46航空制造技术·2020年第63卷第5期弹性磨头气驱主轴的磨抛 模具抛光
接触特性研究
*陈登铃，彭云峰，曾鑫龙，孟清辉，李陈磊
（厦门大学航空航天学院，厦门 361102）
[摘要] 针对复杂形状工件磨抛的问题，设计了一种配有弹性磨头的小体积、高转速的气驱主轴。建立了该主轴磨抛加工过程的理论去除函数模型，并通过了试验验证。结果表明，仿真和试验得到的去除函数高度吻合，且均接近高斯型，属于理想的去除函数。在此基础上，采用气驱磨抛主轴与弹性树脂磨头进行了磨抛试验，探究了各个主要工艺参数对工件表面质量的影响。磨抛后工件表面粗糙度R a 由3.588μm 降至0.401μm ，证明该气驱主轴可用于高精度磨抛，并为复杂形状工件的高速磨抛提供了一定的理论依据。棒球棍材料
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关键词： 气驱主轴；高转速；弹性小磨头；磨抛加工；去除函数；接触分析
DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2020.05.046磨头
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弹性磨抛的去除机理在国内外也已经有广泛的研究，Zeng 等[9]提出了一种结合工艺参数修正的Preston 方程模型，用于预测弹性磨具与钴铬合金的材料去除率。Pan 等[10]建立了弹性磨具在多种运动模式下的去除函数模型。然而，现有的磨抛工艺特性研究大多基于机械主轴、电主轴及大型机床，并且多采用直径较大的砂轮或气囊[9–11]，其适用范围受到限制，无法加工复杂结构工件。因此，针对复杂结构工件的弹性磨抛，设计了一种体积小、重量轻、转速高的柔性气驱主轴，其结构如图1所示[12]。该主轴安装于六轴工业机器人末端，并装夹有弹性球形磨头，具备良好的空间可达性。该主轴的高转速特点，使之能达到与大型砂轮或气囊相近的磨抛效果。本文建立该主轴磨抛加工过程的理论去除函数模型，并通过试验主轴作为机床的核心部件之一，其加工特性是影响机床精度的关键因素[1]。 陶瓷饰品
目前，对主轴的研究主要集中于电主轴的加工特性上。钱木等[2]对磨抛电主轴和水润滑电主轴进行了深入研究。Huang 等[3]比较了气动轴承和滚珠轴承对电主轴动态性能的影响。Liu [4]和Wang 等[5]分别对电主轴的热误差进行了预测和特性分析。电主轴有效简化了机床主轴系统的传动和结构，显著提高了机床的运动精度、灵敏度与运行稳定性[6]。然而，采用电机驱动的主轴大多体积大、制造成本高，并且电机内置的绕组和定子容易引起机床热变形，增大加工误差[4–5]。相比之下，空气主轴是在没有热源的室温环境中，由压缩空气驱动，故而不会产生因大幅温升而引起的热误差，保证了加工的稳定性。在小扭矩、低载荷的磨抛中，采用气驱主轴可以有效降低成本[7–8]。*基金项目：
福建省科技计划项目(2017H0036)；国家自然科学基金(51675453)。陈登铃
硕士研究生，主要研究方向为精
密制造。
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