论文部分内容阅读
磨削加工过程中,工件的加工质量是由处于不同空间位置的磨粒共同作用的结果,因此磨粒的空间位置对工件加工质量有着决定性的影响。对磨具表面磨粒进行合理的位置规划和控制,还可以使磨具表面磨粒受力均匀,磨损合理,从而可综合提高磨具的寿命及磨削性能。目前对于磨粒二维排布磨具（单层磨具）的研究证实了磨粒排布对加工性能的重要影响。相比而言,目前对于磨粒三维排布磨具的研究尚不多见。本文针对端面磨削加工,从单颗磨粒运动轨迹入手,仿真计算了不同磨粒三维空间排布以及不同加工工艺参数条件下的磨粒运动轨迹。采用磨粒运动轨迹均匀性系数（VCSD）对加工表面进行了评价。仿真结果表明:（1）在磨具与工件接触表面上（X-Y平面）,随着磨粒数目的增加,以及磨具外圈磨粒密度的增加,磨粒运动轨迹的均匀性都随之提高。（2）磨粒沿磨具深度方向（Z轴）的不同分布,对加工过程的稳定性有着重要的影响,这主要归因于磨粒与工件接触的磨粒数目随加工过程的变化。（3）加工工艺参数与磨粒排布对磨粒运动轨迹均匀性的影响并无耦合作用,降低进给速度,可有效提高磨粒运动轨迹的均匀性;但主轴转速与磨粒运动轨迹的均匀性无显著关联性。基于增材制造原理,自主设计研发了磨粒三维可控排布树脂磨具的制造装置。装置由树脂涂布机构,树脂刮平回收机构,磨粒排布机构,升降机构,固化机构五部分组成。对所设计的磨粒三维可控排布磨具进行数字化分层,结合树脂分层光固化以及磨粒模板排布法,实现对金刚石磨粒三维可控排布树脂磨具的生产。经检测表明,所制备磨具中磨粒空间位置与设计模型之间的误差小于10%。磨粒的漏排率小于0.5%。实验表明所开发的装置可以有效地实现磨粒三维可控排布磨具的生产。利用所开发的装置生产了磨粒不同三维空间排布的金刚石树脂磨具。通过石英玻璃的端面磨削实验,分析了磨粒不同空间排布以及不同加工参数对工件表面质量以及工具性能的影响规律。实验证实,相比于无序排布磨具,磨粒的排布可有效提高磨具的寿命,提升加工质量。采用粗糙度均匀性系数（NUC）来评价加工后工件整体表面加工质量的均匀性,结果表明在不同的磨粒排布及加工工艺参数条件下,工件加工表面粗糙度均匀性系数与磨粒运动轨迹均匀性系数都有着较为吻合的变化规律。这表明本文所提出的磨粒运动轨迹理论模型可以较好地用于加工工件表面质量的预测。通过对树脂磨具加工过程中的磨粒失效形式的分析,提出了颗粒增强法改进树脂结合剂性能,研究了不同添加颗粒对树脂结合剂机械性能及磨粒把持力的影响规律。结果表明通过添加15 wt.%的氧化铝（Al2O3）可有效提升磨具的性能,减小磨削实验与理论模型的误差。本文对磨粒三维有序排布磨具进行设计及仿真计算,并实现磨粒三维可控排布磨具的制备,磨粒空间位置与设计的排布样式有较好的吻合性;磨削实验对仿真计算结果进行有较好地验证。研究成果为新型性能可控磨具的开发,及加工过程优化提供了理论依据。