面向绿色制造的快速点磨削供液系统参数研究

论文摘要

快速点磨削技术（Quick-point Grinding）是集CBN超硬磨料,CNC技术和超高速外圆磨削等先进技术于一身的高效率、高柔性磨削加工工艺。其核心部件是配有三个磨削轴的数控回转砂轮架,采用三个磨削轴,实现在一次装夹中完成一个复杂轴类工件的综合加工。然而在国内外对其磨削机理,磨削质量控制等方面的研究及相关技术信息鲜有报道。因此关于该项磨削新工艺的许多关键技术及理论、新的应用领域还有待进一步开发研究。快速点磨削工艺的工作原理是：在水平和垂直两个方向上,要求砂轮轴线与工件轴线形成一定的角度。目的是使砂轮与工件之间在理论上形成点接触,由数控装置控制砂轮精确进给,完成整个外圆表面的磨削。由于快速点磨削过程中点磨削变量角的存在,其磨削层几何参数,磨削液注入方式等与常规磨削方式有很大的区别。点磨削变量角将显著影响磨削区形状和接触面积,因而也将影响磨削力、磨削热、磨削液供液流量、供液压力以及工件表面完整性等。本文对点磨削工艺特性及相关技术进行了理论分析和实验研究。根据点磨削侧边完成去除材料的工艺特性,建立了点磨削区的效当量直径、接触弧长、周边及侧边接触区域面积以及磨削功率等数学模型,推导了砂轮与工件周边接触面积、侧边接触面积与磨削功率的关系以及磨削液供给系统参数及关系的数学模型。总结全文,本论文的主要工作包括以下几个方面：（1）论述和分析了快速点磨削的工艺特征和国内外发展现状,磨削液供给方法及原理,阐述了本课题的研究背景及意义。（2）根据磨削几何学与运动学原理,分别建立了砂轮和工件的当量直径以及动态接触弧长等磨削参数的理论模型；分析了快速点磨削存在两个磨削区域,即侧边接触区和周边接触区,建立了侧边和周边接触区面积数学模型。分析了接触面积与磨削功率的关系,建立了点磨削功率的数学模型。（3）在分析了高速/超高速磨削砂轮周围旋转空气带动压力及速度分布特点的基础上,根据热力学原理及快速点磨削特点,分析并建立了磨削液的供给流量的理论模型,并且分析了磨削参数对供液流量的影响。（4）以快速点磨削加工工艺为理论出发点,设计并完成了接触面积对磨削冷却系统参数影响的实验研究,验证了点磨削是可以实现少无磨削液磨削加工的,符合面向绿色制造的机械加工工艺。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据和背景情况
• 1.2 数控快速点磨削的工艺特征
• 1.3 磨削液供给系统的概述
• 1.3.1 普通供液法
• 1.3.2 喷射供液法
• 1.3.3 穿流供液法
• 1.3.4 喷雾冷却法
• 1.3.5 浸渍砂轮
• 1.4 课题研究目的
• 第2章 快速点磨削接触区几何形态研究
• 2.1 快速点磨削的几何特性研究
• 2.1.1 接触区磨削参数
• 2.1.2 砂轮与工件周边接触区面积模型
• 2.1.2.1 快速点磨削周边接触层形状
• 2.1.2.2 接触区的面积计算
• 2.1.2.3 实例计算
• 2.2 磨削功率与接触面积的关系
• 2.2.1 快速点磨削侧边接触面积的计算
• 2.2.2 快速点磨削的磨削功率的计算
• 2.2.2.1 磨削力的计算
• 2.2.2.2 磨削功率的计算
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于少磨削液的供液系统参数的研究
• 3.1 引言
• 3.2 高压气流层对磨削液供给影响的研究
• 3.3 磨削液供给压力和速度
• 3.3.1 磨削液供液临界速度
• 3.3.2 磨削液供液临界压力
• 3.4 磨削液供给流量的计算
• 3.5 磨削液供液参数的优化方案
• 3.6 本章小结
• 第4章 接触区面积影响磨削供液参数的实验研究
• 4.1 实验条件
• 4.1.1 实验设备
• 4.1.2 实验测量仪器
• 4.1.2.1 三维表面轮廓仪
• 4.1.2.2 TH550电动数显洛氏硬度计
• 4.1.3 实验工件
• 4.2 实验方案
• 4.3 实验结果
• 4.4 结果分析
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的科研项目