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外圓磨削附（fù）件製造及回歸分析（xī）法研究磨削參（cān）數

2015-3-13 來源：數控機床市場網作者：

引言

磨削是利（lì）用磨粒進行材料去除的（de）一（yī）種加工工藝，通過砂輪旋轉，磨粒與工件接觸並充當（dāng）切割工具的作用，從而起到磨削作用。外圓磨削加工中，工件（jiàn）圍繞固定軸旋轉，加工表麵與旋轉軸同軸。

外圓磨床製造工藝自工業革（gé）命時期就有所發展。1830年Jonathan bridges 和James Wheaton製造出第一台現代外圓磨床。1876年Joseph brown研製（zhì）出帶有砂輪的車床並（bìng）獲得專利。1925年Norton改善了外圓機床實現了更高轉速和（hé）更精確的磨削公差。將CNC和PC集成同一個動力係統進（jìn）一步深化（huà）了機械製（zhì）造控製工藝，大大節省（shěng）了人工（gōng）操作。兩個（gè）平麵從相對方（fāng）向移動接觸，加工操作更加（jiā）流暢。Krabacher研究（jiū）了材料（liào）去除率和表麵粗糙度等加工參數，發現材料去除率降低時（shí）工（gōng）件表麵質量就會得到改善。Heaker and Liang預測表麵粗（cū）糙度主要跟磨（mó）削（xuē）過程的切屑厚度有關。Vickers taff研究了工件表麵粗糙（cāo）度與砂輪進給速度（dù）和砂輪磨損的關係（xì）。Rama Chandran 利用回歸分析法（fǎ）和數學模型研究了進給和（hé）切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（gōng）件表麵粗（cū）糙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（niàn）和外圓磨（mó）削（xuē）附件製造進行了介紹，還有回歸分析法；並研究了磨削參數對濕加工、幹加工條件下的表（biǎo）麵粗糙度的影響。

外圓（yuán）磨削（xuē）的基本概念

外（wài）圓磨床（chuáng）的基本組（zǔ）件包括（kuò）砂輪架、橫滑板、輪軸頭架、和尾座。砂（shā）輪架將驅動電機和主軸連（lián）接；橫滑板能夠使砂輪架從工件移動（dòng）到盡頭；輪軸頭架對（duì）工件確定位置、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（chē）床磨削附件，由電機來（lái）驅動，能夠使砂輪免於振動（dòng）。為（wéi）使得轉子（zǐ）表麵光滑，可以對表麵（miàn）進行（háng）磨削以去除轉子（zǐ）上的堅硬汙（wū）點，工件和砂輪都要連續不停的旋轉。砂輪正（zhèng）對著和背向工件進給。砂輪和工件相互間橫向（xiàng）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

附件製造中用到的組件有：發動機、砂輪、固定台、柄軸、軸承、皮帶輪（lún）和傳（chuán）送帶。

發動機：

發動機（jī）是一（yī）種能夠把其它形式的能轉（zhuǎn）化為機械能的機器，包括內燃機（jī）和電動機等（děng）；電動機是將（jiāng）電能轉化為機械能，AC電機則能實現機械能和交流電能相互轉換。本實驗使用的是AC電機，用於砂輪旋轉，如圖三所示。0.5 H.P，2800 RPM，3相，0.37 KW， 0.75 AMPS. 440伏。

砂輪：

本實驗采（cǎi）用剛玉砂輪，如圖（tú）四所示；Carborundum Universal公司生產、剛玉磨料（liào）、直徑200 mm、厚度20 mm、孔徑31.75mm、最大速度3150 Rpm。

固定台：

本（běn）實驗（yàn）采用12”×6”的MS台，將刀架從車床（chuáng）上移（yí）走之後（hòu）裝置上固（gù）定台，固定台對整個附件承重，用於移動砂輪和發（fā）動機。

杆柄：

本實驗的附件采用兩種（zhǒng）柄軸：固定柄軸，直徑76 mm，內孔徑40 mm；旋（xuán）轉柄軸，直徑17 mm。如圖五所示。

發動機通過傳送帶和皮帶輪帶動柄軸旋轉從而帶動（dòng）砂輪旋轉；利用球軸承將旋轉柄軸裝配在固定（dìng）柄軸內。利用釺焊（hàn）將固定柄軸焊接在固定台（tái）上；球軸承裝配在固定柄軸內部用於旋轉柄軸的移動，然後再將砂輪固定（dìng）在旋轉柄軸上。

本實驗的附件采用兩種柄（bǐng）軸：固定（dìng）柄軸，直徑76 mm，內孔徑40 mm；旋轉柄軸，直徑17 mm

軸（zhóu）承：

本實驗的附件采用兩種類型的軸承：球軸承和（hé）止推軸承。

球軸（zhóu）承是將球滾珠裝配在內鋼（gāng）圈和外鋼（gāng）圈的（de）中（zhōng）間以承受較大（dà）載（zǎi）荷的一種滾動軸承；通過（guò）兩（liǎng）個軌（guǐ）道將負載傳遞到鋼珠上，其中一個軌道為固定軌道，另一個軌道可以轉動從而帶（dài）動鋼珠滾動；主要用於減小轉動摩擦，提供（gòng）徑向負載和軸向負載（zǎi）。由於鋼珠間接觸麵（miàn）較小，所以球軸承（chéng）的負（fù）載容量就小；但可以允許內外軌道間存在一定未對準誤差。由於鋼珠製造成本低廉，球軸承在滾動軸承係列中（zhōng）是（shì）比較便宜的（de）一（yī）種。

止推軸承一般是由兩個止推墊片或更多止推墊片和若幹滾動體組成，能夠承受較大的軸向負荷。外直徑40 mm，內直徑17 mm。如圖六（liù）、七所示。

皮帶輪-傳送帶係統：

皮帶輪-傳送帶係統通常（cháng）由一條傳送帶和兩個或者兩個以上的皮帶輪組成，它能夠利（lì）用旋轉軸輸出機械動（dòng）力、扭轉力和速度。不同（tóng）直徑大小的皮（pí）帶輪還可以實現優越的機械效益（yì）。傳送帶與鏈（liàn）傳動驅動（dòng）類似（sì），但傳送帶更（gèng）加平滑，僅需通過皮帶間距的調（diào）整就可以實（shí）現機械效益，無需調整鏈齒輪比等。圖八為實驗附（fù）件中用（yòng）到的皮帶輪-傳送（sòng）帶。

外圓磨削附件裝配（pèi）

1．在固定台上鑽孔，並將發動機固定。

2．利用準線將固定柄（bǐng）軸置放在車床的中心高度位置，該高度位置由方棒保持。

3．將固定柄軸和固定台跟方棒焊接在一起。

4．利用（yòng）球軸承將轉動（dòng）柄軸嵌入固（gù）定柄（bǐng）軸（如圖九所（suǒ）示）。

5．利用（yòng）塑料鑲套將砂輪緊夾在旋轉柄軸上。

6．將法蘭盤放置（zhì）在砂輪兩邊防止（zhǐ）砂輪從柄軸上滑（huá）脫。

7．將用（yòng）於砂輪（lún）自由運動（dòng）的止推軸承裝配在旋轉軸上。

8．旋轉柄軸上裝配的組件（jiàn）順（shùn）序依次為：止（zhǐ）推軸承、法蘭盤、砂輪（lún）、法蘭盤、螺（luó）母。

9．安裝皮（pí）帶輪。

10．安裝傳送帶（如圖10所示（shì））。

11．將車床上的刀（dāo）架拆卸，然後將裝（zhuāng）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（guī）分析

回歸分（fèn）析包括建模（mó）、變量分析（一個因變量和多個自變量的關係（xì））等多種（zhǒng）方法，它可以幫助（zhù）我們理解當其中一個自（zì）變量（liàng）變化而其他自變量保持不變（biàn）時，因變量的具體值是如何改變的。

磨削工藝和參數

本實驗中（zhōng）用到的外（wài）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，組份為90%水、5%切削油、2%硝酸鈉、2%乳液和1%純堿。

設計矩陣

工件旋轉速度和（hé）砂（shā）輪的（de）軸向運動也叫做橫向進給速度（dù），連同切削（xuē）深度一起都是本研究所用到（dào）的參數。表一為這些參數的不同值。

實驗采用兩級全因子設計矩陣，表二為幹磨、濕磨輸入參數所求得的表麵粗糙度（Ra）。

回歸公式如下：

其（qí）中y為表麵粗糙度（Ra），b0，b1。。。。。。為常量。

對以上數值進行回歸分析，用耶特算法（fǎ）進（jìn）行變量分析（ANOVA）。最終回歸公式如表三所示。

結論

利用回歸分析（xī）法，在幹磨、濕磨條（tiáo）件下求得了理想表（biǎo）麵精磨的最佳輸（shū）入（rù）參數。車床（chuáng）外圓磨削工藝實現了低成本製造。幹磨條件下最佳（jiā）參數值為：工作速度15m/min，進給速度0.3mm/rev，切削（xuē）深度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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