金刚石砂轮修整器设计说明书.docx

金刚石砂轮修整器设计说明书-2 第1章磨削加工技术概述-3 第2章磨削原理-5 第3章超硬磨料及其磨具-10 3.1 超硬磨料磨具的加工特点-10 3.2 金刚石的性质-10 3.3 超硬磨料磨具结合剂的选择-11 3.4 浓度的选择-12 3.5 超硬磨料磨具的使用-12 3.6 超硬磨料磨具的磨削用量选择-13 第4章砂轮的磨损与修整-14 4.1 金刚石滚轮修整方法-14 4.2 金刚石滚轮切入修整机理-14 4.3 金刚石滚轮修整用量-14 4.4 金刚石滚轮摆式修整砂轮-15 4.5 金刚石修整器的尺寸-16 第5章磨削液-18 第6章磨削加工表面质量-24 体会与感受 -25 参考资料-26 第 3 页 共 29 页 摘要 随着科学技术的迅速发展国民经济各部门所需求的多品种多功能高精度高品质高度自动化的技术装备的开发和制造促进了先进制造技术的发展。磨削加工技术是先进制造技术中的重要领域是现代机械制造业中实现精密加工超精密加工最有效应用最广的基本工艺技术。 磨削加工技术主要包括了磨削原理材料去除机理工艺原理与工艺方法磨料磨具磨削液数控磨床磨削质量的控制计算机控制核技术与编程技术集成技术计算机仿真技术与软件技术现代管理技术等。 随着磨削技术的发展磨床在加工机床中也占有相当大的比例。据1997年欧洲机床展览会的调查数据表明25的企业认为磨削是他们应用的最主要的加工技术。磨床在企业中占机床的比例高达42车床占23铣床占22钻床占14。我国19491998年开发生产的通用磨床有1800多种专用磨床有几百种磨床的拥有量占金属切削机床总拥有量的左右。可见磨床技术及磨床在机械制造业中占有极其重要的地位。 总之磨削技术发展很快在机械加工中起着非常重要的作用。 本设计为金刚石砂轮修整器的设计主要应用在磨床上应用的主要原理也为磨削原理利用金刚石砂轮的硬度强度对磨床上的砂轮模具进行修整从而使其能够满足加工工件所应具有的条件从而提高砂轮的使用寿命提高工件的成品率。通过这次的设计使我深深的体会到怎样才能把所学的东西更好的运用到实践中在本次设计过程中我对机床有了更加深入了的了解我对机械基础知识的掌握的更加牢固。 第 4 页 共 29 页 Summary With rapid development of science and technology national economy the needs of various departments of multi-species multi-function high precision high-quality highly automated technology and equipment development and manufacturing to promote the development of advanced manufacturing technology. Grinding technology of advanced manufacturing technology in the important field of modern machinery manufacturing industry to achieve precision machining ultra precision machining the most effective most widely used basic technology. Grinding technology includes the grinding principles material removal mechanism process theory and process methods abrasives grinding fluid CNC grinding machine grinding quality control computer control of nuclear technology and programming techniques CAD / CAPP / CAM integration computer simulation technology and software technology modern management techniques. With the development of grinding technology grinding machine tools are also in possession of a large proportion. According to the 1997 European Machine Tool Exhibition EMO of the survey data show that 25 of enterprises believe that the grinding is their most important application of processing technology. Grinding machine in the proportion of business accounted for up to 42 23 lathes milling machines 22 14 drilling. China 1949-1998 the development and production of general-purpose grinding machine has more than 1800 kinds of there are hundreds of species of special grinding machine grinding machine has a metal cutting machine tools accounted for the total amount of about ownership. Visible grinding and grinding in the mechanical manufacturing technology plays an extremely important position. In short the grinding technology developed rapidly in machining plays a very important role. The design for the diamond grinding wheel dresser design mainly used in grinding the main principle applied for grinding principle using the hardness of diamond wheel grinding on the strength of the wheel die to repair so that it can meet the workpiece The conditions should be to enhance the service life of grinding wheel to raise the workpiece yield. With this design makes me realize how deeply can we have learned to better use in practice in this design process I have a machine with more in-depth understanding of the basics of my machine grasp more firmly. 第 5 页 共 29 页 第一章磨削加工技术概论 当今磨削加工技术的发展趋势是向着采用超硬磨料磨具发展高速高效高精度磨削新工艺装备CNC数控磨床的方向发展但普通磨床及专用磨床普通磨料磨具传统磨削工艺仍占有重要地位。资料表明磨削加工量约占机械加工总量的百分之至。在金属切削机床的个大类中磨床的品种规格是最为繁多的一类这正是为满足各种零件的不同材质不同形面不同的加工要求而开发的繁多磨削工艺方法所需要的结果。从加工工艺方法分类讲磨削加工是一个大类。磨削是一个总称。磨削涵盖了固结磨具的各种工艺方法游离磨粒加工的各种工艺方法及涂附磨具的各种工艺方法。各种工艺方法的去除机理工艺原理及工艺装备构成了磨削加工技术的体系。 磨削加工工艺系统是一个系统工程。磨削加工过程中所受的影响因素繁多加工过程中物理化学现象复杂。为提高磨削加工质量和磨削效率满足机械制造业的需求机械工程学科中的科研与工程技术人员技术工人运用多学科的基础理论和科学技术探索和揭示磨削过程的机理和规律研究和开发了各种磨削工艺方法及工艺装备形成了多学科基础理论与科学技术融合与交叉的具有综合性的磨削加工技术。 根据加工对象的工艺目的和要求不同磨削加工已发展成为多种加工形式的加工工艺。通常按工具类型进行分类可分为使用固定磨粒加工及使用自由磨粒加工两大类在此主要使用前者。 通常所说“磨削”主要是指用砂轮或砂带进行去除材料加工的工艺方法。它是应用广泛的高效精密的终加工工艺方法。 砂轮磨削方式根据加工对象、表面生成方法不同为外圆磨削。对旋转表面按工件夹紧和驱动方法为定心磨削。按砂轮进给方法相对于加工表面的关系可为纵向进给。按砂轮工作表面类型可为周边磨削。 磨削加工中的磨床、磨具、工件、夹具和量具等构成磨削工艺系统。从系统工程、信息及控制论观点出发磨削工艺系统由输入磨削过程输出组成。磨削工艺系统主要构成要素是信息流、物流及能量流的集成。任务是 将毛坯转变成具有一定尺寸、形状、位置精度及表面质量性能的零件。 尽可能使磨削过程在最佳条件下运行提高加工效率和降低生产成本。 要实现磨削加工两项根本目标必须认真考察系统的输入信息、磨削过程规律物理、化学、力学现象的规律及磨削的输出结果。 第 6 页 共 29 页 磨削加工是机械制造中生要的加工工艺。随着机械产品精度、可靠性和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的应用增多给磨削加工担出了许多新问题诸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亟待解决。当前磨削加工技术正朝着使用超硬磨料磨具开发精密及超精密磨削高速、高效磨削工艺及研制高精度、高风度的自动化磨床的方向发展。 砂轮的设计其截面形状的优化、粘结剂的结合强度及其选用性、砂轮基体的材料、砂轮的制造技术等都是非常重要的仍需对一些关键技术进行攻关?砂轮基体材料及制造技术的开发、设计及其优化。?砂轮新型粘结剂特别是选用于制造磨料磨具的粘结剂研究。?新型磨料的制备工艺如可使磨料容易产生新的切削刃。?新型砂轮的制造工艺既要使砂轮具有足够的容屑空间也要有更好的凸出性。?适合于超精密磨削的超微粉砂轮的制备技术。 现在用户不断寻求产品性能的完美性与可靠性要求产品具有更高的精度及更高的表面完整性产品制造厂家不断追求高的劳动生产率、低的生产成本要求产品一次制造合格及严格的制造一致性产品上为断采用新型材料。为适应需要磨削新工艺技术不断涌现即使传统磨削工艺技术也在根据不同工件材料和磨削条件进行优化磨削工艺参数确定最佳的磨削参数获得最佳的磨削效果。 当前精密磨削是指被加工零件的加工精度达1-0.1um表面粗糙度Ra为0.2-0.01um加工技术。超精密磨削的加工精度小于0.1um表面粗糙度Ra?0.025um磨床定位精度的分辨率和重复精度小于0.01um。用磨具进行磨削和用磨粒进行研磨和抛光是实现精密及超精密加工的主要方法。 实现磨削加工计算机控制与智能化对磨削过程进行监控是一个重要问题。解决磨削过程诸现象的信号识别、信号采集、信号数据处理、反馈与补偿需要高灵敏度的传感器还需要有专家系统或智能系统及软件设计等技术的支撑。对砂轮的磨损与破损情况采用声发射监控系统。 对磨削加工后零件尺寸、形状及位置精度表面质量进行检测分为离线与在线检测。对超精密磨削及游离磨粒加工后所获得高精度与低表面粗糙度的检测目前采用的检测方法有电子显微镜隧道扫描电子显微镜和光学式非接触测量如外差干涉法条纹干涉法激光散射法等。游离磨粒弹性发射加工系统是通过光识别表面光敏发光谱的方法实现被加工表面的自动检测。高精度的磨削表面的在线自动检测要比车、铣加工困难得多关键在于开发高灵敏度的传感器技术及信号采集、识别、处理技术。 第 7 页 共 29 页 第1章 磨削原理 磨削时磨床上相应的机构控制着砂轮使它与工件接触逐渐切除工件与砂轮相互干涉的部分形成被磨表面。影响磨削加工过程的因素很多使得对磨削研究比对切削机理的研究变得更加困难和复杂。为了实现磨削过程的最优控制就必须研究磨削加工中输入参数和输出参数之间的相互关系也就是必须研究磨削加工过程的物理规律-磨削机理。 磨削过程的特点及切屑形成 由于制造砂轮用的磨粒晶体的生长机理不同或制粒过程的破碎方法不同磨粒的形状一般是很不规则的。从宏观上看磨粒的开关近似于多棱锥体形状。在磨粒切削刃的几何特征研究中常根据刀具切削部分的几何参数定义来确定磨粒切刃的几何参数。它们影响着砂轮的锋锐程度、切削能力和容屑能力。 砂轮表面上同时参加切削的有效磨粒数不确定 砂轮工作表面的磨粒数很多相当于一把密齿刀具。据统计规律不同粒度和硬度的砂轮每平方厘米的磨粒数约为601400颗。但是在磨削过程中仅有一部分磨粒起切削作用。另一部分磨粒只在工作表面刻划出沟痕还有一部分磨粒公与工件表面滑擦。根据砂轮的特性及工作条件不同有效磨粒约占砂轮表面总磨粒数的10-50。砂轮有自锐作用 在切削加工中如果刀具磨损了切削就无法正常地进行下去必须重新刃磨刀具。磨削的情况不同因为砂轮上的切削刃是由硬质材料的磨粒尖端形成的当磨粒的微刃变钝时作用在磨粒上力增大使磨料局部被压碎形成新的微刃或整粒脱落露出新的磨粒微刃来工作。 磨削过程的三个阶断 第一阶段为滑擦阶断该阶段内切削刃与工件表面开始接触工件系统仅仅发生弹性变形。随着切削刃切过工件表面进一步发生变形因而法向力稳定地上升摩擦力及切向力也同时稳定增加即该阶段内磨粒微刃不起切削作用只是在工件表面滑擦。 第二阶段为耕犁阶段在滑擦阶段摩擦逐渐加剧越来越多的能量转变为热。当金属被加热到临界点逐步增加的法向应力超过了随温度上升而下降的材料屈服应力时切削刃就被压入塑料基体中。经塑性变形的金属被推向磨粒的侧面及前方最终导致表面的隆起。这就是磨犁作用这种耕犁作用构成了磨削过程的第二阶段。 磨削过程的第三阶段即切屑形成阶段。在滑擦和耕犁阶段中磨粒并不产生磨屑。由此可见要产生磨屑及切下金属存在着一个临界磨削深度。此外还可以看到磨粒切削刃推动于金属材料的流动使前方隆起两侧面形成沟壁随后将有磨屑沿切削刃前面滑出。 第 8 页 共 29 页 确定磨屑形成的技术 近年来用速度急停装置是砂轮个工件约在5ms之内进行分离对于许多磨屑状态来说在工件表面留下比较满意的切屑根。从切屑根的总数可以近似地得到有效切屑刃的数目从切屑根部所占的宽度可以测出砂轮与工件的接触长度切屑根部的形态表明了切屑形成的过程。 磨屑的形态 除重负荷磨削外磨粒一般切下的切屑非常细小根据不同的磨削条件磨屑的形态一般可分为三种带状切屑碎片状切屑和熔融的球状切屑。也有分为五种的即带状剪切形挤裂形积屑瘤形及熔球形。 事实上在复杂的、无规律的、多刃性的砂轮条件下确定磨屑形态是相当困难的。为了探索这方面的问题只能用单颗磨粒来做近似的模拟。 单颗粒磨削的试验方法是将磨粒用电镀镍或树脂粘结的方法固定在小杆上。然后装在金属盘上作为模拟砂轮。考虑到磨料在砂轮上的弹性安装问题因此用一小块砂轮来代替单颗磨粒注意在这一小块砂轮上选定一颗磨粒把它周围的磨粒用细金刚石油石修低但不能损伤被选定磨粒周围的结合剂。 实验表明在磨屑形成过程中磨粒倾角对一定的金属存在一定的临界值。若倾角为正时则得到带状切屑若倾角为负时仅得到一些断裂的碎切屑。这同单刃刀具的正负前角所产生的效果一致。一定金属的磨粒倾角临界值随着金属的发热量和切削液的使用不同而改变。 表征磨削过程的磨削要素 砂轮与工件的接触弧长砂轮与工件磨削时的接触弧长度是磨削过程中的极其重要的基本参数之一它几乎与所有的磨削参数有关系。尤其是它对磨削区的磨削温度、磨削力、砂轮与工件接触时的弹塑性变形以及被磨工件的表面完整性均有重要影响。关于砂轮与工件的接触弧长度是按几何接触长度、运动接触长度及真实接触长度来定义的。 磨削时的未变形磨屑形状可看作是曲边三角形鱼状体。磨粒擦过了工件表面时在工件表面上划出了形状尺寸各不相同或相互错开或相互重叠的许多细小刻痕由于刻痕深度不一所以未变形磨屑的厚度和大小不同。未变形磨屑厚度对磨削过程有较大的影响它不仅影响到作用在磨粒上力的大小同时也影响到磨削比能的大小以及磨削区的温度从而造成对砂轮的磨损以及对加工表面完整性的影响。 磨削力起源于工件与砂轮接触后引起的弹性变形、塑性变形、切屑形成以及磨粒和结合剂与工件表面之间的摩擦作用。研究磨削力的目的在于搞清楚磨削过程的一些基本情况它不仅是磨床设计的基础也是磨削研究中的主要问题磨削力几乎与所有的磨削有关系。为便于分析问题磨削力可为相互垂直的三个分力即沿砂轮切向的切向磨削力沿砂轮径 第 9 页 共 29 页 向的法向磨削力以及沿砂轮轴向的轴向磨削力。磨削力与砂轮耐用度、磨削表面粗糙度、磨削比能等腰三角形均有直接关系。实践中由于磨削力比较容易测量与控制因此常用磨削力来诊断磨削状态将此作为适应控制的评定参数之一。 磨削力的诸在实际工作中很重要不论是机床设计和工艺改进都需要知道磨削力。一般是用磨削力的计算公式来估算或者用实验的方法来测定。用实验的方法来测定工作量较大成本高。因此多年来的研究者一直试想通过建立理论模型找出准确通用的计算公式来解决工程中的问题。现有磨削力计算公式大体上可分为三类一类是根据因次解析法建立的磨削力计算公式一类是根据实验数据建立的磨削力计算公式另一类是根据因次解析用实验研究相结合的方法建立的通用磨削力计算公式。 磨削力的尺寸效应 所谓磨削过程中的尺寸效应是指随磨粒切学及平均磨削面积的减小单位磨削力或磨削比能愈大。也就是说随着切深的减小 切除单位体积材料需要更多的能量。目前解释尺寸效应生成的理论有三种其一是从工件的加工感化理论解释尺寸效应另一种是从金属物理学观点分析材料中裂纹与尺寸效应的关系。其三是用断裂力学原理对尺寸效应解释的观点。 磨削时被磨削层比切削时变形大得多其主要原因是磨削时磨粒的钝圆半径与磨削层厚度比值较切削加工时大得多的缘故。另外磨粒切刃有较大的负前角及磨削时挤压变形后才被切离。能过观察磨屑和磨削后工件表面的变质层并能过测量磨削力的大小与计算出的磨削比能的情况可知磨削时磨削比能比车削时大得多。 磨削力的理论公式对磨削过程做定性分析研究和大致估算时具有很大作用但