超高速平面磨削實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究的最新動(dòng)態(tài)

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高速、高效、高精是磨削的發(fā)展方向。美、日等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用的高速磨削的砂輪線速度達(dá)到了200～250m/s，實(shí)驗(yàn)室磨削速度最高已達(dá)500m/s。為了與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，國(guó)家高效磨削工程技術(shù)研究中心經(jīng)過(guò)多年對(duì)磨削機(jī)理、磨床結(jié)構(gòu)的研究，研制出我國(guó)第一臺(tái)砂輪線速度達(dá)到150m/s的超高速平面磨削實(shí)驗(yàn)臺(tái)。> >

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該超高速平面實(shí)驗(yàn)臺(tái)砂輪線速度為150m/s，采用CBN磨料砂輪和電主軸，磨頭功率最大為20kw，主軸的轉(zhuǎn)速最高可達(dá)到12000轉(zhuǎn)/分，采用在線動(dòng)平衡技術(shù)平衡主軸和砂輪的不平衡量。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體由床身、立柱、磨頭和十字拖板等部件組成。垂直方向移動(dòng)由立柱實(shí)現(xiàn)，橫向和縱向移動(dòng)由十字拖板實(shí)現(xiàn)。>

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2003年上半年我中心在該實(shí)驗(yàn)臺(tái)上開展了超高速磨削工藝實(shí)驗(yàn)和超高速磨床的動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行零部件和整機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型建立工作。為優(yōu)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，下一步開發(fā)實(shí)用的超高速平面磨床產(chǎn)品打下基礎(chǔ)，做了大量的工作。

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1、超高速磨削工藝實(shí)驗(yàn)

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磨削工藝參數(shù)的改變對(duì)工件表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率有較大的影響。廣西大學(xué)等一些科研院所在普通磨削工藝方面做了大量的試驗(yàn)，但由于條件限制，無(wú)法進(jìn)行超高速磨削實(shí)驗(yàn)。為了弄清超高速磨削工藝參數(shù)對(duì)工件表面、亞表面的影響程度，我們選用從低速到高速不同的砂輪線速度、磨削進(jìn)給量和材料進(jìn)行組合實(shí)驗(yàn)。分別對(duì)普通金屬材料、硬質(zhì)合金、不銹鋼、工程陶瓷等不同的工件材料進(jìn)行磨削實(shí)驗(yàn)，測(cè)量磨削力、工件表面質(zhì)量以及噪聲、振動(dòng)等指標(biāo)，尋找最佳的工藝參數(shù)和規(guī)律。

2、超高速磨床動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)

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超高速機(jī)床應(yīng)具有高剛度、高抗振性，比傳統(tǒng)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能高5～10倍，剛度高50％左右，通常不小于100N/0.001mm的數(shù)量級(jí)。所以有必要研究超高速磨床的動(dòng)態(tài)特性，確定機(jī)床結(jié)構(gòu)的振動(dòng)對(duì)加工精度的影響，找出機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)，并從機(jī)床結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性方面，提出一些抑制及改造的措施。

中心在超高速機(jī)床上進(jìn)行了不同工況條件下的動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)。切削條件下的實(shí)驗(yàn)與上面的工藝實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，主軸轉(zhuǎn)速為1700轉(zhuǎn)/分、9000轉(zhuǎn)/分。實(shí)驗(yàn)得到機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的各項(xiàng)振動(dòng)指標(biāo)為各階固有頻率、各階振型和阻尼，動(dòng)剛度及幅頻、相頻特性。

3、有限元分析

目前，對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的研究主要有試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法和有限元法。今后的發(fā)展趨勢(shì)是上述兩種方法結(jié)合起來(lái)，利用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析結(jié)果檢驗(yàn)補(bǔ)充和修正原始有限元?jiǎng)恿W(xué)模型，利用修正后的有限元模型計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性的響應(yīng)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

首先分析單個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)（如床身、立柱、磨頭和工作臺(tái)）。在三維軟件Pro/E中建立CAD模型，分別導(dǎo)入Ansys分析軟件中，作模態(tài)分析，得出固有頻率和振型。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，找出薄弱零部件，并提出優(yōu)化方案。

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僅分析個(gè)別零部件，無(wú)法全面反映機(jī)床整機(jī)的性能，因?yàn)楦髁悴考g結(jié)合部對(duì)整機(jī)的動(dòng)態(tài)性能影響很大。所以，有必要作包括結(jié)合部在內(nèi)的整機(jī)動(dòng)力學(xué)分析。近幾年已有北京理工大學(xué)、東南大學(xué)、上海交通大學(xué)等少數(shù)研究機(jī)構(gòu)用有限元法分析整機(jī)動(dòng)態(tài)性能。他們采用的研究方法各不相同，特別體現(xiàn)在結(jié)合部的處理上，精度有高有低，難度有簡(jiǎn)有難。我們嘗試了一種新的方法，在Pro/E中裝配各零部件的CAD模型，做為導(dǎo)入專門的前后處理軟件Hypermesh中劃分網(wǎng)格，再導(dǎo)入Ansys中分析。該方法全部在商品化軟件平臺(tái)上進(jìn)行， 它的優(yōu)點(diǎn)：（1）CAD模型從Pro/E導(dǎo)入Hypermesh時(shí)，可以保證模型完全準(zhǔn)確地導(dǎo)入，不需作任何修改；（2）結(jié)合部直接采用軟件中現(xiàn)有單元，可以方便地調(diào)整參數(shù)。

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目前，中心在超高速磨削實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究方面，已取得較大的進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上，我們將進(jìn)行超高速磨床的工程化研究和開發(fā)工作，為推進(jìn)我國(guó)機(jī)床行業(yè)向高速高效高精化發(fā)展、縮短與國(guó)際水平的差距作出貢獻(xiàn)。

houbaomin0620

謝謝介紹