先進(jìn)制造技術(shù)第三章課件

1、第3章 先進(jìn)磨削加 工技術(shù)第3章 先進(jìn)磨削加 工技術(shù)先進(jìn)磨削加工技術(shù)前言3.1 高速與超高速磨削技術(shù)3.2 緩進(jìn)給深切磨削3.3 高效深切磨削3.4 精密和超精密砂帶磨削技術(shù)3.5 快速點(diǎn)磨削技術(shù)簡(jiǎn)介先進(jìn)磨削加工技術(shù)前言3.1 高速與超高速磨削技術(shù)3.2前言本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章教學(xué)重點(diǎn)導(dǎo)入案例前言本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解高速與超高速磨削技術(shù)的優(yōu)勢(shì)；明確砂輪和機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)明確緩進(jìn)給深切磨削的特點(diǎn)；了解緩進(jìn)給深切磨削的應(yīng)用及對(duì)機(jī)床的要求，掌握緩進(jìn)給深切磨削中溫升的控制方法掌握高效深切磨削原理；了解高效深切磨削對(duì)磨削系統(tǒng)的要求和高效深切磨床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)了解精密與超精密砂帶磨削的方式及特性；掌握砂帶修整

2、方法了解快速點(diǎn)磨削的技術(shù)特征及應(yīng)用情況；掌握快速點(diǎn)磨削砂輪的“三點(diǎn)定心”特性。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解高速與超高速磨削技術(shù)的優(yōu)勢(shì)；明確砂輪和機(jī)床結(jié)本章教學(xué)重點(diǎn)本章教學(xué)重點(diǎn)導(dǎo)入案例德國(guó)目前在快速點(diǎn)磨削這項(xiàng)新技術(shù)的研究開發(fā)上處于領(lǐng)先地位，目前已在汽車工業(yè)、工具制造業(yè)中得到應(yīng)用，尤其是在汽車零件加工領(lǐng)域，即發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸（圖1）、凸輪軸或齒輪軸等。這些零件大都包括切入、軸頸、軸肩、偏心及螺紋磨削過(guò)程，應(yīng)用此項(xiàng)工藝可以通過(guò)一次裝夾而實(shí)現(xiàn)全部加工，大大提高了零件加工精度及生產(chǎn)率。導(dǎo)入案例德國(guó)目前在快速點(diǎn)磨削這項(xiàng)新技術(shù)的研究開發(fā)上處于領(lǐng)先地快速點(diǎn)磨削發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸快速點(diǎn)磨削發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸3.1高速與超高速磨削技術(shù)定義：通常把

3、砂輪線速度在3035m/s的磨削稱為普通磨削，砂輪線速度超過(guò)4550m/s的即為高速磨削，速度在150180m/s以上者稱為超高速磨削。3.1高速與超高速磨削技術(shù)定義：通常把砂輪線速度在30353.1高速與超高速磨削技術(shù)3.1.1高速與超高速磨削的優(yōu)勢(shì)3.1.2高速與超高速磨削技術(shù)的研究發(fā)展歷程及現(xiàn)狀3.1.3高速與超高速磨削用砂輪3.1.4高速與超高速磨削機(jī)床3.1高速與超高速磨削技術(shù)3.1.1高速與超高速磨削的優(yōu)勢(shì)3.1.1高速與超高速磨削的優(yōu)勢(shì) 高速與超高速磨削是通過(guò)提高砂輪線速度來(lái)到提高材料磨除率和磨削質(zhì)量的，與普通磨削相比，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）能提高磨削效率并可實(shí)現(xiàn)工件

4、大余量的切除。（2）可明顯降低磨削力，提高零件的加工精度。（3）砂輪磨損減小，提高了砂輪使用壽命。（4）能改善工件表面完整性。（5）能實(shí)現(xiàn)對(duì)硬脆材料的高質(zhì)量磨削。3.1.1高速與超高速磨削的優(yōu)勢(shì) 高速與超高速磨削是通3.1.2高速與超高速磨削技術(shù)的研究發(fā)展歷程及現(xiàn)狀在高速與超高速磨削技術(shù)領(lǐng)域，德國(guó)和歐洲處于領(lǐng)先地位，日本后來(lái)居上，美國(guó)則在奮起直追。 1.歐洲 2.日本 3.美國(guó) 4.中國(guó)3.1.2高速與超高速磨削技術(shù)的研究發(fā)展歷程及現(xiàn)狀在高速與超歐洲在高速與超高速磨削技術(shù)領(lǐng)域的地位20世紀(jì)60年代末期歐洲就開始進(jìn)行高速磨削技術(shù)的研究，當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室磨削速度已達(dá)210230m/s。德國(guó)Guhring

5、 Automation公司于1983年制造了世界上第一臺(tái)高效深切磨床,功率60kW,轉(zhuǎn)速10000r/min，砂輪線速度達(dá)209m/s。19891992年德國(guó)納霍斯公司、居林自動(dòng)化公司先后推出了80160m/s的CBN磨床。20世紀(jì)90年代初,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了最高砂輪線速度350m/s的磨削實(shí)驗(yàn)。目前，德國(guó)Aachen工科大學(xué)正在進(jìn)行砂輪線速度為500m/s的超高速磨削試驗(yàn)研究。歐洲在高速與超高速磨削技術(shù)領(lǐng)域的地位20世紀(jì)60年代末期歐洲日本在高速與超高速磨削技術(shù)領(lǐng)域的地位日本在1990年10月第五屆“日本國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)”上，推出了120m/s的高速磨床。1993年前后，使用單顆粒金剛石進(jìn)行了250

6、m/s的超高速磨削試驗(yàn)研究。1996年又推出了125m/s的CBN砂輪平面磨床。之后,又相繼開發(fā)了160m/s以上的超高速磨床和400m/s的超高速平面磨床。目前，日本實(shí)用的磨削速度已達(dá)到了200m/s。至2000年，日本已進(jìn)行了500m/s的超高速磨削試驗(yàn)。日本在高速與超高速磨削技術(shù)領(lǐng)域的地位日本在1990年10月第美國(guó)在高速與超高速磨削技術(shù)領(lǐng)域的地位美國(guó)于1969年生產(chǎn)出80m/s的高速無(wú)心磨床。19701971年本迪克斯公司和Carnegie-Mellon大學(xué)先后研制成功91m/s切入式高速磨床和125m/s的外圓磨床。1993年，美國(guó)的Edgetek Machine公司首次推出圓周速度

7、達(dá)203m/s的單層CBN砂輪超高速磨床。1996年美國(guó)Connecticut大學(xué)磨削研究與發(fā)展中心研制成功最高磨削速度達(dá)250m/s的無(wú)心外圓磨床。目前美國(guó)的高效磨削磨床很普遍，主要是應(yīng)用CBN砂輪。美國(guó)在高速與超高速磨削技術(shù)領(lǐng)域的地位美國(guó)于1969年生產(chǎn)出8中國(guó)在高速與超高速磨削技術(shù)領(lǐng)域的地位我國(guó)于上世紀(jì)70年代開始有關(guān)高速與超高速磨削技術(shù)的研究工作。19751976年，試制成功了MS132型80m/s外圓磨床和MBSA1332型80m/s半自動(dòng)高速外圓磨床，磨削效率達(dá)到了車削和銑削的生產(chǎn)率。2000年湖南大學(xué)在中國(guó)數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)(CCMT2000)上，推出了線速度120m/s的數(shù)控凸輪軸

8、磨床。多年來(lái)，東北大學(xué)和湖南大學(xué)等一直在開展超高速磨削技術(shù)的研究，并先后研制出圓周速度200m/s超高速試驗(yàn)?zāi)ゴ埠?14m/s的超高速平面磨削試驗(yàn)臺(tái)。中國(guó)在高速與超高速磨削技術(shù)領(lǐng)域的地位我國(guó)于上世紀(jì)70年代開始3.1.3高速與超高速磨削用砂輪高速與超高速磨削用砂輪的設(shè)計(jì)和制造與磨削效果密切相關(guān)。高速與超高速磨削時(shí)，砂輪的高速回轉(zhuǎn)產(chǎn)生很大的離心力，因此要求高速與超高速磨削用砂輪應(yīng)具有高的動(dòng)平衡精度和抗裂性、良好的阻尼特性、高的剛度和良好的導(dǎo)熱性，而且其機(jī)械強(qiáng)度必須能承受高速與超高速磨削時(shí)的切削力等。3.1.3高速與超高速磨削用砂輪高速與超高速磨削用砂輪的設(shè)計(jì)3.1.3高速與超高速磨削用砂輪1.高

9、速與超高速磨削砂輪的結(jié)構(gòu)2.高速與超高速磨削砂輪的磨料3.多層超硬磨料砂輪的結(jié)合劑4.高速砂輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)3.1.3高速與超高速磨削用砂輪1.高速與超高速磨削砂輪的結(jié)高速與超高速磨削砂輪的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成：高速與超高速磨削砂輪與普通砂輪不同，其結(jié)構(gòu)形式由磨料層、過(guò)渡層和基體三部分組成。磨料層由超硬磨料、結(jié)合劑及填料組成，是砂輪進(jìn)行磨削加工的部分。過(guò)渡層由結(jié)合劑和其他材料組成，將磨料層牢固地把持在基體上，以保證磨料層被充分地使用?；w是砂輪的基本形體，起支承磨料層的作用。高速與超高速磨削砂輪的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成：高速與超高速磨削砂輪與普高速與超高速磨削砂輪的結(jié)構(gòu)分類：高速與超高速磨削砂輪可分為 1.單層超硬

10、磨料砂輪 2.多層可修整磨料砂輪高速與超高速磨削砂輪的結(jié)構(gòu)分類：高速與超高速磨削砂輪可分為單層超硬磨料砂輪分類：?jiǎn)螌映材チ仙拜営须婂兒透邷剽F焊兩種類型。工作原理：利用電鍍或釬焊工藝將經(jīng)特殊加工、尺寸均勻和細(xì)小的單層超硬磨料，采用鎳、鈷（電鍍）或銅（釬焊）等作基質(zhì)金屬（起粘接作用），使超硬磨料固結(jié)到經(jīng)精密加工成的一定尺寸和幾何形狀的基體表面上而成。特點(diǎn)：具有制造設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、型面精度高、容屑空間大、允許的線速度高、無(wú)需修整等優(yōu)良性能，在高速和超高速磨削中占據(jù)了無(wú)可爭(zhēng)議的主導(dǎo)地位。單層超硬磨料砂輪分類：?jiǎn)螌映材チ仙拜営须婂兒透邷剽F焊兩種類單層超硬磨料砂輪兩種單層超硬磨料砂輪的對(duì)比

11、：電鍍砂輪：為磨屑提供了充足的空間，其磨屑酷似微小銑削切屑，磨削時(shí)砂輪非常鋒利，磨削力小，有很高的材料磨除率。但對(duì)環(huán)境造成污染。高溫釬焊砂輪：使砂輪壽命大大提高，砂輪工作線速度可達(dá)到300500m/s以上，可大大增加容屑空間（見圖3-1），砂輪不易堵塞，基本上不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何污染。是今后高速與超高速磨削首選的磨削工具。單層超硬磨料砂輪兩種單層超硬磨料砂輪的對(duì)比：三種不同結(jié)合劑產(chǎn)生的容屑空間三種不同結(jié)合劑產(chǎn)生的容屑空間多層可修整磨料砂輪多層可修整磨料砂輪的磨粒是靠結(jié)合劑包埋鑲嵌固定的。傳統(tǒng)的多層超硬件砂輪的主要缺點(diǎn)是大量磨料被結(jié)合劑包埋，砂輪容屑空間較?。ㄉ踔翢o(wú)容屑空間），為使砂輪鋒利，需不斷

12、對(duì)砂輪進(jìn)行修整。在磨削加工過(guò)程中，隨著磨粒的鈍化，砂輪極易堵塞，導(dǎo)致磨削力上升，溫度升高。為降低磨削溫度、減少磨削燒傷，只能在磨削過(guò)程中大量使用磨削液，而這又會(huì)加重環(huán)境污染，大大降低磨削加工的綠色程度。多層可修整磨料砂輪多層可修整磨料砂輪的磨粒是靠結(jié)合劑包埋鑲嵌高速與超高速磨削砂輪的磨料磨料是構(gòu)成砂輪的主要原料，在磨削過(guò)程中對(duì)工件起切削作用，應(yīng)具有高的硬度和適當(dāng)?shù)拇嘈?。高速與超高速磨削砂輪的磨料主要是立方氮化硼、金剛石及一些新型磨料。立方氮化硼和金剛石被稱為超硬磨料。由于金剛石易和鐵族元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，故適于磨削硬質(zhì)合金及非金屬硬脆材料；立方氮化硼砂輪則適于磨削硬而韌的黑色金屬材料及高溫硬度高

13、、熱傳導(dǎo)率低的黑色金屬材料。高速與超高速磨削砂輪的磨料磨料是構(gòu)成砂輪的主要原料，在磨削過(guò)高速與超高速磨削砂輪的磨料新型磨料主要有微晶氧化鋁磨料、CDA磨料、ABN800和ABN600磨料。微晶氧化鋁磨料（SG）硬度高、自銳性好，用其制作的砂輪具有耐磨性好、磨削熱少、使用壽命長(zhǎng)、磨除率高和磨削質(zhì)量好、成本低，對(duì)磨削機(jī)床無(wú)任何特殊要求，砂輪易修整,價(jià)格適中。CDA具有微刃破碎的自銳作用，可以提高磨削比、降低磨削功率消耗。ABN800和ABN600具有較高的抗壓強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。磨削時(shí)產(chǎn)生的磨削力小、功率消耗少、加工質(zhì)量好、使用壽命長(zhǎng)，更適合高生產(chǎn)率磨削。高速與超高速磨削砂輪的磨料新型磨料主要有微晶氧

14、化鋁磨料、CD多層超硬磨料砂輪的結(jié)合劑多層超硬磨料砂輪有陶瓷、樹脂和金屬三種結(jié)合劑。陶瓷結(jié)合劑具有多孔性，比樹脂砂輪耐用，但性脆，韌性及彈性較差，不能承受側(cè)面彎矩力，不適于在惡劣的沖擊或重載荷條件下工作。樹脂結(jié)合劑對(duì)磨料的結(jié)合強(qiáng)度較弱，磨削時(shí)自銳性好，不易堵塞，磨削效率高、磨削力小，磨削溫度低。主要用于要求磨削效率高，表面粗糙度值較低的場(chǎng)合。其不足是耐磨性較差，砂輪磨損較大，不適合重負(fù)荷磨削。多層超硬磨料砂輪的結(jié)合劑多層超硬磨料砂輪有陶瓷、樹脂和金屬三多層超硬磨料砂輪的結(jié)合劑金屬結(jié)合劑應(yīng)用較廣的有青銅基和鑄鐵基結(jié)合劑。青銅基結(jié)合劑剛性好、強(qiáng)度高、耐磨性好、使用壽命長(zhǎng)、形狀保持性好，能承受較大的

15、載荷。但自銳性差、易堵塞、發(fā)熱、修整較困難。青銅基砂輪主要用于玻璃、陶瓷等非金屬硬脆材料的磨削。鑄鐵基結(jié)合劑強(qiáng)度高、不易破損、耐磨性好、具有良好的整形修銳性，鑄鐵基砂輪適于磨削各種硬脆材料。多層超硬磨料砂輪的結(jié)合劑金屬結(jié)合劑應(yīng)用較廣的有青銅基和鑄鐵基高速砂輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)高速與超高速磨削，首先必須解決的問(wèn)題是砂輪在磨削時(shí)的安全性，而安全性很大程度上依賴于砂輪基體的強(qiáng)度，對(duì)磨料層強(qiáng)度、基體與磨料層的結(jié)合強(qiáng)度也有很高要求。為了保證砂輪在高速與超高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下承受巨大離心力而不破碎，砂輪基體材料及形狀必須依據(jù)機(jī)床性能、使用要求、加工對(duì)象等進(jìn)行綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)。圖3-2所示為采用有限元法運(yùn)用ANSYS優(yōu)

16、化設(shè)計(jì)的超高速砂輪鋁合金基體的截面形狀。高速砂輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)高速與超高速磨削，首先必須解決的問(wèn)題超高速砂輪基體優(yōu)化后的截面形狀超高速砂輪基體優(yōu)化后的截面形狀3.1.4高速與超高速磨削機(jī)床高速與超高速磨削機(jī)床除具有普通磨床的一般功能外，還應(yīng)具有如下特點(diǎn)：1.良好的動(dòng)態(tài)特性；2.超高速條件下砂輪的緊固和高強(qiáng)度；3.高安全性；4.高的運(yùn)動(dòng)精度；5.高的熱穩(wěn)定性；6.高速砂輪的動(dòng)平衡性。3.1.4高速與超高速磨削機(jī)床高速與超高速磨削機(jī)床除具有普通3.1.4高速與超高速磨削機(jī)床高速與超高速磨削機(jī)床的組成：1.高速主軸單元2.進(jìn)給系統(tǒng)3.高剛性的床身4.冷卻系統(tǒng)3.1.4高速與超高速磨削機(jī)床高速與超高

17、速磨削機(jī)床的組成：高速主軸單元主軸的高速化要求主軸有足夠的剛度、回轉(zhuǎn)精度、熱穩(wěn)定性好、可靠、功耗低、壽命長(zhǎng)等。高速主軸結(jié)構(gòu)單元研究的關(guān)鍵技術(shù)：高性能內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、電主軸的損耗和溫升抑制技術(shù)、大功率高速閉環(huán)矢量控制技術(shù)、高精度主軸定位控制技術(shù)、高速軸承及其潤(rùn)滑散熱冷卻技術(shù)、在線測(cè)試及動(dòng)平衡技術(shù)、主軸系統(tǒng)的潤(rùn)滑和冷卻等。主軸軸承可采用陶瓷滾動(dòng)軸承、磁懸浮軸承、空氣靜壓軸承或液體動(dòng)靜壓軸承等。高速主軸單元主軸的高速化要求主軸有足夠的剛度、回轉(zhuǎn)精度、熱穩(wěn)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)是評(píng)價(jià)高速與超高速磨床性能的重要指標(biāo)之一。隨著高速與超高速加工的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外都普遍采用了直線伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，有效

18、避免了傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動(dòng)中的反向間隙、彈性變形、摩擦磨損和剛度不足等缺陷，可獲得高精度的高速移動(dòng)并具有極好的穩(wěn)定性。進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)是評(píng)價(jià)高速與超高速磨床性能的重要指標(biāo)之一。高剛性的床身為了提高高速磨床的剛度，目前國(guó)內(nèi)外都有采用人造花崗巖來(lái)制造機(jī)床的床身和立柱，也有將立柱和底座整體鑄造而成，還有采用在鋼板焊接件內(nèi)腔中填充阻尼材料以提高其抗振性。高剛性的床身為了提高高速磨床的剛度，目前國(guó)內(nèi)外都有采用人造花冷卻系統(tǒng)采用恰當(dāng)?shù)哪ハ饕鹤⑷敕椒?，增加磨削液進(jìn)入磨削區(qū)的有效部分，提高冷卻和潤(rùn)滑效果，對(duì)于改善工件質(zhì)量、減少砂輪磨損極其重要。為實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削區(qū)的冷卻，沖走磨屑，磨削液的注入必須有足夠大的動(dòng)能，以沖

19、破砂輪周圍的高速氣流，使磨削液抵達(dá)磨削區(qū)，故與普通磨削相比，磨削液的流量、壓力均成倍增加。磨削液注入方式：高壓噴射法、空氣擋板輔助截?cái)鄽饬鞣?、砂輪?nèi)冷卻法和開槽砂輪法等，采用新穎的磨削液注入方式和特殊設(shè)計(jì)的鞋形噴嘴，將有效地去除空氣障膜層的影響，使磨削液能最大限度進(jìn)入磨削。冷卻系統(tǒng)采用恰當(dāng)?shù)哪ハ饕鹤⑷敕椒?，增加磨削液進(jìn)入磨削區(qū)的有效3.2緩進(jìn)給深切磨削緩進(jìn)給深切磨削也稱作緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削，是一種高效的磨削加工工藝方法，它是以較大的切深和很小的工件進(jìn)給速度磨削工件，通過(guò)增大砂輪切削深度來(lái)增加磨屑長(zhǎng)度，以獲得高磨除率（高出普通磨削5倍以上）。該方法在平面磨削中占有主導(dǎo)地位，主要用在磨削溝槽和成型表面

20、。3.2緩進(jìn)給深切磨削緩進(jìn)給深切磨削也稱作緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削，是一3.2緩進(jìn)給深切磨削3.2.1 緩進(jìn)給深切磨削的特點(diǎn)3.2.2 對(duì)緩進(jìn)給深切磨床的要求3.2.3 緩進(jìn)給深切磨削中工件表面完整性3.2.4緩進(jìn)給深切磨削中溫升的控制3.2.5 緩進(jìn)給深切磨削的應(yīng)用3.2緩進(jìn)給深切磨削3.2.1 緩進(jìn)給深切磨削的特點(diǎn)3.2.1 緩進(jìn)給深切磨削的特點(diǎn)與普通磨削相比，緩進(jìn)給深切磨削具有如下特點(diǎn)：（1）加工效率高（2）砂輪沖擊損傷小，工件形狀精度穩(wěn)定（3）擴(kuò)大了磨削工藝范圍（4）磨削力大、磨削溫度高（5）工件精度穩(wěn)定，加工精度高3.2.1 緩進(jìn)給深切磨削的特點(diǎn)與普通磨削相比，緩進(jìn)給深切3.2.2 對(duì)緩進(jìn)給深

21、切磨床的要求基于緩進(jìn)給深切磨削技術(shù)的特點(diǎn)，在進(jìn)行緩進(jìn)給深切磨床設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注下述幾個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題：（1）機(jī)床必須具有足夠大的主軸傳動(dòng)功率和剛度，電動(dòng)機(jī)功率一般在10kw以上。（2）砂輪主軸系統(tǒng)的精度要高。（3）緩進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用機(jī)械傳動(dòng)，工作臺(tái)縱向進(jìn)給速度為20500mm/min，要求平穩(wěn)無(wú)爬行現(xiàn)象，應(yīng)設(shè)有快速返程裝置。3.2.2 對(duì)緩進(jìn)給深切磨床的要求基于緩進(jìn)給深切磨削技術(shù)的3.2.2 對(duì)緩進(jìn)給深切磨床的要求（4）機(jī)床的總體剛度要好熱變形小，能承受比傳統(tǒng)磨削大得多的磨削力。（5）要具有良好的冷卻、沖洗和過(guò)濾系統(tǒng)。（6）采用先進(jìn)的CNC控制系統(tǒng)，具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高功能化特性，能實(shí)現(xiàn)高速插

22、補(bǔ)和程序段處理，以及有效的超前處理能力。3.2.2 對(duì)緩進(jìn)給深切磨床的要求（4）機(jī)床的總體剛度要好3.2.3緩進(jìn)給深切磨削中工件表面完整性1.表面粗糙度2.磨削表面燒傷3.殘余應(yīng)力3.2.3緩進(jìn)給深切磨削中工件表面完整性1.表面粗糙度表面粗糙度緩進(jìn)給深切磨削砂輪與工件接觸弧長(zhǎng)度 大，速度比（ )大，單顆磨粒承受的磨削力小，隨磨削時(shí)間 延長(zhǎng)，砂輪磨損不嚴(yán)重，砂輪地貌變化小，因而零件表面粗糙度變化較緩慢，初磨狀態(tài)取決于砂輪修整狀況，速度比增大，粗糙度值下降。表面粗糙度緩進(jìn)給深切磨削砂輪與工件接觸弧長(zhǎng)度 大，速度比（磨削表面燒傷緩進(jìn)給深切磨削的磨削溫度雖不高，但因磨削深度 大，砂輪與工件接觸面積大，

23、當(dāng)磨削液的注入壓力及流量不足、沖洗壓力低及砂輪選擇不當(dāng)時(shí)，也會(huì)在接觸區(qū)發(fā)生不同程度的燒傷。磨削表面燒傷緩進(jìn)給深切磨削的磨削溫度雖不高，但因磨削深度 殘余應(yīng)力緩進(jìn)給深切磨削所形成的工件表面殘余應(yīng)力是擠光效應(yīng)、壓粗效應(yīng)、熱效應(yīng)及熱比容變化效應(yīng)等綜合作用的結(jié)果。擠光效應(yīng)作用占主導(dǎo)，殘余應(yīng)力主要是塑性變形引起的?；旧鲜菈簯?yīng)力。增大磨削深度及工件速度，均使單顆磨粒的磨削厚度增加，加劇壓粗效應(yīng)大于擠光效應(yīng)，同時(shí)熱效應(yīng)亦增加，磨削深度的影響顯著，所以磨削深度、工件速度增加，都使殘余應(yīng)力增大。殘余應(yīng)力緩進(jìn)給深切磨削所形成的工件表面殘余應(yīng)力是擠光效應(yīng)、壓3.2.4緩進(jìn)給深切磨削中溫升的控制為有效控制緩進(jìn)給深切

24、磨削中的溫升，避免工件表面磨削燒傷，可采取下列措施：（1）采用高壓、大流量磨削液進(jìn)行冷卻、沖洗砂輪。（2）選用超軟大氣孔組織砂輪，可以減少砂輪與工件的的實(shí)際接觸面積，保持磨粒處于鋒利狀態(tài)，砂輪通過(guò)大氣孔將磨削液帶入磨削區(qū)，并在離心力作用下磨削液進(jìn)入磨削區(qū)，進(jìn)行熱交換后，又被氣孔帶出磨削區(qū)，使磨削區(qū)溫度下降。3.2.4緩進(jìn)給深切磨削中溫升的控制為有效控制緩進(jìn)給深切磨削3.2.4緩進(jìn)給深切磨削中溫升的控制（3）選用開槽砂輪，以減少砂輪與工件的接觸面積，磨削液通過(guò)槽內(nèi)壓入磨削區(qū)，并改變磨削液流動(dòng)方向，提高冷卻效果，降低磨削溫度。3.2.4緩進(jìn)給深切磨削中溫升的控制（3）選用開槽砂輪，以減3.2.5

25、緩進(jìn)給深切磨削的應(yīng)用緩進(jìn)給深切磨削適用于加工各種型面和溝槽，特別是能有效地磨削難切削材料的各種成形表面，其主要的應(yīng)用場(chǎng)合如下：（1）緩進(jìn)給深切磨削的加工效率和銑、拉、刨、車等常規(guī)加工方式一樣，但公差范圍更小，幾乎不出現(xiàn)毛刺，可取代上述加工方式。（2）陶瓷、金屬陶瓷復(fù)合材料、晶須加強(qiáng)材料以及高溫超級(jí)合金之類的新一代材料的磨削加工。（3）用于高硬度的鑄鐵、淬硬鋼以及鐵基、鎳基、鈷基高溫合金材料和其它難加工材料的加工。3.2.5 緩進(jìn)給深切磨削的應(yīng)用緩進(jìn)給深切磨削適用于加工各3.2.5 緩進(jìn)給深切磨削的應(yīng)用（4）用于加工纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料或纖維增強(qiáng)型金屬材料，可避免銑削、拉削或車削加工容易造成的纖維

26、撕裂，并由此造成材料強(qiáng)度和表面質(zhì)量降低等不良后果。（5）加工鈦、鎂類活性合金材料。（6）超硬、脆硬材料的加工。（7）高精度空間曲面和窄深槽的加工。3.2.5 緩進(jìn)給深切磨削的應(yīng)用（4）用于加工纖維增強(qiáng)型復(fù)3.3 高效深切磨削3.3.1 概述3.3.2 高效深切磨削原理3.3.3 高效深切磨削對(duì)磨削系統(tǒng)的要求3.3 高效深切磨削3.3.1 概述3.3.1 概述定義：高效深切磨削是集砂輪高速度（100250m/s）、高進(jìn)給速度（0.510m/min）和大切深（0.130mm）為一體的高效率磨削技術(shù)，可直觀地看成是緩進(jìn)給磨削和超高速磨削的結(jié)合。應(yīng)用場(chǎng)合：高效深切磨削磨除率極高，特別適于進(jìn)行溝槽零件的

27、全磨削深度單行程磨削。此項(xiàng)技術(shù)已成功地用于絲杠、螺桿、齒輪、轉(zhuǎn)子槽、工具溝槽等以磨代銑加工。3.3.1 概述定義：高效深切磨削是集砂輪高速度（1003.3.2 高效深切磨削原理原理：在高效深切磨削中，由于高的工件進(jìn)給速度，磨削熱進(jìn)入工件的深度比緩進(jìn)給磨削要淺，大量磨削熱集中在砂輪與工件的接觸層（即砂輪與工件接觸面的表層），導(dǎo)致該層溫度上升、受熱軟化，而該層在加工中作為磨屑被快速而且連續(xù)的去除，從而帶走大量的磨削熱。再加上磨削液在高效深切磨削條件下高的導(dǎo)熱性，帶走大量的磨削熱。因此，在高磨除率條件下，工件的磨削溫度較低。3.3.2 高效深切磨削原理原理：在高效深切磨削中，由于高3.3.2 高效深

28、切磨削原理在高效深切磨削中工件進(jìn)給速度是最重要的，只有采用高的工作臺(tái)速度，才能將工件表面保持在一個(gè)不會(huì)產(chǎn)生熱損傷的溫度上。砂輪可以稱為一個(gè)熱源，工件進(jìn)給速度高才能較快地磨出表面，使大部分能量傳給碎屑和磨削液，并很快從接觸區(qū)帶走。如圖3-3所示，當(dāng)砂輪線速度達(dá)到100m/s以后再繼續(xù)提高時(shí)，磨削溫度反而下降，直至線速度達(dá)到150m/s時(shí)，其溫度大致與60m/s時(shí)一樣。3.3.2 高效深切磨削原理在高效深切磨削中工件進(jìn)給速度是3.3.2 高效深切磨削原理3.3.2 高效深切磨削原理3.3.2 高效深切磨削原理提高金屬單位磨除率不會(huì)導(dǎo)致磨削力和能量增加。高效深切磨削所消耗的能量比緩進(jìn)給磨削低得多，不

29、足緩進(jìn)給磨削所消耗能量的10%。原因是高效深切磨削工件進(jìn)給速度大，未變形切屑變厚，生成切屑所消耗的能量顯著減少。圖3-4表示工件速度和金屬磨除率對(duì)磨削表面區(qū)溫度的影響。試驗(yàn)已表明，在緩進(jìn)給磨削和高效深切磨削范圍之間，存在一個(gè)溫度較高的區(qū)域（圖中A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的區(qū)域），在該區(qū)域工件表面容易發(fā)生燒傷。3.3.2 高效深切磨削原理提高金屬單位磨除率不會(huì)導(dǎo)致磨削3.3.2 高效深切磨削原理3.3.2 高效深切磨削原理3.3.3 高效深切磨削對(duì)磨削系統(tǒng)的要求1.砂輪2.高速主軸單元3.機(jī)床結(jié)構(gòu)4.冷卻系統(tǒng)3.3.3 高效深切磨削對(duì)磨削系統(tǒng)的要求1.砂輪砂輪高效深切磨削的砂輪應(yīng)具有好的耐磨性、高的動(dòng)平衡精

30、度和抗裂性、良好的阻尼特性、高的剛度和良好的導(dǎo)熱性，而且其機(jī)械強(qiáng)度必須能承受高速、超高速磨削時(shí)的切削力等。磨削鋼鐵材料一般使用CBN磨料，粒度在6080號(hào)為宜。砂輪高效深切磨削的砂輪應(yīng)具有好的耐磨性、高的動(dòng)平衡精度和抗裂砂輪為了保證砂輪在整個(gè)使用壽命中保持鋒利，砂輪的結(jié)構(gòu)需有利于磨粒分裂。砂輪修整是決定磨削質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，不同的修整方法具有不同的特點(diǎn)，因而應(yīng)用中需綜合考慮加工條件、工件材料、砂輪材料等因素，以選擇最佳修整方案。砂輪平衡是獲得高的工件表面質(zhì)量及砂輪壽命的前提，對(duì)高速旋轉(zhuǎn)下的高效深切磨削砂輪必須在工作轉(zhuǎn)速下進(jìn)行分級(jí)動(dòng)平衡。砂輪為了保證砂輪在整個(gè)使用壽命中保持鋒利，砂輪的結(jié)構(gòu)需有

31、利于高速主軸單元高效深切磨削用主軸單元的性能，在很大程度上決定了高速磨床所能達(dá)到的最高磨削速度極限。主軸的高速化要求主軸有足夠的剛度，回轉(zhuǎn)精度高，熱穩(wěn)定性好，可靠，功耗低，壽命長(zhǎng)等。要滿足這些要求，主軸的制造及動(dòng)平衡，主軸的支撐（軸承），主軸系統(tǒng)的潤(rùn)滑和冷卻，系統(tǒng)的剛性等是很重要的。為減小由于磨削速度的提高而增加的動(dòng)態(tài)力，要求砂輪主軸及主軸電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行極其精確，且振動(dòng)極小。高速主軸單元高效深切磨削用主軸單元的性能，在很大程度上決定了機(jī)床結(jié)構(gòu)高效深切加工不但要求機(jī)床有很高的主軸轉(zhuǎn)速和功率，而且同時(shí)要求機(jī)床工作臺(tái)有很高的進(jìn)給速度和運(yùn)動(dòng)加速度。盡可能組合多種磨削功能，實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)磨床上能完成所有的磨

32、削工序。還要求機(jī)床有高動(dòng)態(tài)精度、高阻尼、高抗振性和熱穩(wěn)定性，高度自動(dòng)化和可靠的磨削過(guò)程。磨床支承構(gòu)件是砂輪架、頭架、尾架、工作臺(tái)等部件的支撐基礎(chǔ)件，要求它有良好的靜剛度、動(dòng)剛度及熱剛度。機(jī)床結(jié)構(gòu)高效深切加工不但要求機(jī)床有很高的主軸轉(zhuǎn)速和功率，而且冷卻系統(tǒng)采用恰當(dāng)?shù)淖⑷敕椒?，增加磨削液進(jìn)入磨削區(qū)的有效部分，提高冷卻和潤(rùn)滑效果，對(duì)于改善工件質(zhì)量和減少砂輪磨損是極其重要的。在高速條件下，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削區(qū)的冷卻，沖走切屑，噴注的磨削液必須有足夠大的動(dòng)能，以沖破砂輪周圍的高速氣流，使磨削液抵達(dá)磨削區(qū)。故與普通磨削相比，磨削液的流量、壓力均成倍增加。此外，為了保證高速高效磨削的表面質(zhì)量，提高磨削液的利用率

33、，減少磨削液中殘留雜質(zhì)對(duì)加工質(zhì)量及機(jī)床系統(tǒng)的不良影響，必須采用一套高效高過(guò)濾精度的磨削液過(guò)濾裝置。冷卻系統(tǒng)采用恰當(dāng)?shù)淖⑷敕椒?，增加磨削液進(jìn)入磨削區(qū)的有效部分，3.4 精密和超精密砂帶磨削技術(shù)3.4.1 概述3.4.2 砂帶磨削特點(diǎn)3.4.3 精密和超精密砂帶磨削方式3.4.4 精密砂帶磨床和砂帶頭架3.4.5 砂帶選擇及其修整3.4 精密和超精密砂帶磨削技術(shù)3.4.1 概述3.4.1 概述定義：砂帶磨削是一種高精度、高效率、低成本的新磨削方法，能獲得高的加工精度和表面質(zhì)量，有“萬(wàn)能磨削”和“冷態(tài)磨削”之稱。特點(diǎn)：加工效率高，應(yīng)用范圍廣,適應(yīng)性強(qiáng),使用成本低,操作安全方便等。適用場(chǎng)合：砂帶磨削廣

34、泛地應(yīng)用于各種材料的磨削和拋光中，特別適用于加工大型薄板、帶材、長(zhǎng)徑比很大的薄壁孔和外圓。3.4.1 概述定義：砂帶磨削是一種高精度、高效率、低成本3.4.2 砂帶磨削特點(diǎn)砂帶磨削的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：（1）砂帶磨削除了具有砂輪同樣的滑擦、耕犁和切削作用外，還有磨粒對(duì)工件表面的擠壓作用，并使之產(chǎn)生塑性變形、冷硬層變化和表層撕裂，以及由于摩擦使接觸點(diǎn)溫度升高，而引起的熱塑性流動(dòng)等綜合作用。（2）經(jīng)過(guò)精選的針狀磨粒采用先進(jìn)的“靜電植砂法”，使磨粒均勻直立于基底、且鋒口向上、定向整齊排列，等高性好，容屑間隙大，接觸面小，具有較好的切削性能。3.4.2 砂帶磨削特點(diǎn)砂帶磨削的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：3.4.2 砂

35、帶磨削特點(diǎn)（3）砂帶磨削時(shí)接觸面小，摩擦發(fā)熱少，可以有效地減少工件變形及燒傷，加工精度高，砂帶在磨削時(shí)是柔性接觸，具有較好地磨削、研磨和拋光等多重作用，再加上磨削系統(tǒng)振動(dòng)小，磨削速度穩(wěn)定使得表面加工質(zhì)量粗糙度值小，殘余應(yīng)力狀態(tài)好，工件的粗糙度值可達(dá)Ra=0.05 0.01m，且表面粗糙度值均勻，加工表面質(zhì)量高。（4）砂帶磨削可以用于平面、外圓、內(nèi)圓磨削、復(fù)雜的異形面加工。3.4.2 砂帶磨削特點(diǎn)（3）砂帶磨削時(shí)接觸面小，摩擦發(fā)熱3.4.3 精密和超精密砂帶磨削方式砂帶磨削方式分為開式砂帶磨削和閉式砂帶磨削兩大類。開式砂帶磨削質(zhì)量穩(wěn)定，磨削效果好，但效率不如閉式砂帶磨削，多用于精密和超精密磨削，

36、如圖3-5（a）所示為開式外圓磨削。閉式砂帶磨削加工效率高，但噪聲大，易發(fā)熱，適用于粗、半精和精加工，圖3-5（b）所示為閉式外圓磨削。3.4.3 精密和超精密砂帶磨削方式砂帶磨削方式分為開式砂3.4.3 精密和超精密砂帶磨削方式3.4.3 精密和超精密砂帶磨削方式3.4.4 精密砂帶磨床和砂帶頭架定義：砂帶磨床是根據(jù)工件形狀，以相應(yīng)的接觸形式，用高速運(yùn)動(dòng)的砂帶對(duì)工件表面進(jìn)行磨削和拋光的機(jī)床。類型：一般分為外圓砂帶磨床、內(nèi)圓砂帶磨床、無(wú)心砂帶磨床、平面砂帶磨床、寬砂帶磨床和專用砂帶磨床等，其關(guān)鍵部件是砂帶頭架。砂帶磨削頭架構(gòu)成：主要由卷帶輪、接觸輪、砂帶輪、電動(dòng)機(jī)、基座等構(gòu)成。3.4.4 精密

37、砂帶磨床和砂帶頭架定義：砂帶磨床是根據(jù)工件3.4.4 精密砂帶磨床和砂帶頭架定義：砂帶振動(dòng)磨削，它是將開式砂帶磨削和振動(dòng)疊加起來(lái)形成的一種復(fù)合加工。一般振動(dòng)是疊加在接觸輪的軸向方向，其振動(dòng)的主要作用是：（1）在開式砂帶磨削中振動(dòng)可以彌補(bǔ)工件不能高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的效率下降，使加工效率大大提高。（2）振動(dòng)的疊加可以形成復(fù)雜而又不重復(fù)的磨削軌跡，形成網(wǎng)狀紋路，有利于降低表面粗糙度值，得到很低的粗糙度值加工表面。3.4.4 精密砂帶磨床和砂帶頭架定義：砂帶振動(dòng)磨削，它是3.4.4 精密砂帶磨床和砂帶頭架（3）由于振動(dòng)的作用，可以采用干式磨削，加工表面不易出現(xiàn)劃痕，對(duì)加工軟材料非常有利。（4）對(duì)于寬砂帶，沿接

38、觸輪軸向振動(dòng)可使砂帶不跑偏和磨損均勻。 圖3-6是一種磨削外圓或平面的開式砂帶振動(dòng)磨削頭架。3.4.4 精密砂帶磨床和砂帶頭架（3）由于振動(dòng)的作用，可3.4.4 精密砂帶磨床和砂帶頭架3.4.4 精密砂帶磨床和砂帶頭架3.4.4 精密砂帶磨床和砂帶頭架接觸輪是砂帶頭架上最重要的關(guān)鍵零件，其基本結(jié)構(gòu)如圖3-7示，輪轂和外緣由不同材料制成，一般輪轂用鋼鐵制造，外緣視磨削要求不同，可選用鋼、銅、橡膠等材料。接觸輪的主要參數(shù)有外緣材料、硬度、表面形狀及尺寸等。3.4.4 精密砂帶磨床和砂帶頭架接觸輪是砂帶頭架上最重要3.4.4 精密砂帶磨床和砂帶頭架3.4.4 精密砂帶磨床和砂帶頭架3.4.5 砂帶選

39、擇及其修整砂帶選擇：根據(jù)被加工材料、加工精度和表面粗糙度要求等來(lái)選擇砂帶，其中包括磨料種類、粒度、基底材料等。砂帶修整：在精密和超精密磨削時(shí)，為保證加工質(zhì)量，新砂帶在使用前，可進(jìn)行一次修整，主要改善磨粒的等高性，避免少數(shù)凸出的磨粒劃傷工件表面，使砂帶一開始就進(jìn)入正常磨損的最佳階段，這對(duì)提高加工表面質(zhì)量十分有效。3.4.5 砂帶選擇及其修整砂帶選擇：根據(jù)被加工材料、加工3.4.5 砂帶選擇及其修整修整方法如下：（1）滾壓法 使砂輪通過(guò)一對(duì)有相對(duì)間隙的淬火鋼制平滑滾輪。（2）對(duì)磨法 用一細(xì)粒度砂帶與欲用的新砂帶對(duì)磨，將其凸出磨粒修整掉。（3）預(yù)磨法 將新砂帶使用一段時(shí)間后，待砂帶處于正常磨損的最佳階段時(shí)備用。3.4.5 砂帶選擇及其修整修整方法如下：3.5 快速點(diǎn)磨削技術(shù)簡(jiǎn)介定義：快速