高速外圆磨削机理的仿真与实验研究

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1、1964i46学校代码：10255学号：2070630高速外圆磨削机理的仿真与实验研究SimulationandExperimentalResearchontheMechanismofHigh—SpeedExternalCylindricalGrinding专业：机械制造及其自动化姓名：沈琳燕导师：李蓓智教授日期：2010年3月基金资助：国家973计划项目(2009cB724403)．国家重大专项(2009zx0400卜101)上海市重点学科建设项目(B602)，‘。f}论文文中已经所写东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校

2、保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复‘制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在——年解密后适用本版权书。本学位论文属于／不保密彤学位论文作者签名：7次搬日期：办归年乡月己日指剥雠：孪沙≥日期：沙fo年多月／)日．高速外圆磨削机理的仿真与实验研究摘要高速磨削不仅可以提高加工效率，而且可以提高加工表面质量，已成为当今精密高效加工的发展趋势。但是由于高速磨削过程中高度非线性的力、热、化学及其耦合作用，人们对高速磨削加工机理还缺乏足够的认识，还不能掌握

3、磨削工艺参数、砂轮材料及其性能参数对不同工件材料磨削质量和效率等的影响，因此开展高速磨削机理研究，尤其是高速外圆磨削机理具有重要的现实意义和实用价值。由于受试验设备及手段的限制，目前国内对CBN砂轮高速外圆磨削机理的工艺试验研究尚处于起步阶段，因此开展CBN高速外圆磨削机理的仿真研究，揭示磨削力、磨削热及其耦合作用对表面质量的影响，乃至高速砂轮主轴系统及磨床关键部件的相关研究，减少物理实验等的消耗，进一步建立完善的高速外圆磨削理论显得尤为重要。本文在对国内外高速磨削技术研究的历史和现状进行分析，并对外圆磨削理论进行总结和推导的基础上，提出了基于DEFORM．3D的热力耦合高速外

4、圆磨削仿真模型的外圆磨削研究方法。在通过相关的试验，验证了该方法的合理性后，运用该模型以实验研究、仿真分析和理论推导相结合的方法，对40Cr材料的高速外圆磨削机理进行了研究。所做的工作主要包括：(1)基于DEFORM．3D对单颗磨粒外圆磨削过程进行了系统的研究。根据试验结果，深入分析了磨削工艺参数、比磨削能等对磨削力、磨削热的影响。仿真结果显示：磨削力随砂轮线速度的增大而减小，由于随着磨削力的增大，磨削热也相应增大，由于力、热的耦合作用，磨削力出现减小的趋势。磨削力随磨削深度的增大而增大，其中磨削深度的影响最显著；磨削力比随材料磨除率的增大略有增大；而比磨削能随材料磨除率的增大

5、而减小，并且逐渐趋于一个稳定值；磨削温度随磨削深度的增大而增大，随砂轮线速度的增大而先增大后减小，其变化规律与“萨洛蒙’’曲线基本一致，工件转速对磨削温度影响较小；在单个磨削周期内，沿磨削弧区方向，磨削温度先以极大的梯度上升，大约在弧区中心位置达到最大值，随后缓慢下降；同时在弧区中心位置产生最大热流，且热流分布形状可近似的看成是二次曲线分布。(2)设计高速外圆磨削实验方案，在MK1432／H数控万能外圆磨床上搭建磨削力、磨削热测试平台，由于受到条件的限制，利用已有的平面磨削测力仪，通过设计加工测力基座，将外圆磨削过程中工件受到的三向力传到测力仪表面，从而进行数据采集；设计制作温

6、度采集卡，自制热电偶工件进行磨削热的测量。(3)对高速外圆磨削工艺试验结果进行了分析研究，验证了本文所提出的仿真模型的合理性。工程试验结果显示：砂轮线速度v。<80m／s时，磨削力、磨削温度的变化规律与仿真结果一致；砂轮线速度v。>80朋／s时，由于试验设备的限制，暂时无法验证。(4)对磨削试验后的工件进行表面粗糙度检测，结果显示：工件表面粗糙度值随砂轮线速度的增大而减小，但影响较小，其粗糙度H值的变化基本在o．1朋之间；工件表面粗糙度值随磨削深度的增大而增大；随工件转速的增大而减小，但减小趋势较平缓。关键词：高速外圆磨削，机理仿真，磨削力，磨削热，表面质量IⅡ、ABSTRAC

7、THigh．speed伊indingcannotonlyimproVetheprocessinge娟ciency，butalsocanimproVethesu如cequalityandhaSbecometoday’s慨dinthefieldofsophisticated锄demcientprocessing．H0weVer'duetome11i曲lynon．1inearpower’therml，chemicalaIldtheircoupIinginhi曲speed’鲥ndingproceSs