CNC坐标磨床全干式切削加工性能的分析

"&# 砂轮高的磨削效率 " 使磨削比降低 " 而磨削比降低意
味着磨削加工成本大幅地提高 ! 磨床刚度低易产生严重 的 粘 屑 " 而 使 "&# 砂 轮 不 能 进 行 正 常 磨 削 " 需 修 整 后 才 能进行磨削工作 ! 磨床刚度低易发生振动 % 尤其是磨屑粘 附时 % 振动会更加严重 " 对加工表面产生振纹和烧伤 % 使表 面粗糙度急剧增加 " 工件表面质量严重恶化 !
面的温度 )<*可能高达 @(6%&@56% 或更高 % 淬火钢中的残 余奥氏体 " 在磨削时受磨削热的影响即发生分解 " 逐渐转 变为马氏体 " 这种新生的马氏体集中于表面 " 引起零件局 部 体 积 膨 胀 " 加 大了 零 件 表 面 应 力 " 导 致 磨 削 应 力 集 中 " 继续磨削则容易加速磨削裂纹的产生 ’ 此外 " 新生的马氏 体脆性较大 " 磨削也容易加速磨削裂纹的产生 % 另一方 面 " 在磨床上磨削工件时 " 对工件既是压力 " 又是拉力 " 助 长了磨削裂纹的形成 % 所以降低磨削热是解决磨削裂纹 的关键 % 如下措施可有效防止磨削裂纹的产生 ( # *$ 产生 磨 削 裂 纹 的 根 本 原 因 在 于 淬 火 件 的 马 氏 体 组织是一种膨胀状态 " 有应力存在 " 要减少和消除这种应 力 " 工件应进行去应力回火即淬火后应马上进行回火处 理 % 有时经过一次回火后仍可能产生磨削裂纹 " 这时可 以进行二次回火或人工时效 " 这个方法非常有效 % 如果零 件硬度要求不高 " 而零件外观表面要求较高时 " 可以将回 火温度 提 高 到 566% 以 上 " 即 调 质 处 理 " 这 时 零 件 表 面 将 不会再出现磨削裂纹现象 % # ($ 刚 出 炉 的 工 件 " 必 须 待 工 件 自 然 冷 却 至 常 温 后 才能进行磨削 % 在时间允许的情况下 " 最好让工件自然时 效一段时间 " 消除应力后再进行磨削 " 这也会收到很好的 效果 % # 2$ 干磨时 " 选用粒度较大 & 锋利的砂轮 " 增加磨削次 数"减少背吃刀量"减小工作台移动速度"可减少磨削裂纹 %
"#" 坐标磨床上使用全干式切削 " 利用砂轮的高速运转
可 以 减 少 刀 具 与 工 件 发热 区 的 接 触 时 间 和 接 触 面 积 " 撕 裂下来的切屑以极快的速度脱离工件 & 把热量带走 " 能有 效控制热传导 "防止磨削裂纹产生 "提高砂轮的使用寿命 !
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磨削裂纹的防止措施 磨削裂纹的产生是因为磨削热所致 " 磨削时 " 零件表
全干式切削法 #=$! 也叫高速干式切 削 法 ! 它是 让 主 轴 在非常高的转速下运转 & 通常在 34444&B4444 ECF)G’ ! 用 高强度刀具 ( 很少的吃刀量进行超高速切削 ! 它通过机床 超高速运转和切削条件的改变来完成无油化加工 ! 效率 非常高 " 目前 ! 该加工方法作为绿色加工技术在国内外研 究中备受重视 " 以前 ! 金属加工行业中使用切削液已形成习惯 ! 普遍 认为切削液是取得良好加工表面 ( 提高刀具寿命所必须 的 " 也有许多人认为变湿切为干切 ! 费用可能会更高 " 其 实两种看法都不对 " 对于多数金切件 ! 干切应该是 ) 标准 加工环境 *" 在高速下干切淬硬材料不仅可能 ! 而且更经 济 ! 关键是要知道如何正确地选择刀具 ( 机床和切削方 法 " 尽管切削液在有些场合还是需要的 ! 可是研究表明 % 由于今天的刀具材料有了很大发展 ! 情况也在不断的变 化 " 新的硬质合金牌号特别是那些涂层牌号 #3$! 在 高 速 ( 高温的情况下不用切削液 ! 切削效率更高 " 事实上 !对于 间断切削 ! 切削区温度越高 ! 越不适合用切削液 "
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!!!!!!!!!! 作者简介%史德化&=A;B%’!男!硕士研究生!主要研究方向为 %12C%1D "
收稿日期 %3449:49:4>
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机械工程师
(%%+ 年第 $ 期
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数控技术
液对砂轮进行冷却 ! 相反 " 由于干切产生的高温使工件材 料硬度降低较多 " 较高的温度使工件材料软化 " 刀具工件 间硬度差增大使切削加工更易进行 "切削效率更高 ! # !$ 一般 所 采 用 的 湿 磨 法 " 无 论 如 何 注 入 切 削 液 " 切 削液都不可能在磨削的同时进入磨削面 " 因而无法降低 磨削点位置的磨削热 % 切削液只能使砂轮和零件的磨削 点在磨削走过后瞬时受到冷却 " 同时切削液对零件的磨 削点起淬火作用 " 因而事实上加大了磨削裂纹的产生 ! 在
数控技术
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!"! 坐标磨床全干式切削加工性能的分析
王雪瑶 ! 华艳秋 ! 窦传威 & 武汉理工大学 机电工程学院 ! 湖北 武汉 6<44;4 ’
摘
要 %对 !"! 坐标磨床上使用全干式切削加工的优势进行了分析 ! 并从干式切削对磨床的要求 ( 磨削用量的选择 ( 磨
削热的控制和磨削裂纹的防止措施等方面介绍了其技术特点 "
"
结
语
随着现代科技知识的飞速发展 " 干切技术必将成为 切削加工的一个重要发展方向 % 研究 "#" 坐标磨床的干 式切削技术 " 对现代精密加工技术有着意义深远的影响 % 有关这个新领域还有许多未知问题需要大家共同研究探 讨 " 如磨削区磨削温度的在线测量技术与温度补偿技术 ’ 对干切削技术进行系统分析 " 并建立相应的方法模型等 %
&W"[+G SG)\JE*)0] $^ O.)JG.J_ ‘J.[G$,$a]I W"[+G 6<??;?I %[)G+ ’
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) 参考文献* ) ’* ) (* ) 2* ) 5* ) A* ) 机 械 工 艺 师 " 侯 世 香 "刘 献 礼)干 式 切 削 技 术 的 发 展 现 状
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 社 !3444’ !"#$%!& 强大的绘图功能 ! 实现了数控加工的自动编程 !
系统界面友好 ! 直观 !性能稳定 !有较强的实用性 "
# 参考文献 $ #!$ #3 $ 欧阳付成 ! 柳荣梦 ’ 利用 ()*"+, -+*). 进行 /"0$%12 二 次开 发 #" $’ 微型机与应用 !3444 !567899:9;’ 张 宝 国 ’1"0$%1&3444 (-1 开 发 技 术 ## $’ 北 京 % 清 华 大 学 出 版
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!"! 坐标磨床全干式切削加工的技术要求
干式切削对磨床的要求 采用干式切削加工时 " 由于速度特别快 " 材料又常常
较硬 "切削温度很高 "所以机床必须刚性高 & 马力大 ! 试验 表明 " 磨床刚度低 " 使 "$# 砂轮处于振动状态下工作 " 砂 轮磨损增大 % 且磨损不均 ! 磨床刚度低 " 则不能充分发挥
#
前
言
高精度磨削新工艺 ! 是现代机械制造中实现精密加工 ( 超 精密加工最有效 ( 应用最广的关键设备 " 以美国穆尔公司 & D$$EJ’ 生产的 D$$EJ 69?%KL 坐标磨床和瑞士豪泽公 司 & MN"*JE’ 生 产 的 MN"*JE O<9:644 坐 标 磨 床 为 例 ! 可 以 看 出 %H% 坐标磨床的特点 8 & =’ 高速 8 电动 磨 削 砂 轮 转 速 可 达 3944:A4444 ECF)G + 气动磨削可达 =B4444 ECF)G 以上 " &3 ’ 高精度%最小进给量为 4@444=FF!分辨率为 4@4444=FF+ 定位精度全程 4@443 FF " & <’ 全 闭 环 控 制 ! 采 用 PQCR1HS% 六 轴 & T (U (V (S (
!!# 磨削用量的选择 !’()* "$# 砂轮速度
在 "#" 坐标 磨 床 上 使 用 "$# 砂 轮 进 行 全 干 式 切削 加 工 时 " 要 选 用 高 的 砂 轮 速 度 " 以 充 分 发 挥 "$# 砂 轮 的 切削能力 ! 在较高的砂轮速度下 " 不仅能显著提高 "$# 的 磨 削 效率 " 提 高 磨 削 比 " 而 且 能 降 低 磨 削 力 " 减少 功 率 消耗 " 改善工件磨削表面的粗糙度 !Βιβλιοθήκη Baidu砂轮速度越高 " 工件 表面粗糙度值越小 " 使切向和法向磨削力下降 " 这样就减 少了单个磨粒上承受的力 " 因而砂轮磨损减少 & 磨削热降 低 ! 在 +,-./0 1234566 坐标磨床上 " 一般取 "&# 砂轮速 度为 *(6 7879: !
角度讲 "磨削过程中刀具的温升主要受如下条件影响 ( 热量 ? 接触面积 # 传热系数 $ 温差 $ 时间 % 式中 " 减少吃刀量等于减少刀具与热源的接触面积 ’ 加大冷却介质的流速等于增大传热系数 ’ 降低冷却介质 的温度等于增大温差 ’ 提高机床转速等于缩短刀具与热 源的接触时间 % 因此 " 干式切削中提高刀具的运转速度 & 减少吃刀量 对降低温升和刀具磨损具有重要意义 %
W (%’ 四联动全闭环数控系统 +
& 6’ 具备多功能测量系统 XYY (1"0$:Y)ZJ 等 " & 9’ 采用超硬磨料磨具 ! 如 %-H 砂轮等 " & B’ 机床具有高刚度 ( 良好的抗震性 ( 热稳定性 "
%H% 坐标磨床的特点表明机床完全具备采用全干式
切削加工的条件 "
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%H% 坐标磨床全干式切削加工的技术优点
& =’ 用全干式切削加工操作成本较低 ! 因为它避免了
%H% 坐标磨床多是国外进口机床 " 作为精密加工中 的关键设备I其在国内的应用也日渐增多" 在国内外学习过 程中 !%H% 坐标磨床普遍采用湿磨加工方法 " 实际上 !%H%
坐标磨床使用干式切削同样可以取得良好的加工效果 "
冷却液的管理和处理费用 ! 并且还有利于环境保护和操 作者的健康 " 没有切削剂 ! 有利于操作 ( 检测和监控 " & 3’ 由于 超 硬 磨 料 & 如 %-H’ 具 有 低 的 导 热 系 数 和 高 的 压 缩 强 度 ! 其 晶 粒 硬 度 #’$ 可 达 M(>??? &A???! 而 且 在
关键词 %干切技术 + !#" 砂轮 + 坐标磨床 + 磨削 中图分类号 %!"#$% 文献标识码 %&
文章编号 %’%%()(*** &(%%+ ’%$)%%,-)%(
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!"! 坐标磨床全干式切削加工的技术特点 %H% 坐标磨床的特点 %H% 坐标 磨 床 采 用 超 硬 磨 料 磨 具 ! 应 用 高 速 ( 高 效 (
=3??( 以上也不会和铁系金属产生化学反应 ! 经受得了
由于高切削速度产生的切削热 ! 故磨削加工中无需切削
朱磊 ! 陈 永伟 ’ 1"0$%1& 二次 开 发 在 线 切 割 技 术 中 的 应 用 #" $$ 电子机械工程 !344= !5<78=>:3?@ & 编辑 立 明’