圆弧形金刚石砂轮修整及修整效果评价

摘要

本文针对圆弧形金刚石砂轮精密修整困难的问题，提出数控对磨修整方法。该新的修整方法是在CNC磨床上驱动砂轮沿着圆弧插补运动轨迹与GC磨石对磨，利用相互磨耗逐渐将砂轮轴向轮廓修整成圆弧形，用于曲面成型磨削加工，解决陶瓷、玻璃、硬质合金等超硬曲面零部件精密加工的难题。要解决的关键问题是如何提高金刚石砂轮的修整精度和评价砂轮工作表面的微观出刃特性。 首先，建立圆弧形砂轮数控对磨成型修整的数学模型，分析砂轮弧形轮廓的成形修整原理、定位偏差对修整的形状偏差的影响。其次，根据圆弧形金刚石修整的形状误差和修整率，分别评价修整精度和修整效率。然后，进行修整试验，研究砂轮转速、行走速率和进给深度等修整工艺参数、修整数控路径和磨石尺寸对修整精度和修整率的影响。试验结果表明，该修整方法可以修整不同半径的圆弧形砂轮，适应于多种曲率的曲面磨削加工，形状误差可以达到30pm以下。而且，影响修整的形状误差和修整率的主要工艺参数分别为砂轮转速和行走速度，较宽的油石对砂轮弧形修整精度较高。 为了分析金刚石砂轮微观出刃特性，采用图像增强，图像中值滤波，阈值处理，边缘分割，边缘提取等图像处理技术对金刚石砂轮出刃工作面的扫描电镜SEM图片进行处理。在此基础上，提出评价砂轮磨粒的破碎程度的分形维数评价指标。试验和分析结果表明，进给深度越大，砂轮出刃的分形维数就越大，表明砂轮磨粒的破碎程度越大，但进给深度对磨粒出刃的等价出刃尺寸的影响不大。 此外，针对金刚石砂轮出刃均匀性分布评价较困难的问题，利用二维空间离散点的分布均匀度理论对磨粒出刃的分布均匀性进行分析。首先，采用电子扫描电镜观测金刚石砂轮出刃表面的微观形貌，其次，采用数字图像处理技术对有效出刃的金刚石磨粒进行识别，然后，利用Matlab得到出刃形状不规则的磨粒中心位置和独占圆半径，最后，建立金刚石砂轮出刃磨粒分布的均匀度评价模式。分析表明，用图像处理方法可以识别出刃磨粒及其分布特征，并且，基于磨粒独占圆的均匀度评价指标与磨粒尺寸大小和形貌无关。试验结果显示，修锐进给深度小的砂轮出刃磨粒分布均匀性比修锐进给深度大的要好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2成型砂轮修整技术研究现状

1.3超硬磨料砂轮成型修整概况

1.4数字图像处理技术

1.4.1数字图像处理技术概述

1.4.2数字图像处理技术的应用

1.5金刚石砂轮修整效果的评价

1.6本课题研究的目的与意义

1.7本课题的创新点及关键技术

1.8本章小结

第二章圆弧形金刚石砂轮的修整试验研究

2.1金刚石砂轮的弧形修整

2.1.1数控对磨成形修整

2.1.2定位误差和圆弧砂轮形状误差

2.1.3弧形金刚石砂轮的成形修整试验方法

2.2试验指标

2.2.1砂轮圆弧轮廓的形状误差

2.2.2修整率

2.2.3正交试验的方法和步骤

2.3试验设备及材料

2.3.1三轴CNC精密数控磨床

2.3.2接触式大型曲面测量仪

2.3.3试验材料

2.4修整试验

2.4.1试验条件

2.4.2正交试验

2.4.3试验数据处理

2.5修整参数对修整精度和效率的影响

2.5.1砂轮圆弧轮廓的形状精度

2.5.2修整率

2.5.3适宜的修整条件

2.6结论

2.7本章小结

第三章圆弧形金刚石砂轮修整的工艺分析

3.1修整油石宽度试验

3.1.1试验设备及材料

3.1.2试验条件

3.1.3试验数据测量

3.1.4试验理论分析

3.1.5试验数据处理及理论分析

3.2修整工艺路线试验

3.2.1试验设备及材料

3.2.2试验条件及试验结果的测量

3.2.3试验的三种行走路线及理论分析

3.2.4试验数据处理及分析

3.3本章小结

第四章图像处理

4.1图像灰度变换

4.2数字图像的平滑滤波降噪

4.2.1图像处理中常见的噪声

4.2.2中值滤波

4.3图像分割

4.4边缘检测

4.5各种边缘算子的应用比较

4.6数学形态学

4.6.1膨胀

4.6.2腐蚀

4.6.3开运算和闭运算

4.7本章小结

第五章金刚石磨块的修整效果评价

5.1金刚石砂轮中磨粒出刃的分形分析

5.1.1分形的定义

5.1.2分形维数及测量方法

5.1.3图像处理

5.1.4修锐试验

5.1.5图像处理结果与分析

5.1.6结论

5.2金刚石砂轮磨粒出刃的均匀性分析

5.2.1砂轮出刃形貌的图像分析

5.2.2有效磨粒的均匀度

5.2.3结果与分析

5.2.4结论

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

评定意见