外圓磨削附件製造及（jí）回歸分析法（fǎ）研究磨（mó）削參數
2015-3-13 來源：數控機床市（shì）場網 作者：
引言（yán）
磨削是利用磨粒進行材料去除的一種加工工藝（yì），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（yuán）磨削加工中，工件圍繞固定軸旋轉，加工表麵（miàn）與旋（xuán）轉軸同軸。
外圓磨床製造工藝自工（gōng）業革命時期就有所發展。1830年Jonathan bridges 和James Wheaton製造出第一台現代外圓磨（mó）床。1876年Joseph brown研製出帶有砂輪的車床並獲得（dé）專利。1925年Norton改善了外圓機（jī）床實現了更高轉速和更精確的磨削公差。將CNC和PC集（jí）成同一個動（dòng）力係統進一步深化（huà）了機械製造控製（zhì）工藝（yì），大大節省了人工操（cāo）作。兩個平麵從（cóng）相對方向移動（dòng）接觸，加工操作更加流暢。Krabacher研究了材料去除（chú）率和表麵粗糙度等加工參數，發現材料（liào）去（qù）除率降低時工件表麵質（zhì）量就會得到改善。Heaker and Liang預測表麵粗糙度主要跟磨削過（guò）程的切屑厚度有關。Vickers taff研究了工件表麵粗糙度與砂輪進給（gěi）速度和砂輪磨損的關（guān）係。Rama Chandran 利用回歸分析法和數（shù）學模型研究了（le）進給和切割深度對砂輪磨損及表麵光潔度（dù）的影響。但外（wài）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附件製造進行了介紹，還有回（huí）歸分析法；並研究了磨削參數（shù）對濕加工、幹加（jiā）工條件下的表麵粗糙度（dù）的影響（xiǎng）。
外（wài）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。砂輪架將驅動電機和主（zhǔ）軸連接；橫滑板能夠使砂輪架從工件移動到盡頭；輪軸頭架對工件確定位置、夾（jiá）持。尾座用來夾持工件的另一端，如圖（tú）一所（suǒ）示（shì）。
本研究涉及一種車（chē）床磨削附件，由電機來驅動（dòng），能夠使砂輪（lún）免於振動。為（wéi）使得轉子表麵光（guāng）滑，可以（yǐ）對表麵進行（háng）磨削以（yǐ）去除轉子上的堅硬汙點，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（zǔ）件有：發動機（jī）、砂輪、固定台、柄（bǐng）軸、軸承、皮帶輪和傳送（sòng）帶。
發動機：
發（fā）動機是一種能夠把其它形（xíng）式的能轉化為機械能的機器，包括（kuò）內燃機和電動機等；電動機是將電能轉化為機械能，AC電機則能實現機械能和交流電能相（xiàng）互轉換。本實（shí）驗使用的是AC電機，用於砂輪旋轉，如圖三所（suǒ）示。0.5 H.P，2800 RPM，3相，0.37 KW， 0.75 AMPS. 440伏。
砂輪：
本實驗采用剛玉砂輪，如圖四所示；Carborundum Universal公（gōng）司生產、剛玉磨料、直（zhí）徑200 mm、厚度20 mm、孔徑31.75mm、最大速度3150 Rpm。
固定台：
本（běn）實驗采（cǎi）用（yòng）12”×6”的MS台，將（jiāng）刀架從車床上移走之後裝置上固定台，固定台（tái）對整個附件（jiàn）承重，用於移動砂（shā）輪和發動機。
杆柄：
本實（shí）驗的附件采用兩種柄軸：固定柄軸，直徑76 mm，內孔徑（jìng）40 mm；旋轉柄（bǐng）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砂輪旋轉；利（lì）用球軸承（chéng）將旋轉柄（bǐng）軸裝配在固定柄軸內（nèi）。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移（yí）動，然後再將砂輪固（gù）定在旋轉柄軸上。
軸承：
本實驗的附件采（cǎi）用兩種（zhǒng）類型的軸承：球軸承（chéng）和止推軸（zhóu）承。
球軸承是將球滾珠裝配在內鋼圈和外鋼圈的中間以承受較大載荷的一種（zhǒng）滾動軸承；通過兩個軌道將負載傳（chuán）遞到鋼珠上，其中一個軌道為固定軌道，另一（yī）個（gè）軌道可以轉動從而（ér）帶動鋼珠滾動；主要用於減小轉（zhuǎn）動摩擦，提供徑向負載和軸向負載（zǎi）。由於鋼珠間接觸麵較小，所以球軸承的負載容量就小；但可以允許內外軌道間存在一定未對準誤差。由於鋼（gāng）珠（zhū）製造成本低廉，球軸承在滾動軸承係列中是比較便宜的一（yī）種（zhǒng）。
止推軸承一般是由（yóu）兩個止推墊片或（huò）更多止推墊片和若幹滾動體組成，能夠承受較大的軸向（xiàng）負（fù）荷。外直徑40 mm，內直徑17 mm。如圖六、七所示。
皮帶輪-傳送帶係統：
皮帶輪-傳送帶（dài）係統通常由一條傳送帶和兩個（gè）或者兩個以上的皮帶輪組成，它能夠利用旋轉軸輸出機械動力、扭轉力和速度。不同直徑大小的（de）皮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，僅需通過皮帶間距的調整就可以實現機械效益，無需調整鏈齒輪比等。圖八為實驗附件中用到的皮帶輪-傳送帶。
外圓磨削附件裝配
1． 在（zài）固定台上鑽孔，並將發動機固定。
2． 利用準（zhǔn）線將固定柄軸置放在（zài）車床的中心高度（dù）位置，該高度位置由方棒保持。
3． 將（jiāng）固定柄軸和固定台跟方（fāng）棒焊（hàn）接在（zài）一起。
4． 利用球軸承將轉動柄軸嵌（qiàn）入固定柄軸（如圖九所示）。
5． 利用塑（sù）料（liào）鑲套（tào）將（jiāng）砂輪緊夾在旋轉柄軸上。
6． 將法蘭盤放置在砂輪兩（liǎng）邊防止砂輪從（cóng）柄軸上滑脫。
7． 將用於砂輪（lún）自由運動的止（zhǐ）推軸承裝配在（zài）旋轉軸上。
8． 旋（xuán）轉柄軸（zhóu）上裝配的組件順序依次為：止推軸承、法蘭盤（pán）、砂輪、法蘭（lán）盤、螺母。
9． 安裝皮帶輪。
10． 安裝傳送帶（如（rú）圖10所示）。
11． 將車床上的刀架拆卸，然後將裝配好的以（yǐ）上組件固定在車床的橫滑板（bǎn）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（liàng）和多個自變量（liàng）的關係）等多（duō）種方法，它可以幫助我們理解當（dāng）其中一個自變量變化而其他自（zì）變量保持不變時，因變量的（de）具體值是如何改變的。
磨削工（gōng）藝和參數
本實驗中用到的外圓磨削工藝采用橫向研磨，幹（gàn）磨和濕磨（mó）。濕（shī）磨所用切削（xuē）液為水（shuǐ）基乳（rǔ）液，組（zǔ）份為（wéi）90%水、5%切削油、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（xiàng）運動也叫做橫向進給速度，連同切（qiē）削深度一起都（dōu）是本研（yán）究所用到的參數。表一為這些參數的不同值。
實驗采用兩（liǎng）級全因子設計矩陣，表二為幹磨、濕磨輸入參（cān）數所求得的表麵粗糙（cāo）度（dù）（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（yǐ）上數值進行回歸分析，用耶特算法進行變量分析（ANOVA）。最終（zhōng）回歸（guī）公式如表三所示。
結論
利用回歸分析法，在幹磨、濕磨條件下求得了理（lǐ）想表麵精磨的最佳輸入參數。車床外圓磨削工藝實現（xiàn）了低成本製造。幹（gàn）磨條件下最佳參數值為：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（gōng）作速度15m/min，進給速度0.1mm/rev，切（qiē）削深度（dù）50μm。
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