【doc】4轴球体研磨机研磨圆度趋小化机理分析

【doc】4轴球体研磨机研磨圆度趋小化机理分析 4轴球体研磨机研磨圆度趋小化机理分析 4轴球体研磨机研磨圆度趋,J 河北理 清华大 摘要从建立4轴球体研磨机弹簧加压球体研磨的力学模型入手,运用高点切削作 用机制和误差趋小化效 应,解释1球体圆度误差趋小化机理并得到1试验验证.由4研具对球面研磨的包 络原理,提出1未研磨包络区 是产生残存圃度误差(圃度误差趋小值)的主要因素,并用试验结果证明1研磨压 力,研磨速度,磨料粒度是决定 球体研磨圆度趋小化进程的主要I_艺参数. 关键词球体研磨研磨机理误差趋小化 精密球体是精密仪器及设备中的重要零件,其主 要精度指标是圆度和 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面粗糙度.4轴球体研磨机被 公认为是精密球体加工的最佳经济手段之一,也是以 粗干精的典型设备之一.据笔者所知,目前国内外有关 文献除介绍它的研磨原理,结构布置,运动控制,研磨 精度外,对该机以粗干精的机理分析颇为少见为 此,本文从建立4轴球体研磨机球体研磨的力学模型 入手,根据研磨试验结果,运用高点切制作用机制和误 差趋小化效应,探讨了弹簧加压球体研磨圆度误差的 趋小化机理. 1球体研磨原理 4轴球体研磨机的球体研磨原理如图1所示.图 中I,l,?,1V轴在空间相互对称布置,任意两轴间夹 圈1球体研磨原理 角为尹一109,4712.),4轴线汇交于球5-0.其中I 轴铅垂布置,?,?,?轴与水平面呈角布置(卢一 19?4712.),它们在水平面投影后相互间夹角为(一 砷.随 120.).装在4轴前端的圆筒式研具把球体包容在中 间.研磨时,4研具(由四个力矩电动机通过齿形带驱 动)分别绕各自轴线作定轴转动,依靠背部弹簧维持与 球体接触和施加压力,并由该压力产生的摩擦力矩驱 动球体绕轴线一回转(理论上该轴线与4轴线中 的任意轴线间夹角为2).通过有序定时变换4轴的 两轴正转两轴反转组合(共有6种组合,其它组合形式 不满足球面研磨成型条件),使球体回转轴线位置 不断改变,从而研磨出整个球面. 2球体研磨力学模型 由研磨工艺原理知,研磨是依靠研具与球体间的 游离磨料,压力和相对运动来实现的.在磨料和研磨速 度一定条件下,研具对球体的研磨作用(研磨量)仅决 定于研磨压力.由图1知该研磨压力产生于弹簧,若研 磨过程中只考虑弹簧压力(因球体重量与压力之比一 般很小,故可略去球体重量对弹簧压力的影响)对非圆 球体作用,则可建立图2所示的力学模型. 设4弹簧的刚度相等即一岛"=1,2,3,4),对球 体的初始压力(安装压力)相同即Po—P(一1,2,3, 4)(4弹簧对球体的初始压力相等).研磨开始后,在时 刻t第个弹簧对球体的压力变为 一一 ?=k(X0一?X^)(一1,2,3,4) (1) 式中?——第个弹簧压力变动量 —— 4弹簧初始变形量 ?x——第个弹簧变形变动量 若4研具半径相等,即r一"一1,2,3,4),且第i 个研具与球体表面接触点初始半径为(1,2,3, .国防科工委九五预研项日子课题;小型静电陀螺仪转子研磨工艺及设备研究 ?30?'棚遗拄术与机床》 4),在f时刻其接触点半径为R(一1,2,3,4),则该弹 簧的变形变动量为 r—————一r—————一 ?一?麟一一一,/R一,(2) 由于研具与球体对研的过程,研具始终与球体表 面诸高点保持接触,所以研磨作用为高点切削. 若被研球体表面有m个高点,且诸高点半径R( 一1,2,…,m)不等.当它们分别与研具接触时,引起的 弹簧压力为 Po="(一1,2,3,4;=1,2,3,,…,) (3) 式中P4,X——高点J对研具i引起的弹簧压力和 变形 当高点经作用的研具切削后,该高点半径变 为 Rd=R一?R(一1,2,3,4;J=1,2,…,m) (4) 式中?R——高点经研具i研磨后的半径减小量 应当指出,建立上述公式未考虑研具磨损,研具偏 斜,弹簧剐度误差等因素. 圈2球伴研厝力学樱型 3球体的研磨试验 笔者在4轴球体研磨机上,对铝合金,单晶硅,光 学玻璃等材料精密球体(直径10mm)的研磨.做了 大量的试验.现以铝合金(LY12)球体研磨试验为例, 给出几种不同工艺要素配置下,研磨圆度误差与研磨 时间的关系,如表1,表2,表3所示.从3个表中可明 显看出,若以圆度误差?R(单位为m)为纵坐标,以 研磨时间(单位为h)为横坐标,按表1,表2,表3给 出的数据可绘出. 1OO0年第l】期 不同工艺要素配置下.随着研磨时间延长,研磨圆 度误差都越来越减小 丧1研磨逮度不同时研磨圆度误差值(?) 研磨压力(N):5.1;研軎剂;金雕砂(W10)与煤 工艺条件油拌合成糊状F研具,藏铸铁HT200~璋坯直径 (ram);10.18,1020|研密剂添加方式,涂抹 t 研磨时间0OO5l-0l_520253.0 (h) 研磨速度086O . 610.460.38033O32O.3l 一018(m/s) 研磨速度0780640 . 540.460.390.31023 -o20.05(m/s) 丧2磨料粒度不同时研磨四度误差值(m) 研磨压力(N)5.,研磨遵度(m/s)01(1'研 工艺条件具;灰铸镘HT200F球坯直径(ram)10.18, 1020;研瞎剂瀑加方式:涂抹 研磨时间 (h)O.OO.51.0L52.O2.53.0 盘目i砂W14与0 . 650.530.420330.260250.24煤油拌成糊状 金剐砂W5与056O . 480.410.340280.22n.16煤油拌戚糊状 丧3研磨压力不同时研磨四度误差值(m) 研磨速度(m/s):0.05F球坯直径(ram):10.18 工艺条件,10.20F研磨剂盘刚砂W5与煤油拌合成糊 状'湃加方式;涂抹;研具:灰辟铁HT200 研磨时间O .5l_01.52.02.53.0 (h) 研磨压力(N) 64O.560.460.28020O.140.13 研磨压力(N)O .38O.32O.26讥21O16O.13O.1O 31 由上述的研磨试验结果,在兼顾研磨效率的情况 下,可确定研磨工艺分为4个工序,即粗研,半精研,精 研,研抛.表4给出了直径为10ram铝合金(LY12)球 体半精研,精研,研抛工序的圆度误差与时间的对应关 系. 丧4不同研磨工序圆度误差与时问的对应关系 工艺毛坯四研磨研磨研具研密研磨圆 度误差压力速度研磨荆时间度误差条件材料 (run)(N)(m)(h(m) 金刚砂(w半精研O . 755.1012藏锛蛀n3310) ,煤油 金刚砂(w精研O . 334.O0.08获辟铁1.5O.115) ,煤油 氧化铬(w 1.5),煤油球墨研抛0 . 113.20.050.5O.O9硬脂酸 ,石肆铁 蜡等 按表4和每隔半小时测得的圆度值,可绘出研磨 圆度误差趋小化线图,如图3所示.其中ABC段为半 精研,CDEF段为精研,FG段为研抛. ? 31? 囤3圆度误差趋小化线图 4研磨圆度误差趋小化机理分析 根据上述的力学模型和球体研磨实验,可作出下 述球体圆度误差趋小化机理分析. (1)研磨过程中,弹簧加压和高点切削作用导致了 球体研磨圆度误差的趋小化. 在研磨过程中因研具与球体表面始终呈高点切削 状态,所以高点半径的不同将引起4弹簧压力的不同, 导致研具对高点切削作用的大小不同.显然,半径较大 高点与研具接触产生较大的弹簧压力和较大的研磨 量,反之亦然因此,球体表面上半径不同的高点,经4 研具依次研磨后其半径差得到减小,圆度误差也随之 减小.随着研磨时间的延续和上述研磨作用周而复始 的重复,使得被研磨球体圆度误差趋小化. (2)研具对球体包络研磨成型过程中,残存未研磨 包络区是产生球体研磨圆度误差的主要因素. 由图1所示的研磨原理知,研具依靠弹簧压力驱 动球体作相对球面运动并产生研磨作用,所以球体的 成型是由研具与球体表面的接触圆族包络形成.同时, 为研磨出整个球面还需有序定时改变两研具正转两研 具反转组合,使球体旋转轴位置不断变化.由于研具摩 擦驱动球体具有传动的不确定性,且何时何位置4研 具均匀包络出整个球面的运动周期又无法精确确定, 所以停止研磨工作时总会存在着残存未研磨包络区, 该未研磨包络区相对已研磨包络区即为高点区,而未 研磨包络区与已研磨包络区所形成的两个包窖同心圆 的半径差即为圆度误差. (3)不同工艺要素的配置决定了圆度误差趋小化 效率和精度. 由研磨原理知,研磨压力,研磨速度和磨料粒度的 大小决定了研磨量大小,而研磨量大小又决定了圆度 误差趋小化的效率和精度.一般来说,研磨量越大圆度 误差趋小化的进程越快,而由它产生研磨停止时的未 研磨包络区引起的圆度误差也越大,反之亦然.因此, 为提高研磨效率和精度,对研磨工艺应分粗研,半精 研,精研,研抛工序和相应的工艺要素配置来进行,如 图3所示. 5结柬语 综上所述,对提高4轴球体研磨机球体研磨效率 和圆度归纳出如下工艺措施. (1)为提高研磨效率和精度,球体研磨应分为4个 工序即粗研,半精研,精研,研抛来进行.粗研,半精研, 精研,研抛的研磨压力,研磨速度和磨料粒度应依次减 小.这样,不但可加快圆度误差趋小化过程,而且可提 高研磨精度. (2)每道工序应采用单独研具且工序中尽量避免 更换研具,以便保证研具与球体的对研状态,弱化前道 工序的误差复映现象 参考文献 1W.A~le,gHiPrecisionaruBallprecisionEngineer. 1ag,1980(3) 2王先逵编着.机械制造工艺学(下册),北京:清华大学出版社, l989 3付永启.误差均匀化散应的机理分析.光学精密 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ,1997(3) 第一作者:孙新民,唐山市河北理I学院,邮编: 063OO9 (编辑姜学文)(收修改稿日期199812--25) ? 书讯?《全国生产工程第8届学术大会暨第3届青年学者学术会议论文集》 这次学术会议于9月5日至8日在山东威海召开,大会论文集及光盘已由机械工业出版社正式出版.本论文集收录了机械制 造生产工程领域专家学者146篇论文,共分六部分.第一部分为大会学术 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ,这些摄告围绕会议主题一展望新世纪制造科技的发 展与创新,针对目前我国关键制造技术和制造业的现状,论述了关键研究课题,前沿研究动向及发展趋势,井结合我国国情探讨了 先进制造技术及其发展战略,也探讨了制造科学的发展趋势.尤其是在交叉,边缘领域产生的技术创新.其余5个部分的论文反映 了在机械制造学科切削,磨削,精密加工及特种加工,测试及质量控制,机床,机器人,CAD/CAM,自动化和生产系统等生产工程诸 领域的科研成果,生产实践经验和先进技术.会后剩余部分论文集,供广大读者胸买. 书价每本200元(古光盘及邮寄费),邮局汇款:(100102)~t京市朝阳区东直门外望京路4号,生产工程学会秘书处吴锝兴收. ?32?-tin遗技术与机床,