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南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 1 南京 工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(jì)制造及自動化 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 2 金剛石刀具磨損的評價(jià) 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(gè)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(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的報(bào)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(yàn)與可靠地解釋試驗(yàn)結(jié) 果的依據(jù)。 草案 發(fā)展到迄今主要是應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)， 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(gè)領(lǐng)域是 個(gè)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(shí)現(xiàn)大量的操作指令?，F(xiàn)在還沒有 對這樣的作業(yè)實(shí)行切屑過程優(yōu)化的研究，所以，一種時(shí)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(shí)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(diǎn)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(gè)過程的優(yōu)化。現(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?？偠灾郧逦鞔_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(gè)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(jì)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(yàn)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(yàn)結(jié)果的宏幾何學(xué)磨損試驗(yàn)，這使得制定一個(gè)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(yàn)和可靠地 解釋試驗(yàn)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(shí)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(gè) 草案 能夠讓刀具生產(chǎn)商通過和其他競爭者比較來評價(jià)他們的刀具性能，與此同時(shí) ，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(gè) 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(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，指定 試驗(yàn)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(gè)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?zhàn)觽鬟f到研磨料顆粒，同時(shí)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(shí)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(shí)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(gè)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(yàn)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(jì)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(jiān)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(gè)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(gè) 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(shí)，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(gè)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(gè)刀具的四個(gè)變量對金剛石磨頭 的耗損進(jìn)行評 價(jià)：刀具重量的減少；刀具直徑的減??；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(diǎn)與公共軸線等距離的狀態(tài)。 這三個(gè)宏幾何學(xué)變量都與磨損進(jìn)程直接相關(guān)，同時(shí)，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(jì)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(yàn)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(yàn)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(gè)速度范圍。實(shí)現(xiàn)有關(guān)刀具壽命試 驗(yàn)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(yàn)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(yàn)報(bào)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(yàn)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(yàn)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(yàn)必須包含整個(gè)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(yàn)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(yàn)。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(shí)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(yàn)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(yàn)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(yàn)過程的噴濺能力和噴流壓力。 3.5 切削條件 所有切削試驗(yàn)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(yàn)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(jià)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(shí)驗(yàn)技術(shù)方法（ DOE）的設(shè)計(jì)制定許 多不同的等級，使其包含在來自產(chǎn)業(yè)觀點(diǎn)興趣的范圍內(nèi)。 3.6 宏幾何學(xué)磨損試驗(yàn)法 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 6 3 .6 .1 引言 刀具耐用度試驗(yàn)的 目的是通過實(shí)驗(yàn)性檢驗(yàn)確定一個(gè)或幾個(gè)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(bào)廢的時(shí)候。在大量的實(shí)例中， 刀具的逐漸磨損和所實(shí)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(shí)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(shí)際上，一個(gè)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(yàn)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(yàn)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(gè)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(shí)間。 3 .6 .3 儀器設(shè)備 為了能夠驗(yàn)證顯示在當(dāng)時(shí)指示儀器上的誤差，必須要準(zhǔn)備好實(shí)行必要測量并且 制造準(zhǔn)確的下列儀器： ? 記錄切屑時(shí)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(shí)間來獲得） 3.7 宏幾何磨損試驗(yàn)的過程 由于每個(gè)具體例子的情況是變化的，所以，刀具壽命的試驗(yàn)過程只能泛泛地描 述。完成刀具壽命試驗(yàn)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(jì)外文翻譯 7 在開始試驗(yàn)之前，必須保證機(jī)床、工件和刀具與當(dāng)時(shí) 草案 中的指示相一致。 3.8 試驗(yàn)的概況總結(jié)與試驗(yàn)結(jié)果的表達(dá) 由此試驗(yàn)，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(gè)可靠的 草案 已經(jīng)被一個(gè)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(yàn)已 經(jīng) 被實(shí)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(bào)表。線性 切屑要在尺寸為 1000mmX500mm 的板坯上實(shí)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(gè)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(yàn)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(shí)，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(gè)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(jì)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(yàn)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(jì)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(gè)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(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)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(bào)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(shí)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(jì)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(shí)， 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(gè)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(bào)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(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)設(shè)定 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯 12 試驗(yàn) 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(jì)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(yàn)過程中應(yīng)用的切削條 件。測試報(bào)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(gè)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(jì)（論文）開題報(bào)告
題目：數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
專 業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
謝順
學(xué) 號
231120333
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)
課題名稱
數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)的具體內(nèi)容：
1、進(jìn)行Z軸向慣量匹配的計(jì)算
2、進(jìn)行Z軸向轉(zhuǎn)矩匹配的計(jì)算
3、進(jìn)行Z向進(jìn)給力的計(jì)算
4、進(jìn)行Z向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計(jì)算
5、確定數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(gè)零件）。
7、進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。
8、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)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(jià)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(shí)現(xiàn)自動控制，還要對工件相對于刀具的位置實(shí)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(jì)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(shí)踐設(shè)計(jì)。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(shí)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(xiàng)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(diǎn)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(shí)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(jì)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(gè)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(xiàng)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(jì)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(gè)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(shí)候，來自所有熱源的熱影響都必須加以考慮。在計(jì)算由滾珠絲桿本身產(chǎn)生的熱量時(shí)，高的工作負(fù)載是一個(gè)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(jì)思維的影響，人們在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)在近30年來發(fā)生了相當(dāng)大的變化。設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)工具更為先進(jìn)，計(jì)算精度更高，計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)，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(jì)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(jì)算工作載荷，查表選型號然后進(jìn)行校核。
研究計(jì)劃
研究周期與時(shí)間安排
畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)和完成的任務(wù)
第3周 (3.07-3.11） 開題報(bào)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(jì)，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(jì)算、完成Z向進(jìn)給力,Z向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計(jì)算
第6周 (3.28-4.01) 完成裝配圖設(shè)計(jì)
第7周 (4.04-4.08） 畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查
第8周 (4.11-4.15） 進(jìn)行零件圖計(jì)算機(jī)繪圖
第9周 (4.18-4.22) 完成零件圖計(jì)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(jì)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(jì)（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(jì)時(shí)進(jìn)行了Z軸向慣量匹配的計(jì)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(jì)時(shí)進(jìn)行了Z軸向轉(zhuǎn)矩匹配的計(jì)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(jì)時(shí)進(jìn)行了Z向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計(jì)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