磨削技术的发展及关键技术
磨削加工中顺逆磨研究现状与发展
磨削加工中顺逆磨研究现状与发展发布时间:2021-12-04T11:24:09.085Z 来源:《中国科技信息》2021年11月上31期作者:徐海涛[导读] 工程陶瓷材料因优异的力学性能,广泛应用于轴承制造、冶金化工、切削刀具、生物工程等行业,甚至在固体火箭发动机内衬、航天器喷嘴、导弹整流罩、陶瓷装甲等高精尖领域关键零部件也有应用。
但陶瓷材料特殊的成型工艺和晶体结构决定其具有高硬度和高脆性,加工过程易出现裂纹、烧伤、亚表面损伤等缺陷,这给工程陶瓷广泛用于工业各领域带来巨大挑战。
目前业界较认可和广泛应用的工程陶瓷加工方法仍是磨削加工,但其低效率、高成本的缺点促使研究者们不断探索新的加工技术。
齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司徐海涛黑龙江齐齐哈尔 161000摘要:工程陶瓷材料因优异的力学性能,广泛应用于轴承制造、冶金化工、切削刀具、生物工程等行业,甚至在固体火箭发动机内衬、航天器喷嘴、导弹整流罩、陶瓷装甲等高精尖领域关键零部件也有应用。
但陶瓷材料特殊的成型工艺和晶体结构决定其具有高硬度和高脆性,加工过程易出现裂纹、烧伤、亚表面损伤等缺陷,这给工程陶瓷广泛用于工业各领域带来巨大挑战。
目前业界较认可和广泛应用的工程陶瓷加工方法仍是磨削加工,但其低效率、高成本的缺点促使研究者们不断探索新的加工技术。
关键词:顺、逆磨;磨削力;磨削温度;表面特性引言一般情况下砂轮线速度高于45m/s的磨削称为高速磨削,而高于150m/s的超高速磨削可以称作是磨削技术的史上一次跳跃性的发展。
超高速磨削是一项新兴技术产业发展的产物,它作为综合性的加工技术促进了现代精密加工技术发展要求;超高速磨削加工领域涉及到很多相关方面的的技术,如:现代机械、纳米加工、计算机、液压、控制、光学、计量及先进材料。
超高速磨削是在德国首先发展起来,然后在欧美和日本等国家和地区得到扩展。
高速磨削加工的发展趋势正朝着采用超硬磨料磨具,高速高效、精密超精密磨削工艺以及绿色生态磨削方向发展。
参考文献
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磨削技术的发展及关键技术-文献综述
磨削技术的发展及关键技术摘要:砂带磨削几乎能用于加工所有的工程材料,作为在先进制造技术领域有着"万能磨削"和"冷态磨削"之称的新型工艺,砂带磨削已成为与砂轮磨削同等重要的不可缺少的加工方法。
综观近几年来国内外各类机床及工具展览会和国际生产工程学会的学术会议,结合砂带磨削在国内外各行业的应用状况,可以看出砂带磨削在制造业中发挥着越来越重要的作用,有着广泛的应用及广阔的发展前景。
关键字:磨削砂带机床技术Keyword:Grinding Abrasive belt Machine tool Technology一,前言砂带磨床是一种既古老而又新兴的工艺。
近30多年来,粘满尖锐砂粒的砂布或砂纸制成一种高速的多刀多刃连续切削工具用于砂带磨床之后,砂带磨削技术获得了很大的发展。
这种砂带磨削技术远远超越了原有的只用来加工和抛光的陈旧概念。
现在砂带磨床的加工效率甚至超过了车、铣、刨等常规加工工艺,加工精度已接近或达到同类型机床的水平,机床功率的利用率领先于所有的金属切削机床,应用范围不仅遍及各行各业,而且对几乎所有的材料,无论是金属还是非金属都可以进行加工。
长期以来不大引人注意的砂带磨削工艺现在正进入现代化发展的新阶段。
而数控磨床又是磨床的发展方向,所以研究数控砂带磨床本有很大的意义。
【正文】一.磨削技术的发展及关键技术1.磨削技术发展史高速高效磨削、超高速磨削在欧洲、美国和日本等一些工业发达国家发展很快,如德国的Aachen大学、美国的Connecticut大学等,有的在实验室完成了速度为250m/s、350m/s、400m/s的实验。
据报道,德国Aachen大学正在进行目标为500m/s 的磨削实验研究。
在实用磨削方面,日本已有200m/s的磨床在工业中应用。
我国对高速磨削及磨具的研究已有多年的历史。
如湖南大学在70年代末期便进行了80m/s、120m/s的磨削工艺实验。
高速磨削工艺特点及其发展现状
(1)高速主轴 ①高速主轴须有连续自动动平衡系统 属于自动控制技术,利用反馈调节模式,采用测量元件和控制元件进 行动平衡 ②保证主轴在高速状态下有足够的转矩用于切削 无功功率与转速和砂轮直径有关,在高速磨削状态下可通过选用直径 小的砂轮
(2)高速磨削砂轮
①砂轮基体(满足通用化,降低连接处应力,满足磨削时的强度和刚度 要求)
②锋利(也就是说,磨粒突出高度要大,以便能容纳大量的长切屑,一 般采用电镀结合砂轮)
③结合剂必须具有很高的耐磨性,以减少砂轮的磨损。(电镀结合砂轮, 多孔陶瓷结合剂砂轮)
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高速磨削砂轮
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(3)冷却润滑系统
2
3
Ⅱ工艺特点
一、磨削机理
①在高速超高速磨削加工过程中,在保持其它参数不变的条件下,随着 砂轮速度的大幅度提高,单位时间内磨削区的磨粒数增加,每个磨粒 切下的磨屑厚度变小,导致每个磨粒承受的磨削力大大变小,总磨削 力也大大降低。
②超高速磨削时,由于磨削速度很高,单个磨屑的形成时间极短。在极 短的时间内完成的磨屑的高应变率(可近似认为等于磨削速度) 形成过 程与普通磨削有很大的差别,表现为工件表面的弹性变形层变浅,磨 削沟痕两侧因塑性流动而形成的隆起高度变小,磨屑形成过程中的耕 犁和滑擦距离变小,工件表面层硬化及残余应力倾向减小。
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结构形状优化后的高速砂轮
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(4)优化冷却润滑系统 冷却润滑系统在高速磨削中有着极为重要的作用。除了要 注意冷却润滑液本身的化学构成外,其供给系统也十分重 要。因此,在研制高速磨床时,必须配置高压的冷却润滑 供给系统。
精密与超精密磨削关键技术探讨
进 给单 元 是评 价精 密及超 精 密磨床 性 能 的重 要指 标之 一 ,也是 使砂 轮保 持正 常工作 的必 要 条件 。在精
密和超精密磨削加工中,进给单元是影 响精度的重要
磨削在晶粒内进行 ,要使磨削顺利进行 ,必须使磨削
力 大大超 过 晶粒 的结合 力 ,甚至 可 以达 到材 料 的剪切 强 度 L 。同时 ,磨 粒 在 磨 削 时 产 生 高 温 和 高压 ,因 2 ] 此磨 粒 材料要选 取 高温性 能好 、硬 度 大的材 料 ,如金 。 刚石 、立方氮 化硼 等 。 ( ) 连续 磨 削 。 在磨 削 初 始 阶段 ,砂 轮 与 工 件 2
轴 器直 接相 联 。现在 ,大 多数 高精 度高 速机 床采 用 了 内装 式 电主 轴 的结构 形式 ,即将变 频 电机 和机床 主轴 合 为一体 ,而 主轴 的变速完 全 通过 控制 交流 电 的频率 来 完成 。 国内外 用于 高精 度高速 加 工 的机 床 主轴轴 系 的轴 承 主要 有 陶瓷球轴 承 、动静 压轴 承 、静 压轴 承 、气 浮
究。
对 于超精 密磨 削加 工而 言 , 由于要 求 主轴单 元 系 统具 有 刚性好 、精 度高 、加 工稳 定性好 、散热好 、故 障 少等特 点 ,因此 在成 本适 中 的条件下 ,对主 轴 的制 造精 度 、主 轴 轴 承 结 构 方 式 、 主轴 的 润 滑 和 冷 却 系 统 、底座 及 主轴 刚度等 提 出了更 高 的要 求 ,主轴 单元 的静 刚度 和工 作精 度对磨 床精 密 加工性 能有 很 大 的影 响 。磨床 主轴 单元 的动 态性 能在很 大程 度上 决定 了机
超精密加工的关键技术及发展趋势
车辆工程技术90机械电子1 超精密加工的技术范畴 在工业的加工领域当中,通常情况下按照加工的精度来划分的话,可以将机械加工一般可以分为三类,分别是:一般加工、精密加工和超精密加工。
随着生产技术的飞速发展,关于加工精度的划分标准也在随着时间的发展而变化,加工的进程也会随之而向前推移,可能过去的精密加工已经沦落为现今社会当中的一半加工的程度了。
因此,可以知道这个划分界限并不是一定的,它是会随着科学技术的发展而提高的,毕竟在如今的数据记录当中并没有主体的数值限制。
超精密加工的环境是在机床设备上进行的,利用刀具与零件之间产生的具有严格约束性的相对运动,从而达到加工出精度超高的产品,接着需要对加工好的材料进行相应的摩擦和去除毛刺,从而获得高形状、高精度的零件。
一般在学术界领域,超精度加工的加工精度通常在0.1μm 以上的,其表面的粗糙度也都是低于0.025μm的。
近年来,随着纳米技术的兴起,超精密加工目前已经进入纳米级精度阶段,逐渐的出现了纳米加工及其相关联的纳米技术。
经过近年来对纳米技术的使用和完善,这项技术已经逐渐的走向成熟,形成了一整套的超精密加工体系,其中包含了超精密切削、超精密磨削、超精密微细加工以及超精密计量等等,慢慢的向更高层次进行突破。
但是影响超精密加工的因素很多,目前只有在现有的基础上,经过研究和采用各种各样新型的技术、并且能够在各个方面融入这些新型技术,真正做到精益求精,达到更高的精度,才能突破传统加工模式的加工精度的界限。
实际上超精密的加工技术就是超精度切削、磨削和细微加工技术的综合应用。
2 超精密加工的关键技术2.1 主轴 目前阶段,在超精密加工机床的使用过程中,使用最高精度的主轴是空气静压轴承主轴,就我国制作出来的磁悬浮列车的轴承也远远达不到空气静压轴承主轴的加工精度,因此磁悬浮列车至今为止还是需要利用空气轴承。
就目前的超精密加工技术而言,空气静压轴承主轴的精度可以达到0.05μm,国内已经达到了这个加工精度的水平,然而国外甚至可以达到0.03μm,即使已经达到了如此精确的加工精度,却依旧不能满足纳米加工技术对于主轴的加工精度要求。
刀剪磨削工艺
刀剪磨削工艺磨削是常用的精加工方法,磨削质量直接影响工件的精度和品质,刀剪产品加工的关键技术在于磨削和抛光。
刀剪磨削不同于普通磨削,其磨削特点有磨削量大、表面硬度高、纹理细密等,属一次性强力磨削。
在磨削过程中会产生磨焦、卷刃、塌头、刀剪口线不直,剪根有台阶、裂纹、纹理过粗等缺陷。
第一章介绍了刀剪产品的市场竞争趋势,对国内外刀剪产品的情况进行对比,并介绍了本文的课题来源、目标、内容和工作方案。
第二章综述了目前国内刀剪磨削方法;从磨具磨料、磨削面等方面说明刀剪的磨削特征;并分析刀剪磨削技术的发展和关键技术。
第三章对刀剪磨削力的计算进行分析。
文中列出磨削力计算经验公式、实用公式及理论计算公式,根据磨削方式的不同选择磨削力计算公式,在设计时可以反复多次计算确定各项磨削参数,并进行强度校核。
第四章提出砂轮对刀剪进行磨削加工过程中产生的磨削热是影响刀剪表面质量的重要因素,分析了磨削热的产生,讨论了磨削温度对刀剪产品的影响;对刀剪磨焦作了较详细的分析,磨削刀剪时选择合适的砂轮、冷却方式及磨削量等参数,确保刀剪产品的磨削质量。
第五章从刀剪加工工艺分析了刀剪裂纹的产生和扩展,根据刀剪的形状和磨削部位等确定危险截面,对产生的危险裂纹从受力方面进行分析。
通过断裂力学理论对民用剪刀裂纹处的应力强度因子和应力状况进行分析,由切向磨削力和法向磨削力计算出临界裂纹,并举例进行计算和验证。
通过刀具开裂成因及其改进举例分析,提出相应的改进措施。
最后,对本文的研究结果进行了总结并对进一步工作进行展望。
1.1刀剪产品市场竞争趋势刀剪行业是我国历史悠久的传统行业,现正名副其实地呈现了“小商品,大市场”的喜人形势。
2003年国际刀剪进出口总额是36亿美元,我国刀剪出口总额是4.1l亿美元,占世界出口总额的lO%左右,其中一半以上是对外来料加工,市场空间非常广阔。
我国出口产品高档次不多,基本都是中低档产品。
随着中国加入世界贸易组织,我国的刀剪行业将更多地参与国际市场竞争。
高速超高速磨削技术发展与关键技术
性变革。德国著名磨削专家 T a aoi . w k l博士将超高 T 速 磨 削 誉为 “ 代磨 削 技术 的最 高峰 ” 日本 先端 现 。 技术研究学会把超 高速加工 列为五大现代制造 技
术之 一 。在 19 96年 国际生 产工程 学 会 ( IP CR )年 会上 超高速 磨 削技 术被 j式 确定 为面 向 2 l世纪 的 中心 研 究方 向之 一 ,是 当今在 磨削领 域 最 为引人 注 目的技术 。
关键 词 高速超 高速
磨粒加 T 关键 技术
I高速/ 超高速磨削技术发展
超 高速 磨 削 技 术 是 现 代 新 材 料 技 术 、制 造 技 术 、控制 技术 、测试 技 术和 实验 技术 的高 度集 成 , 是优 质与 高效 的完美 结 合 ,是磨 削加 工 工艺 的革 命
磨削 的基 础研 究 ,当 时实验 审 的磨 削速度 就 已经达
辟了广阔的空间,对于高速超高速磨削技术的实用 化也起到了直接的推动作用。
通 常将砂 轮线速 度 大 于 4 / 的磨 削 称为 高速 5 s m 磨削 ,而将砂 轮线 速 度 大于 10m/ 5 s的磨 削称 为超 高速 磨削 。超 高速 磨 削在 欧洲 、 日本 和美 国等 发达
国家 发展较快 。
行磨削 ,可得 到高效 率、高质量的磨削效果。据
Aah n工业 大 学 实验 窀的 K e g和 F r ma n宣 ce oi n el n e
称 , 该实验 室 已经 采用 了圆周速 度 达 到 50m s的 0 / 超 高速 砂轮 ,这 一速度 已突破 了当前机 床 与砂轮 的 工 作极 限 。另外 B ancwe rush i g大学 、B rn工业 大 el i 学 等 也在进 行 此方 面 的研 究 。 瑞 士 Su e 公 司 开发 的 C N 砂 轮磨 削线速 度 tdr B 在 6 / 0m s以上 ,并 向 10 10m s 向发展 。¥ 0 2 ~ 3 / 方 4 C N 砂轮 磨床 ,在 15 s 高速 磨 削性 能发挥 最 B 2 时 m/
ELID超精密磨削技术综述
.. ELID超精密磨削技术综述蔡智杰天津大学机械工程学院机械工程系2014级硕士生摘要:金属基超硬磨料砂轮在线电解修整(Electrolytic In-process Dressing, 简称ELID)磨削技术作为一种结合传统磨削、研磨、抛光为一体的复合镜面加工技术,开辟了超精密加工的新途径,具有广发的应用价值。
本文将从工作原理、磨削机理、工艺特点、影响因素及磨削机床的分类等方面系统地介绍ELID超精密磨削技术,并通过分析国外研究应用状况,阐述该技术在精密加工制造行业的应用发展前景。
关键词:在线电解修整(ELID) 超精密镜面加工金属基超硬磨料砂轮硬脆材料磨削机理0 引言随着制造行业的飞速发展,硬质合金、工程瓷、光学玻璃、玻璃瓷、淬火钢及半单晶硅等硬脆难加工材料得到广泛应用,寻求低成本、高效率的超精密加工技术的研究工作正在广泛开展。
超精密镜面磨削技术是一种借助高性能的机床、良好的工具(砂轮)、完善的辅助技术和稳定的环境条件,控制加工精度在0.1μm级以下、表面粗糙度Ra<0.04μm甚至Ra<0.01μm的磨削方法[1]。
然而,由于传统磨削工艺效率低、磨削力大、磨削温度高,且砂轮极易钝化、堵塞而丧失切削性能,从而造成加工面脆性破坏,加工质量恶化,难以满足高精度、高效率的加工要求。
随着砂轮精密修整技术的发展及超微细粒度砂轮的使用,将磨削加工的材料去除工作引入到一个新的领域。
ELID磨削技术是应用电化学反应的非传统材料去除技术来解决金属基超硬磨料砂轮的修整问题的超精密镜面加工技术,以其效率高、精度高、表面质量好、加工装置简单及适应性广等特点,已较广泛用于电子、机械、光学、仪表、汽车等领域。
1 ELID磨削的基本原理ELID(Electrolytic In-process Dressing)磨削是在磨削过程中,利用非线性电解修整作用使金属结合剂超硬磨料砂轮表层氧化层的连续修整用与钝化膜抑制电解的作用达到动态平衡。
超高速磨削加工的关键技术及其装备开发
与技 术
Po u t rd c s& T c n lg eh ooy
超 高速磨 削加工 的关键 技术及 其装备开发
蔡 光起 修 世超 ( 东北 大学机械 工程 与 自动化 学 院 沈 阳 ,1 0 0 ) 10 4
摘
要 :介 绍 了超 高速 磨 削 和快 速点 磨 削 的关键 技 术 及 国内外 发 展现 状 ,以及 东北 大学 在这 一 技术 领 域
Ca a g i Xi h c a i Gu n q u S ih o
(c o lo c a ia n iern & A tmain。No tese n Unv ri 。 S h o fMeh nc lE gn eig uo t o rh a tr i es y t
S e y n 1 0 4 C ia h n a g 1 0 0 。 hn )
制造 、超高 速磨 削成屑 机 理及 分子 动 力学 仿 真 研究 、 超 高速 磨 削热 传 递 机 制 和 温 度场 研 究 、高 速 钢 等 材 料 的高 效深磨 研究 、超 高速单 颗 磨粒C N 削试 验 研 B磨
究 、超 高 速 磨 削 砂 轮 表 面气 流 场 和 磨 削 摩擦 系 数 的
零 件 加 工精 度 、表 面 粗 糙 度 与 完 整性 、加工 效 率 和
批 量 化 质 量稳 定 性 的要 求 ,近 年 出 现 了 一些 先 进 的
磨 削 加 工技 术 ,其 中 以超 高 砂 轮线 速度 和超 硬 磨 料 砂 轮 为 主要 技 术 特 征 的 超 高 速 外 圆磨 削 、高 效 深 切 磨 削 、快 速点磨 削技 术 的发 展最 为 引人注 目。
Ke rs ue- ihsedgidn ,C C,Q ik pitgidn ywod :Sprhg pe r ig N n uc- o r ig n n
ELID磨削_硬脆材料精密和超精密加工的新技术
EL ID磨削硬脆材料精密和超精密加工的新技术张飞虎 朱 波 栾殿荣 袁哲俊( 哈尔滨工业大学机械工程系 哈尔滨 150001 )文 摘 金属基超硬磨料砂轮在线电解修整(E lectrolytic In2process Dressing,简称E L ID)磨削技术是国外近年发展起来的一种硬脆材料精密和超精密加工新技术。
本文介绍了E L ID磨削技术的基本原理、工艺特点和国内外研究应用情况。
应用E L ID磨削技术,可对工程陶瓷等硬脆材料实现高效率磨削和精密镜面磨削。
关键词 精密和超精密加工,磨削,砂轮,修整EL ID Grinding A New Technology for Precision andUltraprecision Machining of Hard and Brittle MaterialsZhang Feihu Zhu Bo Luan Dianrong Yuan Zhejun( Department of Mechanical Engineering,Harbin Institute of Technology Harbin 150001 )Abstract EL ID grinding which applies metal bonded grinding wheel with superhard abrasives and electrolytic in2process dressing is a newly developed technology for precision and ultraprecision machining of hard and brittle ma2 terials.In this paper the basic principle,characteristics,research and application of EL ID grinding are introduced.By EL ID,efficient grinding and mirror surface grinding of ceramics and other hard and brittle materials can be realized.K ey w ords Precision and ultraprecision machining,Grinding,Grinding wheel,Dressing1 引言金刚石、CBN超硬磨料具有硬度高、耐磨性好等优良的切削性能,自美国GE公司1957年和1969年批量生产人造金刚石、CBN磨料以来,除少数做成刀具外,大部分都用于制造磨具。
发动机凸轮轴的磨削技术
汽车凸轮轴的磨削技术简介:CBN砂轮磨削具有高效、高精度、低成本等显著优点,是凸轮轴磨削加工技术发展的必然趋势。
依据多年实验研究的结果和相关技术文献,文章指出了国内在将凸轮轴的CBN磨削技术推向市场的过程中主要的制约因素,并提出了积极的建议,以期在凸轮轴加工中广泛采用CBN磨削技术,提高发动机整体的加工技术水平。
凸轮轴作为发动机的关键零件之一,其加工质量的好坏直接影响发动机的动力特性;同时,凸轮轴又是一种非圆磨削的工关键字:刀具夹具切削铣削车削机床测量CBN砂轮磨削具有高效、高精度、低成本等显著优点,是凸轮轴磨削加工技术发展的必然趋势。
依据多年实验研究的结果和相关技术文献,文章指出了国内在将凸轮轴的CBN磨削技术推向市场的过程中主要的制约因素,并提出了积极的建议,以期在凸轮轴加工中广泛采用CBN磨削技术,提高发动机整体的加工技术水平。
凸轮轴作为发动机的关键零件之一,其加工质量的好坏直接影响发动机的动力特性;同时,凸轮轴又是一种非圆磨削的工件,其加工余量大且材料难磨,对磨削精度和生产效率要求都很高,加工难度比较大。
因而,凸轮轴的磨削技术一直是业内人士关注的重点。
如何提高磨削效率和加工质量是凸轮轴磨削急需解决的问题,主要应考虑如下几个■影响因素:■机床的特性;■凸轮轮廓磨削成形的方式;■砂轮性能和冷却液;■磨削工艺,包括修整工具及修整工艺。
■国内外凸轮轴磨削技术发展现状目前,国内多数轿车主机厂的凸轮轴生产线和专业生产凸轮轴的厂家均引进了CBN磨削技术,但仍有很多的载重汽车、柴油机和摩托车发动机的凸轮依然采用传统的刚玉砂轮、靠模仿形的磨削工艺。
粗磨工序使用的是国产中低速磨床(35m/s以下),精磨工序部分厂家使用进口磨床,但使用速度均在60m/s以下,修整工具以单点金刚石笔居多,进口磨床和少数国产磨床采用金刚石滚轮修整。
这种传统技术给凸轮轴的磨削带来的问题主要体现在如下几个方面:凸轮轮廓精度低且难以提高采用靠模样板磨削,凸轮轮廓形状误差最小只能控制在±0.03mm范围内,而全数控无靠模磨削则可控制在±0.01mm内。
持续创新研发高效磨削技术与高端数控装备——走进国家高效磨削工程技术研究中心
战略项目的实施提供工艺技术与装备支撑,为行业技术进步开展引领性研究。
科研成果工程中心自组建以来,成功开发了7大系列30余个规格的具有自主知识产权的中高档高速、高效数控磨床,在国内汽车、内燃机、工程机械、摩托车等行业获得大批量应用,产品覆盖国内20多个省市,对加快我国汽车关键零部件精加工装备国产化,带动我国高档数控机床的技术和产业发展,增强我国高档数控机床的国际竞争力起到了重要支撑作用。
工程中心在2007~2011年期间,先后承担了一大批对行业技术进步有重要影响的国家和部省科技项目及国际合作研究项目,项目总经费近1.2亿元;获得国家、部、省以上科研成果奖13项。
其中国家科技进步奖二等奖1项,部省科技进步奖3项。
工程中心在2011~2015评估期,承担国家、部、省科技项目74项,项目总经费1.64亿元,获国家、部、省科技奖励10项,其中国家科技进步奖二等奖1项,部省科技进步一等奖4项;共申请与授权国家专利52项,其中发明专利32项;制定各类标准10项;发表学术论文133篇,学术专著5部。
工程中心“十三”五期间科研总收入达到22577万元,年均科研与产业总收入保持在5000~6000万元水平,人均科研产业收入居同类研究机构领先水平。
课题及项目工程中心牵头完成的国家04科技重大专项“高效磨削创新能力平台”课题,联合秦川机床工具集团、上海机床厂有限公司、郑州三磨所、持续创新研发高效磨削技术与高端数控装备——走进国家高效磨削工程技术研究中心Continuous Innovation and Development of High-Efficiency Grinding Technology andHigh-End CNC Equipment[编者按] 国家高效磨削工程技术研究中心于1998年经科技部批准,依托湖南大学组建,专业从事高效磨削技术及装备的研发。
工程中心研发团队在高效磨削基础理论、工艺技术与数控装备领域开展了长期、持续的创新研发,具有30多年的研究历史传承,形成了基础研究、应用开发、高档数控装备研制与市场应用的一体化格局。
磨削技术的历史、现状和展望
欧洲 高速 超 高速 磨 削技 术 的发展 起 步 比较 早 , 最初 在2 世纪 6 年 代末 期 就开 始进 行 高速 超 高速 磨 0 0 削 的基础 研 究 , 当时 实验 室 的 磨削 速度 就 已经达 到
2 0 2 0 / 。7 年 代 ,超 高速 磨 削开 始采 用C N 1 ~ 3 m S 0 B 砂 轮 。 l 8 年 德 国B e e 大 学 出 资 由 德 国 G h i g 93 rm n u r n
是否不 同?不 同之处在 哪里 ?原 因何在?
李长河教 授 :我 国和世 界各 国磨 削加工的发展重 点基本相 同,但在高速/ 高效磨削加工方面世界各国略
有不 同。
小切 削工具 。磨 削过程就 是 由这些成千 上万个磨粒 微
小切 刃 共 同连 续 完 成 的 。
M M :磨削加工 的发展 方向?为什么确 TT 立这样 的方向?
李长 河教授 :磨削技术 的历史非 常悠久 。人类 的祖 先最早用砂岩磨砺 燧 石工具 ,还用磨料将石 头磨 成饮食工具 。用于建造埃及金字塔 的巨大石 块也是用 原始 的磨料 工具切割而成,并用 砂岩磨 光他们 的表面 。
金 属 磨 削 始 于 公 元 前 2 0 年 的 古 埃 及 , 主 要 用 于 磨 锐 工 具 和 光 整 饰 00
高效磨 削工艺及装 备 的关键 实现技术和基 础理论 ,石
‘ l ‘ 等等 十
率 。美 国C n e t c t o n c iu 大学磨削研究与发展 中心 的无心 外 圆磨床 ,最 高磨削速度 2 0 m s 0 0 5 / 。2 0 年美 国马萨诸 塞州立大学 的S M l i 等人, 以1 9 m s .a k n 4 / 的砂轮速度 , 使用 电镀金 刚石砂轮通 过磨 削氮化硅 ,研究砂轮 的地
石材的新型加工技术
石材的新型加工技术第一部分石材新型加工技术概述 (2)第二部分高效切割技术与设备 (5)第三部分石材表面处理与优化 (9)第四部分数控石材雕刻技术应用 (12)第五部分石材磨削与抛光技术发展 (14)第六部分采用生物技术制造石材 (17)第七部分石材的新型复合材料研究 (20)第八部分环保石材加工材料与方式 (22)第一部分石材新型加工技术概述石材新型加工技术概述随着建筑业和装饰材料市场的不断发展,对石材的需求日益增长,同时对石材加工技术的要求也越来越高。
传统的石材加工方法存在效率低、成本高、污染环境等问题,因此,新型石材加工技术的研究和发展成为当前行业的重要课题。
本文将对石材新型加工技术进行概述,包括其基本原理、特点、应用及发展现状。
一、石材新型加工技术基本原理新型石材加工技术主要包括精密加工技术、纳米加工技术、激光加工技术、切削加工技术等。
这些技术的应用,使石材加工过程更加高效、环保、精确。
1.精密加工技术:采用精密加工设备和工具,通过切割、磨削、研磨等工艺,实现对石材的精细加工。
2.纳米加工技术:运用纳米级别的加工工具,通过化学、物理等方法,在石材表面进行微米或纳米级别的加工。
3.激光加工技术:利用激光的高能量密度和聚焦性,对石材进行熔融、切割、打标等加工。
4.切削加工技术:采用切削刀具在石材表面进行物理去除加工,达到预期的形状和尺寸。
二、石材新型加工技术特点相对于传统石材加工技术,新型石材加工技术具有以下特点:1.高效:新型加工技术能够显著提高石材的加工效率,减少加工时间。
2.环保:新型加工技术在加工过程中产生的废料、粉尘等污染物较少,有利于环保。
3.精确:新型加工技术具有高度的加工精度,能够实现石材的精细化加工。
4.经济:虽然新型加工设备的初期投资较高,但长期来看,其高效的加工能力和精确的加工质量能够降低生产成本,提高经济效益。
三、石材新型加工技术应用新型石材加工技术在建筑、装饰、艺术等领域具有广泛的应用前景:1.建筑装饰:新型石材加工技术可用于加工大理石、花岗石等装饰材料,提高装饰效果的档次和科技含量。
金属加工机械磨削技术
金属加工机械磨削技术一、前言与背景金属加工机械磨削技术作为机械加工领域的一个重要分支,起源于工业革命时期,随着工业生产的不断发展,金属加工技术也在不断进步和完善。
磨削技术作为金属加工中常见的一种加工方式,其通过对金属材料进行磨削,可以达到提高表面光洁度、尺寸精度和减小表面粗糙度的目的。
研究金属加工机械磨削技术具有重要意义,首先,提高磨削效率和加工质量可以有效降低生产成本,提高企业竞争力。
其次,磨削技术的发展推动了金属加工行业的技术进步,促进了新材料的应用和发展。
此外,磨削技术在航空、航天、汽车等领域的应用也日益广泛,对经济社会的发展产生了积极影响。
二、金属磨削技术的核心概念与分类1. 核心概念金属磨削技术是指利用磨削工具对金属材料进行切削,以提高表面质量、尺寸精度和减小表面粗糙度的加工方法。
磨削过程中涉及到的主要参数包括磨削速度、进给速度、切削深度等。
2. 分类及特征(1)按照磨削方式分类:外圆磨削、内圆磨削、平面磨削、曲面磨削等。
(2)按照磨削对象分类:黑色金属磨削、有色金属磨削、复合材料磨削等。
(3)按照磨削工具分类:磨粒磨削、陶瓷磨削、碳化物磨削等。
各类磨削技术具有不同的特征和应用领域,例如,外圆磨削适用于轴类零件的加工,平面磨削适用于板类零件的加工等。
3. 应用领域及市场潜力金属磨削技术广泛应用于航空、航天、汽车、精密仪器等领域,随着制造业的快速发展,市场需求不断提高,磨削技术市场潜力巨大。
三、金属磨削技术的关键技术及创新成果1. 关键技术金属磨削技术的关键技术主要包括磨削参数优化、磨削工具材料、磨削液选用等。
2. 创新成果(1)高速磨削技术:提高磨削速度,降低加工成本,提高加工效率。
(2)数控磨削技术:实现磨削过程的自动化和精确控制,提高加工精度。
(3)智能化磨削技术:利用和大数据技术,实现磨削参数的优化和自动调整。
3. 影响新技术的应用和性能提升对金属磨削技术的竞争格局和市场格局产生了积极影响,提高了企业的竞争力,推动了行业的快速发展。
以极端制造理念 促精密磨削发展
研究 ,带动 相关 技术 的共 同进 步 。近 几年来 , 以极
端制造 技术 作为 磨削技 术发 展 的突破 口,极 大提 升 了数控 磨床 的制 造水平 。
到 1a1 n、重 复定位 精度 5 n、外 形尺 寸为 4 5 0a1 2
mmx 6 mmx 1 l的最 小精密 磨 削数控机 床 , 20 4 0mi l 该
术领 先指 以技术 含量 高 、实用性 强 、适应性 广 、竞
争 力强 为特 征 的技术 先进 性和 以产业 化程度 高 、可
推广 性强 、市场 前景 广 阔、经济 效益 好 为特 点 的技 术 成熟性 。技术 发展 集 团性表现 在核 心技 术 的集 中
攻 关、关键技 术 的联合 开发 、 关技术 的支 持开 发 ; 相 技术 发展 扩展性 表现 为深 入化 、系列 化 、产 业化 、
磨 床解 决 了纺织 、半 导体 、航空 航天 等行业 微型 零 件 的超精 密加 工 问题 。与其相 关 的关键 技术 如纳 米
级 磨床 布局 与设计 技术 、精 密砂 轮制造 和在 线修 整 技 术 、超 精密 机床 数控 和误差 补偿 技术 等都 在不 同
极 端制造 ( xrmeMauatr g是在 极端条 E t n fc i ) e un
际机床 的先进 水平 ,以提 升 国 内机床 行 业的 技术 品
位 为 己任 。同时 ,将 极端 制造 的理 念和 技术 应用 到 常规产 品设计 制造之 中,推动 产 品升级换 代 ,对提 高数 控 磨床 的制造 水平起 着非 常重 要 的作用 。
限公 司正在研 究 开发超 精密 大 口径 光学 玻璃专 用 平
件下 ,制造 极端 尺度或 具有 极高功 能 的器件 和功 能
木材加工中的磨削工艺和控制
木材加工中的磨削工艺和控制木材加工是一门古老而重要的技艺,在它漫长而悠久的历史中,磨削工艺一直是一个至关重要的环节。
磨削技术可以帮助木材加工商得到更好的木材质量,同时也可以大幅提高生产效率。
但是,磨削加工技术也是常常被低估的一个领域,需要大量的经验、技巧和知识才能够运用得当。
磨削工艺的基础是磨料和磨具。
磨料决定了磨削速度和表面光洁度,磨具则负责把磨料带到工件表面。
常见的磨料有刚玉,碳化硅,氧化铝,磨具的类型分为车刀、磨头、砂轮和研磨头等多种。
不同的磨具和磨料可以实现不同的磨削方法,并对工件表面产生不同的效果。
另外,控制磨削是重要的手段,可以确保加工铁木的质量和精度。
机器的不稳定性和磨削参数的不准确,都会导致加工铁木的误差。
因此,加工铁木必须控制磨削工艺和磨削参数,并通过测量仪器对成品进行检测,以确保产品质量和精度。
磨削技术和磨削参数是磨削加工过程的核心要素。
磨削技术包括磨削方式、磨削轮的选择和磨削参数的设置等。
磨削方式决定了切削力和表面几何形状,磨削轮的选择决定了加工效率,磨削参数的设置决定了工件表面质量和尺寸精度。
因此,在磨削加工过程中,必须选用适当的磨削方式、磨削轮和磨削参数,以确保加工铁木的质量和精度。
在磨削工艺选型时,必须综合考虑磨削工具成本,磨削效率和磨削质量等多种因素,并根据工件的特性来进行调整。
应用现代计算机辅助设计软件,可以实现磨削加工的自动化和智能化,提高加工铁木的质量和效率。
最后,工作环境和加工流程的改善也是提高磨削技术的关键之一。
磨削过程中,机器润滑和冷却系统是关键的因素,可以大大减少生产过程中的磨损和热损失。
另外,加工铁木的安全和健康也是非常重要的。
对于使用机器的工人,必须了解所有的安全预防规章制度,并应将所有的规章制度应用到磨削工艺中。
总之,磨削工艺和控制是木材加工中不可或缺的技术,能够提高生产效率和产品质量。
磨削工艺和控制需要理解磨削基础知识、了解机器和设备的性能、技巧和经验、合适的磨削参数的正确选择等方面,并着眼于磨削加工过程中的工作安全和流程改进,以带来生产效益及人员生命安全的全面提升。
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磨削技术的发展及关键技术周志雄,邓朝晖,陈根余,宓海青(湖南大学,长沙市,410082)1 磨削技术发展概述一般来讲,按砂轮线速度Vs 的高低将磨削分为普通磨削(Vs<45 m/s)、高速磨削(45≤Vs <150 m/s)、超高速磨削(Vs≥150 m/s)。
按磨削精度将磨削分为普通磨削、精密磨削(加工精度1 μm~0.1 μm、表面粗糙度Ra0.2 μm~0.1 μm)、超精密磨削(加工精度<0.1 μm , 表面粗糙度Ra≤0.025 μm)。
按磨削效率将磨削分为普通磨削、高效磨削。
高效磨削包括高速磨削、超高速磨削、缓进给磨削、高效深切磨削(HEDG)、砂带磨削、快速短行程磨削、高速重负荷磨削。
高速高效磨削、超高速磨削在欧洲、美国和日本等一些工业发达国家发展很快,如德国的Aa chen大学、Bremm大学、美国的Connecticut大学等,有的在实验室完成了Vs为250 m/ s、350 m/s、400 m/s的实验。
据报道,德国Aachen大学正在进行目标为500 m/s的磨削实验研究。
在实用磨削方面,日本已有Vs=200 m/s的磨床在工业中应用。
我国对高速磨削及磨具的研究已有多年的历史,如湖南大学在70年代末期便进行了80m/s、1 20 m/s的磨削工艺实验;前几年,某大学也计划开展250 m/s的磨削研究(但至今尚未见到这方面的报道),所以说有些高速磨削技术还只是实验而已,尚未走出实验室,技术还远没有成熟,特别是超高速磨削的研究还开展得很少。
在实际应用中,砂轮线速度Vs一般还是45~60 m/s。
国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究,以获得亚微米级的尺寸精度。
微细磨料磨削,用于超精密镜面磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均直径可小至4 μm。
日本用激光在研磨过的人造单晶金刚石上切出大量等高性一致的微小切刃,对硬脆材料进行精密磨削加工,效果很好。
超硬材料微粉砂轮超精密磨削主要用于磨削难加工材料,精度可达0.025 μm。
日本开发了电解在线修整(ELID)超精密镜面磨削技术,使得用超细微(或超微粉)超硬磨料制造砂轮成为可能,可实现硬脆材料的高精度、高效率的超精密磨削。
作平面研磨运动的双端面精密磨削技术,其加工精度、切除率都比研磨高得多,且可获得很高的平面度。
电泳磨削技术也是一种新的超精密及纳米磨削技术。
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(E MO)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,车削只占23%,钻削占22%,其它占8%;而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%。
我国从1949~1998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13%左右。
可见,磨削技术及磨床在机械制造业中占有极其重要的位置。
为什么磨削技术会不断地发展?主要原因如下:(1)加工精度高由于磨削具有其它加工方法无法比拟的特点,如砂轮上参与切削的磨粒多,切削刃多且几何形状不同;仅在较小的局部产生加工应力;磨具对断续切削、工件硬度的变化不很敏感;砂轮可实现在线修锐等,因而可使加工件获得很高的加工精度。
(2)加工效率高如缓进给深磨,一次磨削深度可达到0~25 mm,如将砂轮修整进一步提高后,其加工效率则成所需形状,一次便可磨出所需的工件形状。
而当Vs更高。
(3)工程材料不断发展许多材料(如陶瓷材料、玻璃材料等)在工业中的应用不断扩大,有些材料只能采用磨削加工,需要有新的磨削技术及磨削工艺与之相适应。
(4)新的磨料磨具如人造金刚石砂轮、CBN砂轮的出现,扩大了磨削加工的应用范围。
(5)相关技术的发展如砂轮制造技术、控制技术、运动部件的驱动技术、支撑技术等,促进了磨削技术及磨削装备的发展。
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。
目前,磨削技术的发展趋势是,发展超硬磨料磨具,研究精密及超精密磨削、高速高效磨削机理并开发其新的磨削工艺技术,研制高精度、高刚性的自动化磨床。
2 磨削的关键技术研究就磨削而言,特别就高速高效磨削、精密及超精密磨削而言,其涉及的内容广泛,不仅包括磨削本身的技术,也集中了其它相关的技术。
关键技术介绍如下:2.1 磨削机理及磨削工艺的研究通过对磨削机理和磨削工艺的研究,揭示各种磨削过程、磨削现象的本质,找出其变化规律,例如,磨削力、磨削功率、磨削热及磨削温度的分布、切屑的形成过程、磨削烧伤、磨削表面完整性等的影响因素和条件;不同工件材料(特别是难加工材料和特殊功能材料)和磨削条件的最佳磨削参数;磨具的磨损,新型磨具材料的磨削性能等,只有通过磨削机理和磨削工艺的研究,才能确定最佳的磨削范围,获取最佳的磨削参数。
对普通磨削而言,在磨削机理和磨削工艺方面已开展了广泛而深入的研究。
在精密及超精密磨削、高速高效磨削的磨削机理和磨削工艺方面,针对不同的工程材料(如陶瓷和玻璃) 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,还需进行广泛的研究,找出其内在的规律。
可见,需要进一步研究的重点有,①磨削过程、磨削现象(如磨削力、磨削温度、磨削烧伤及裂纹等)的研究;②磨削工艺参数优化的研究;③不同材料(常用材料)的磨削机理的研究;④磨削过程的计算机模拟与仿真的研究。
2.2 高速、高精度主轴单元制造技术主轴单元包括主轴动力源、主轴、轴承和机架几个部分,它影响着加工系统的精度、稳定性及应用范围,其动力学性能及稳定性对高速高效磨削、精密超精密磨削起着关键的作用。
提高砂轮线速度主要是提高砂轮主轴的转速,特别是在砂轮直径受到限制的场合(如内圆磨削)。
因而,适应于高精度、高速及超高速磨床的主轴单元是磨床的关键部件。
而对于高速高精度主轴单元系统,应该是刚性好,回转精度高,运转时温升小、稳定性好、可靠,功耗低,寿命长,同时,成本也应适中。
要满足这些要求,主轴的制造及动平衡,主轴的支撑 (轴承),主轴系统的润滑和冷却,系统的刚性等是很重要的。
国外主轴单元技术的发展很快,有些公司专门提供各种功能的主轴单元部件,这种主轴单元部件可以方便地配置到加工中心、超高速切削机床上。
近年来高速和超高速磨床越来越多地用电主轴作为其主轴单元部件,如美国福特公司和Ingersoll公司推出的加工中心,其主轴单元就是用的电主轴,其功率为65 kW,最高转速达15 000 r/min,电机的响应时间很短;在EMO’97上,电主轴是机床制造技术中最热门的功能部件,参展商达36家;美国Landis公司的超高速曲轴、凸轮轴磨床的砂轮主轴,也都用电主轴。
目前,国内主轴单元的速度大约在10 000 r/min以下,且其精度、刚性及稳定性有待于考验和提高。
同时,缺乏高速、高精度、大功率的主轴单元(电主轴)。
需要进一步研究的重点如下:①大功率、高转速和高精度的驱动系统的研究与开发;②高刚性、高精度、高转速重负荷的轴承或支承件的研究与开发;③高速、高刚性、高精度的砂轮主轴和工件头架主轴的制造技术。
2.3 精密、高速进给单元制造技术进给单元包括伺服驱动部件、滚动单元、位置监测单元等。
进给单元是使砂轮保持正常工作的必要条件,也是评价高速、高效及超高速磨床性能的重要指标之一,因此,要求进给单元运转灵活,分辨率高,定位精度高,没有爬行,有较大的移动范围(既要适合空行程时的快进给,又要适应加工时的小进给或者微进给),既要有较大的加速度,又要有足够大的推力,刚性高,动态响应快,定位精度好。
数控机床普遍采用旋转电机(交直流伺服电机)与滚动丝杠组合的轴向进给方案。
但随着高速高精度加工的发展,国内外都普遍采用了直线伺服电机直接驱动技术,高动态性能的直线电机结合数字控制技术,可达到较高的调整质量,也可满足上述要求,如德国西门子公司就在CIMT'97作了直线电机120 m/min高速进给的表演,而该公司的直线电机最大进给速度可达 200 m/min, 其最大推力可达6600 N,最大位移距离为504 mm。
又如日本三井精机公司生产的高速工具磨床,主轴上下移动(行程25 mm)采用直线电机后,可达400次/min,是原来的2 倍,加工效率提高3~4倍。
我国国产数控进给系统(特别是高速、高精度进给系统)与国外相比还有很大的差距,其快速进给的速度一般为24 m/min。
可见,为了适应精密、高速及超高速磨床的发展,在以下几个方面应重点研究:①高速精密交流伺服系统及电机的研究;②直线伺服电机的设计与应用的研究;③高速精密滚珠丝杠副及大导程滚珠丝杠副的研究;④高精度导轨、新型导轨摩擦副的研究;⑤能适应超精密磨削的高灵敏度、超微进给机构和超低摩擦系数的导轨副的研究。
2.4 砂轮制造及其新技术随着工程材料的发展及其应用,CBN砂轮和人造金刚石砂轮的应用越来越广泛,而砂轮的许用线速度也要求较高,一般在80 m/s以上。
单层电镀CBN砂轮的线速度可达250 m/s,发展超高速磨削也需要150 m/s以上的砂轮,但国内80~120 m/s 的CBN砂轮仍在研制之中。
此外,砂轮的设计,其截面形状的优化、粘结剂的结合强度及其适用性、砂轮基体的材料、砂轮的制造技术(特别是对微细磨料磨具的制造技术)等都是非常重要的,仍需对一些关键技术进行攻关:①砂轮基体材料及制造技术的开发、设计及其优化;②砂轮新型粘结剂(特别是适用于制造微细磨料磨具的粘结剂)的研究;③新型磨料的制备工艺,如可使磨料容易产生新的切削刃;④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;⑤适合于超精密磨削的超微粉砂轮的制备技术。
2.5 机床支承技术及辅助单元技术机床支承技术主要是指机床的支承构件的设计及制造技术。
辅助单元技术包括快速工件装夹技术,高效冷却润滑液过滤系统、机床安全装置、切屑处理及工件清洁技术、主轴及砂轮的动平衡技术等。
磨床支承构件是砂轮架、头架、尾架、工作台等部件的支撑基础件。
要求它有良好的静刚度、动刚度及热刚度。
对于一些精密、超高速磨床,国内外都有采用聚合物混凝土(人造花岗岩)来制造床身和立柱的,也有的将立柱和底座采用铸铁整体铸造而成,还有采用钢板焊接件,并将阻尼材料填充其内腔以提高其抗震性,这些都收到了很好的效果。
应在以下几个方面(特别是下一代磨床的设计)加强研究:①新型材料及结构的支承构件的优化设计及制造技术的研究;②砂轮动平衡技术的研究;③磨削液过滤系统的研究;④安全防护装置的设计制造技术的研究;⑤精密自动跟刀架及支承件的研究。
2.6 砂轮在线修整技术在磨削过程中,砂轮由于磨钝和磨损,需要进行及时修整,特别是对超细磨料砂轮而言,更需频繁修整。