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    高效率磨粒加工技術:主軸及其軸承技術
    作者:廣州依納  發表時間:2013-03-04  點擊:93
    高效率磨粒加工技術:主軸及其軸承技術1)高效磨削砂輪高效磨削砂輪應具有好的耐磨性,高的動平衡精度,抗裂性,良好的阻尼特性,高的剛度和良好的導熱性,而且其機械強度必須能承受高效磨削時的切削力等。高效磨削砂輪可以使用剛玉、碳化硅、CBN、金剛石磨料。結合劑可以用陶瓷、樹脂或金屬結合劑等。樹脂結合劑的剛玉、碳化硅、立方氮化硼磨料的砂輪,使用速度可達125m/s。單層電鍍CBN砂輪的使用速度可達250m/s,試驗中已達340m/s。陶瓷結合劑砂輪磨削速度可達200m/s。同其他類型的砂輪相比,陶瓷結合劑砂輪易于修整。與高密度的樹脂和金屬結合劑砂輪相比,陶瓷結合劑砂輪可以通過變化生產工藝獲得大范圍的氣孔率。美國Norton公司研究出一種借助化學粘接力把持磨粒的方法,可使磨粒突出50%的高度而不脫落,其結合劑抗拉強度超過1553N/mm2(電鍍鎳基結合劑為345~449N/mm2)。我國的南京航空航天大學已成功地研制高溫釬焊單層超硬磨料砂輪以減少磨削熱,增加磨削比,取得了較好的效果。阿亨工業大學在其砂輪的鋁基盤上使用溶射技術實現了磨料層與基體的可靠粘接。為了保證砂輪在整個使用壽命中保持鋒利,砂輪的結構需有利于磨粒分裂。要達到砂輪自鋒利的目的,除了應盡量降低結合劑的比例外,還要優化磨粒的空間分布。為此對砂輪應有一套完善的修整技術。砂輪修整是決定磨削質量的關鍵因素之一,不同的修整方法具有不同的特點,因而應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。主軸及其軸承技術高效率磨床主軸單元的性能在很大程度上決定了高效率磨削加工的極限,因而,為實現高效率磨削加工,對砂輪驅動和軸承轉速往往要求很高。主軸的高速化要求主軸有足夠的剛度,回轉精度高,熱穩定性好,可靠,功耗低,壽命長等。要滿足這些要求,主軸的制造及動平衡,主軸的支撐(軸承),主軸系統的潤滑和冷卻,系統的剛性等是很重要的。主軸軸承可采用陶瓷滾動軸承、磁浮軸承、空氣靜壓軸承或液體動靜壓軸承等。陶瓷球軸承具有重量輕、熱膨脹系數小、硬度高、耐高溫、高溫時尺寸穩定、耐腐蝕、壽命高、彈性模量高等優點。其缺點是制造難度大,成本高,對拉伸應力和缺口應力較敏感。磁浮軸承的最高表面速度可達200m/s,可能成為未來超高速主軸軸承的一種選擇。目前磁浮軸承存在的主要問題是剛度與負荷容量低,所用磁鐵與回轉體的尺寸相比過大,價格昂貴??諝忪o壓軸承具有回轉精度高,沒有振動,摩擦阻力小,經久耐用,可以高速回轉等特點。用于高速、輕載和超精密的場合。液體動靜壓軸承,無負載時動力損失太大,主要用于低速重載主軸。高效率磨床高速高效加工不但要求機床有很高的主軸轉速和功率,而且同時要求機床工作臺有很高的進給速度和運動加速度。還需盡可能組合多種磨削功能,實現在一臺磨床上能完成所有的磨削工序。此外還要求機床有高動態精度、高阻尼、高抗振性和熱穩定性,高度自動化和可靠的磨削過程。磨床支承構件是砂輪架、頭架、尾架、工作臺等部件的支撐基礎件。要求它有良好的靜剛度、動剛度及熱剛度。對于高速超高速磨床,國內外都有采用聚合物混凝土(人造花崗巖)來制造床身和立柱的,也有的將立柱和底座采用鑄鐵整體鑄造而成,還有采用鋼板焊接件,并將阻尼材料填充其內腔以提高其抗震性,這些都收到了很好的效果。進給系統是評價高速超高速磨床性能的重要指標之一,而隨著高速超高速加工的發展,國內外都普遍采用了直線伺服電機直接驅動技術,高動態性能的直線電機結合數字控制技術。如德國西門子公司的直線電機最大進給速度可達200m/min,其最大推力可達6600N,最大位移距離為504mm。磨削液供給技術高速磨削時,氣流屏障阻礙了磨削液有效地進入磨削區,還可能存在薄膜沸騰的影響。因此,采用恰當的注人方法,增加磨削液進人磨削區的有效部分,提高冷卻和潤滑效果,對于改善工件質量,減少砂輪磨損,極其重要。常用的磨削液注人方法有:手工供液法和澆注法、高壓噴射法、空氣擋板輔助截斷氣流法、砂輪內冷卻法、利用開槽砂輪法等。在超高速條件下,為了實現對磨削區的冷卻,沖走切屑,磨削液的噴注必須有足夠大的動量,以沖破砂輪周圍的高速氣流,使磨削液抵達磨削區。為了保證超高速磨削的表面質量,提高磨削液的利用率,減少磨削液中殘留雜質對加工質量及機床系統的不良影響,必須采用一套高效高過濾精度的磨削液過濾系統。從噴嘴噴注在砂輪上的磨削液,會在強大離心力作用下形成嚴重的油霧。所以超高速磨床還要把磨削區封閉起來,并要及時抽出油霧。然后利用離心和靜電的方法進行油氣分離。砂輪、工件安裝定位及安全防護技術高速及超高速磨削砂輪動能很大,必須設置高強度半封閉或封閉的砂輪防護罩,罩內最好敷設緩沖材料,以吸收或減少砂輪碎塊的二次彈射?! ∧ハ鳡顟B檢測及數控技術高效率磨削加工中,由于砂輪線速度極高,砂輪由于超高速引起的破碎現象時常 發生,砂輪破碎及磨損狀態的監測是關系到磨削工作能否順利進行和保證加工質量和 零件表面完整性的關鍵;在超高速加工中,砂輪與工件的對刀精度,砂輪與修整輪的 對刀精度將直接影響到工件的尺寸精度和砂輪的修整質量,因此,在超高速磨削加工 中,在線智能監測系統是保證磨削加工質量和提高加工生產率的重要因素。目前,聲 發射技術已成功用于超高速磨削的無損檢測,利用磨削過程中產生的各種聲發射源, 如砂輪與工件彈性接觸、砂輪粘接劑破裂、砂輪磨粒與工件磨擦、工件表面裂紋和燒 傷、砂輪與修整輪的接觸等均可發射彈性波。這些因素和工件材料、磨削條件、砂輪 表面的狀態等因素都有著密切的關系。這些因素的改變必然會引起聲發射信號的幅值、 頻譜等方面發生變化,這就使得我們可以通過檢測聲發射信號的變化來對磨削狀態進 行判別。因此利用聲發射技術可監測磨削裂紋和磨削燒傷,砂輪破碎砂輪磨損、砂輪 與工件接觸、砂輪與修整輪接觸,并取得了令人滿意的效果。此外,工件尺寸精度、 形狀精度、位置精度和加工表面質量的在線監控技術,高精度、高可靠性、實用性強 的測試技術與儀器都是高效率磨削所必不可少的關鍵技術。
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