[ 摘要] 零件在外圓（yuán）磨床上（shàng）加工時受兩（liǎng）個力的作用，一是受零件磨削力（lì）的影響，二是受外圓磨床尾座對頂（dǐng）力的影響，尤（yóu）其細長杆零件受力（lì）變形較為明顯。為了在加工過程中避免零件變形而影響加工精（jīng）度，通過使用ANSYS 對零件進（jìn）行有（yǒu）限元分（fèn）析，控製兩個方向力的大小，並對這兩（liǎng）個方向（xiàng）力進行逐一分析，並配合高速磨削加工（gōng），確定（dìng）進刀量、磨削速度、零件轉速及對頂（dǐng）力等磨削參數，並對上述分析方法進行延伸（shēn）擴展（zhǎn）。
 

     在（zài）航空航天領域中，細長杆類零件的應用非（fēi）常廣泛，經常作為活塞杆、間隙活門及計量油針使（shǐ）用，它們在燃油調節器中（zhōng）起著十分重要（yào）的作用，但是它的高精度要（yào）求也給加工帶來了很大困難。麵對高精度的要（yào）求，一（yī）般采用數控高精外圓磨（mó）床加工，但在加工調試過程中，常（cháng）常為了保證加（jiā）工精度，需要一次或多次試加工，同時數控加（jiā）工參數也需要不斷調試，直到確認數控程序能夠完成預定的加工要求。為了提高加工效率，保證加工精度，使用ANSYS 受力分析軟件，對零（líng）件進行預加工分析，並計算（suàn）加工參數（shù）。

      零件在（zài）外圓磨床上加工時，受磨削力和對頂力（lì）的影響，零件受力方向如圖1 所示。磨削力（lì）的大小（xiǎo）由進刀量（liàng）、磨削速度、零件轉速（sù）及砂輪線速度決（jué）定，對頂力的大（dà）小與尾座中彈簧的壓縮（suō）變形有關。磨削力和對頂力過大都會造成零件變形，而變形量  的大小也與零件本身的長度、直（zhí）徑尺寸、材料的密度（dù）和（hé）彈性模量 有關。

                              圖1 零件受力分析圖

     1 、兩個（gè）方向力對變形量的影響

     1.1 磨削（xuē）力的分析

     以航空零件活塞杆為例，如（rú）圖2 所（suǒ）示，單位為mm。零件材料為4Cr13，在常溫20℃下此種材料的彈性模量（liàng）為215GPa，密度為7.75g/cm3。

                                 圖（tú）2 零件工序圖紙

     為了（le）明確地分析零（líng）件磨削力與變形量之間的關係，基於ANSYS 對零件進（jìn）行1∶1 比例建模並（bìng）進行有限元分析，利用（yòng）UG 建模方便快捷的優點，使用UG 先按（àn）照設計圖（tú）1∶1 比例畫好圖形，並（bìng）將（jiāng）模型導入ANSYS 生成。首先，對導入的（de）模（mó）型進行編輯，根據零件材料為4Cr13，輸入上述查閱的材料密度、彈性模量等（děng）主要性能參數，添加到建好的（de）模型中。其次，對模型進行網格劃分，劃分單位為1mm，即把模型劃分（fèn）為N 個體積為1mm3 的小（xiǎo）方格再進行受力分析，如果想得到更精確的分析結果（guǒ），則把劃分單位（wèi）縮小即可。最後，對模型（xíng）添加約束及受力要求，根據外圓磨床定位加工方式，對模型兩端中心孔添加固定約束，再根據磨削力方向在被加工（gōng）外圓施加力F ，接下來用ANSYS 進行（háng）有限元分析，並生成零件變形（xíng）量圖形，按圖（tú）2 中要求零件圓柱度（dù）為0.0015mm，所以將變形量控製在0.0015mm 範圍（wéi）內，並不斷更改外力大小，直到變形量為0.0015mm，此時的力可以確定為（wéi）精加工（gōng）時的磨削力上限值， 如圖3 所示，對零件施加4N 磨削力時零件總變（biàn）形量（liàng）為0.0015mm，所以在（zài）磨削過程中，磨削力不應大於4N。

 
                         圖3 零件應力雲（yún）圖（tú）
 

     1.2 對頂力的分析

     使用上述相同方法進入ANSYS 軟件對零件進行真實的受力分析，根據外圓磨床（chuáng）對頂加工工作原理，更改固定約束和（hé）施加力的方向，假設零（líng）件產生0.0015mm 的變形量，則分析零件承受的對頂力（lì）為20N。1.3 磨削力與對頂力對變形量的綜（zōng）合影響為了更準確地分析零件的受力變形量，使用ANSYS軟件模擬加（jiā）工過程中的受力分析，對零件左端添加固（gù）定約束，並對零件施加對頂力和磨削力，力（lì）的大小分別為20N 和4N。施加兩個方向（xiàng）力後的零件變形，變形量為0.005mm。
 

     根據有（yǒu）限元分（fèn）析，同時施加磨削力（lì）和（hé）對頂力時，零件產生疊加變形，造成零件（jiàn）變形量增（zēng）大，為了更準確（què）地了解零件受力變形（xíng）情況，下一步進行實際加工，看零（líng）件是否滿足圖紙要求。

      2 、確定磨削參（cān）數

     由上述模型理論分析得出，同時施加磨（mó）削力和對頂力時會增大零（líng）件變（biàn）形，但（dàn）考慮（lǜ）到實際加工過程中零件處於轉動狀態，受力會出現互相抵消的現象，對圖2 所示零件進行實際加工，磨削力控製在4N 以下，對頂力控製在20N 以下，並選擇合理的進給量（liàng）、進給（gěi）速（sù）度和零件轉速等磨削（xuē）參數。

      2.1 對頂力的控製

      根據上述分析得知（zhī），對頂力不能大於20N，經查閱資料，可以依據加壓調（diào）整螺釘的位移和彈（dàn）簧係數計算出對頂力的大小。圖4 為外圓磨（mó）床（chuáng）尾座簡易圖，對頂力F 1=83-（X -Y ）×3.3（此（cǐ）對頂力公式僅適合於本公司某型號磨床，不同機床對頂力計算公式不同，主（zhǔ）要取決於尾（wěi）座（zuò）內部彈簧的彈簧係數），通過調節X 和Y 的距離控製（zhì）對頂力在20N 以下即（jí）可。

     圖4 外圓磨床尾座示意圖

     2.2 確定零件轉速

     零件的轉速主要與零件本身的直徑、砂輪線速度有關，取決（jué）於它們之間的比例關係。選擇合理的砂輪速度和零（líng）件速度之間（jiān）的比值，當砂輪速度提高時，零件速度也要相應（yīng）的提（tí）高（gāo），否則會影響加（jiā）工效率，但不能提高過多。

     機床（chuáng）的砂（shā）輪線速度為45m/s，零件直徑為φ 11，根據計算公式n =1000V 1×60/250×π×D [3]，其中，n 為零件轉速；V 1 為砂輪（lún）線速度；D 為零件直徑。將各數值帶入公式（shì）得出（chū）零件轉速（sù）n =312r/min（加工時選用300r/min）。

     2.3 確定進給量和磨削速度（dù）
 

     在磨削過程中，在磨削力和砂輪線速度不變（biàn）的情況下，增大進給量時（shí）應相應降低磨削速度，根據磨削力經（jīng）驗公式F 2 = 453a0.9f 0.62V 0.76[4] 來確定進給量和磨削速度（dù）
之間的（de）關係（xì）。其中（zhōng），F 2 為（wéi）磨削力；a 為進給量；f 為磨削速度；V 2 為零（líng）件的線速度（dù）。

     根據加工細長杆類的加工經驗，一般最後一次加（jiā）工進（jìn）給量為（wéi）0.001mm 或0.002mm，圖2 中零（líng）件實（shí）際加工（gōng）時最後一次（cì）進給量選擇0.001mm，零（líng）件的磨削力（lì）控製在4N 以下，零件的線速度為10.4m/s。代入上述公式（shì）得出（chū）磨削速度f = 40mm/min。

      通過上述分析得出零件的磨削參（cān）數（shù），對零（líng）件進（jìn）行實際加（jiā）工，加工後零件圓柱度保持在（zài）0.0015mm 以內，滿足圖紙要求，所以根（gēn）據磨削（xuē）力和對頂力的模型分（fèn）析可以運用到（dào）實際加工中。

      3 、結論

     根據上（shàng）述分析得（dé）出，對頂力為20N 以內；砂輪線速度為45m/s ；零件轉速為（wéi）300r/min; 精加工進給量為0.001mm；磨削（xuē）速度為40mm/min。