数控超高速切槽专用磨床的研究与开发

摘要

在当今社会，大都会用汽车工业的水平来评价一个国家的工业水平。因为汽车工业关联着很多的产业，比如机床制造业、原材料、电子计算机产业以及互联网产业等诸多产业。可以说汽车工业是这些诸多产业综合发展的结果。汽车制造的基础在于零部件的制造。在装配过程中，零部件的质量将直接影响了整车的制造质量。整车中有很多重要的零部件如转向机构、变速箱机构、发动机、喷油器机构等。它们当中比较多的是轴类零件，其中轴类零件最多的是汽车变速箱和发动机。在众多的发动机和变速箱轴类零件中，轴类零件上的环形槽的加工成为了近几年各个汽车零部件生产厂家的生产工艺难点。在过去的十几年中，由于整车厂家对轴类零件的环形槽几乎没有要求，因此那个时候轴类零件的环形槽的加工大多采用车削的方式来完成。但是随着汽车行业对零件的要求越来越高，对带有环形槽的轴类零件提出了更高的要求，此时车削加工已不能达到工艺要求。很多汽车零部件厂家开始采用磨削加工。但是由于此类零件的环形槽宽度往往较小，普通刚玉砂轮在磨削时会出现砂轮磨损较快或者破裂等情况。因此普通刚玉砂轮的磨削通常磨削效率不高，并且磨削后槽的宽度不易保证，因此刚玉砂轮磨削环形槽的加工工艺也不适应大批量的工业化生产模式。
　　近年来，国外从事磨削加工的研究人员研究出了超高速磨削。超高速磨削是指磨削时砂轮的线速度可以达到80m/s以上。此项技术的发现，使得超高速磨削成为了磨削加工技术未来的发展方向。超高速磨削采用CBN磨料，因为CBN磨料硬度高、热传导性能好。国外已经有很多先进的磨床制造厂家制造出适合各种汽车零件加工的CBN磨床。比如CBN曲轴磨床、CBN凸轮轴磨床、以及环形槽CBN专用磨床。在汽车制造业的要求越来越高的形式下，很多实力较强的汽车零件制造企业开始采购国外进口的CBN切槽专用磨床，来达到零件的工艺要求。本文针对轴类零件环形槽的加工工艺特点，系统的对切槽磨床进行了相关分析和设计。本文主要研究的内容如下:
　　(1)环形槽零件的加工工艺进行分析和研究。工艺分析和研究是整个机床的设计基础。在研究国内外各种加工工艺基础上，通过对CBN砂轮的磨削和普通刚玉砂轮的磨削工艺研究，确定环形槽的磨削采用CBN砂轮磨削工艺是正确、先进的。
　　(2)分析整个机床的各项参数，设计确定整机的布局设计。本章通过对于对整个机床的每一个部件的参数的研究与设计，制定了整机的设计方案。
　　(3)就磨削过程中的振动进行分析，对人造矿物复合材料作为床身进行研究。利用有限元分析软件对灰铸铁材料的床身和人造矿物复合材料的床身进行了分析和研究，研究结果表明矿物复合材料的床身更适合高速高效磨削。
　　(4)高速滚动轴承砂轮轴系结构进行设计。要实现CBN磨削，更好的发挥CBN磨料的磨削效果，砂轮的线速度必须达到80m/s以上。通过研究动静压结构轴承和滚动轴承结构的优缺点，设计开发了适合高速、高效磨削的高速滚动轴承砂轮架。
　　(5)CBN切槽磨削过程进行研究及实验验证。本章主要对于CBN砂轮在磨削环形槽的过程中的对刀方法的研究。磨床销空程防碰撞、砂轮动平衡系统的研究及使用。
　　最后通过整机的磨削实验，以及在磨削实验中通过对CBN砂轮的磨削参数的研究、调整，验证了本文设计的数控CBN超高速切槽专用磨床是合理的，达到了设计的预期效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 课题的来源及外内外研究现状

1．2．1 课题的来源

1．2．2 数控切槽专用磨床国外的研究现状

1．2．3 国内切槽机床发展现状

1．3 课题主要研究的内容

1．4 论文章节的安排

第二章 CBN高效磨削、CBN砂轮切槽关键工艺研究

2．1．1 普通磨削和高速磨削

2．1．2 表面粗糙度

2．2 轴类零件环形槽加工工艺研究、CBN砂轮设计

2．2．1 轴类零件环形槽加工工艺研究

2．2．2 环形槽CBN砂轮的设计和研究

2．3 本章小结

第三章 机床的总体设计

3．1 机床的各项参数确定

3．1．1 机床的磨削长度确定

3．1．2 确定机床的头尾架

3．1．3 上下工作台长度确定

3．1．4 机床修整机构的位置确定

3．1．5 工作台驱动机构的设计参数和床身的参数确定

3．1．6 横进给参数确定

3．2 机床设计方案

3．3 本章小结

第四章 人造矿物复合材料床身应用研究

4．1 磨削振动分析

4．1．1 磨削中的振动形式

4．1．2 磨削颤振产生表面的振纹

4．1．3 减振措施

4．2 人造矿物复合材料床身特点

4．2．1 人造矿物复合材料床身

4．2．2 人造矿物复合材料床身与灰铸铁床身的优势比较

4．3 人造矿物质床身受力分析及有限元分析

4．3．1 床身导轨面所受压力分析

4．3．2 两种材料床身的有限元分析

4．3．3 分析结果与讨论

4．4 本章小结

第五章 超高速磨削的砂轮架设计

5．1 砂轮架的总体设计

5．2 砂轮箱中滚动轴承的受力分析

5．2．1 磨削力分析计算

5．2．2 砂轮轴承的受力分析

5．3 轴承的寿命计算

5．4 本章小结

第六章 CBN切槽砂轮磨削过程的研究及磨削实验验证

6．1．1 单边环形槽的磨削对刀

6．1．2 双边环形槽砂轮的对刀

6．2 在线动平衡系统和销空程防碰撞的应用

6．3 CBN砂轮修整方式、参数的研究及磨削实验

6．3．1 CBN砂轮的修整方式

6．3．2 CBN砂轮修整参数研究及磨削实验

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

研究生期间撰写的论文、专利

致谢

个人简历