數(shù)控外圓磨床(遠(yuǎn)銷杭州/上虞/北京/上海等全國(guó)各地)
更新時(shí)間：2025-07-17 點(diǎn)擊次數(shù)：12次
基于恒力控制策略的外圓縱向磨削參數(shù)優(yōu)化方法：
近三十年來(lái)，有關(guān)磨削力的研究倍受學(xué)者關(guān)注。圖 9 所示為進(jìn)行外圓縱向磨削時(shí)磨削力分力示意圖。其中，F(xiàn)n 與 Ft 分別為磨削力沿法向及切向分力，F(xiàn)s 為磨削力沿縱向進(jìn)給方向分力。Ft 決定了磨 削時(shí)有效功率的消耗， Fs 為砂輪與工件沿縱向進(jìn)給方向產(chǎn)生的相互作用力，其數(shù)值大小遠(yuǎn)小于 Ft 和 Fn 。
目前，磨削力求解計(jì)算公式主要包括基于磨削實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的磨削力經(jīng)驗(yàn)公式以及基于理論解析法建立的磨削力公式。由于經(jīng)驗(yàn)公式只能對(duì)磨削力進(jìn)行簡(jiǎn)單估計(jì)，其計(jì)算得到的磨削力誤差較大，故丁寧等從砂輪單一磨粒的切削狀態(tài)出發(fā)，確定了基于磨削機(jī)理的外圓縱向磨削力模型。
如圖 10 所示為磨削力仿真結(jié)果與磨削力實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比曲線，其中紅色曲線為零件各位置實(shí)際去除深度，黑色和藍(lán)色曲線分別為磨削力實(shí)際值擬合曲線及仿真計(jì)算結(jié)果。從圖中可以看出，磨削力仿真結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果數(shù)值大小基本保持一致，通過(guò)計(jì)算，得到磨削力最大相對(duì)誤差為 15.41%，平均相對(duì)誤差為 4.82%，故磨削力仿真模型計(jì)算結(jié)果滿足精度要求。
引起零件直徑加工誤差以及圓柱度誤差的本質(zhì)原因?yàn)榱慵魑恢脤?shí)際磨削深度不等于機(jī)器的指令磨削深度，為了降低外圓縱向磨削時(shí)零件直徑加工誤差以及圓柱度誤差以提高磨削質(zhì)量，需要使零件各位置實(shí)際去除量恒定并且與指令磨削深度相等。
由式(3)可以分析出，磨削力主要受工件及砂輪規(guī)格屬性以及磨削參數(shù)影響，對(duì)于同一磨削系統(tǒng)，當(dāng)零件材料屬性及尺寸規(guī)格不變時(shí)，磨削力僅受磨削工藝參數(shù)影響。如圖 11 所示為磨削力與實(shí)際磨削深度相關(guān)性散點(diǎn)圖，圖中黑色圓形代表實(shí)際磨削深度及磨削力大小，藍(lán)色實(shí)線為磨削力關(guān)于磨削深度的擬合曲線，可以發(fā)現(xiàn)磨削深度在0.005mm到0.04mm時(shí)，磨削力與工件表面材料實(shí)際去除深度呈線性正相關(guān)， 擬合曲線相關(guān)性系數(shù) R 為 0.97906。故可以得到如下結(jié)論：零件各位置的磨削力大小能夠從側(cè)面反映出實(shí)際磨削深度的大小。
在進(jìn)行外圓縱向磨削加工時(shí)，可根據(jù)磨削力大小判斷各磨削位置的實(shí)際去除深度是否相同。綜上， 磨削力與磨削加工精度的相互影響關(guān)系可總結(jié)如圖 12 所示，若零件各位置磨削力恒定，則零件尺寸精度及圓柱度精度相對(duì)較高；反之，如果零件各位置磨削力不同并且變化范圍較大，則零件加工精度較低。
基于恒力控制策略的磨削參數(shù)優(yōu)化方法：（略）
使用數(shù)控外圓磨床進(jìn)行磨削參數(shù)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，該磨床具體技術(shù)指標(biāo)參數(shù)已在前文進(jìn)行了詳細(xì)介紹。磨削工件信息為：直徑為 50 mm (49.554 mm)，長(zhǎng)度為 500 mm，工件材料 為 45 號(hào)鋼。磨削工藝參數(shù)信息為：指令磨削深度為 0.04 mm，砂輪線速度為 35 m/s，工件線速度為 0.3 m/s， 縱向進(jìn)給速度為 5 m/s，總磨削深度為 0.16 mm。
首先將磨削零件沿軸向等距(10 mm)取50 個(gè)點(diǎn)并對(duì)各位置實(shí)際去除量進(jìn)行測(cè)量計(jì)算，其次按照磨削 深度的優(yōu)化流程并借助 Matlab 軟件進(jìn)行計(jì)算，得到各離散點(diǎn)處原始磨削力和修正后的磨削力如圖 14 所示，以及原始指令進(jìn)給深度和優(yōu)化后的指令進(jìn)給深度如圖 15 所示。
將優(yōu)化后的磨削深度輸入到數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行磨削加工，即按照?qǐng)D15結(jié)果：第一段指令磨削深度為0.0438 mm，第二段為0.0440 mm，以此類推，第50段指令磨削深度為0.0593 mm。如圖16所示，進(jìn)行4次縱向磨削后對(duì)零件上9個(gè)等間距位置的直徑進(jìn)行測(cè)量，其中零件理論加工后直徑為49.224 mm。
如表 3 所示為指令磨削深度優(yōu)化前后對(duì)應(yīng)的零件加工精度計(jì)算結(jié)果，從表中可以看出，磨削參數(shù)優(yōu)化后的零件加工誤差均有明顯的降低，其中平均直徑誤差和圓柱度誤差分別降低了 37.76%和 55.65%，故基于恒定磨削力控制技術(shù)的磨削參數(shù)優(yōu)化結(jié)果能夠有效提升零件的加工精度。
為對(duì)外圓縱向磨削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以提高零件的加工精度，首先就磨削參數(shù)對(duì)加工精度的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果表明：磨削加工精度主要受磨削深度的影響。其次，基于磨削力模型對(duì)磨削力與加工精 度相互影響進(jìn)行分析，得到磨削力與實(shí)際磨削深度呈正相關(guān)關(guān)系的結(jié)論，據(jù)此，提出了基于恒力磨削的 指令進(jìn)給深度優(yōu)化策略。最后，對(duì)磨削參數(shù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該優(yōu)化方法能夠有效提 升零件精度大幅度提升，其中平均直徑誤差降低了 37.76%，圓柱度誤差降低了 55.65%。
