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官方微信摘要 引言磨削是利用磨粒進(jìn)行材料去除的一種加工工藝，通過(guò)砂輪旋轉(zhuǎn)，磨粒與工件接觸并充當(dāng)切割工具的作用，從而起到磨削作用。外圓磨削加工中，工件圍繞固定軸旋轉(zhuǎn)，加工表面與旋轉(zhuǎn)軸同軸。
引言
磨削是利用磨粒進(jìn)行材料去除的一種加工工藝，通過(guò)砂輪旋轉(zhuǎn)，磨粒與工件接觸并充當(dāng)切割工具的作用，從而起到磨削作用。外圓磨削加工中，工件圍繞固定軸旋轉(zhuǎn)，加工表面與旋轉(zhuǎn)軸同軸。
外圓磨床制造工藝自工業(yè)革命時(shí)期就有所發(fā)展。1830年Jonathan bridges 和James Wheaton制造出第一臺(tái)現(xiàn)代外圓磨床。1876年Joseph brown研制出帶有砂輪的車床并獲得專利。1925年Norton改善了外圓機(jī)床實(shí)現(xiàn)了更高轉(zhuǎn)速和更精確的磨削公差。將CNC和PC集成同一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)一步深化了機(jī)械制造控制工藝，大大節(jié)省了人工操作。兩個(gè)平面從相對(duì)方向移動(dòng)接觸，加工操作更加流暢。Krabacher研究了材料去除率和表面粗糙度等加工參數(shù)，發(fā)現(xiàn)材料去除率降低時(shí)工件表面質(zhì)量就會(huì)得到改善。Heaker and Liang預(yù)測(cè)表面粗糙度主要跟磨削過(guò)程的切屑厚度有關(guān)。Vickers taff研究了工件表面粗糙度與砂輪進(jìn)給速度和砂輪磨損的關(guān)系。Rama Chandran 利用回歸分析法和數(shù)學(xué)模型研究了進(jìn)給和切割深度對(duì)砂輪磨損及表面光潔度的影響。但外圓磨削附件對(duì)工件表面粗糙度的影響卻鮮有研究，尚未見報(bào)道。
本研究對(duì)外圓磨削基本概念和外圓磨削附件制造進(jìn)行了介紹，還有回歸分析法；并研究了磨削參數(shù)對(duì)濕加工、干加工條件下的表面粗糙度的影響。
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。砂輪架將驅(qū)動(dòng)電機(jī)和主軸連接；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(lái)夾持工件的另一端，如圖一所示。
磨削是利用磨粒進(jìn)行材料去除的一種加工工藝，通過(guò)砂輪旋轉(zhuǎn)，磨粒與工件接觸并充當(dāng)切割工具的作用，從而起到磨削作用。外圓磨削加工中，工件圍繞固定軸旋轉(zhuǎn)，加工表面與旋轉(zhuǎn)軸同軸。
外圓磨床制造工藝自工業(yè)革命時(shí)期就有所發(fā)展。1830年Jonathan bridges 和James Wheaton制造出第一臺(tái)現(xiàn)代外圓磨床。1876年Joseph brown研制出帶有砂輪的車床并獲得專利。1925年Norton改善了外圓機(jī)床實(shí)現(xiàn)了更高轉(zhuǎn)速和更精確的磨削公差。將CNC和PC集成同一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)一步深化了機(jī)械制造控制工藝，大大節(jié)省了人工操作。兩個(gè)平面從相對(duì)方向移動(dòng)接觸，加工操作更加流暢。Krabacher研究了材料去除率和表面粗糙度等加工參數(shù)，發(fā)現(xiàn)材料去除率降低時(shí)工件表面質(zhì)量就會(huì)得到改善。Heaker and Liang預(yù)測(cè)表面粗糙度主要跟磨削過(guò)程的切屑厚度有關(guān)。Vickers taff研究了工件表面粗糙度與砂輪進(jìn)給速度和砂輪磨損的關(guān)系。Rama Chandran 利用回歸分析法和數(shù)學(xué)模型研究了進(jìn)給和切割深度對(duì)砂輪磨損及表面光潔度的影響。但外圓磨削附件對(duì)工件表面粗糙度的影響卻鮮有研究，尚未見報(bào)道。
本研究對(duì)外圓磨削基本概念和外圓磨削附件制造進(jìn)行了介紹，還有回歸分析法；并研究了磨削參數(shù)對(duì)濕加工、干加工條件下的表面粗糙度的影響。
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。砂輪架將驅(qū)動(dòng)電機(jī)和主軸連接；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(lái)夾持工件的另一端，如圖一所示。
附件制造中用到的組件有：發(fā)動(dòng)機(jī)、砂輪、固定臺(tái)、柄軸、軸承、皮帶輪和傳送帶。
發(fā)動(dòng)機(jī)：
發(fā)動(dòng)機(jī)是一種能夠把其它形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，包括內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)等；電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，AC電機(jī)則能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換。本實(shí)驗(yàn)使用的是AC電機(jī)，用于砂輪旋轉(zhuǎn)，如圖三所示。0.5 H.P，2800 RPM，3相，0.37 KW， 0.75 AMPS. 440伏。
本實(shí)驗(yàn)采用剛玉砂輪，如圖四所示；Carborundum Universal公司生產(chǎn)、剛玉磨料、直徑200 mm、厚度20 mm、孔徑31.75mm、最大速度3150 Rpm。
固定臺(tái)：
本實(shí)驗(yàn)采用12”×6”的MS臺(tái)，將刀架從車床上移走之后裝置上固定臺(tái)，固定臺(tái)對(duì)整個(gè)附件承重，用于移動(dòng)砂輪和發(fā)動(dòng)機(jī)。
桿柄：
本實(shí)驗(yàn)的附件采用兩種柄軸：固定柄軸，直徑76 mm，內(nèi)孔徑40 mm；旋轉(zhuǎn)柄軸，直徑17 mm。如圖五所示。
發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)傳送帶和皮帶輪帶動(dòng)柄軸旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)；利用球軸承將旋轉(zhuǎn)柄軸裝配在固定柄軸內(nèi)。利用釬焊將固定柄軸焊接在固定臺(tái)上；球軸承裝配在固定柄軸內(nèi)部用于旋轉(zhuǎn)柄軸的移動(dòng)，然后再將砂輪固定在旋轉(zhuǎn)柄軸上。
本實(shí)驗(yàn)采用12”×6”的MS臺(tái)，將刀架從車床上移走之后裝置上固定臺(tái)，固定臺(tái)對(duì)整個(gè)附件承重，用于移動(dòng)砂輪和發(fā)動(dòng)機(jī)。
桿柄：
本實(shí)驗(yàn)的附件采用兩種柄軸：固定柄軸，直徑76 mm，內(nèi)孔徑40 mm；旋轉(zhuǎn)柄軸，直徑17 mm。如圖五所示。
發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)傳送帶和皮帶輪帶動(dòng)柄軸旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)；利用球軸承將旋轉(zhuǎn)柄軸裝配在固定柄軸內(nèi)。利用釬焊將固定柄軸焊接在固定臺(tái)上；球軸承裝配在固定柄軸內(nèi)部用于旋轉(zhuǎn)柄軸的移動(dòng)，然后再將砂輪固定在旋轉(zhuǎn)柄軸上。
軸承：
本實(shí)驗(yàn)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(nèi)鋼圈和外鋼圈的中間以承受較大載荷的一種滾動(dòng)軸承；通過(guò)兩個(gè)軌道將負(fù)載傳遞到鋼珠上，其中一個(gè)軌道為固定軌道，另一個(gè)軌道可以轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)鋼珠滾動(dòng)；主要用于減小轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦，提供徑向負(fù)載和軸向負(fù)載。由于鋼珠間接觸面較小，所以球軸承的負(fù)載容量就?。坏梢栽试S內(nèi)外軌道間存在一定未對(duì)準(zhǔn)誤差。由于鋼珠制造成本低廉，球軸承在滾動(dòng)軸承系列中是比較便宜的一種。
止推軸承一般是由兩個(gè)止推墊片或更多止推墊片和若干滾動(dòng)體組成，能夠承受較大的軸向負(fù)荷。外直徑40 mm，內(nèi)直徑17 mm。如圖六、七所示。
本實(shí)驗(yàn)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(nèi)鋼圈和外鋼圈的中間以承受較大載荷的一種滾動(dòng)軸承；通過(guò)兩個(gè)軌道將負(fù)載傳遞到鋼珠上，其中一個(gè)軌道為固定軌道，另一個(gè)軌道可以轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)鋼珠滾動(dòng)；主要用于減小轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦，提供徑向負(fù)載和軸向負(fù)載。由于鋼珠間接觸面較小，所以球軸承的負(fù)載容量就?。坏梢栽试S內(nèi)外軌道間存在一定未對(duì)準(zhǔn)誤差。由于鋼珠制造成本低廉，球軸承在滾動(dòng)軸承系列中是比較便宜的一種。
止推軸承一般是由兩個(gè)止推墊片或更多止推墊片和若干滾動(dòng)體組成，能夠承受較大的軸向負(fù)荷。外直徑40 mm，內(nèi)直徑17 mm。如圖六、七所示。
皮帶輪-傳送帶系統(tǒng)通常由一條傳送帶和兩個(gè)或者兩個(gè)以上的皮帶輪組成，它能夠利用旋轉(zhuǎn)軸輸出機(jī)械動(dòng)力、扭轉(zhuǎn)力和速度。不同直徑大小的皮帶輪還可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的機(jī)械效益。傳送帶與鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)類似，但傳送帶更加平滑，僅需通過(guò)皮帶間距的調(diào)整就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械效益，無(wú)需調(diào)整鏈齒輪比等。圖八為實(shí)驗(yàn)附件中用到的皮帶輪-傳送帶。
1． 在固定臺(tái)上鉆孔，并將發(fā)動(dòng)機(jī)固定。
2． 利用準(zhǔn)線將固定柄軸置放在車床的中心高度位置，該高度位置由方棒保持。
3． 將固定柄軸和固定臺(tái)跟方棒焊接在一起。
4． 利用球軸承將轉(zhuǎn)動(dòng)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轉(zhuǎn)柄軸上。
6． 將法蘭盤放置在砂輪兩邊防止砂輪從柄軸上滑脫。
7． 將用于砂輪自由運(yùn)動(dòng)的止推軸承裝配在旋轉(zhuǎn)軸上。
8． 旋轉(zhuǎn)柄軸上裝配的組件順序依次為：止推軸承、法蘭盤、砂輪、法蘭盤、螺母。
9． 安裝皮帶輪。
10． 安裝傳送帶（如圖10所示）。
11． 將車床上的刀架拆卸，然后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(gè)因變量和多個(gè)自變量的關(guān)系）等多種方法，它可以幫助我們理解當(dāng)其中一個(gè)自變量變化而其他自變量保持不變時(shí)，因變量的具體值是如何改變的。
磨削工藝和參數(shù)
本實(shí)驗(yàn)中用到的外圓磨削工藝采用橫向研磨，干磨和濕磨。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(shè)計(jì)矩陣
工件旋轉(zhuǎn)速度和砂輪的軸向運(yùn)動(dòng)也叫做橫向進(jìn)給速度，連同切削深度一起都是本研究所用到的參數(shù)。表一為這些參數(shù)的不同值。
實(shí)驗(yàn)采用兩級(jí)全因子設(shè)計(jì)矩陣，表二為干磨、濕磨輸入?yún)?shù)所求得的表面粗糙度（Ra）。
磨削工藝和參數(shù)
本實(shí)驗(yàn)中用到的外圓磨削工藝采用橫向研磨，干磨和濕磨。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(shè)計(jì)矩陣
工件旋轉(zhuǎn)速度和砂輪的軸向運(yùn)動(dòng)也叫做橫向進(jìn)給速度，連同切削深度一起都是本研究所用到的參數(shù)。表一為這些參數(shù)的不同值。
實(shí)驗(yàn)采用兩級(jí)全因子設(shè)計(jì)矩陣，表二為干磨、濕磨輸入?yún)?shù)所求得的表面粗糙度（Ra）。
對(duì)以上數(shù)值進(jìn)行回歸分析，用耶特算法進(jìn)行變量分析（ANOVA）。最終回歸公式如表三所示。
利用回歸分析法，在干磨、濕磨條件下求得了理想表面精磨的最佳輸入?yún)?shù)。車床外圓磨削工藝實(shí)現(xiàn)了低成本制造。干磨條件下最佳參數(shù)值為：工作速度15m/min，進(jìn)給速度0.3mm/rev，切削深度50μm。濕磨條件下最佳參數(shù)值為：工作速度15m/min，進(jìn)給速度0.1mm/rev，切削深度50μm。（編譯：中國(guó)超硬材料網(wǎng)）
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