磨削是应用广泛的制造工艺技术之一,通常是最后一道加工工序,是砂轮表面磨粒刻划工件并形成切屑去除的过程。因此磨削后的表面对于工件精度和强度可靠性至关重要。点磨削是以点接触方式对外圆进行高速磨削的工序集中、生产批量大、具有高精度、高表面质量以及高效率的先进磨削工艺。点磨削砂轮磨料层宽度仅4～6mm,与传统磨削方法相比,具有更大的加工灵活性,易于实现复杂回转表面的数控加工。本文设计并且制备了一种砂轮端面带有粗磨区倾角θ的新型点磨削砂轮。主要从磨削机理、磨削力、磨削振动、磨削温度、磨削表面粗糙度、磨削表层状态、声发射信号监测等方面研究新型点磨削砂轮的磨削性能。本文主要研究工作体现在以下几个方面:(1)本文提出了一种带有粗磨区倾角θ的点磨削砂轮,该砂轮具有加工效率高、磨削力小等优点。在传统磨削理论的基础上,研究了新型点磨削砂轮与工件接触区域的几何形状,建立了新型点磨削砂轮接触区理论模型。对新型点磨削砂轮进行了尺寸设计和特性参数的选择,用三坐标测量仪检测制备的砂轮的尺寸精度。(2)点磨削砂轮轴线与工件轴线之间存在倾斜角a,磨削过程中磨粒的运动轨迹改变,磨削力及理论模型也随之变化。以传统磨削力理论为基础,利用模型的转换,建立了新型点磨削砂轮的磨削力理论模型。通过试验验证理论模型的正确性。新型点磨削砂轮磨削力模型为实际加工提供了一种磨削力的分析和预测方法。通过点磨削试验还可以得到粗磨区倾角θ、倾斜角a、磨削深度ap、砂轮速度vs各参数对切向磨削力和法向磨削力的影响规律。通过磨削振动试验,研究了不同砂轮速度对应的磨削振动的种类,以及各参数对切向振幅和法向振幅的影响规律。(3)磨削温度对表面质量有着非常重要的影响。用有限元法仿真磨削接触区的温度变化情况,可以预估磨削参数对磨削温度的影响以及受温度影响工件表面加工硬化层的厚度,为试验提供了一种辅助预测方法。红外测温法方便快捷,但测量数值准确度不高;热电偶测温法应用于外圆磨削过程中,放置热电偶的操作复杂,还需解决导线缠绕的问题,但数值上比较准确。分别采用两种方法测量磨削区的温度,得出粗磨区倾角θ、倾斜角a、磨削深度ap、轴向进给速度Vf、砂轮速度vs对磨削温度的影响程度以及各因素对磨削温度的影响规律。(4)点磨削由于变量角α的存在,加工过程中磨粒的运动轨迹发生改变,为验证点磨削与普通磨削的区别,利用砂轮与工件之间的运动关系及坐标转化,将磨粒运动函数等效为抛物线,得出点磨削的切削路径。基于砂轮表面磨粒分布状态,沿砂轮轴向扩展有效干涉痕迹,得到工件的三维几何仿真形貌。通过点磨削试验验证仿真结果的正确性。仿真的表面形貌和表面粗糙度与试验结果趋势相同,数值上大概为实际测量值的1/2,仿真模型为实际加工提供了一种表面粗糙度分析和预测方法。此外,用不同θ角的砂轮在一系列磨削参数条件下磨削QT700阶梯轴,通过正交试验和单因素试验得出各参数对表面粗糙度影响程度和影响规律。(5)对磨削后的工件表面进行金相组织观测发现磨削表面及亚表面未发生金相组织的转变。但是通过显微硬度试验可知加工表面存在加工硬化层。硬化层的硬度275HV比基体硬度205HV大34%,随着深度的增加,硬化层的硬度逐渐减小,直到和基体相同。得出倾斜角α、粗磨区倾角θ、磨削深度ap、砂轮速度vs对表面及亚表面硬度和硬化层厚度的影响规律。通过残余应力试验,可知工件表面为残余压应力,在亚表面沿深度方向压应力逐渐减小,拉应力逐渐增大,压应力逐渐转变为拉应力以及各参数对表面及亚表面残余应力的影响规律。(6)磨削过程比较复杂,容易出现烧伤、颤振、砂轮钝化等不稳定磨削状态,同时需要清楚砂轮与工件的接触状态。砂轮与工件不同接触状态以及砂轮磨损前后都对应不同的声发射信号,采用声发射信号可以很好地实时监测磨削过程以及砂轮与工件的接触状态。此外,研究了不同参数对声发射信号RMS值的影响规律以及声发射信号的频谱分析,总结出表面粗糙度与声发射信号也有一定的对应关系。最后总结了本文所得到的结论,并且对于在整个研究学习过程中存在的问题给出了一些建议。