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南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 1 南京 工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )外文資料翻譯 原 文 題 目 : Evaluation of diamond tool wear 原 文 來 源 : International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2005) 26: 959– 964 學(xué) 生 姓 名 : 謝順 學(xué) 號: 231120333 所在院 (系 )部: 工業(yè)中心 專 業(yè) 名 稱: 機(jī)械設(shè)計制造及自動化 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 2 金剛石刀具磨損的評價 W .Polini﹒ S .Turchetta 收到: 5月 28日 2003/接受: 1月 9日 2004/出版: 2004年 5月 19,斯普林格倫敦 有限公司 2004 年 摘要 目前的研究提出了一個關(guān)于燒結(jié)而成的金剛石刀具磨損的測試 草案 。 一系列 能 夠表達(dá)刀具磨損等級特征的參數(shù) , 以及這些參數(shù)與被檢驗刀具的切削能力之間的關(guān) 系 被建立起來。 該 草案 制定了即將要進(jìn)行測試的過程、需要的儀器 、所用 材料的性 質(zhì)特征以及提交測得實驗結(jié)果的報告的格式。此先進(jìn)的測試 草案 表明了一種普遍可 用的測量金剛石刀具磨損的方法。這也是正確地進(jìn)行磨損試驗與可靠地解釋試驗結(jié) 果的依據(jù)。 草案 發(fā)展到迄今主要是應(yīng)用于實驗室試驗, 分析所得測量值的遲緩性和精確性。假使缺少全部標(biāo)準(zhǔn),該草案 能夠吸引國內(nèi) 和國外的標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)的關(guān)注。 該草案 也已經(jīng)應(yīng)用于兩種類型的刀具,所測定的結(jié) 果顯示很可靠并且可以應(yīng)用。研究中擬定的測試 草案 使克服有關(guān)刀具性能技術(shù)數(shù)據(jù) 不足的難題成為可能,由于刀具的生產(chǎn)具有專利性質(zhì),所以,該 草案 在這個領(lǐng)域是 個很典型的提議。 關(guān)鍵 詞 : 切削 刀具;燒結(jié)金剛石 銑刀 ;宏 觀 幾何磨損參數(shù);測試 草案 ;磨損 1. 引言 在工業(yè)領(lǐng)域中和城市建設(shè)中,由于不斷增加對擁有復(fù)雜幾何形狀的天然石材元 件提供的強(qiáng)烈需求,這就必須要使用日益增加的自動柔性機(jī)床,例如數(shù)字控制組合 加工中心。這些加工中心能夠通過金剛石磨削來實現(xiàn)大量的操作指令?,F(xiàn)在還沒有 對這樣的作業(yè)實行切屑過程優(yōu)化的研究,所以,一種時而不完美的解決方法已經(jīng)被 接受。優(yōu)化就意味著降低加工成本 ∕ 切屑時間 ∕ 改進(jìn)不同的影響因素所得到的產(chǎn)品 質(zhì)量,例如切屑力、刀具的性質(zhì)、過程溫度和振動。決定性的一點就是現(xiàn)行的刀具 。與磨損 過程相關(guān)的刀具性質(zhì)的優(yōu)化會帶來整個過程的優(yōu)化?,F(xiàn)在的研究目的是理 解金剛石刀具的磨損過程。這種研究對能量損耗和刀具壽命有很大的影響。特殊地 ,金剛石刀具磨損需要適當(dāng)?shù)慕缍ê蜏y量??偠灾?,以清晰明確的方式建立相關(guān) 參數(shù)是非常必要的,這些參數(shù)可以通過可靠并且可利用的程序來描述磨損過程和測 量方法。目前研究的目的是確定一個關(guān)于金剛石燒結(jié)刀具磨損的測試 草案 。由于缺 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 3 少用來指導(dǎo)有關(guān)金剛石燒結(jié)刀具磨損試驗方法的書目參考和標(biāo)準(zhǔn),而且還要進(jìn)行可 獲得應(yīng)用性和比較性較好的試驗結(jié)果的宏幾何學(xué)磨損試驗,這使得制定一個可提供 普遍正確樣式的適 應(yīng)性好的測試 草案 變得緊迫。此 草案 是正確地進(jìn)行試驗和可靠地 解釋試驗結(jié)果必不可少的工具。它為石料切削公司比較生產(chǎn)商所賣相似刀具的性能 提供了可行性。但是,在切削過程中,存在的性能還是有所不同。實際上,從目前 的狀況看,現(xiàn)在市場上的金剛石刀具完全通過它們所擁有的材料的性能來描述,而 其他的技術(shù)特性都受限于產(chǎn)業(yè)專利,所以,云石和花崗巖加工公司卻全然不知。這 個 草案 能夠讓刀具生產(chǎn)商通過和其他競爭者比較來評價他們的刀具性能,與此同時 ,還可以利用賣方刀具的有效期信息來配備他們的供應(yīng)。這最后的方面代表一種服 務(wù),即變換器要求增加持續(xù) 的強(qiáng)迫動作。對于單刃刀具來說,組成這個 草案 的指標(biāo) 已經(jīng)從現(xiàn)存的標(biāo)準(zhǔn)中去除。發(fā)展到迄今的 草案 認(rèn)為試驗是在實驗室中進(jìn)行的,指定 試驗涉及的精度和遲緩性。此 草案 容許金剛石過程磨損知識的發(fā)展,這種金剛石是 構(gòu)成加工天然石材的刀具,也是構(gòu)成加工優(yōu)化方法的基本。下面的段落用來描述加 工天然石材的金剛石刀具的性能,以及它們自身與磨損的關(guān)系。測試 草案 及其在兩 種刀具上的應(yīng)用將在接下來的段落里描述。 2. 加工天然石材的金剛石燒結(jié)刀具的磨損 應(yīng)用于天然石材加工的金剛石刀具可以根據(jù)刀削工具來分類:如線狀刀具、片 狀刀具、盤狀刀具和磨削刀 具,還有加工平面的機(jī)床,例如具有不同類型和輪廓的 磨床和銑床。兩個例子中的刀具都由支承、超級 -金剛研磨料顆粒和結(jié)合體組成。支 承是研磨料顆粒固定在刀具的那部分,它賦予刀具適當(dāng)?shù)男问?,它把機(jī)械能從機(jī)床 輥子傳遞到研磨料顆粒,同時吸收加工過程中產(chǎn)生的力。超級 -金剛研磨料顆粒擔(dān)負(fù) 著去除材料的任務(wù),它的性能是粒度測量、造型和限制基體密集度。粒度測量表示 對超級 -金剛研磨料顆粒尺寸的測量,根據(jù)實際存在的晶粒性質(zhì)判斷,研磨料顆粒的 形式可能是規(guī)則的,也可能是不規(guī)則的。密集度是扇形單位容量的重量值。結(jié)合體 是用研磨料顆粒來阻塞刀具支 承的硅鋁合金,利用工業(yè)上正確的技術(shù)方法,它能夠 更加經(jīng)濟(jì)地用來實現(xiàn)切屑加工、銑削加工、磨削加工、精加工以及仿形加工等。此 結(jié)合體必須保證兩個相反的要素:提高切屑能力和延長刀具壽命。最后,結(jié)合體必 須具有適用于超級 -金剛研磨類型刀具磨損的抵抗力,例如允許試驗過程中出現(xiàn)與之 相關(guān)的隆起以及被加工材料的性征,但最重要的是此結(jié)合體必須要允許存在于母體 內(nèi)部新的晶粒積極的彌補(bǔ)已磨損晶體的損失。配制此結(jié)合體混合物的金屬有鐵、銅 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 4 、鎢、鈷、以及鎳。金剛石刀具磨損是金剛石晶粒和刀具材料結(jié)合物磨損發(fā)展的結(jié) 果。它可以用下面的步驟順序來描述 。 首先,由于結(jié)合面的腐蝕,結(jié)合體表面的晶體隆起不斷增加使晶粒和工件相接 觸。一種突起的結(jié)晶物出現(xiàn)在刀具表面。這種微小高度的隆起導(dǎo)致刀具切屑能力的 下降。這種堅硬的結(jié)合體將會使超級 -金剛研磨料顆粒曝光變得很困難,以至于在金 剛石晶粒完全出現(xiàn)在結(jié)合體上之前,刀具區(qū)段就產(chǎn)生了研磨。結(jié)合體的逐漸腐蝕使 全部的結(jié)晶物出現(xiàn)在刀具區(qū)段的表面上所有的結(jié)晶體是具有較大高度隆起和微小表 面破壞的金剛石顆粒。它具有很好的切屑性能。一旦工件被接觸,晶粒便大量地環(huán) 繞形成,以至于在晶粒頂部好似形成一個小高原,它可以產(chǎn)生磨光晶粒的機(jī)械摩擦 和熱作 用。部分晶粒的高百分率使刀具區(qū)段的表面變得透明,這會導(dǎo)致效率較低的 切屑能力。刀具旋轉(zhuǎn)所帶來與工件的間歇性接觸,導(dǎo)致金剛石晶粒產(chǎn)生周期性載荷 。由于工件的不同特性和機(jī)械振動,這種現(xiàn)象會被擴(kuò)大。金剛石晶粒的產(chǎn)物可以通 過增加晶體表面的切屑邊緣數(shù)量的微裂縫和微裂紋來描述,盡管他們會減小滲透深 度。磨損的逐漸加劇會導(dǎo)致完全破碎的微?;蛘吣阁w的破損,這種磨損會使金剛石 晶粒被釋放。由于結(jié)合體金剛石晶粒的釋放以及產(chǎn)生的組織分裂,使得這種脫落成 為一種現(xiàn)象。當(dāng)金剛石晶粒在其有效期結(jié)束前從金屬粘合物上脫落,這會加速刀具 的磨損。在這個 例子中,最終的分裂將會很大,它將包括在金剛研磨料顆粒出現(xiàn)前 所考慮到的結(jié)合體磨損。相反地,如果晶粒在它的使用壽命結(jié)束后從金屬結(jié)合體上 脫落,分裂將不會很深,移動新的晶粒也不需要消耗太多的結(jié)合體體積。脫落現(xiàn)象 歸結(jié)為切屑力或保持固定金剛石結(jié)構(gòu)的凝聚力的增加。新的晶粒將會出現(xiàn)在刀具加 工表面,此時,磨損周期將再一次開始。 金剛石刀具磨損的進(jìn)程消耗組成刀具的金剛石和結(jié)合物質(zhì)。這就意味著整個刀 具的重量和直徑尺寸的減少以及金剛石刀具圓柱形狀的改變。刀具從它原始的 圓柱 邊界線處開始移動我們通過決定于整個刀具的四個變量對金剛石磨頭 的耗損進(jìn)行評 價:刀具重量的減少;刀具直徑的減小;刀具外形圓柱度和磨削率的變化。圓柱度 是旋轉(zhuǎn)表面上所有的點與公共軸線等距離的狀態(tài)。 這三個宏幾何學(xué)變量都與磨損進(jìn)程直接相關(guān),同時,它們的測量都很容易???以用來監(jiān)視石料加工過程中的磨頭磨損。它們被叫做宏幾何學(xué)磨損變量。 3. 燒結(jié)金剛石刀具的宏幾何學(xué)磨損測試 草案 關(guān)于宏幾何學(xué)磨損的 草案 明確了測試過程中的待加工材料,工件的標(biāo)準(zhǔn)條件, 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 5 工件的性質(zhì);使用的冷卻液和應(yīng)用的切削條件。在進(jìn)行試驗的過程中,機(jī)床必須具 有剛性的結(jié)構(gòu),不能有振動的傾向和不規(guī)則的變形。試驗用的機(jī)床要有控制 速度持 續(xù)變化的指令,來補(bǔ)償現(xiàn)行加工過程中應(yīng)用的整個速度范圍。實現(xiàn)有關(guān)刀具壽命試 驗所采用的方法與完成有關(guān)注釋觀測結(jié)果和測量的方法相同。宏幾何學(xué)磨損試驗由 順次進(jìn)行的各種切削過程和插入介于兩切口之間的宏幾何學(xué)磨損參數(shù)測量值組成。 試驗報告要由關(guān)于去除材料體積的紅幾何學(xué)磨損參數(shù)相關(guān)趨勢的圖表,下面是我們 草案 的全部正文。 3.1 機(jī)床材料 使用在天然石材加工領(lǐng)域的材料有很大的數(shù)目,利用不同性質(zhì)的材料或者性質(zhì) 相似的材料進(jìn)行對比性試驗是不可取的。由于此原因,所用機(jī)床材料的性能必須規(guī) 定在試驗一覽表中根據(jù)表 2 所列出了兩種論述的 花崗巖的具體細(xì)節(jié),這兩種花崗石 是:黑色非洲花崗巖和撒丁島花崗巖。 3.2 工件的標(biāo)準(zhǔn)條件 切屑試驗必須包含整個刀具的表面(例如,切屑徑向深度必須要等于刀具的直 徑)。在試驗過程中,必須要在能夠減小工件的振動且具有一定面積的板坯上進(jìn)行試 驗。固定工件的轉(zhuǎn)軸和平臺必須要保持良好穩(wěn)定性和平衡性。必須要避免工件定位 在工作臺時產(chǎn)生的變形。 3.3 刀具 刀具的劇烈磨損決定于現(xiàn)行刀具的組成材料。在繼續(xù)的試驗過程中,所使用的 刀具的特性必須根據(jù)表 3中論述的兩種刀具的指示信息進(jìn)行規(guī)定。 3.4 切削液 所有切削液不變的切屑試驗都 必須利用水作為切削液,這樣才能完成。切削液 必需直接噴濺在刀具表面上并且完全作用在刀具的工作部分,如果可能的話,最好 顯示后續(xù)試驗過程的噴濺能力和噴流壓力。 3.5 切削條件 所有切削試驗中的進(jìn)給速度 f、軸向切削深度 a和切削速度 vt不能組成主要的試 驗變量切削條件必須要用到表 4 中所示的參考值。如果研究的目的是評價刀具磨損 和切削參數(shù)之間的關(guān)系,那么切削條件必須通過實驗技術(shù)方法( DOE)的設(shè)計制定許 多不同的等級,使其包含在來自產(chǎn)業(yè)觀點興趣的范圍內(nèi)。 3.6 宏幾何學(xué)磨損試驗法 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 6 3 .6 .1 引言 刀具耐用度試驗的 目的是通過實驗性檢驗確定一個或幾個參數(shù)如何產(chǎn)生對切削 刀具壽命的影響。由于加工方法的不同,決定特殊材料切削刀具壽命結(jié)束的原因也 常常是不同的。最簡單的例子就是發(fā)生在刀具完全報廢的時候。在大量的實例中, 刀具的逐漸磨損和所實行的切削操作都令人感到很不滿意,例如,切削力的增加和 加工過程中的變形和振動。固定比較性的因素決定刀具壽命的終止。 金剛石刀具磨損是金剛石和結(jié)合體逐漸消耗的結(jié)果。金剛石晶粒的磨損與晶粒 的性質(zhì)的關(guān)系緊密相關(guān),粘結(jié)體的消耗是粘結(jié)硬化的函數(shù),宏幾何作用就是組成區(qū) 段層的金剛石晶粒消失和損壞以及結(jié)合體的腐蝕 。宏幾何作用的結(jié)果會導(dǎo)致刀具直 徑和重量隨著刀具柱狀形狀的適時變化而減小。金剛石刀具磨損的發(fā)展強(qiáng)烈地影響 刀具的性能,而且還會影響到石材加工的效果和效率。實際上,一個磨損的刀具會 加快切屑能力的損失,增加制造切屑過程中的振動的數(shù)目以及產(chǎn)生斷續(xù)切屑過程的 可能性。所以,最終的石材制品上就會出現(xiàn)片狀或波浪形誤差。因此,刀具的性能 是石材加工的關(guān)鍵因素。 3 .6 .2 機(jī)床 在測試過程中,應(yīng)用于試驗的機(jī)床一定要具備剛性結(jié)構(gòu),而且不能具有不規(guī)則 振動和彎曲變形的趨勢。試驗用的機(jī)床要有控制速度持續(xù)變化的指令,來補(bǔ)償現(xiàn)行 加工過 程中應(yīng)用的整個速度范圍。此外,變化的速度指令容許切屑速度的精確設(shè)定 ,還可以減少獲得刀具壽命曲線所需要的時間。 3 .6 .3 儀器設(shè)備 為了能夠驗證顯示在當(dāng)時指示儀器上的誤差,必須要準(zhǔn)備好實行必要測量并且 制造準(zhǔn)確的下列儀器: ? 記錄切屑時間的秒表 ? 測量刀具尺寸的具有測微裝置的光學(xué)顯微鏡 ? 靈敏度為 0.01g 的電子秤 ? 測量切屑液流速的儀器(可以通過測量已知容積容器的排空時間來獲得) 3.7 宏幾何磨損試驗的過程 由于每個具體例子的情況是變化的,所以,刀具壽命的試驗過程只能泛泛地描 述。完成刀具壽命試驗采用的方法與 完成良好加工過程所用的方法相同,此加工過 程包括采用必要的預(yù)防措施,記錄觀測值以及進(jìn)行必要的測量。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 7 在開始試驗之前,必須保證機(jī)床、工件和刀具與當(dāng)時 草案 中的指示相一致。 3.8 試驗的概況總結(jié)與試驗結(jié)果的表達(dá) 由此試驗,可以得出以下結(jié)論: ? 刀具直徑隨石材減少體積不斷增加的變化 ? 刀具重量隨石材減少體積不斷增加的變化 ? 刀具圓柱度隨石材減少體積不斷增加的變化 4. 應(yīng)用舉例 這個可靠的 草案 已經(jīng)被一個加工兩種類型花崗巖的知名生產(chǎn)商用來研究投入市 場的兩種刀具的磨損(見表 1)。關(guān)于非洲黑色花崗巖和撒丁島花崗巖的切屑試驗已 經(jīng) 被實施,這兩種花崗巖的特性必須要根據(jù)表 2 中所給出的測試 草案 來報表。線性 切屑要在尺寸為 1000mmX500mm 的板坯上實行,為了得到機(jī)床工作臺上適用于 M9Z3 磨床 30mm厚和 M9BN磨床 40mm厚的卡具,切屑加工處必須與下一個切屑加工處要保 持一定的距離,以保證彼此間的完全獨(dú)立性。兩種類型刀具的特征參數(shù)參見表 3???慮到現(xiàn)行磨床要適當(dāng)布置噴油系統(tǒng)和防塵系統(tǒng)的因素,水被直接噴濺在切屑區(qū)域。 水也是加工中普遍運(yùn)用的切削液。表 5 中所給定的試驗條件正用于 3 軸數(shù)控加工中 心,使其具有連續(xù)控制卡盤旋轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給的速度的裝置。在每次切屑結(jié)束時,為 了清除加工尾渣,刀具必須要遠(yuǎn)離主軸放置,清潔好刀具,然后,對刀具的直徑、 重量 和圓柱度進(jìn)行評析。磨頭的重量通過靈敏度為 0.01g 的電子秤來測量,直徑利 用雷卡光學(xué)顯微鏡在均勻分布在刀具分界面上的六個位置的測量值來獲得,磨頭直 徑被看作這六次相關(guān)測量的平均值。顯微鏡具有 0.5μm 的分辨率和大約 2.6μm 的 測量誤差。直徑的測量也被用于評析刀具的圓柱度。直徑在一組同軸圓柱中的測量 值已被確定兩同軸圓柱間的徑向距離等于圓柱度引起的公差值。 表 1. 測試 草案 舉例 機(jī)床材料 黑色非洲花崗巖 參見表 2中所示性質(zhì) 撒丁島花崗巖 參見表 2中所示性質(zhì) 測試 草案 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 8 工件的標(biāo)準(zhǔn)條件 板坯 尺寸 1000mmX500mmX30mm 尺寸 1000mmX500mmX30mm 刀具 M9Z3 參見表 3中所示性質(zhì) M9BN 參見表 3中所示性質(zhì) 切屑液 水 壓強(qiáng) 0.2MPa 流速 10 l∕min 切屑條件 進(jìn)給速度 f 見表 4 軸向切削深 度 a 見表 4 切削速度 vt 見表 4 宏幾何磨損試驗過程 機(jī)床 3軸數(shù)控加工中心 儀器 雷卡光學(xué)顯微鏡 靈敏度 0.5μm 電子秤 靈敏度 0.01g 秒表 靈敏度 0.1s 刀具磨損測試過程 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 9 均勻分布在刀具長度方向上直徑的 6次測量值 每個工部后刀具重量的 3次測量值 結(jié)論概括 刀具直徑隨石材減少體積不斷增加的變化 刀具重量隨石材減少體積不斷增加的變化 刀具圓柱度隨石材減少體積不斷增加的變化 表 2. 加工材料的性質(zhì) 密度 [kg/m3] 2608 3010 吸水率 [%] 0.25 0.05 抗壓強(qiáng)度 [MPa] 145 180 抗磨強(qiáng)度 [Ha] 40 65 沖擊抗力 [cm] >90 >90 努氏硬度 [MPa] 5000 3000 4.1 結(jié)果與討論 試驗已經(jīng)得出:預(yù)定義宏幾何學(xué)變量變化的限定條件是石料減少體積的函數(shù), 這就意味著要及時監(jiān)視宏幾何學(xué)磨損變量。 圖 1 表明了兩種磨削刀具直徑的變化趨勢。 M9Z3 磨床的曲線是關(guān)于石材減少體 積擴(kuò)大到大約 90000cm3時的直徑的變化,它們具有線性趨勢。 M9BN 磨床的曲線是石 材減少體積達(dá)到 50000cm3 時的直徑變化,它們具有 非線性的趨勢。磨頭直徑總的減 少量與這兩種論述的刀具相同:大約 6mm,這就意味著在刀具報廢前, M9BN 磨床的 機(jī)械切削加工量為 M9Z3 磨床石料數(shù)量的一半。線性趨勢涉及適時的恒定磨損率,所 材料特性 撒丁島花崗巖 黑色非洲花崗巖 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 10 以,磨頭的進(jìn)一步磨損可以很容易的預(yù)見。圖 2 表明了兩種磨頭重量的減小,兩種 曲線的對比應(yīng)用在前面出現(xiàn)的直徑減小分析的圖樣論述中。 M9Z3 磨床的重量是成線 性減少的,顯示了線性磨損率和均勻降低的切屑能力。圖 3 表明了兩種磨床刀具圓 柱度是石料減少體積的函數(shù)。 M9Z3磨床的曲線顯示了位于原始值附近大約 0.02mm不 規(guī)則的阻尼振動。 M9BN 磨床 的圓柱度曲線從 0.01mm 急劇增加到 0.1mm,這就意味著 M9Z3磨頭的柱狀分布圖不伴隨著刀具的漸進(jìn)磨損而改變,而 M9BN磨頭隨著金剛石以 及結(jié)合體的損耗快速地改變其柱狀外形。在磨損進(jìn)行到快結(jié)束時, M9BN 磨頭的圓柱 分界面出現(xiàn)大約 0.10mm 的基體分布( 75%重量減少值)。石材加工過程中記錄的曲線 圖樣隨著逐漸磨損急劇變化,切削槽的結(jié)合體表面形成凸起的分布輪廓,這使得與 其余鋪設(shè)裝飾物相聯(lián)結(jié)變得十分困難。所以,為了獲得更高的圓柱度等級,必須要 在進(jìn)行的磨光過程中,減少或降低由磨損的加工磨頭所帶來的圓角外形輪廓。最后 ,已論述的 3 個宏幾何學(xué)變量表明 M9Z3 磨床具有比 M9BN 磨床更高的切屑性能,在 報廢前,它可以加工較大數(shù)量的石材。刀具重量和直徑的減少量與減少花崗巖的體 積是成線性的,因此,我們可以非常容易地計算由磨損的逐漸進(jìn)行所引起的磨頭直 徑的變化,這通常被用來調(diào)整數(shù)控加工磨頭軸線的方向,此外,磨頭的柱 狀外形不 隨磨損的進(jìn)行而變化??傮w 來說,我們可以說此先進(jìn)的 草案 可以讓我們按照刀具的 特性來完成結(jié)果的測量以及對具有不同特征的刀具進(jìn)行比較分析。 石材減少體積( cm3) 圖 1. 刀具直徑隨石材減少體積不斷增加的變化 平均磨頭直徑( mm ) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 11 表 3. 刀具特性 刀具特性 M9Z3 M9BN 結(jié)合物化學(xué)組成 Co-Cu-Al-Fe-Si Co-Cu-Al-Fe-Si Cu/Co=0.285 Cu/Co=0.51 菱形金屬網(wǎng) [#] 45/50 45/50 金剛石密度 [Kts/cm3] 0.9 1.0 刀具重量 [g] 238 177 刀具直徑 [mm] 23 20 區(qū)段數(shù) 5 6 區(qū)段深度 [mm] 35 44 表 4. 切削標(biāo)準(zhǔn)條件 石材 軸向切削深度 [mm] 切削速度 [rpm] 進(jìn)給率 [mm/min] 花崗巖 20mm 5000 300 大理巖 20mm 5000 400 花崗巖 30mm 4500 200 大理巖 30mm 5000 400 花崗巖 40mm 4500 200 大理巖 40mm 4500 400 表 5. 實驗設(shè)定 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 12 試驗 磨床類型 切削速度 [rpm] 過程變量 進(jìn)給率 [mm/min] 軸向切削 深度 [mm] Ⅰ M9Z3 4500 200 30 Ⅱ M9BN 4500 200 40 石材減少體積 [cm3] 圖 2. 刀具重量隨石材減少體積不斷增加的變化 石材減少體積 [cm3] 磨頭重量的減少 [g] 磨頭圓柱度 [m m] 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文翻譯 13 圖 3. 刀具圓柱度隨石材減少體積不斷增加的變化 5. 結(jié)論 目前的研究提出了關(guān)于金剛石刀具宏幾何學(xué)磨 損測量的測試 草案 ,應(yīng)用這種方 式我們有可能獲得關(guān)于燒結(jié)金剛石刀具磨損的可比較和利用的結(jié)果。 草案 明確了被 加工材料、工件的標(biāo)準(zhǔn)條件、刀具特性、采用的切削液和試驗過程中應(yīng)用的切削條 件。測試報告包括了描述與加工材料體積相關(guān)的宏幾何學(xué)磨損參數(shù)變化趨勢的圖表 ,此先進(jìn)的 草案 已被一個從事加工兩種花崗巖的知名生產(chǎn)商用于研究投放于市場上 的兩種類型刀具的磨損。 確認(rèn)通知 : 該著作由 M.I.U.R( Ministry of Instruction, University and Research )提供的資金實行出版,它包含在名 為 “ 石材加工技術(shù) ” 的工程方案中( COFIN01) ,作者衷心地感謝位于卡希諾的 CO.MARMI s.n.c 公司為實驗測試提供的石材 參考文獻(xiàn) 1. 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本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題目:數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
專 業(yè) : 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級: D機(jī)加工121 學(xué) 號: 231120333
學(xué)生姓名: 謝 順
指導(dǎo)教師: 卞榮/劉桂芝
2016年 2月 23日
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué)生姓名
謝順
學(xué) 號
231120333
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計制造及其自動
指導(dǎo)教師姓名
卞榮/劉桂芝
職 稱
講師/教授級高工
所在院系
工業(yè)中心
課題來源
自擬課題
課題性質(zhì)
工程設(shè)計
課題名稱
數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計的
內(nèi)容和意義?
采用類比的方法,進(jìn)行數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計,使其滿足對刀具和工件進(jìn)給運(yùn)動速度及位置的自動控制。
畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容:
1、進(jìn)行Z軸向慣量匹配的計算
2、進(jìn)行Z軸向轉(zhuǎn)矩匹配的計算
3、進(jìn)行Z向進(jìn)給力的計算
4、進(jìn)行Z向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算
5、確定數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,其主要零件:Z向滾珠絲杠,軸承座,法蘭,齒形皮帶輪,隔套,支柱,電機(jī)安裝板,聯(lián)接漲套, 鎖緊螺帽, 法蘭,限位塊等 。
6、CAD繪制共2.5張0號圖紙,其中數(shù)控銑床Z軸驅(qū)動裝配圖0號圖 1張,
數(shù)控銑床Z軸運(yùn)動簡圖,CAD圖紙折合0號1.5張(約15個零件)。
7、進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。
8、撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書(論文),不少于15000。
本課題研究的意義:
本課題對數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計,其意義如下:
1、數(shù)控銑床其傳動系統(tǒng)的精度和剛度是數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容。它決定了數(shù)控銑床的加工精度,其精度越高,工廠的自動化效率就越高,為工廠創(chuàng)造的價值也就越大。
2、Z軸與Y/Y兩軸驅(qū)動的伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)不僅對刀具和工件進(jìn)給運(yùn)動的速度實現(xiàn)自動控制,還要對工件相對于刀具的位置實現(xiàn)自動控制。該部件的性能直接影響工件的加工質(zhì)量和切削生產(chǎn)率,是決定機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。
3、通過此次數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計將我大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)方面的知識進(jìn)行了一番梳理,將其運(yùn)用于實踐設(shè)計。使得原本并不深刻清晰的專業(yè)知識,變得更加形象具體。并且在查找相關(guān)資料的同時也了解到了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史,現(xiàn)階段高端技術(shù),發(fā)展前景等。提高了文獻(xiàn)搜索的能力。
英文期刊文章引用:作者. 題名. 期刊名, 出版年份,期號:起止頁碼
文獻(xiàn)綜述
數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品。是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機(jī)[1]。
隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展,世界制造業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時代,其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。目前,歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,而中國從20 世紀(jì)80 年代開始起步,仍處于發(fā)展階段。近年來,隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域,尤其是機(jī)械制造業(yè)中,普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機(jī)械所代替[2]。大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù),已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑[3]。其中,高速數(shù)控銑床成為世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家主要發(fā)展的項目之一[4]。
數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)是由數(shù)控銑床工作臺及X/Y/Z三軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成,其中Z軸是直接影響工件的加工質(zhì)量和切削生產(chǎn)率,是決定機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。對于數(shù)控銑床進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計主要從控制類型選擇、驅(qū)動裝置選擇、傳動部件選擇和導(dǎo)軌選擇四個方面進(jìn)行。對于伺服系統(tǒng)一般要求調(diào)速范圍比較寬、精確度高、穩(wěn)定性能好、反應(yīng)迅速。而且根據(jù)發(fā)電機(jī)不同可以分為交流、直流和步進(jìn)伺服等,一般步進(jìn)伺服比較常用[5]。為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行,必須降低數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動摩擦系數(shù)之差。因此,形成不太長的直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)常用滾珠絲杠副。滾珠絲杠副的傳動效率高達(dá)85%- 98%,是普通滑動絲杠副的2- 4 倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于1°,因此不自鎖[6]。滾珠運(yùn)動的摩擦熱、液壓流體、電動機(jī)、齒輪箱機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)熱所造成的熱膨脹會造成定位精度的降低。如果在導(dǎo)軌或床身上產(chǎn)生變形,即使能夠防止?jié)L珠絲桿的溫升,也不可能獲得高的精度。在分析精度的時候,來自所有熱源的熱影響都必須加以考慮。在計算由滾珠絲桿本身產(chǎn)生的熱量時,高的工作負(fù)載是一個最大的潛在原因。通常,工作負(fù)載大約是滾珠絲桿頂緊力的3倍[7]。在現(xiàn)代機(jī)械中,特別是數(shù)控系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中,直線滾動導(dǎo)軌已經(jīng)成為一種重要的支撐部件。它不僅使得安裝簡便、維護(hù)和潤滑容易,還降低了勞動強(qiáng)度和能耗,極大降低了設(shè)備全壽命周期的成本[8]。受傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)計思維的影響,人們在數(shù)控機(jī)床設(shè)計中往往只重視轉(zhuǎn)矩(功率)匹配,而忽視慣量匹配,從而嚴(yán)重影響整機(jī)性能,導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床不能適應(yīng)高速精密加工的要求[9]。因此,為了提高機(jī)床整體性能,高精度,高性能,必須進(jìn)行慣量匹配和轉(zhuǎn)矩匹配的計算。
為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,機(jī)械設(shè)計在近30年來發(fā)生了相當(dāng)大的變化。設(shè)計理論,設(shè)計方法,設(shè)計工具更為先進(jìn),計算精度更高,計算速度更快[10]。
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研究內(nèi)容
1.數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)總體方案確定
該進(jìn)給機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動,經(jīng)Z向齒形帶傳動,驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給運(yùn)動。
2.慣量匹配
為提高銑床整體性能,高速度,高精度等,需進(jìn)行慣量匹配。角加速度越小,則數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令到進(jìn)給系統(tǒng)執(zhí)行完畢之間的時間越長,也就是通常所說的系統(tǒng)反應(yīng)慢。如果角加速度變化,則系統(tǒng)的反應(yīng)將忽快忽慢,影響加工精度。當(dāng)進(jìn)給伺服電動機(jī)已選定,則電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的最大值基本不變。如果希望角加速度的變化小,應(yīng)使電動機(jī)本身的慣量+折合到電動機(jī)軸的負(fù)載慣量的變化盡量小,則最好使電動機(jī)本身的慣量+折合到電動機(jī)軸的負(fù)載慣量所占比例小一些。這就是“ 慣量匹配”原則。
3.轉(zhuǎn)矩匹配
為提高銑床整體性能,高速度,高精度等,需進(jìn)行轉(zhuǎn)矩匹配。選擇伺服電動機(jī)時,最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得超過電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。折算至電動機(jī)軸的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
4. 滾珠絲杠的計算及校核
滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成,可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動,或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力精度和效率高。首先根據(jù)絲杠的工作行程初選絲杠的工作長度,計算工作載荷,查表選型號然后進(jìn)行校核。
研究計劃
研究周期與時間安排
畢業(yè)設(shè)計起止日期:2.22—6.03(第1周—第15周)
第1周 (2.22-2.26) 收集資料,學(xué)習(xí)有關(guān)書籍文獻(xiàn),參觀工廠,搜集設(shè)計過程中所要遵照的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行學(xué)習(xí)
第2周 (2.29-3.04) 提出完成課題的基本思路和方法,暨完成該課題所采用的技術(shù)路線、方案,要設(shè)計和完成的任務(wù)
第3周 (3.07-3.11) 開題報告及外文材料翻譯
第4周 (3.14-3.18) 完成裝配圖草圖設(shè)計,繪制進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動簡圖
第5周 (3.21-3.25) 完成Z軸向慣量,轉(zhuǎn)矩,匹配的計算、完成Z向進(jìn)給力,Z向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算
第6周 (3.28-4.01) 完成裝配圖設(shè)計
第7周 (4.04-4.08) 畢業(yè)設(shè)計中期檢查
第8周 (4.11-4.15) 進(jìn)行零件圖計算機(jī)繪圖
第9周 (4.18-4.22) 完成零件圖計算機(jī)繪圖
第10周 (4.25-4.29) 完成各零件及課題成本分析,完成各零件成本及課題成本計算
第11周 (5.02-5.06) 遞交論文初稿
第12周 (5.09-5.13) 修改論文并定稿
第13周 (5.16-5.20) 論文評審
第14周 (5.23-5.27) 答辯資格確定
第15周 (5.30-6.03) 畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯
第16周(6.06-6.10) 整理資料存檔
特色與創(chuàng)新
本論文特色與創(chuàng)新如下:
(1)設(shè)計時進(jìn)行了Z軸向慣量匹配的計算,從而提高了數(shù)控銑床的加工速度以及加工精度。
(2)設(shè)計時進(jìn)行了Z軸向轉(zhuǎn)矩匹配的計算,從而保障驅(qū)動和電機(jī)的穩(wěn)定性,提高了進(jìn)給系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。
(3)設(shè)計時進(jìn)行了Z向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算,從而消除了軸向間隙,增加滾珠絲杠副的剛性,減少滾珠體、絲杠及螺母間的彈性變形,達(dá)到更高的精度。
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽名:
年 月 日
分中心意見
中心意見
分中心主任簽名:
年 月 日
教學(xué)主任簽名:
年 月 日