金刚石砂轮修整器设计

1、 目 录绪论-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-103.2 金刚石的性质-103.3 超硬磨料磨具结合剂的选择-113.4 浓度的选择-123.5 超硬磨料磨具的使用-123.6 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-144.2 金刚石滚轮切入修整机理-144.3 金刚石滚轮修整用量-144.4 金刚石滚轮摆式修整砂轮-154.5 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 绪 论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

2、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。为什么磨削技术会不断地发展？主要原因如下：（） 加工精密高；（） 加工效率高；（） 工程材料不断发展；（） 新的磨料磨具；（） 相关技术的发展。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。第1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

3、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

4、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入组成。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。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

5、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Ra0.025um,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

6、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2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

7、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。磨削的情况刚不同，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

8、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。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

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