高速外圓磨削機(jī)理的仿真與實(shí)驗(yàn)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(zhì)量，已成為當(dāng)今精密高效加工的發(fā)展趨勢(shì)。但是由于高速磨削過(guò)程中高度非線(xiàn)性的力、熱、化學(xué)及其耦合作用，人們對(duì)高速磨削加工機(jī)理還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，還不能掌握磨削工藝參數(shù)、砂輪材料及其性能參數(shù)對(duì)不同工件材料磨削質(zhì)量和效率等的影響，因此開(kāi)展高速磨削機(jī)理研究，尤其是高速外圓磨削機(jī)理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。由于受試驗(yàn)設(shè)備及手段的限制，目前國(guó)內(nèi)對(duì)CBN砂輪高速外圓磨削機(jī)理的工藝試驗(yàn)研究尚處于起步階

2、段，因此開(kāi)展CBN高速外圓磨削機(jī)理的仿真研究，揭示磨削力、磨削熱及其耦合作用對(duì)表面質(zhì)量的影響，乃至高速砂輪主軸系統(tǒng)及磨床關(guān)鍵部件的相關(guān)研究，減少物理實(shí)驗(yàn)等的消耗，進(jìn)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(duì)國(guó)內(nèi)外高速磨削技術(shù)研究的歷史和現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對(duì)外圓磨削理論進(jìn)行總結(jié)和推導(dǎo)的基礎(chǔ)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(guò)相關(guān)的試驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法的合理性后，運(yùn)用

3、該模型以實(shí)驗(yàn)研究、仿真分析和理論推導(dǎo)相結(jié)合的方法，對(duì)40Cr材料的高速外圓磨削機(jī)理進(jìn)行了研究。所做的工作主要包括：
　　 (1)基于DEFORM-3D對(duì)單顆磨粒外圓磨削過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，深入分析了磨削工藝參數(shù)、比磨削能等對(duì)磨削力、磨削熱的影響。仿真結(jié)果顯示：磨削力隨砂輪線(xiàn)速度的增大而減小，由于隨著磨削力的增大，磨削熱也相應(yīng)增大，由于力、熱的耦合作用，磨削力出現(xiàn)減小的趨勢(shì)。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(gè)穩(wěn)定值；磨削溫度隨磨削深度的增大而增大，隨砂輪線(xiàn)速度的增大而先增大后減小，其變化規(guī)律與“薩洛蒙”曲線(xiàn)基本一致，工件轉(zhuǎn)速對(duì)磨削溫度影響較小；在單個(gè)磨削周期內(nèi)，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(dá)到最大值，隨后緩慢下降；同時(shí)在弧區(qū)中心位置產(chǎn)生最大熱流，且熱流分布形狀可近似的看成是二次曲線(xiàn)分布。
　　 (

5、2)設(shè)計(jì)高速外圓磨削實(shí)驗(yàn)方案，在MK1432/H數(shù)控萬(wàn)能外圓磨床上搭建磨削力、磨削熱測(cè)試平臺(tái)，由于受到條件的限制，利用已有的平面磨削測(cè)力儀，通過(guò)設(shè)計(jì)加工測(cè)力基座，將外圓磨削過(guò)程中工件受到的三向力傳到測(cè)力儀表面，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；設(shè)計(jì)制作溫度采集卡，自制熱電偶工件進(jìn)行磨削熱的測(cè)量。
　　 (3)對(duì)高速外圓磨削工藝試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析研究，驗(yàn)證了本文所提出的仿真模型的合理性。工程試驗(yàn)結(jié)果顯示：砂輪線(xiàn)速度vs＜80m/s時(shí)，磨削力、磨削