外圓磨削附件製造及(jí)回歸分(fèn)析法研究磨削參數
2015-3-13 來源:數控機床市場(chǎng)網 作者:
引言
磨削是利用磨粒進行材料去除(chú)的一種加工工藝,通過砂輪旋轉,磨粒(lì)與工件接觸並充(chōng)當切割工具的作用,從而(ér)起到磨削(xuē)作用。外圓(yuán)磨削加工中,工件(jiàn)圍繞固定(dìng)軸旋轉,加(jiā)工表麵(miàn)與旋(xuán)轉軸同軸。
外圓磨床製造工藝自工業革命(mìng)時期就有所發展。1830年(nián)Jonathan bridges 和James Wheaton製造出第一台現代外圓磨床。1876年Joseph brown研製出帶有砂(shā)輪的車床並獲得(dé)專利。1925年Norton改善了外圓機床實現了更高轉速和更精確的磨削(xuē)公差。將CNC和PC集(jí)成同一個動力係統進一步(bù)深化了機械製造控製(zhì)工藝,大大(dà)節省了人工操作。兩個平麵從相對方向移動接觸,加工(gōng)操作更加流(liú)暢。Krabacher研究了(le)材料去除率和表麵粗糙度等加工參數,發現材料去除率降低時工件(jiàn)表麵(miàn)質量就會得到改(gǎi)善。Heaker and Liang預測表麵(miàn)粗糙度主要跟磨削過程的切屑厚度有(yǒu)關。Vickers taff研究了工件表麵粗糙度與砂輪進給速度和砂輪磨(mó)損(sǔn)的關係。Rama Chandran 利用回歸分析法和數學(xué)模型研究了進給(gěi)和切(qiē)割深度對砂輪磨損及表麵光潔度的影響。但外圓磨削附件對工件表麵粗糙(cāo)度的影響卻鮮有研究,尚未見報道。
本研究對外圓磨削基本概念和外圓磨削(xuē)附件製造進行了介紹,還有回(huí)歸分析法;並研究了磨削(xuē)參數對濕加工、幹加工(gōng)條件下的表(biǎo)麵粗糙度的影響。
外圓磨削的基本概念
外圓磨床的基本組件包括砂輪架、橫滑板、輪軸頭架、和尾座。砂輪架將(jiāng)驅動電機和主軸連接;橫滑(huá)板能夠使砂輪架從工件(jiàn)移動到盡頭;輪軸(zhóu)頭架對工(gōng)件確(què)定位置、夾持。尾座用來夾持工件的另一端,如圖一所示。
本研究涉及一種車床磨削附件,由電機來驅動,能夠使砂輪免於振動。為使(shǐ)得轉子表麵光滑,可以對表麵進行磨削以去除轉子上的堅硬汙點,工件和砂(shā)輪(lún)都要連(lián)續不停的旋轉。砂(shā)輪正對著和背(bèi)向工件(jiàn)進給。砂輪和工件相互間橫向進給。附件可以固定在車床上,有無尾座均可。
外圓磨削附件製造
附(fù)件製造中用到的組件有(yǒu):發動機、砂輪、固定台、柄軸、軸承(chéng)、皮帶輪(lún)和傳送帶。
發動機:
發動機是一種能夠把其(qí)它形式(shì)的能(néng)轉化為(wéi)機械能的機器,包括內燃機和電動機等;電動機是將電(diàn)能轉化為機(jī)械能,AC電機則(zé)能實現機械能和交流電能相(xiàng)互轉(zhuǎn)換。本實驗使用的是AC電機(jī),用(yòng)於砂輪旋轉,如圖三所示。0.5 H.P,2800 RPM,3相,0.37 KW, 0.75 AMPS. 440伏(fú)。
砂(shā)輪:
本實驗(yàn)采用剛玉砂輪,如圖四所示;Carborundum Universal公司生產、剛玉磨料、直徑200 mm、厚度20 mm、孔徑31.75mm、最大速度3150 Rpm。
固定台(tái):
本實驗采用12”×6”的MS台,將刀(dāo)架從車床上(shàng)移(yí)走之後裝置上固定台,固定台對整個附件承重,用於移動(dòng)砂輪和發動機。
杆柄:
本實驗的附件采用兩種柄軸:固定(dìng)柄軸,直徑76 mm,內(nèi)孔徑40 mm;旋轉柄軸,直徑17 mm。如圖五所示。
發動機通過傳送帶和皮帶(dài)輪帶動柄軸旋(xuán)轉從而帶動砂輪旋轉;利用球軸承將旋轉柄軸裝配在固(gù)定柄軸內。利用釺焊將固定柄軸焊接在固定台上;球軸承裝配在固定柄軸內部用於旋轉柄軸的(de)移動,然後再將砂輪固定在旋轉柄軸上。
軸承:
本實驗的附件采用兩種類型的軸承:球軸承和止推軸承。
球軸承是將球滾珠裝配在內鋼圈和(hé)外鋼圈(quān)的中間以承受較(jiào)大載(zǎi)荷的一種滾動軸(zhóu)承;通過兩個軌道將負載傳遞到鋼珠上,其中一個軌道為固定軌道,另一個軌道(dào)可以轉動從而帶動鋼珠(zhū)滾動;主要用於減小轉動(dòng)摩擦,提(tí)供徑向負載(zǎi)和軸向負載。由於(yú)鋼珠間接觸麵較小,所以球軸承的負載容量(liàng)就小(xiǎo);但可以允許內外軌道間存在一定未對準誤差(chà)。由於鋼珠製造成本低廉,球軸承在滾動軸承係列中是比(bǐ)較便宜的一種(zhǒng)。
止推軸承一般是由兩個止推墊片或更多止推(tuī)墊片(piàn)和若幹(gàn)滾動體組(zǔ)成,能(néng)夠承受較(jiào)大的(de)軸向負荷。外直徑40 mm,內直徑17 mm。如圖六、七所示(shì)。
皮帶輪-傳送帶係統:
皮帶輪-傳送帶係統通常由一條傳(chuán)送帶和兩個或者兩個以上的皮帶輪組成,它(tā)能夠利用旋轉(zhuǎn)軸輸出機械動力、扭(niǔ)轉力和速度。不(bú)同直徑大小(xiǎo)的皮帶輪還可以實現優越的機(jī)械效益。傳送帶與(yǔ)鏈傳動驅動類似,但傳送帶更加平滑,僅需通過皮帶間距的調整就可以實(shí)現機械效益,無需調(diào)整鏈齒輪比等。圖八為實驗附件中用到的皮帶輪-傳送帶。
外(wài)圓磨削附(fù)件裝配
1. 在固定台(tái)上鑽孔,並將發動機固定。
2. 利用準線將固定柄軸置放在車床的中心高度(dù)位置,該高度位置由方(fāng)棒保持(chí)。
3. 將固(gù)定(dìng)柄軸(zhóu)和固定台(tái)跟方棒焊接(jiē)在一起。
4. 利用球軸承將轉動柄軸嵌入固定柄軸(如圖九所(suǒ)示)。
5. 利用塑(sù)料鑲套將砂輪緊夾在旋轉柄軸上。
6. 將法蘭盤放置在砂輪兩邊(biān)防止砂(shā)輪從柄軸上滑脫。
7. 將用於砂輪自(zì)由運動的止推軸承裝配在旋轉軸上。
8. 旋轉柄軸上裝配(pèi)的組件順序依次為:止推軸承、法蘭盤、砂輪、法蘭盤、螺母(mǔ)。
9. 安裝(zhuāng)皮帶輪。
10. 安裝(zhuāng)傳送帶(如圖10所示(shì))。
11. 將車床上的刀架拆卸,然後將裝配好的以上組件固定在車床的橫滑板上(如圖11、12、13所示)。
回歸分析
回歸分析包括建模、變量分析(一個因變量和多個自變量的關係)等多種方法,它(tā)可以幫助我們理解當其中(zhōng)一個自變量變(biàn)化而其他自變量保持不變時,因變量的具體值是如何(hé)改變的。
磨削工藝和參數(shù)
本實驗中用到(dào)的外圓磨削工藝采用橫向研磨,幹磨和濕磨。濕磨所用切削液為水基乳液,組(zǔ)份為90%水、5%切削油、2%硝酸鈉、2%乳液和(hé)1%純堿。
設計矩陣
工件旋(xuán)轉速度和砂輪的軸向運動也叫做橫向進給速度,連同切削(xuē)深度一(yī)起都是本(běn)研(yán)究所用到的參數。表一(yī)為(wéi)這些參數的不同值。
實(shí)驗采用兩級(jí)全因子設計矩陣,表二為(wéi)幹磨、濕磨輸入參數所求得的(de)表麵(miàn)粗(cū)糙(cāo)度(Ra)。
回歸公式如下:
其中y為表麵粗糙度(Ra),b0,b1。。。。。。為常量(liàng)。
對以上數值進行(háng)回歸分析,用耶特算法進行變量分析(ANOVA)。最終(zhōng)回歸公式如表三所示。
結論
利(lì)用(yòng)回(huí)歸分析法,在幹磨、濕磨條件下求得了理想表麵(miàn)精(jīng)磨的最佳輸入參數。車床外圓磨削工藝實現了低成本製造(zào)。幹磨條件下最佳參數(shù)值(zhí)為:工作速度15m/min,進給(gěi)速度0.3mm/rev,切削深度(dù)50μm。濕磨條件下最佳參數值為:工作速度15m/min,進給速度0.1mm/rev,切削深度50μm。
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