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ZrO_2陶瓷轴承套圈及陶瓷主轴精密加工实验研究

作　者: 陈士超
导　师: 陆峰
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 氧化锆轴承套圈陶瓷主轴工艺参数表面粗糙度
分类号: TQ174.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

氧化锆陶瓷轴承套圈及陶瓷主轴作为典型的高性能结构陶瓷零件，在高速机床陶瓷电主轴中得到了广泛应用研究。实验室设计的170SD30氧化锆无内圈全陶瓷电主轴，即将轴承内圈外沟道直接设计在主轴上。陶瓷主轴等典型零件之所以能够在高速电主轴中得到广泛应用，一个重要的原因就是能够有效降低电主轴在高速旋转状态下主轴的离心力和惯性力，同时提高主轴的刚度、稳定性、工作寿命等性能参数，以适应电主轴单元的高速化和精密化要求。本文采用MGA1432A高精度外圆磨床、MK2710数控内外圆磨床、PFS-30曲线数控磨床等精密加工设备，对陶瓷轴承套圈和陶瓷主轴进行精密加工实验研究，利用型号为Surtronic25的接触式粗糙度测量仪、Leitz ultra PMM-C12.10.7三坐标测量机、VHX-1000超景深三维显微镜等检测设备，对加工后的试件进行表面粗糙度、形位精度等检测分析，获得可靠的实验数据。文中介绍了国内外电主轴技术的发展现状及前景分析，电主轴的基本结构，陶瓷材料在电主轴中的广泛应用，无内圈式全陶瓷电主轴的设计特点与加工制造，分析典型陶瓷材料的磨削加工机理、去除方式及超硬磨料砂轮的修整。通过实验分析各主要磨削工艺参数：砂轮粒度、砂轮线速度、横向进给量及工件转速对氧化锆陶瓷轴承外圈内表面粗糙度的影响，得出主要磨削工艺参数与试件表面粗糙度的关系。采用正交试验法，分析各因素水平，得出各磨削工艺参数对轴承套圈表面粗糙度影响系数大小，获得合理的加工工艺参数组合。在氧化锆陶瓷主轴内孔的磨削加工实验过程中，首先对内孔磨削所使用的砂轮接杆进行设计加工，要求砂轮接杆具有足够的刚度、强度，以满足内孔加工需要。通过选用不同的磨削参数：砂轮粒度、砂轮线速度、横向进给量、磨削弧度比等对内孔进行加工实验，并对形位精度检测分析，得出内孔磨削加工的优化工艺参数。在主轴沟道的精密加工过程中，分别采用成型刀具加工、数控车削加工和曲线磨削加工及附加研磨加工的对比实验分析，得出一种降低成本、提高加工效率的能够充分满足沟道设计精度要求的有效加工方法。对陶瓷主轴其它主要部位：中心孔、端面、外圆、扳手平台等进行精密加工实验，通过不同的实验方法，分析氧化锆轴承套圈及主轴的低成本、高效率精密加工，得出一系列优化合理的加工工艺参数，为进一步提高电主轴关键部件的高速、低成本、高效率的精密化加工实验研究提供了一定的工艺参考。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-19
第一章绪论  19-31
  1.1 高速电主轴技术及基本结构  19-21
    1.1.1 电主轴技术概述  19-20
    1.1.2 电主轴基本结构  20-21
  1.2 陶瓷材料的性能及在电主轴中的应用  21-23
    1.2.1 陶瓷材料的性能  21-22
    1.2.2 陶瓷材料在电主轴中的应用  22-23
  1.3 全陶瓷电主轴的设计制造  23-27
    1.3.1 全陶瓷电主轴特点  23-25
    1.3.2 全陶瓷电主轴对典型陶瓷零件的性能要求  25-26
    1.3.3 陶瓷轴承套圈的制造  26
    1.3.4 陶瓷球的制造  26
    1.3.5 陶瓷主轴的制造  26-27
  1.4 高速电主轴的发展现状及前景分析  27-29
    1.4.1 国外电主轴发展现状及前景分析  27-28
    1.4.2 国内电主轴发展现状及前景分析  28-29
  1.5 课题研究意义及研究内容  29-31
    1.5.1 课题研究意义  29
    1.5.2 主要研究内容  29-31
第二章陶瓷材料磨削加工机理及砂轮修整  31-41
  2.1 陶瓷材料磨削加工  31-33
    2.1.1 磨削加工技术的发展  31
    2.1.2 高速磨削  31-32
    2.1.3 超精密研磨与抛光  32
    2.1.4 陶瓷材料的高速磨削  32-33
  2.2 陶瓷材料磨削机理  33-36
    2.2.1 压痕裂纹的分类  33-34
    2.2.2 陶瓷材料磨削机理  34-36
  2.3 陶瓷材料的去除方式  36-39
    2.3.1 脆性去除  37
    2.3.2 粉末化去除  37
    2.3.3 塑性去除  37-38
    2.3.4 陶瓷磨削表面的形成  38-39
  2.4 超硬磨料砂轮的修整  39-40
    2.4.1 金刚石笔修整法  39
    2.4.2 滚压修整法  39-40
    2.4.3 磨削修整法  40
  2.5 本章小结  40-41
第三章 ZrO_2陶瓷轴承套圈内表面磨削对粗糙度影响分析  41-57
  3.1 磨削理论分析  41-44
    3.1.1 表面粗糙度含义  41
    3.1.2 表面粗糙度对机械产品质量的影响  41-42
    3.1.3 磨削表面粗糙度理论分析  42-44
  3.2 实验条件  44-47
    3.2.1 实验设备  44-45
    3.2.2 磨削液  45
    3.2.3 测量仪器  45-47
  3.3 ZrO_2陶瓷轴承套圈表面粗糙度磨削实验分析  47-50
    3.3.1 实验方案  47-48
    3.3.2 砂轮粒度对氧化锆陶瓷套圈表面粗糙度影响  48
    3.3.3 砂轮线速度对氧化锆陶瓷套圈表面粗糙度影响  48-49
    3.3.4 横向进给量对氧化锆陶瓷套圈表面粗糙度影响  49-50
    3.3.5 工件转速对氧化锆陶瓷套圈表面粗糙度影响  50
  3.4 ZrO_2陶瓷轴承套圈表面粗糙度正交实验  50-54
    3.4.1 实验设计  50-51
    3.4.2 正交实验原理  51
    3.4.3 实验因素和实验水平  51-52
    3.4.4 实验结果分析  52-54
  3.5 本章小结  54-57
第四章 ZrO_2陶瓷主轴内孔磨削加工实验及检测分析  57-71
  4.1 主轴内孔磨削加工因素分析  57-58
  4.2 砂轮接杆的加工与粘结  58-59
    4.2.1 砂轮接杆的加工  58
    4.2.2 砂轮接杆的粘结  58-59
  4.3 陶瓷主轴内孔磨削加工实验  59-66
    4.3.1 实验方案  59-60
    4.3.2 ZrO_2陶瓷主轴内孔加工工艺分析  60-62
    4.3.3 ZrO_2陶瓷主轴内孔表面粗糙度分析  62-64
    4.3.4 陶瓷主轴内孔表面粗糙度正交实验分析  64-66
    4.3.5 实验结果分析  66
  4.4 内孔形位精度检测结果及分析  66-70
    4.4.1 检测仪器  67-68
    4.4.2 内孔圆度的检测分析  68
    4.4.3 内孔圆柱度的检测分析  68-69
    4.4.4 内孔与外圆同轴度的检测分析  69-70
  4.5 本章小结  70-71
第五章 ZrO_2陶瓷主轴精密加工工艺研究  71-89
  5.1 陶瓷主轴概述及加工因素分析  71-73
    5.1.1 无内圈式陶瓷主轴概述  71-72
    5.1.2 加工工艺因素对零件精度的影响  72-73
  5.2 主轴内螺纹加工分析  73-74
  5.3 中心孔的加工实验  74-76
  5.4 陶瓷主轴沟道加工工艺研究  76-82
    5.4.1 表面轮廓度的计算  76-77
    5.4.2 陶瓷主轴沟道加工分析  77-78
    5.4.3 陶瓷主轴沟道成型刀具切削加工  78
    5.4.4 陶瓷主轴沟道加工工艺优化  78-82
  5.5 ZrO_2陶瓷主轴外圆加工工艺研究  82-86
    5.5.1 测量仪器  82-83
    5.5.2 主轴外圆磨削加工实验  83-86
  5.6 主轴扳手平台的磨削加工  86-87
  5.7 ZrO_2陶瓷主轴加工工艺流程  87-88
  5.8 本章小结  88-89
第六章结论  89-91
  6.1 结论  89-90
  6.2 展望  90-91
参考文献  91-95
作者简介  95-96
致谢  96-97

ZrO_2陶瓷轴承套圈及陶瓷主轴精密加工实验研究

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