于曲面圓弧包絡磨削工藝的研究