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金刚石在研磨过程中振动影响因素分析

发表时间:2014-12-01

  金刚石独特的晶体结构、物理、化学、机械特性,使其在先进的科学技术领域得到了广泛的应用,特别在精密和超精密加工领域里,被认为是理想的刀具切削材料。而在金刚石研磨过程中,来源于机床内外部的振动干扰使金刚石与研磨盘之间产生多余的相对运动使研磨表面无法达到所需的加工精度,但完全抑制振动是很困难的,加工过程本身也产生力的波动,同时过分地提高机床的精度与抑制振源强度会导致设备的复杂化和成本的提高。

  为了减小金刚石在研磨过程中所受到振动冲击,本文采用弹性浮动研磨的方式,就是在传统机械研磨基础上引入了弹性梁与弹性垫,通过弹性梁与弹性垫材料的弹性变形作用将刚性系统改装成刚柔耦合系统,增加系统的柔性,来吸收在研磨过程中所产生的振动冲击,减少振动冲击对研磨表面质量的影响,但引用弹性浮动装置, 工艺参数将发生改变,在主轴转速与研磨压力的作用下引起金刚石与研磨盘之间的接触载荷变化,弹性垫的弹性变形引起研磨盘、弹性垫、转盘之间的安装误差和平面度误差从而使金刚石在垂直方向上产生综合跳动,因此本文从实验与仿真的角度来研究这些因素对弹性浮动研磨振动的影响。

  首先从弹性浮动原理出发,建立了该研磨机的二自由度耦合模型,对金刚石研磨表面所受到的振动进行力学分析,探讨了研磨表面在弹性浮动研磨加工过程中振动冲击主要影响因素,并搭建金刚石的研磨实验平台以及加速度信号采集装置,通过单因素实验方法分析讨论了刚度、研磨压力、研磨速度对金刚石在垂直方向上的振动量影响,并运用正交试验的方法分析了三个工艺参数对金刚石振动的影响程度及工艺参数之间关系。

  其次,介绍了接触载荷与金刚石研磨振动之间的关系,通过二自由度耦合模型的中间弹簧接触刚度K3来考察接触载荷的大小,对接触刚度K3的无阻尼与阻尼状态的进行理论分析。运用实验的手段分别计算出各个单自由度单元的各个参数,如K1、K2、C1、C2,再通过实验与Matlab/Simulink仿真相结合的方法计算出中间接触刚度K3的值,并通过无阻尼的状态来进行理论上的验证,在此基础上分析了接触压力与刚度对接触载荷的影响,最后通过仿真分析了接触刚度对两者之间的相对加速度大小的影响,并通过实验观察金刚石表面形貌来反应接触载荷变化对研磨表面质量的影响。

  最后,通过三维软件Pro/E建立弹性浮动研磨机的三维实体模型,对该模型进行简化,将其导入到ADAMS/View中,对零件属性及之间的约束、驱动激励、接触参数等进行定义,完成了研磨机模型的建立,再运用ADAMS/AutoFlex功能模块将弹性梁、弹性垫进行柔性化,形成弹性浮动研磨机金刚石综合跳动的刚柔耦合分析模型,通过实验来验证模型的准确性,最后分析了研磨盘的转速、端跳、表面的不平整度对金刚石综合跳动的影响,最后通过实验观察金刚石表面形貌来反应综合跳动对研磨表面质量的影响。

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