新方法磨削台阶面的计算
磨削台阶面新方法的要点是：组合砂轮中最小直径的砂轮具有完整的工作表面(简称完整砂轮)，而其余砂轮则由凹槽形成断续工作表面(简称断续砂轮)。设计时，为了确定断续砂轮槽的尺寸和廓形，同时考虑到砂轮任意时刻i时的磨损，必须规定断续砂轮的磨削长度lni(磨削长度即为断续砂轮凸起部分形成的断续工作表面的总长度)。可由式(1)计算在任意时刻i时断续砂轮的磨削长度lni：
(1)
式中：Vswi-——完整砂轮圆周速度，m/s；Vgw——完整砂轮磨削的工作台阶面圆周速度，m/min；Vgd——断续砂轮磨削的工作台阶面圆周速度，m/min；Ddi——断续砂轮直径，mm；Dwi-——完整砂轮直径，mm；dd——断续砂轮磨削工件台阶面直径，mm；dw——完整砂轮磨削工件台阶面直径，mm；ns——砂轮旋转速率，r/min。式(1)推导中只考虑了砂轮与工件的相向运动。这就基本保证了每个磨粒上的载荷、切削力、切削区温度和磨削过程参数等均为常量。同时又促使砂轮工作廓形均匀磨损，因而可提高了加工表面的形状精度。另外，考虑到磨削用量、加工面尺寸和完整砂轮情况，每个磨粒切除的表面层最大厚度azmax为：
(2)
式中：vsw——完整砂轮圆周速度，m/s；s——横向进给量(s=tn)，mm/min；t——磨削深度，mm；n——工件转速，r/min；Dw—— 完整砂轮直径，mm；l—— 磨削时砂轮与工件相接触的弧长，mm。砂轮与工件旋转方向相反，用“+”号；反之，用“-”号。
图1 组合砂轮磨削台阶孔示意图
磨削实例分析
下面以加工钻探冲头滚子滚动槽作为实例说明该磨削方法的应用和效果。如图1所示，直径为Dw的完整砂轮1和直径为Dd的断续砂轮2精确地装在同一心轴上。砂轮以横向进给量s移动，磨削工件台阶孔直径dw= 41.7mm的孔表面1'和直径dd= 70.7mm的孔表面2'。由完整砂轮和断续砂轮组成的组合砂轮的尺寸选定为：新的断续砂轮直径Dd=60mm，极限磨损至50mm不再使用，新的完整砂轮直径Dw=31mm，极限磨损至21mm不再使用，砂轮牌号均为GB601A。切削用量：ns= 14000r/min，n= 30r/min，t=0.1mm。当采用常规的方法对上述工件的台阶孔进行磨削时，由于是采用完整砂轮组成组合砂轮磨削，其磨削参数是有所不同的，如表1所示。
表1 普通组合砂轮磨削台阶孔时的磨削参数
砂轮磨损
程度 台阶孔
截面 砂轮直径Ds
mm 磨削速度Vs
m/s 最大磨削厚度 azmax
µm
新 A-A
B-B 31
60 22.72
43.98 0.79
0.38
50% A-A
B-B 26
55 19.06
40.32 1.24
0.53
极限 A-A
B-B 21
50 15.39
36.65 1.97
0.70
为保证组合砂轮磨削台阶孔时的磨削参数均衡，即保证工件所有被磨削表面面上切除的表面层厚度不变。按式(1)计算断续砂轮的磨削总长度lni，重要的是保证工件A-A截面和B-B截面一样的azmax值。即按式(2)计算出A-A截面和B-B截面的azmax，并使其相等。在计算A-A截面的azmax时，完整砂轮的速度vswi=Dwins/(60×1000)；在计算B-B截面的azmax时，断续砂轮的速度vsd=lnins/(1000×90)。作相应转换，即可计算出断续砂轮的规定磨削长度lni，即断续砂轮凸起部分形成的断续工作表面的总长度。而完整砂轮的规定磨削长度即为其周长。表2列出了在给定情况下由均匀磨损砂轮制造滚子的计算结果。
表2 新组合砂轮磨削台阶孔时的磨削参数
砂轮磨损
程度 台阶孔截面 砂轮直径Ds
mm 规定磨削长度lni
mm 最大磨削厚度azmax
µm
新 A-A
B-B 31
60 97.39
90.67 0.79
0.79
50% A-A
B-B 26
55 81.68
72.65 1.24
1.24
极限 A-A
B-B 21
50 65.97
55.15 1.97
1.97
结语
1. 由以上实例可知，采用传统磨削方法加工零件台阶面时，直径小的砂轮工作繁重，故其径向磨损量将超过大直径砂轮，从而直接影响加工零件的形状和精度。
2. 若在组合砂轮结构设计上采用最小直径砂轮为完整工作表面，直径较大砂轮为断续表面，且同轴安装。经设计计算，可获得磨削时组合砂轮中各砂轮均匀磨损的良好效果，从而在整个砂轮磨损过程中直到砂轮完全磨损前的时间内能够保持工件的形状精度。
3. 从表1及表2可以看出，在砂轮直径不相同而砂轮磨削长度(砂轮的工作总长度)相近的情况下，采用本文提出的磨削方法，可使每个磨粒切除的表面层厚度最大(即图1中的A-A、B-B截面的azmax相同)，因而能使生产率较高。
4. 采用完整砂轮与按照加工件实际情况经过精密计算设计的断续砂轮组装在同一心轴上，组成新型的组合砂轮，用切入式磨削法对精密零件多台阶面进行批量加工，是高效的W相对精密的一种新型切入式磨削方法。
签名档：
拉伸模,连续模,机壳机箱模,五金弹片端子,代客冲压加工,精密机械零件加工等!五金部有25--200吨的冲床,200吨的油压机,机加工部有车,铣磨,线切割等!热诚为广大客户服务!欢迎来电联系! 深圳市聚富模具五金制品厂 13501560089 E--meil:shenzhenjufu@126.com
联系人:钟
奖励财富值 收藏到网摘
综合聊天室： 服饰聊天室 建材聊天室 机械聊天室 数码聊天室 橡塑聊天室 工艺聊天室 化工聊天室 美容聊天室
其他聊天室： 贸易聊天室 创业聊天室 广东商友聊 浙江商友聊 上海商友聊 贸易通聊天室 更多聊天室
第1楼 陶瓷材料磨削加工的技术研究与发展现状 2006-09-02 09:15:59
海之鑫
经验值：1347
财富值：查看
帮帮采纳数： 4
注册时间：2005/11/29
级别： 秀才
查看作者其他文章
给作者留言
工程陶瓷具有许多优良的性能，比如较高的硬度和强度，很强的耐腐蚀、耐磨损、耐高温能力和良好的化学惰性等，因此在航空航天、化工、军事、机械、电子电器以及精密制造领域的应用日益广泛。目前各发达国家如德、日、美、英等国非常重视工程陶瓷的开发及应用。80年代以来，各国竞相投人大量的资金及人力，在工程陶瓷加工理论和技术、产品开发和应用等方面取得了很大的进展。由于陶瓷材料的高硬度和高脆性，被加工陶瓷元件大多会产生各种类型的表面或亚表面损伤，这会导致陶瓷元件强度的降低，进而限制了大材料去除率的采用。对陶瓷高效磨削加工而言，根本目标就是在保持材料表面完整性和尺寸精度的同时获得最大的材料去除率。目前陶瓷的加工成本己达到整个陶瓷元件成本的80%～90% ，高加工成本以及难以测控的加工表面损伤层限制了陶瓷元件更广泛的应用。陶瓷材料广阔的应用前景和复杂的加工特性，都要求对陶瓷的磨削加工过程进行全面而深入的了解。从上世纪90年代开始，国内外学者进行了大量的研究，在陶瓷磨削的新型方式、陶瓷磨削的材料去除机理、磨削烧伤、磨削表面完整性等的影响因素、不同磨削条件的最佳磨削参数等多方面都取得了积极的研究成果。本文主要就陶瓷磨削的研究现状及发展状况进行了归纳和总结。
1 陶瓷材料磨削机理的发展
1. 磨削机理的研究
由于砂轮的磨粒尺寸、形状和磨粒分布的随机性以及磨削运动规律的复杂性，给磨削机理的研究带来了很大的困难。在陶瓷磨削方面由于陶瓷的高硬度和高脆性，大多数研究都使用了“压痕断裂力学”模型或“切削加工”模型来近似处理。20世纪80年代初，Frank和Lawn首先建立了钝压痕器、尖锐压痕器和接触滑动三种机理分析研究模型，提出了应力强度因子公式K=E• /C2/3，根据脆性断裂力学条件K≥KC，导出了脆性断裂的临界载荷PBC＝C•K ，他又根据材料的屈服条件≥Y，导出了塑性变形模式下临界载荷PYYC=3/3(或PYYC=H3Y/3)。研究指出：陶瓷材料的去除机理通常为裂纹扩展和脆性断裂，而当材料硬度降低，压痕半径小，摩擦剧烈，并且载荷小时，就会出现塑性变形。1987年， I.Inasaki 进一步提出，陶瓷材料以不同的方式被去除依赖于材料上缺陷的大小和密度，诸如裂纹、裂缝和应力场的大小。海野邦昭也在其专著中提出材料的去除机理受到高温强度的影响。1991年，东北大学郑焕文、蔡光起教授对含钼金属陶瓷进行磨削实验，通过测定单位磨削力，磨削能和磨削比，以及使用SEM对陶瓷表面和切削区域进行观察，探索了金属陶瓷材料的去除机理。1994年，Keio大学R.Rentsch首先将分子动力学方法用于磨削机理的研究，给出了第一个磨削过程的仿真结果用来阐述磨削中磨屑堆积的现象，并指出了磨削过程仿真与切削过程仿真的异同点。1996 年，美国麻省理工学院S.Malkin 对陶瓷磨削机理进行了综述，认为深人研究磨削机理是陶瓷材料实现低成本高效率磨削的基础。具体的研究方法概括为压痕断裂力学法和加工观察法。压痕断裂力学模型是建立在理想化的裂纹系统和由压头所产生的变形的基础上的。该法将磨粒和工件间的相互作用，用理想的小范围内的压痕表示，分析应力、变形及材料去除的关系。而加工观察法包括磨削力的测定，加工表面形貌与切屑的显微观察。两者均为陶瓷材料的磨削机理的研究提供了重要见解。1999年，德国Kaiserslautern大学的G Warnecke指出，在磨削新型陶瓷和硬金属等硬脆材料时，磨削过程及结果与材料去除机理紧密相关。材料去除机理是由材料特性、磨料几何形状、磨料切入运动以及作用在工件和磨粒上的机械及热载荷等因素的交互作用决定的。另外，平面磨削过程还受到接触区动态特性的影响。对普通磨削而言，在磨削机理和磨削工艺方面已经开展了广泛而深人的研究。在精密及超精密磨削、高速高效磨削特别是针对有特殊加工性能的陶瓷和玻璃等工程材料的磨削机理和磨削工艺方面，国内外开展了一些研究，但还很不全面，尚未形成完整的理论体系，还需要进行更深入的研究，找出其内在的规律。
• 材料的基本去除机理在陶瓷材料加工过程的研究中，最复杂的便是材料的去除机理。研究表明，在陶瓷磨削加工过程中，材料去除主要基于以下几种去除机理：晶粒去除、剥落、脆性断裂、破碎、晶界微破碎等脆性去除方式，粉末化去除和塑性去除方式等。
a. 材料的脆性去除机理
通常情况下，陶瓷磨削过程中，材料脆性去除是通过空隙和裂纹的成形或延展、剥落及碎裂等方式来完成的，具体方式主要有以下几种：晶粒去除、材料剥落、脆性断裂、晶界微破碎等。在晶粒去除过程中，材料是以整个晶粒从工件表面上脱落的方式被去除的。1990年，K.Subramanian等指出晶粒去除的同时有材料的剥落去除。剥落去除方式是陶瓷材料磨削中十分重要的去除方式工。1992年，D.W.Richerson提出在材料剥落去除机理中，材料是因磨削过程中所生的横向和径向裂纹的扩展而形成局部剥落的。该方式的主要缺陷是裂纹的扩展会大大降低工件的机械强度。1995年、1996年Xu、H.H.K，、Jahamir.S等人相继指出，对氧化铝、玻璃陶瓷、氮化硅、碳化硅等陶瓷材料的加工表明，在陶瓷磨削过程中晶界微破碎和材料晶粒状位错在材料去除过程中也起了关键作用。1998 年，德国Achen生产工程研究所V Sinhoff对杯形金刚石砂轮磨削光学玻璃进行了研究，重点是研究脆性了延性转变的特性，并将材料中的应力分布，裂纹几何形状等损伤看成是磨粒几何形状，材料特性和外载荷等因素的函数，建立磨削评价模型，然后用T.G.Bifano能量守恒定律来描述材料的脆性去除向延性去除过程的转变过程。
• 材料的粉末化去除机理在精密磨削过程中，当磨削深度在亚微米级时，碎裂和破碎不会发生，此时主要可能产生材料粉末化现象。材料粉末化去除机理认为，磨削过程中磨粒会引起流体静态压应力，该压应力所包围的局部剪切应力场引起晶界或晶间微破碎，从而产生材料粉末化现象。陶瓷材料晶粒因粉末化去除被碎裂成更细的晶粒，并形成粉末域。
• 材料的塑性去除机理塑性去除方式类似于金属磨削中的切屑成形过程，其中涉及了滑擦、耕犁和切屑成形，材料是以剪切切屑成形方式去除的。塑性去除机理主要是指陶瓷磨削的延性域磨削。在一定的加工条件下，任何脆性材料均能够以塑性流动的方式被去除。压痕断裂力学模型预浏了产生横向裂纹临界载荷，在低于这一临界载荷加工条件时，材料将以塑性变形去除为主。目前国内外许多专家学者在研究对陶瓷实现延展性磨削和半延展性磨削技术，以减少工件表面的微裂纹、裂缝，提高工件的使用性能。1989年，T.G Bifano 明确提出加工脆性材料的延性域磨削新工艺，认为采用高刚度高分辨率精密磨床，通过控制进给率，就可使硬脆材料以延性域模式去除材料，并给出了临界磨削深度表达式：DC=0.15 (E/H)(KC)2，并根据能量守恒是律描述了延性域磨削时，进给率和材料特性的关系阅。1991年，BifanoT、DowTA 、ScattergoodRO采用配有超精密进给控制装置的专用磨床对陶瓷材料的延性域磨削进行了系统的研究。研究结果表明，对于各种脆性材料在对应的脆性转变时的磨削进给量与材料性能(如断裂韧性、硬度、弹性模量)之间存在一定的关系。在磨削深度足够小的情况下，所有脆性材料将以塑性流动的方式去除而不是以脆性断裂方式去除的 。延性域磨削方式虽能获得相当好的表面质量，但效率较低且加工成本高。采用高的砂轮磨削速度可以增加塑性流动并可得到高磨除率。1993年，Inoue 等人用120#金刚石砂轮磨削RESN的实验结果表明，在170m/s 速度下，工件表面崩裂的比例由25m/s的48%降到12%。1994年，KOvch等使用陶瓷结合剂金刚石砂轮在160m/s速度下磨削陶瓷，获得 5100的高磨削比。1996年，Malkin 等进行的研究则进一步说明，高速超高速磨削中的表面破碎减少和塑性流动的显著增加可能与在较高磨削温度下所形成的玻璃相有关。实际磨削过程的影响因素很多，如机床刚度、磨削深度、砂轮速度、磨粒尺寸、形状、几何角度及温度等。要实现延展性磨削，其条件相当苛刻。目前大多数采用半延展性磨削，这时加工表面是由微破碎面和塑性变形完成切削的大平面交互混合形成的，能使表面缺陷减少到最低限度，获得良好的加工表面完整性，提高工件的强度等使用性能。半延展性磨削过程中，陶瓷材料通过磨粒作用处大量的微破碎和塑性变形被去除。当磨粒的切削刃切入工件引起的应力场比缺陷小时，材料将以塑性变形的方式被去除；相反当应力场大于缺陷时，裂纹扩展引起的局部集中的脆性破坏将起主要作用。由于砂轮上磨粒的钝锐、高度分布之别，各个磨粒的磨削深度不同，使得材料通过脆性破坏和塑性变形的共同作用而被去除，从而实现了半延展性磨削。柯宏发等人提出，在对陶瓷进行半延展性磨削时，由于陶瓷的导热性能较差，冷却液的迅速冷却会加大陶瓷的脆性，导致表面产生微裂纹。如果要获得良好的加工表面，应不使用冷却液，以使陶瓷尽可能的以塑性变形的方式去除。
2 陶瓷磨削方式的新发展
新型陶瓷材料的研究开发不断推动和促进陶瓷加工技术的发展，另一方面，这些新型磨削方式的产生也为陶瓷材料的应用提供了强有力的工艺支持。由于陶瓷材料特殊的加工特性，传统的磨削方式很难达到实际应用的要求，所以人们一直在探索新型的陶瓷磨削方式。近年来兴起的超声振动磨削、ELID(在线电解修整金刚石砂轮)、ECD(电化学在线控制修整)、ECDM(电化学放电加工)、MEEC(机械—电解—电火花磨削)等都是很有代表性的新型复合加工方式。这些磨削方式不仅可以解决难切削材料的加工问题并提高加工效率，而且可以改善加工质量。现分别简述如下：
1. 超声波磨削超声加工是在加工工具或被加工材料上施加超声波振动，在工具与工件之间加人液体磨料或糊状磨料，并以较小的压力使工具贴压在工件上。加工时，由于工具与工件之间存在超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度和加速度不断撞击、抛磨被加工表面，加上加工区域内的空化、超压效应，从而产生材料去除效果。它与其它加工方法结合形成了各种超声复合加工方式。其中超声磨削较适用于陶瓷材料的加工，其加工效率随着材料脆性的增大而提高。
华北工学院辛志杰等人进行了超声振动珩磨磨技术研究，开发出了超声振动折磨装置。此项技术在高效率光整加工陶瓷等硬脆材料中具有很大潜力。王军等人指出超声振动塑性磨削与普通塑性磨削的材料去除机理也不同，超声振动塑性磨削除了使材料剪切破坏外，还使材料在高频振动下发生疲劳破坏，加速材料的去除，故比普通磨削效率更高。实现超声振动塑性磨削的条件不仅与磨削深度有关，还与振幅和频率有关。超声振动磨削不仅可以采用较大的磨削用量，还能减少可观的砂轮修整时间，故加工效率比普通磨削高一倍以上。天津大学提出超声波磨削加工能够综合超声波加工和高速磨削加工的特点，加工效率高于超声波加工十倍左右，可改善工件的表面质量．对陶瓷材料的微孔加工有重要价值。
• ELID(在线电解修整金刚石砂轮)ELID磨削是一种在加工过程中使用电解修整砂轮和常规机械磨削相结合的新颖磨削方法。在ELID磨削过程中，微弱电解作用使砂轮表面的金属结合剂微量地不断电离溶解，而且由此生成的易于破裂的钝化膜又能使磨屑不致粘附在砂轮上，因此可以确保始终有一定数量的磨粒突出在外。在有选择的使用结合剂的基础上，能实现高效磨削和镜面磨削。该技术首先由日本物理化学研究所的大森整( Hitoshiohmori)等人于1987提出，他们采用微细磨粒铸铁纤维基金刚石砂轮，对硅片进行精密加工；采用普通机床在磨削过程中进行砂轮的在线修整，实现了硅片的镜面磨削。1995年，大森整又对ELID进行了进一步的研究，用几微米至亚微米金刚石磨粒的铸铁基砂轮对单晶硅，光学玻璃和陶瓷进行 ELID磨削，系统地研究了磨粒尺寸与粗糙度的关系。加工后的表面粗糙度达几个埃，从而可代替研磨与抛光。
• MEEC(机械—电解—电火花磨削)电解、电火花复合磨削加工工艺(MEEC)是一种以机械磨削为主的三复合加工方法，它将机械、电学、化学作用综合运用，实现高速、高精度加工。其工作原理是在砂轮旋转的过程中，当不导电部分与工件相接触时磨粒对工件产生机械磨削作用，当导电部分接近工件时，由喷射到砂轮和工件间的磨削液引起电解作用而改善加工表面质量。在导电部分脱离工件表面的瞬间所发生的火花放电，除了在一定程度上去除工件材料外，由此产生的高温还使砂轮上磨粒周围的结合剂熔化和气化而保持砂轮的锋利，并使陶瓷等某些工件材料因受热而利于磨削。该法能对无法采用电火花、电解加工的非导电材料(陶瓷)进行加工。广东大学通过对MEEC方法的研究，提出了降低能耗、提高加工效率、改善加工精度的途径。
• ECD(电化学在线控制修整)1999 年，D . Kramer等人提出了ECD技术，该研究与ELID 不同，ECD过程不需要形成氧化膜和氢氧化物膜，而是通过测定磨粒刃口和工件表面状态来控制电化学的修整过程，研究结果表明该技术在磨削陶瓷、PCBN、 PCD和硬质合金过程中，可以显著改善材料的表面质量。2000年，D.Kramer等人进一步提出采用可控电化学工艺在线修整金属结合剂砂轮可为磨削用传统磨削方法极难加工的新型切削材料提供了全新的途径。
• ECDM(电化学放电加工)ECDM是将电化学加工(ECM)与放电加工(EDM)结合起来的可控在线电化学加工。瑞士苏黎士的M.Schoepf等人称其为整形修锐金属结合剂砂轮和经济高效地磨削陶瓷材料的理想方法。
3 结束语
综上所述，陶瓷材料的加工技术的发展，各种新型磨料、粘合剂的应用，特别是新型磨削方式的出现，为陶瓷材料在更广泛的领域内得以应用创造了条件；而陶瓷材料磨削机理的发展，尤其是陶瓷材料去除机理的理论研究在国内外得到了很大的发展，又为陶瓷材料的进一步应用提供了理论基础。目前，非稳态磨削与无损伤磨削等领域的研究也引起人们的关注。可以预见，在不久的将来，随着理论研究的深人与新型加工技术的不断出现，陶瓷磨削技术一定会在更多领域内得到应用和推广。
签名档：
拉伸模,连续模,机壳机箱模,五金弹片端子,代客冲压加工,精密机械零件加工等!五金部有25--200吨的冲床,200吨的油压机,机加工部有车,铣磨,线切割等!热诚为广大客户服务!欢迎来电联系! 深圳市聚富模具五金制品厂 13501560089 E--meil:shenzhenjufu@126.com
联系人:钟
奖励财富值 收藏到网摘 复制本链接
[版主推荐其它文章] 今天坐车看到偷拍男!
第2楼 立式磨削的优点及应用 2006-09-02 09:17:23
海之鑫
经验值：1347
财富值：查看
帮帮采纳数： 4
注册时间：2005/11/29
级别： 秀才
查看作者其他文章
给作者留言
保持工件直立，使磨削主轴架空在其上，可以改善圆度,便于单步安装加工，还可以延长机床的使用寿命。这也使装载和卸载变得更容易。
到如今，我们习惯了与常规，传统的形式相异的机床构造。每一种排列轴或定位切削刀具和工件的新方式都促使我们重新思考金属切削的基本原理，发现新的选择来更高效地生产零件。
立式磨削正是一个佐证。如同其名字所蕴涵的意思那样，立式磨削将工件固定在机床底座内的一个旋转卡盘卡，与立式车床上的工件定位的方式相似。磨削主轴从工件上方开始作上、下运动，从一端至另一端（还可能旋转）。
最近几年，立式磨削的主要提倡者之一是Taiyo Koki，它是一家磨床制造商，总部位于日本的长冈。该公司现在是Mori Seiki的一个成员，因此，它在北美磨床市场中具有更加积极的地位。
Taiyo Koki生产许多类型的磨床，但是值得注意的是，它的众多机型都是基于立式磨削的原理。从结构的角度来看，这些磨床区别于其他磨床的特点在于，磨削主轴和工件二者均竖直安装，而非水平安装，以便磨削圆柱形零件的内径、外径和表面。在水平轴（工件直径的方向）和竖直轴（工件的纵向）上同时控制磨头。这些机床擅长磨削圆形。
以下介绍立式磨削有其特殊价值的原因
变形更少，圆度更好
在立式磨床上，工件直立安装在卡盘中。在卧式磨床上，夹紧力必须保证工件不会落在卡盘的外面。竖直夹紧的工件只要求有足够的夹紧力来抵抗磨削力。重力有利于磨削过程，而不是阻碍磨削。
由于固定在立式磨床上只需要较小的夹紧力，所以工件变形可能较少。这减小了圆度误差的几率。据制造商介绍，根据从标准试验工件得到的结果来看，立式磨床可以达到小于±1微米（小于±0。000039英寸）的圆度误差。
一次装卡完成加工
立式磨床可以从事外径、内径和表面磨削。根据工件的形状，这三项工作全都可以在一次装卡内实施。当这种情况可能时，就避免了由于多次装卡而引起的误差。可以更精确地保持内径和外径之间的圆度，以及内径、外径与表面的垂直度。因为工件和磨削主轴是竖直的，所以实际上没有下弯的问题要解决。机床结构本来就是刚性的。
在一步安装中合并操作带来了明显的经济效益。较少的安装次数意味着零件处理更少，准备时间更短，机床更少，劳动力成本更低。
人机工程学
立式磨床更易装载和卸载无需在起动卡盘的同时支撑工件。操作者只需简单地将工件向下安装到卡盘中即可。使工件对中也发生得更加自然，因为当卡爪闭合时没有不均匀的重力。
用起重机或机械手装载和卸载也可能变得更加简单，因为卡盘内的工件在回转车或传输盘上具有相同的稳定定位。例如，像齿轮这样的碟形零件可以水平向下传送，以便拾取安装。同样地将它水平向下放置在磨床的卡盘内。
立式磨床通常还比与其相当的卧式磨床更加小巧。立式磨床占用更多高度空间，而占地面积较少。这就在机床旁边为自动装载机或机械手留出了空间，使自动化成为一项更具吸引力的选择。
没有粉尘
在卧式磨床上，X和Z轴的滑动面比磨削作用的点低。像Taiyo Koki机床上所构造的那样，立式磨床将这些轴的导轨置于磨削作用点之上。磨削粉尘不会落入这些运动表面上。这减小了磨损，延长了机床的使用寿命，而保持了它的精度。
应用
从该探讨中，我们可以清楚地发现具有相对较大直径和较短长度的工件从立式磨削中受益最大。许多汽车零件具有适合于立式磨削的几何特点。加工汽车零件是立式磨床最普遍的应用。典型的非汽车应用是立式磨削机床的轴套。这些工件可以在大型立式磨床高效地进行加工。
该应用还表明什么类型的立式磨床最合适。当内径磨削的最佳结果至关重要时，这种磨削主轴被锁定在竖直位置上的机型工作得最好。除了内径磨削，该结构不适合于表面磨削。据制造商介绍，这是立式磨床最普遍的一种形式。
当外径磨削的最佳结果至关重要时，这种磨削主轴以30度角固定并且采用斜磨轮的机型工作得最好。在这些机型上也可以从事表面磨削。
磨削主轴安装在六角刀架上的这种机型最灵活，最适合于在单步安装加工中取得最佳结果。这些机型能够自动切换磨削角度，以便在同一台机床上从事内径、外径和表面磨削。典型的情况是，六角刀架上配备有一个内径磨头和一个外径磨头。另一种选择是在六角刀架上配备两个内径磨头或者两个内径磨头加一个外径磨头。
对于磨削主轴竖直安装的某些机型，可以实现自动换刀。主轴在X和Z轴方向上运动，以接近急降和拾取站，这些站被一扇自动开启和关闭的门所保护。该系统允许更换磨削刀具，增强了立式磨削加工和灵活性和生产率。
签名档：
拉伸模,连续模,机壳机箱模,五金弹片端子,代客冲压加工,精密机械零件加工等!五金部有25--200吨的冲床,200吨的油压机,机加工部有车,铣磨,线切割等!热诚为广大客户服务!欢迎来电联系! 深圳市聚富模具五金制品厂 13501560089 E--meil:shenzhenjufu@126.com
联系人:钟
奖励财富值 收藏到网摘 复制本链接
第3楼 高效率的强力成形磨削 2006-09-02 09:18:32
海之鑫
经验值：1347
财富值：查看
帮帮采纳数： 4
注册时间：2005/11/29
级别： 秀才
查看作者其他文章
给作者留言
与普通往复磨削加工相比，强力成形磨削有着明显的工艺优势。在汽车零部件制造业，应用强力成形磨削技术对提高零件加工品质和效率大有益处。
图1 数控强力成形磨床布局结构示意图
高效、高精度、低成本
强力成形磨削技术从20世纪60年代后期开始被投入应用，是一项先进的工艺技术，它是在砂轮线速度保持常规磨削情况不变的情况下加大切深量、工作台作缓速运动、一次进给的磨削方法。至今，强力成形磨削技术日臻成熟与完善，已广泛应用于航天航空、汽车、机械等行业。强力成形磨削机床的布局结构如图1所示，其加工工艺特点主要表现为：有较大的切削深度，砂轮一次切入量可达几毫米到十几毫米；其二，由于磨削切削深度大，磨削力和磨削热都很大，这样限制了工件的进给速度，一般纵向进给速度为30～250mm/min；其三，强迫冷却——因为磨削切削深度大，砂轮同时工作的磨粒多，每一个磨粒都是一个切削刃，由于切削长度长，屑成丝状金属，在撕裂变形过程中产生很大的热量，甚至可以将磨屑熔化形成焊珠并使零件表面烧伤，因此冷却液应必须以一定的压力和流量送入磨削区，起到强迫冷却作用，将砂轮所产生的的热量迅速带走，同时冲掉附着在砂轮表面上的一部分丝状磨屑。由此也可见强力成形磨削相对普通往复磨削的优点：生产效率高，平均是一般普通磨削的3～5倍；工件成形快，可以从毛坯直接加工到成品，不需要预加工，简化了工序，节省了工时，降低了成本；成形精度高，表面质量好；可以实现自动化磨削循环等。
自主研发
随着制造技术和控制技术的不断发展，国际上的强力成形磨削机床日新月异，产品具有越来越高的技术含量和性价比，在我国，以杭州机床集团公司的产品为代表的强力成形磨削机床也已打破了以往我国此类高端数控机床完全依赖进口的局面，极大地提高了我国制造业，尤其是航空航天和汽车制造业的装备水平。目前，杭州机床集团公司的数控强力成形磨床已形成系列产品——台面宽度规格200～500mm，长度630～2500mm，其中以MKLD7140数控强力双磨头磨床和MKL7150×16/2七轴五联动的数控叶冠圆弧强力成形磨床最具代表性。该系列机床采用T形高刚性结构布局，立柱中腰移动是专利技术(专利号：ZL03 2 30376.9)；主轴系统高刚性轴承采用热平衡技术和国内首创的气封技术，砂轮恒线速控制；X、Y、Z三轴结构工艺性先进，机床定位精度和重复定位精度高，执行德国VDI/DGQ3441技术标准；产品兼备多种修正技术，如金刚滚轮台式或在线连续修正、二轴联动笔形或盘形修正等；数控系统配置西门子802D/810D/840D系统不等，可实现自动磨削循环；冷却冲洗系统压力8bar(1bar=105Pa),流量132～367L/min；工作精度高，表面粗糙度Ra≤0.63μm，成形表面轮廓度&pulsmn;0.005mm。
图2 MKL7150×10数控强力成形磨床局部及其加工的汽车转向齿条零件
图3 六工位液压夹具局部
汽车零件加工案例
MKLD7140数控强力双磨头磨床和MKL7150×16/2七轴五联动的数控叶冠圆弧强力成形磨床等磨床可用于加工飞机发动机叶片枞树根与锁片槽、汽轮机叶片榫齿、柴油机连杆结合齿、剪板机剪刃、刀具锯片齿等，在汽车制造业可用于转向齿条齿、摇臂扇形齿、齿条活塞中齿等多种零件的加工，以下简单举例说明。
1. 汽车转向齿条齿
2. 汽车转向摇臂轴扇形齿
3. 汽车转向齿条活塞中齿
转向齿条的圆柱体一侧有宽度200mm左右的齿条，齿深5～10mm，国外先进的加工方法是采用强力成形磨削，与常规的铣削、插齿或拉削工艺方法相比，其明显的优点是刀具成本低，加工柔性好、效率高，零件表面质量好，加工精度高等。随着国内汽车与零部件制造业日趋国产化，零件加工品质的不断提高，强力成形磨削技术也日益被人们所推崇。湖北飞宁公司选用MKL7150×10数控强力成形磨床加工汽车转向齿条齿(图2)，采用台式金刚滚轮修正器，兼备台式金刚碟形应用Y、Z轴联动实现成形修正；采用六工位液压夹具(图3)，一次装夹6件；数控系统为西门子840D系统。在磨削过程中，除工件装卸外，均可数控执行自动完成加工，磨削工作循环是“粗磨－修正砂轮－精磨”，工艺上采用工件整体淬硬，垂直总进给量6.5mm，直接磨出成形齿，单件加工时间约4min。汽车转向摇臂轴扇形齿的齿部模数为8～10m，一般加工工艺是齿形滚削或插削后渗炭淬火，比较先进的工艺是淬火后采用成形磨齿以提高齿形精度和粗糙度并延长使用寿命。扇形齿的成形切削是根据直齿渐开线齿轮的啮合原理而成的，所以可以将工件摇臂轴一端安装在与数控分度头连接的液压卡盘上，另一端顶尖支承，使工件与成形砂轮之间做啮合摆动来进行磨削。砂轮的修正方式采用台式金刚石滚轮，滚轮齿形与扇形齿啮合相配，工步过程为“装工件－修正砂轮－磨齿形－卸工件”，之后进入下一个循环。在此加工过程中，齿部粗加工后留磨削余量单面0.2mm左右，单件加工工时约5min。汽车转向齿条活塞中齿的齿部是与摇臂轴扇形齿相啮合的，所以一般性工艺与摇臂轴扇形齿相同，但若要与磨齿工艺的扇形齿相啮合则必须使用数控强力成形磨床，主机规格可以与摇臂轴同型号MKL7132×6或MKL7140×10，配置四工位液压夹具，台式金刚滚轮砂轮修正器，滚轮齿与活塞中齿可啮合相配。工件齿部粗加工后单面留磨削余量0.2mm左右，砂轮修整成形，纵向进给200mm/min左右，一次磨削加工成形，工步过程为“装工件－修正砂轮－磨齿形－卸工件”，然后进入下一个循环，单件加工工时1min左右。从以上的加工案例中，不难看出，强力成形磨削工艺的生产效率比普通往复磨削要高很多，而且工件不需预加工，不仅节省了工时，也降低了成本，是汽车零部件制造中非常值得推广应用的一种先进的工艺技术。
签名档：
拉伸模,连续模,机壳机箱模,五金弹片端子,代客冲压加工,精密机械零件加工等!五金部有25--200吨的冲床,200吨的油压机,机加工部有车,铣磨,线切割等!热诚为广大客户服务!欢迎来电联系! 深圳市聚富模具五金制品厂 13501560089 E--meil:shenzhenjufu@126.com
联系人:钟
奖励财富值 收藏到网摘 复制本链接
第4楼 优化凸轮轴磨削 2006-09-02 09:23:49
海之鑫
经验值：1347
财富值：查看
帮帮采纳数： 4
注册时间：2005/11/29
级别： 秀才
查看作者其他文章
给作者留言
过程优化是如今不断发展和不断适变的机加工厂要完成的基本“训练”。提高国际竞争力、缩短零件加工时间以及“恨不能今天订货昨天就生产好”的交货时间要求他们必须这样做。遗憾的是，优化凸轮轴凸角磨削过程从来没有起作用和达到预期目标。
其成功率在很大程度上依赖于操作员的经验及直觉。充分考虑已知机床动态约束及凸角轮廓以建议 “大概”加工速度的计算机程序确实存在。然而，依然需要重复进行许多试验性磨削，通过被认为是技能熟练的操作员来完成磨削过程。在发生凸角烧伤现象时，某些制造厂家选择降低砂轮进给增量，其他一些厂家则降低加工速度。这种 “单凭感觉”进行的变化通常会消除磨床烧伤现象，但是却不一定会产生经过优化的过程。
数字式模型制作是一种产品设计者多年依赖以完成新的设计和组装的优化工具。这种技术越来越多地受到那些想精确协调其金属加工过程的制造厂家的青睐。这样的一种可预测性计算机软件工具，让他们从某零件上真正去除任何材料之前，在消除某些过程猜测和试凑工作的情况下，有机会在调节过程变量后立即看到结果(充分进行“如果那么”一类的场景模拟)。
现在有一种用于凸轮轴凸角磨削的数字式模型制作工具已经问世。通过实际预测磨削过程中产生的热量、凸角圆周上的位置以及在凸角表面下达到的深度，这种新型热模型制作软件让现有凸轮轴磨削计算机加工速度生成程序更上一层楼。
可以从简单的彩色图上立即识别出有可能存在问题的区域，并且可以试验出不会对凸角产生热损失的过程变量以确定尽可能最快的加工速度。Landis磨削系统(宾夕法尼亚州)已经在其Tetra4000凸轮轴磨削分析程序中添加了这样一种热模型制作模块。该程序可以在公司带有直线电机砂轮进给驱动的3L CNC凸轮轴凸角磨床上使用。
这种模型制作工具“急时雨”来得正是时候，因为越来越多的熟练工人已经到了退休年龄。热模型制作不仅优化了凸轮轴磨削过程，同时它还充当了凸轮轴设计者和制造厂家之间的培训工具和桥梁。
存在问题的轮廓
凸轮轴凸角磨削提出了同心磨削操作中不存在的难题。砂轮和凸角之间的接触区(也称接触弧)随着砂轮通过凸角圆周不同位置而不断变化。接触区在相对扁平的侧面最大，而在凸轮轴比较圆的基圆和端部则比较小。因此，在侧面最可能发生烧伤，各个制造厂家也正是在这里放慢加工速度以防止发生烧伤。但是，训练有素的猜测已经典型地指出了要将加工速度降低到多高的程度。
凸角几何结构也变得越来越复杂。如今许多滚轮凸轮轴在侧面带有一个凹入式轮廓。这种特征，也被称作负曲率半径(NROC)，设计用于优化阀的打开和关闭，以提高发动机功率和降低排放量。但是，它却带来了额外的不断变化的接触区，使得一种业已困难的磨削过程变得甚至更加扑朔迷离。此外，新的滚轮凸轮轴比以前的设计要经历更高的接触应力，这意味着必须密切关注热损伤。
凸角磨削一般被分成粗加工和精加工阶段，尽管它们是在一个加工循环中发生的。粗加工的目的是去除尽可能多的材料。此时，热损伤问题不是很大，因为连续的粗加工采用足以去除前面任何材料损伤层的砂轮横向进给深度进行。但是，在最后的粗加工中，热损伤一定不能如此之深而使得采用较小砂轮横进给量的精加工过程无法消除它。
参数输入
在表面上，对有如凸轮轴磨削这么复杂的制造过程进行模型制作训练看起来似乎一点都不直观。但是，它是一种比较简单的输入已知且已公布的机床、砂轮及冷却液值的过程。
热模型制作模块建立在现有加工速度优化和加速修匀程序基础上，这种程序除了材料去除率和凸角升程分布图外，还考虑传统的机床性能变量。凸轮轴设计者以绕凸角圆周每度多少升程的方式提供升程分布图。磨床制造厂提供机床动态限值诸如砂轮进给加速度和跳动、主轴箱速度和跳动等数据。产生热模型模块所需要的三个主要参数为：
Cr值——这种通过经验得出的数值代表了砂轮的材料去除能力，与凸轮轴材料及砂轮材料和结合剂(立方氮化硼即CBN材质，采用陶瓷结合剂的砂轮是当前用于磨削凸轮轴最常用的砂轮)的类型有关。这些Cr值从机床力及功率测量值中推导出来。“C”分量表示磨粒密度(磨料与结合剂之比)，“r”表示砂轮表面拓扑结构(刮痕宽度对刮痕深度)。
热分配常数——这是进入零件的热能与冷却液带走的热量之间的百分比。热分配常数对油和水基冷却液分别是不同的。
进给增量——这是砂轮每刀切入凸角的深度(通常在砂轮/凸角接触区最小的端部位置最小)，并且对粗加工和精加工分别不同。砂轮不是以螺旋方式逐渐进给到增量深度，而是直接进给到该增量值并且在整个凸角周围将保持这个深度。该进给增量一般对粗加工循环要大于精加工循环，并且它直接与材料去除率相关。
温度信息
一般地，要绘制整个磨削循环以用于分析，包括粗加工和精加工(软件可以制作凸轮轴最多转20圈的模型)。由基准数据表明加工过程应该保持在什么样的温度水准和穿透深度，具体情况依据凸轮轴材料而定。在评价了热量和穿透深度后，可以对参数进行调节并确定精磨循环以确保去掉以前的任何热损伤层。
对于带凹入轮廓的凸轮轴，将对两个磨削循环制作模型。一个模型将针对采用大直径砂轮对整个凸角形状的粗加工，另一个针对用小直径(一般为凹入直径的80%)砂轮对凹入轮廓进行精加工和磨削。为了在一台磨床上既完成粗加工又完成精加工过程，需要一台带有使用小砂轮的副主轴的机床。
不同工程专业之间的桥梁
凸轮轴磨削的热模型制作可以帮助设计和制造工程师联手形成优化的凸轮轴设计和制造过程。制造工程师的主要关注点是生产率、生产量和质量——即如何尽快加工出合格的零件。凸轮轴设计工程师必须根据凸轮轴负载情况而决定材料类型和凸角轮廓。冶金专业人士也可能参与这个过程，他主要关心剩余应力以及在磨削过程中产生的热量。借助热模型制作，制造工程师可以对新的凸轮轴设计制作模型，并向设计者和冶金专业人士报告该模型所预测的在磨削过程中将发生的现象，以及根据材料和设计这一点是否可以接受等。
这种热模型制作技术还可以用于帮助识别过程变量没有改变却开始出现磨削烧伤或裂纹的问题。一个实例是有一个制造厂家意外地接到一批硬度值超出预计的凸轮轴。在似乎莫名其妙地发生问题时，在声称已经淬硬至60 Rc的凸轮轴凸角上进行热模型制作。制作出来的模型表明不应该发生处理问题，因此接着进行了材料硬度试验。这些试验揭示出新的一批凸轮轴实际硬度为65 Rc。一旦测定这一点，又生成了第二个热模型，并得出了针对一批硬度更高的凸轮轴新的加工速度。
曲轴曲拐磨削是应用热模型制作技术的另一个过程。热模型制作还在同心直径的无心磨削方面接受试验。与凸轮轴磨削一样，这种模型制作能力不会完全消除测试磨削过程，但它确实提供了大大降低试验磨削次数并以更科学的方式开发优化的凸角磨削过程的机会。
勇克非圆磨床凸轮轴的整体加工解决方案
勇克公司JUCAM系列的非圆磨床凸轮轴的整体加工提供了全面的解决方案。整个型号系列涵盖了所有凸轮形状的加工：
◆ 圆柱形
◆ 凹面形/凸面形
◆ 带/不带倒角
◆ 带/不带圆角
◆ 带切线
◆ 多边形/椭圆形
根据加工方式和要求的产量，每一种型号的JUCAM磨床都设计并安装有各具特色的平台和砂轮架。
经济上的优势
◆ 通过对CNC程序（选项）的调整，可以灵活地用于不同汽缸数的凸轮轴的加工
◆ 通过摆动磨削工艺，在磨削凸轮及轴颈具有高度的灵活性
◆ 由于省去了下道序的工件二次运输，在整体加工时节约了时间
◆ 通过“学习功能”确保高度精确
技术上的优势
◆ 借助一个接口使得凸轮形状的修正有可能
◆ 带有“学习功能”的控制系统，包括对凸轮形状偏差和干扰量的自动补偿。可进行补偿的干扰量是：温度，机械及动力影响，磨削余量的变化，材料以及金相结构的变化，砂轮的可切削性
◆ 由于磨削凸轮及轴颈只需一次装夹，根据原理，理论上的偏差为0
◆ 切入式磨削以及摆动式磨削 |
|
gyq720
发表于 2007-8-23 22:49:06
| Archiver|手机版|小黑屋| 碧波制图网
Stonespider 
