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外圓磨削附件製造及（jí）回歸分析（xī）法（fǎ）研究磨削參數

2015-3-13 來源：數控機床市場網作者：

引言

磨削是利用磨粒進行（háng）材料去除的一種加工工（gōng）藝，通過砂輪（lún）旋（xuán）轉，磨粒與工件接觸並充當切割工具的作用，從而起到磨削作用。外圓磨削加工中，工件（jiàn）圍繞固定軸（zhóu）旋轉，加工表（biǎo）麵（miàn）與旋轉軸同軸。

外圓磨床（chuáng）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（zào）出（chū）第一台現代外圓磨床。1876年Joseph brown研製出帶有砂輪的車床（chuáng）並獲得專利。1925年Norton改善了外圓機床實現（xiàn）了更（gèng）高轉速和更精（jīng）確的磨削公差。將CNC和（hé）PC集成同一個動力係統進一步深化了機械（xiè）製造控製工藝，大大節省了人工操作。兩個平麵從相對方向移動接觸（chù），加工操作（zuò）更加流暢。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（lǜ）降（jiàng）低（dī）時工件表麵（miàn）質量（liàng）就會得到改善。Heaker and Liang預測表麵粗糙度主要跟磨削過程的（de）切（qiē）屑厚度有關。Vickers taff研究了（le）工件表麵粗糙度與砂輪進給速度和砂輪磨損的關係。Rama Chandran 利用回歸分析法和數學（xué）模型研究了進給和切割深度對砂輪磨（mó）損及表麵光潔（jié）度的影響。但外圓磨削附件對工件表麵粗糙度的影響卻鮮有研究，尚未見（jiàn）報道。

本研究對外圓磨削基本概念和外圓磨削附（fù）件製（zhì）造進行了（le）介（jiè）紹，還有回歸（guī）分析法；並研究了磨削參數對濕加工、幹加工條（tiáo）件下的表麵粗糙度的影響。

外圓（yuán）磨削附件（jiàn）製造（zào）及回歸分析法研（yán）究磨（mó）削參數

外圓磨削的基本概念

外（wài）圓磨床的基本（běn）組件包（bāo）括砂輪架、橫滑（huá）板、輪軸頭架、和尾座。砂輪架將驅動電機和主軸連接；橫滑板能夠使砂輪架從工件移動到盡頭；輪軸（zhóu）頭架對工件確定位置（zhì）、夾持。尾座用來夾（jiá）持工件（jiàn）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（yǐ）對表麵進（jìn）行磨削以去除轉子上的堅（jiān）硬汙點（diǎn），工件和砂輪都要連續不停（tíng）的旋轉。砂輪正對著和背（bèi）向工件進給。砂（shā）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（zhì）造

附件製造中用到的組件（jiàn）有：發動機、砂輪、固定台、柄軸、軸承、皮帶輪和傳送帶。

發（fā）動機：

發動機是一種能夠把其它（tā）形式的能轉化為機械能的機器，包括內燃（rán）機（jī）和電動（dòng）機等；電動機是將電能（néng）轉化為機（jī）械能，AC電機則能實（shí）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（shā）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：

本實驗采用剛玉（yù）砂輪，如圖四所示；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（dù）3150 Rpm。

固定台：

本（běn）實驗采（cǎi）用12”×6”的MS台，將刀架從車床上（shàng）移走之（zhī）後裝置上固定台，固定台對整個附件（jiàn）承重，用（yòng）於移（yí）動砂輪和發動機。

杆柄（bǐng）：

本實驗的附件采用兩種柄軸：固（gù）定（dìng）柄軸，直徑76 mm，內孔徑40 mm；旋轉柄軸，直徑17 mm。如圖五所（suǒ）示。

發動機通過（guò）傳送帶和皮帶輪帶動（dòng）柄軸旋轉從而帶動砂輪旋轉；利用球軸承將旋轉柄軸裝配在（zài）固定柄軸內。利用釺焊將固定柄軸焊接在固定台上；球軸承裝配（pèi）在固定柄軸內部用（yòng）於旋轉（zhuǎn）柄軸的移（yí）動，然後再將砂輪固定（dìng）在旋轉柄軸上。

本（běn）實驗的附件采用兩種柄軸：固（gù）定柄軸，直徑76 mm，內孔徑40 mm；旋轉柄軸，直徑17 mm

軸承：

本實（shí）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外鋼（gāng）圈的中間以承受較大（dà）載荷的一種滾動軸承；通過兩個軌（guǐ）道將負載傳遞到（dào）鋼珠上，其中一個軌道為固定軌（guǐ）道，另（lìng）一個軌道可以（yǐ）轉動從而帶動鋼珠滾動（dòng）；主要用於減小轉（zhuǎn）動摩擦，提（tí）供徑向負載和軸向負載（zǎi）。由於鋼珠（zhū）間接觸麵（miàn）較小，所以球軸承的負載容（róng）量就小；但可以（yǐ）允許內（nèi）外軌道間存在一定未對準誤差（chà）。由於鋼（gāng）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。

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

皮帶（dài）輪-傳送帶係統：

皮帶輪-傳送帶係統通常由一條（tiáo）傳送帶和兩個或者兩個（gè）以上的皮（pí）帶輪組成，它（tā）能夠利用旋轉軸輸（shū）出機械動力、扭轉（zhuǎn）力和速度。不同直（zhí）徑大小的皮（pí）帶輪還可以實現優越的機械效益。傳送帶與鏈傳動驅動類似，但傳送帶更加平滑，僅需通過（guò）皮帶間距的調整就可以實現（xiàn）機械效益，無需調整鏈齒（chǐ）輪比等。圖八為實驗附件中用到的皮帶輪-傳送（sòng）帶。

外圓磨削（xuē）附件裝配

1．在固定台上鑽孔，並將發動機（jī）固（gù）定。

2．利用準線將（jiāng）固定柄軸置（zhì）放在車床的中心（xīn）高度位置，該高度位置由方棒保（bǎo）持。

3．將固定柄（bǐng）軸（zhóu）和固定台跟（gēn）方棒焊接在一起。

4．利用球軸承將轉動柄軸嵌入固定柄軸（如圖九所示）。

5．利用塑料鑲套將砂輪緊夾在旋（xuán）轉柄軸上。

6．將（jiāng）法蘭盤放置（zhì）在砂輪（lún）兩邊防止砂輪從（cóng）柄軸上滑脫。

7．將用於砂輪自由運動的止推軸承裝配在（zài）旋轉軸上。

8．旋轉柄軸上裝配的組件（jiàn）順（shùn）序（xù）依次為：止推軸（zhóu）承、法蘭盤、砂輪、法蘭盤（pán）、螺母。

9．安（ān）裝皮帶輪。

10．安裝傳送帶（如圖10所示）。

11．將車床上的刀（dāo）架拆（chāi）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（huí）歸分析

回（huí）歸分析包括建模、變量分（fèn）析（一個因變量和多個自變量的關（guān）係）等多種（zhǒng）方法（fǎ），它可以幫助我們理（lǐ）解當其中（zhōng）一個自變量變化（huà）而其（qí）他自變量保持不變時，因變（biàn）量的具體值是如何改變的（de）。

磨削工（gōng）藝（yì）和參數

本實驗中用到的（de）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，組份（fèn）為90%水、5%切削油（yóu）、2%硝酸（suān）鈉、2%乳液和1%純堿。

設計矩陣

工件旋轉速度和砂輪的軸向運動也叫做橫向（xiàng）進給（gěi）速度，連同（tóng）切削深度一起都是本研究（jiū）所用到的參數。表一為（wéi）這些參數的不同值。

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

回歸公式如下：

其中（zhōng）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（yòng）耶特（tè）算法進（jìn）行變量分析（ANOVA）。最終回歸（guī）公式如（rú）表三所示。

結（jié）論

利用回歸（guī）分析法，在幹磨、濕磨條件下求得了理想表（biǎo）麵精磨的最佳（jiā）輸（shū）入參數。車床外圓磨削工藝實現了低成（chéng）本製造。幹磨條件下最佳參數值為：工作速（sù）度（dù）15m/min，進給速度0.3mm/rev，切削深度50μm。濕磨條件下最（zuì）佳參數值為：工作（zuò）速度15m/min，進給速度0.1mm/rev，切削深度50μm。

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