430 外圓磨床設(shè)計(jì),磨床,設(shè)計(jì) 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè)第 1 章 緒論1.1 磨床的類(lèi)型與用途1.1.1 磨床的類(lèi)型及其特點(diǎn)用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進(jìn)行切削加工的機(jī)床，統(tǒng)稱(chēng)為磨床（英文為Grinding machine） ，它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來(lái)的 [1]。磨床種類(lèi)很多，主要有：外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床和用來(lái)磨削特定表面和工件的專(zhuān)門(mén)化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床等 [2]。對(duì)外圓磨床來(lái)說(shuō)，又可分為普通外圓磨床、萬(wàn)能外圓磨床、無(wú)心外圓磨床、 寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床等以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。此外，還有以柔性砂帶為切削工具的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床等。磨床與其他機(jī)床相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、磨床的磨具（砂輪）相對(duì)于工件做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（一般砂輪圓周線速度在 35 米/秒左右，目前已向 200 米/秒以上發(fā)展） ；2、它能加工表面硬度很高的金屬和非金屬材料的工件；3、它能使工件表面獲得很高的精度和光潔度；4、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和自動(dòng)線，進(jìn)行高效率生產(chǎn)；5、磨床通常是電動(dòng)機(jī)---油泵 ---發(fā)動(dòng)部件，通過(guò)機(jī)械，電氣，液壓傳動(dòng) ---傳動(dòng)部件帶動(dòng)工件和砂輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)--- 工件部分組成 [1]。1.1.2 磨床的用途磨床可以加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開(kāi)線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進(jìn)行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進(jìn)行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進(jìn)行切斷等，工藝范圍十分廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來(lái)越高，各種高硬度材料的應(yīng)用日益增多。精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，使得有可能將毛坯直接磨成成品。高速磨削和強(qiáng)力磨削，進(jìn)一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴(kuò)大。它在金屬切削機(jī)床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，磨床在機(jī)床總數(shù)中的比例已達(dá) 30%----40%。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè)據(jù) 1997 年歐洲機(jī)床展覽會(huì)(EMO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，25%的企業(yè)認(rèn)為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù)，車(chē)削只占 23%， 鉆削占 22%，其它占 8%；而磨床在企業(yè)中占機(jī)床的比例高達(dá) 42%，車(chē)床占23%，銑床占 22%，鉆床占 14%[3]。由此可見(jiàn)，在精密加工當(dāng)中，有許多零部件是通過(guò)精密磨削來(lái)達(dá)到其要求的，而精密磨削加工會(huì)要在相應(yīng)的精密磨床上進(jìn)行，因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但是要實(shí)現(xiàn)精密磨削加工，則所用的磨床就應(yīng)該滿(mǎn)足以下幾個(gè)基本要求： 1.高幾何精度。 精密磨床應(yīng)有高的幾何精度，主要有砂輪主軸的回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)軌的直線度以保證工件的幾何形狀精度。主軸軸承可采用液體靜壓軸承、短三塊瓦或長(zhǎng)三塊瓦油膜軸承，整體度油楔式動(dòng)壓軸承及動(dòng)靜壓組合軸承等。當(dāng)前采用動(dòng)壓軸承和動(dòng)靜壓軸承較多。主軸的徑向圓跳動(dòng)一般應(yīng)小于 1um，軸向圓跳動(dòng)應(yīng)限制在 2—3um 以?xún)?nèi)。2.低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。 由于砂輪的修整導(dǎo)程要求 10—15mm/min，因此工作臺(tái)必須低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，要求無(wú)爬行和無(wú)沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。3.減少振動(dòng)。 精密磨削時(shí)如果產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。故對(duì)于精密磨床，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮減少振動(dòng)。4.減少熱變形。 精密磨削中熱變形引起的加工誤差會(huì)達(dá)到總誤差的 50％，故機(jī)床和工藝系統(tǒng)的熱變形已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)精密磨削的主要障礙。1.1.3 外圓磨削和端面外圓磨床1.外圓磨削在外圓磨削過(guò)程中，工件是安裝在兩頂尖的中心之間，砂輪旋轉(zhuǎn)是引起切削旋轉(zhuǎn)的主要來(lái)源和原因?；镜猛鈭A磨削方法有兩種，即橫磨法磨外圓和縱磨法磨外圓，如圖 1－1 和圖 1－2 所示。事實(shí)上，外圓磨削可以通過(guò)其他以下幾種方法來(lái)實(shí)施：（1）傳遞方法：在這種方法中，磨削砂輪和工件旋轉(zhuǎn)以及徑向進(jìn)給都應(yīng)滿(mǎn)足所有的整個(gè)長(zhǎng)度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進(jìn)給來(lái)調(diào)整的。（2）沖壓切削方法：在這種方法中，磨削是通過(guò)砂輪的縱向進(jìn)給和無(wú)軸向進(jìn)給來(lái)完成的，正如我們所看到的，只有在表面成為圓柱的寬度比磨削輪磨損寬度短時(shí)，這種方法才能完成。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè)圖 1－1 橫磨法磨外圓圖 1－2 縱磨法磨外圓（3）整塊深度切削方法：除了在磨削過(guò)程中，要進(jìn)行間隙調(diào)整外，這種方法與傳遞方法很相似，同時(shí)這種方法具有代表性，除了磨削短而粗的軸。2.端面外圓磨床及其特點(diǎn)端面外圓磨床是外圓磨床的一種變形機(jī)床，它宜于大批量磨削帶肩的軸類(lèi)工件，有較高的生產(chǎn)率。它的特點(diǎn)如下（1）這種磨床的布局形成和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系與外圓磨床相似，只是砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度（通常 10°，15°，26.23°，30°，45°） ，如圖 1－3 所示，數(shù)控端面外圓磨床 MKS1632A 的砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜 30°。為避免砂輪架與工件或尾架相碰，砂輪安裝在砂輪架的右邊，從斜向切入，一次磨削工件外圓和端面。（2）由于它適用于大批量生產(chǎn)，所以具有自動(dòng)磨削循環(huán)，完成快速進(jìn)給（長(zhǎng)切入）---粗磨--- 精磨—無(wú)花磨削。由定程裝置或自動(dòng)測(cè)量控制工件尺寸。（3）裝有砂輪成型修整器，按樣板修整出磨削工件外圓和端面的成型砂輪，為保證端面尺寸穩(wěn)定及操作安全，一般具有軸向?qū)Φ堆b置。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè)圖 1－3 砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)隨著機(jī)械產(chǎn)品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高以及新型材料的應(yīng)用增多，磨削加工技術(shù)正朝著超硬度磨料磨具、開(kāi)發(fā)精密及超精密磨削（從微米、亞微米磨削向納米磨削發(fā)展）和研制高精度、高剛度、多軸的自動(dòng)化磨床等方向發(fā)展 [4]，如用于超精密磨削的樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至 4μm、磨削精度高達(dá) 0.025μm ；使用電主軸單元可使砂輪線速度高達(dá) 400m/s，但這樣的線速度一般僅用于實(shí)驗(yàn)室，實(shí)際生產(chǎn)中常用的砂輪線速度為 40－60m/s ；從精度上看，定位精度＜2μm ，重復(fù)定位精度≤±1μm 的機(jī)床已越來(lái)越多；從主軸轉(zhuǎn)速來(lái)看， 8.2kw 主軸達(dá) 60000r/min，13kw 達(dá) 42000r/min，高速已不是小功率主軸的專(zhuān)有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工 60HRC 硬度材料的加工中心。北京第二機(jī)床廠引進(jìn)日本豐田工機(jī)公司先進(jìn)技術(shù)并與之合作生產(chǎn)的 GA（P ）62－63 數(shù)控外圓/數(shù)控端面外圓磨床，砂輪架采用原裝進(jìn)口，砂輪線速度可達(dá) 60m/s，砂輪架主軸采用高剛性動(dòng)靜壓軸承提高旋轉(zhuǎn)精度，采用日本豐田工機(jī)公司 GC32－ECNC 磨床專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)二軸（X 和 Z）到四軸（X、Z、U和 W）控制。此外，對(duì)磨床的環(huán)保要求越來(lái)越高，絕大部分的機(jī)床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對(duì)沒(méi)有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。大量的工業(yè)清洗機(jī)和切削液處理機(jī)系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)環(huán)保越來(lái)越高的要求。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè)第 2 章 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.畢業(yè)設(shè)計(jì)題目MKS1632A 數(shù)控高速端面外圓磨床及其砂輪架設(shè)計(jì)2.畢業(yè)設(shè)計(jì)目的本課題旨在讓學(xué)生綜合運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)數(shù)控端面外圓磨床 MKS1632A 及其砂輪架，樹(shù)立理論聯(lián)系實(shí)際的作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。該課題要求繪制磨床總體布局裝配圖、砂輪架部件裝配圖、磨床液壓系統(tǒng)圖和磨床零件圖，最后撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。此外，要求學(xué)生跟隨指導(dǎo)老師和研究生參與部分科學(xué)研究，進(jìn)行磨削溫度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)并撰寫(xiě)科研報(bào)告。3.任務(wù)與要求：（1）機(jī)床總體布局裝配圖（0#） ；（2）部件裝配圖（砂輪架 0#） ；（3）零件圖 (3#)；（4）液壓傳動(dòng)圖（1#） ；（5）電氣控制圖 （1#） ；（6）撰寫(xiě)科研報(bào)告；4.用途和規(guī)格（1）加工對(duì)象 A 帶軸肩的多臺(tái)階軸（如齒輪軸）B 要求端面外圓一次完成的零件C 帶較大端面的盤(pán)類(lèi)零件D 作一般外圓磨床（2）主要規(guī)格 A 加工直徑 φ20mm---φ320mmB 最大加工長(zhǎng)度為 750mmC 最大加工重量 200㎏D 砂輪線速度 60m/sE 機(jī)床中心高 1095mmF 工件轉(zhuǎn)速范圍 30~300rpm 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè)（3）主要運(yùn)動(dòng) A 砂輪轉(zhuǎn)動(dòng) B 工件轉(zhuǎn)動(dòng)C 工作臺(tái)縱向移動(dòng)D 砂輪架斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)E 砂輪修整器斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) F 砂輪修整器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)5.設(shè)計(jì)重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）磨床總體布局中各部件尺寸的確定；（2）砂輪架主軸和軸承的設(shè)計(jì)和選用；（3）皮帶的選用和帶輪的設(shè)計(jì)；（4）磨床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（5）磨削溫度科研報(bào)告。6.擬采用的途徑與手段（1）查閱國(guó)內(nèi)外磨床相關(guān)資料，確定磨床總體布局中各部件（如砂輪架、頭架和尾架等）尺寸；（2）檢驗(yàn)主軸前端擾度，確保主軸剛度；（3）砂輪架采用靜動(dòng)壓軸承以提高旋轉(zhuǎn)精度，增強(qiáng)抗振性，延長(zhǎng)軸承的使用壽命；（4）采用皮帶和花鍵副帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，減少主軸變形，使載荷分布均勻；（5）采用 Auto CAD 繪制裝配圖和零件圖；（6）參看液壓工程方面的資料，設(shè)計(jì)磨床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（7）參考磨削溫度測(cè)試研究論文，認(rèn)真、虛心向指導(dǎo)老師和研究生學(xué)習(xí)，進(jìn)行大量的磨削溫度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè)第 3 章 磨床總體布局3.1 磨床總體設(shè)計(jì)1.加工零件的工藝分析（表面形狀，尺寸，材料，技術(shù)條件，批量，加工余量等） ；2.調(diào)查研究 比較國(guó)內(nèi)，外同類(lèi)機(jī)床，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，進(jìn)行改革創(chuàng)新；3.圖紙?jiān)O(shè)計(jì)（總圖，部件裝配圖，零件圖，工藝卡，目錄，標(biāo)準(zhǔn)件，外購(gòu)件目錄，鑄件，鍛件目錄，說(shuō)明書(shū)，裝箱單，合格證） ；4.制造，裝配，調(diào)試；5.小批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)改進(jìn)；3.2、總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)1.保證機(jī)床滿(mǎn)足加工精度要求，剛性，穩(wěn)定性好；2.傳動(dòng)系統(tǒng)力求簡(jiǎn)短；3.操作調(diào)整方便；4.安全保護(hù)，冷卻液供給，回收，廢渣的排除。3.3 磨床總體布局設(shè)計(jì)3.3.1 加工零件帶軸肩的多臺(tái)階軸，精度 IT7 以下，Ra1.6---Ra0.4，材料 45#，40cr，球墨鑄鐵等；3.3.2 初步估計(jì)組成部分a.床身；b.工作臺(tái)面；c 頭架；d 尾架；e 砂輪架；f 修整器；g 測(cè)量裝置；h 砂輪進(jìn)給電機(jī)；I 修整器進(jìn)給電機(jī)；j 電器框；k 工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)； l 工件旋轉(zhuǎn)電機(jī)； m 潤(rùn)滑冷卻裝置；n 數(shù)控裝置；3.3.3 總體布局初步設(shè)計(jì)1.T 型床身；2.工作臺(tái)移動(dòng)；3.工作臺(tái)型面采用傾斜 10°的型面；4.砂輪架主軸與床身導(dǎo)軌傾斜 30°角； 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè)5.頭尾架中心線平行；6.采用成型砂輪修整器（金剛石滾輪） ，采用 MARPPOS 公司軸向，徑向測(cè)量?jī)x，配用該公司 E5 數(shù)控框（如圖 3－1 所示）來(lái)控制軸向尺寸，徑向尺寸，測(cè)量?jī)x布置在橫梁上；圖 3－1 E5 數(shù)控框7.數(shù)控系統(tǒng)的四坐標(biāo)軸X 軸：砂輪架進(jìn)給 Y 軸：修整器進(jìn)給Z 軸：工作臺(tái)移動(dòng) W 軸：工件旋轉(zhuǎn)各軸采用交流伺服電機(jī)，通過(guò)精密無(wú)間隙彈性連軸器直接與滾珠絲桿相連；8.液壓油箱單獨(dú)（減小熱變形，簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，便于維修） ；9.電器框與機(jī)床采用空中走線；10.機(jī)床前防護(hù)罩采用全封閉結(jié)構(gòu)；3.3.4 縱向與橫向尺寸的確定1.縱向尺寸①工件最大長(zhǎng)度 ；1750lm?②頭架長(zhǎng)度 ；24③尾架長(zhǎng)度 ；3l④上臺(tái)面長(zhǎng)度 ；41230(2~4)160l m???⑤下臺(tái)面長(zhǎng)度 ；??54%l? 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè)⑥床身長(zhǎng)度 ；6514035llm??⑦后床身長(zhǎng)度 （考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗(yàn)給定） ；7⑧整個(gè)床身寬度 （視覺(jué)效果） ；8l⑨砂輪架中心與機(jī)床床身對(duì)稱(chēng)線相距 02310llm??圖 3－2 磨床縱向尺寸2.橫向尺寸1）畫(huà)出橫向尺寸床身的 V 型導(dǎo)軌作為橫向尺寸的基準(zhǔn)，畫(huà)出床身的平面導(dǎo)軌作為高度尺寸的基準(zhǔn)線，根據(jù)確定的工作臺(tái)參數(shù)，導(dǎo)軌參數(shù) B1’，B2’中心畫(huà)出左視圖2）確定上，下工作臺(tái)厚度和寬度（1）厚度：用類(lèi)比法上工作臺(tái) 中心　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－1）　??20.5~.'hl?下工作臺(tái) 中心 （3－2）14' 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè)為工作臺(tái)導(dǎo)軌的中心距，工作臺(tái)導(dǎo)軌選用 80 75 250'l ?取 =0.3 250=75mm1'h?=0.38 250=95mm2'（2）寬度（3－3）45'BlB??工 作 臺(tái)????1/2~301/27508m????∵ ∴ 46?4????71/' /6B??∵ 　 ∴57570Bm?2039工 作 臺(tái)3）確定頭，尾架頂尖中心位置頂尖中心安排在 V 型導(dǎo)軌的中心線上，這樣有利于磨削最小直徑工件的，砂輪架趨近于工作臺(tái)不致相碰。缺點(diǎn)是使導(dǎo)軌的承載壓力較大，故常適當(dāng)加寬 V 型導(dǎo)軌的寬度。4）確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度 H1左右 [1]10~H?根據(jù)工人身高，經(jīng)驗(yàn)。類(lèi)比取 1095Hm???212/73.6hCOS???5）工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心位置 B9?9/'/*501Bl??6）確定機(jī)床總高 H2h?頭 架 測(cè) 量 儀739.610463.55m?所以 H 取 2000mm。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè)3.3.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)（1）砂輪架導(dǎo)軌（V—平導(dǎo)軌） 100 90 400[1]?考慮到砂輪的大小及重量與砂輪架的穩(wěn)定性，取 L`中心=500mm ，從而可定出砂輪架的寬度約為600mm，導(dǎo)軌為 0.15MPa 的卸荷導(dǎo)軌。圖 3－3 砂輪架的導(dǎo)軌（2）砂輪架橫向行程長(zhǎng)度 l橫??0.1~2lss???橫 絲 桿 快 速 快 速（3－4）式中 為砂輪架快速進(jìn)退的行程，一般取 。此處取 。s快 速 60~15m1（3－5）????max/2//2/DD????砂 砂 in絲 桿 工 件 工 件 min?750350安全系數(shù)取 0.1 足夠（ 取 373）2501.372.1l????橫 l橫（3）砂輪架高度和長(zhǎng)度砂輪架箱體導(dǎo)軌的高度 h3，砂輪底板滑臺(tái)高度 h4，砂輪中心距砂輪底面高度 h5，與后床身頂面至平 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè)導(dǎo)軌的高度 h0，為避免上，下工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)與箱體相碰，安裝在后床身上的墊板頂面需低于上下工作臺(tái)的頂面，同時(shí)考慮橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)穿過(guò)床身的位置等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)① 取610~5hm?6130h?②砂輪架中心距后床身頂面 712697485Hm????③砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動(dòng)絲桿取 40hm?④后床身進(jìn)給導(dǎo)軌內(nèi)裝絲桿取 3195734h??820175?圖 3－4 砂輪架的高度和寬度⑤砂輪架底板長(zhǎng)度 ：9l9l??1.5~2?中 心*07? 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè)∴ 取 =900mm9l⑥砂輪架導(dǎo)軌長(zhǎng)度 ??10950~8ll??橫 37m?∴取 1035l（4）砂輪架主軸電機(jī)的選擇①用類(lèi)比法，砂輪架主軸電機(jī)的功率取 15kw；②計(jì)算法 （3－6）N??切電 空取??*23.8.5~.ZPV?砂15KW?電3.3.6 頭架相關(guān)尺寸的確定①長(zhǎng)，寬，高：440 400 411mm[1]?②主軸錐孔：莫氏 5#錐孔③中心高： （3－7）max/2HDK????30~35189通過(guò)以上計(jì)算頭架中心高取 180mm ④主軸轉(zhuǎn)速 （3－8）??/0~6*045~2./IVVms??砂取 4ImsI716/in3axr?min20IV??⑤交流伺服電機(jī)選擇用類(lèi)比法，交流伺服電機(jī)選擇 IFT5076-DA(D1 18N-M)電機(jī) 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè)砂輪磨削工件需要的功率（3－9）??max150*324./ZFrNms??工 件最 大 磨 削 力交流伺服電機(jī)通過(guò) 20/38 的雙楔齒輪帶傳遞給工件，即∴合格4183/20./NNsl??實(shí)⑥主軸不旋轉(zhuǎn)，主軸靠撥盤(pán)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)3.3.7 尾架相關(guān)尺寸的確定①5#莫氏錐孔②中心高 180mm，臺(tái)面傾斜 10°③直線滾動(dòng)導(dǎo)軌④液壓油缸，頂緊力 12~5kg3.3.8 工作臺(tái)要求上，下臺(tái)面便于調(diào)整頭尾架，便于安裝滾珠螺母。傾斜 10°以便于頭尾架定位，冷卻液回流；及使頭尾架不等高時(shí)修刮側(cè)面3.3.9 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)交流伺服電機(jī)----聯(lián)軸器----滾珠絲桿---- 砂輪架壓力卸荷導(dǎo)軌 壓力油 0.15Mpa 卸去 壓力60%~75V—平導(dǎo)軌 10*95砂輪架行程 37lm?橫3.3.10 砂輪修整器伺服電機(jī)--- 絲桿 ---修整器直線滾動(dòng)導(dǎo)軌主軸直徑 D=50mm，采用液體動(dòng)壓軸承 (16r/min 6.3Mpa)修整速度= ??1/3~5V砂修整器直徑 故702?1~9/ms?線 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè)修整器行程為 160mm3.3.11 液壓系統(tǒng)①修整器；②尾架；③量?jī)x（兩個(gè)） ；④潤(rùn)滑油；⑤床身導(dǎo)軌；⑥砂輪架卸荷導(dǎo)軌；⑦絲桿；⑧直線滾動(dòng)導(dǎo)軌；⑨間歇3.3.12 電氣部分SIMENS 810G 控制五坐標(biāo)軸 砂輪架主軸3.3.13 機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)①靜壓供油系統(tǒng) 壓力繼電器 壓差發(fā)訊器 液壓控制器 電路延時(shí)②尾架伸縮油缸靜壓供油系統(tǒng)：設(shè)置自動(dòng)循環(huán)電路，可手動(dòng)，也可用于腳踏。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于互鎖裝置，使起無(wú)效。③油箱液壓控制④數(shù)控系統(tǒng)（在各坐標(biāo)軸）自診斷與保護(hù)功能如：電池電壓低 程序錯(cuò)誤⑤各坐標(biāo)軸由行程開(kāi)關(guān)控制最大位移量⑥安全防護(hù)罩（砂輪罩，機(jī)床前罩）全封閉式⑦導(dǎo)軌面保護(hù)Ⅰ 工作臺(tái)導(dǎo)軌：不銹鋼可伸縮防護(hù)罩Ⅱ 砂輪架導(dǎo)軌：㈠前部：翻板式護(hù)罩+橡皮（防水） ；㈡后罩：鋼罩。Ⅲ 修整器導(dǎo)軌：折疊式 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè)第 4 章 部件設(shè)計(jì)（砂輪架）4.1 砂輪架設(shè)計(jì)的基本要求砂輪架是磨床上用來(lái)帶動(dòng)砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動(dòng)部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的主要組成部分，因此對(duì)砂輪架設(shè)計(jì)提出的基本要求也是針對(duì)主軸軸承部分的。砂輪架設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)基本要求 [1]：1.主軸旋轉(zhuǎn)精度高，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定；2.主軸軸承系統(tǒng)剛性好；3.振動(dòng)小，發(fā)熱低，不漏油；4.裝配制造簡(jiǎn)單，調(diào)整維修方便。4.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施1.砂輪架旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端的徑向跳動(dòng)和軸向躥動(dòng)大小，它直接影響工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面外圓磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳動(dòng)允許誤差取 5μm~~10μm。2.提高主軸旋轉(zhuǎn)精度的措施（1）選擇合適的主軸軸承：動(dòng)靜壓軸承；（2）提高主軸的加工精度；（3）正確選擇主軸軸向止推方式：液體靜壓推力軸承。4.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性主軸軸承系統(tǒng)的剛性是指在磨削力或傳動(dòng)力作用下，主軸軸承抵抗變形的能力。通常以主軸前端的撓度來(lái)度量。過(guò)低的剛性會(huì)降低磨削生產(chǎn)率、加工精度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋線缺陷。4.4 砂輪架主軸初步設(shè)計(jì)1. 砂輪架主軸的強(qiáng)度校核進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對(duì)砂輪架主軸來(lái)說(shuō)，由于采用了卸荷皮帶輪裝置，砂輪架主軸主要承受扭矩，應(yīng)該按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，且在選取許用應(yīng)力時(shí)應(yīng)該選取較小值。砂輪架主軸材料采用 42MnVB，并進(jìn)行淬火，故選取許用 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè)應(yīng)力為 40MP。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為（4－1）??639.5102PnTTWd?????——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為 MP）T?—— 軸所受扭矩（單位為 ）Nm:—— 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為 ）TW3—— 軸傳遞的功率（單位為 KW）p—— 軸的轉(zhuǎn)速（單位為 r/mm）n—— 計(jì)算界面處的直徑（單位為 mm）d—— 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為 r/mm）[]T?由上式可得軸的直徑為（4－2）6339.5102[]TPdn???:633.040mm1.2?由上述計(jì)算可以得知砂輪架最小直徑為 31.02mm，考慮到砂輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為60mm。砂輪架主軸的尺寸如圖 4－1 所示。圖 4－1 砂輪架主軸尺寸示意圖4.5 主軸剛度校核1.當(dāng)量直徑 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè)因?yàn)槭请A梯軸，所以用當(dāng)量直徑法作近似計(jì)算當(dāng)量直徑為：（4－3）41vniLdl??L=140+640+20+32+10=932mm444932061018vd?= 89.36mm2.允許撓度允許撓度[y]=0.0002L To，于是回路中總的熱電勢(shì)包含兩個(gè)拍爾帖電勢(shì)和兩個(gè)湯姆遜電勢(shì)。中間導(dǎo)體定律：由導(dǎo)體 A 和 B 組成的熱電偶，當(dāng)接入第三導(dǎo)體 C 后（如圖 2－1（b）所示） ，若保持C 的兩端溫度相同(To) ，回路的總電勢(shì)不變。2．熱電偶均質(zhì)導(dǎo)體定律 [7]由一種均勻?qū)w組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面和長(zhǎng)度如何，以及各處的溫都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 46 頁(yè)(a) (b)圖 2－1 熱電偶均質(zhì)導(dǎo)體定律2．均質(zhì)導(dǎo)體定律引出的結(jié)論如果熱電偶兩電極材料相同，則兩端溫度不同，但總輸出電勢(shì)仍為零。因此，必須由兩種不同的材料才能構(gòu)成熱電偶。第 3 章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和具體步驟測(cè)量工件的平均溫度可以，利用埋裝在工件內(nèi)部的若干標(biāo)準(zhǔn)熱電偶測(cè)得，也可以用溫涂料測(cè)試工件內(nèi)部的溫度。最近出現(xiàn)了用紅外光導(dǎo)纖維測(cè)量磨削溫度方面的研究，并且已經(jīng)取得了一定的成果和突破，但是熱電偶測(cè)溫法仍然是能夠進(jìn)入磨削區(qū)直接測(cè)量的唯一有效的方法 [8]。3.1 熱電偶的標(biāo)定在實(shí)際應(yīng)用中，如果保持自由端溫度 T。不變，就可以根據(jù)熱電勢(shì) E 來(lái)確定熱端溫度 T 配大小，這就是熱電偶測(cè)溫的工作原理 [9]。熱電偶標(biāo)定指的是確定熱電偶的熱電特性。熱電偶種類(lèi)很多，常用的不下幾十種，不同材料組成的熱電偶其測(cè)溫范圍、適用條件、靈敏度等也不同，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)有所選擇。已被國(guó)際上公認(rèn)的性能優(yōu)良的和用量最大的熱電偶有：鉑銠-鉑熱電偶（ 分度號(hào)） 、鉑銠-鉑銠熱電偶（ 分度號(hào)） 、鎳鉻- 鎳硅熱電偶（ 分度號(hào)） 、銅 -康銅熱電偶（ 分度號(hào)）和鎳鉻- 康銅熱電偶（ 分度號(hào)） 。根據(jù)本研究的測(cè)試要求，本測(cè)試中采用的測(cè)溫元件是的鎳鉻- 鎳硅熱電偶。鎳鉻-鎳硅熱電偶是一種堿金屬熱電偶，金屬絲直徑范圍較大，工業(yè)應(yīng)用一般為 0.5-3mm。實(shí)驗(yàn)研究使用時(shí)，根據(jù)需要可以拉延至更細(xì)的直徑。這種熱電偶的特點(diǎn)是價(jià)格低廉、靈敏度高、復(fù)現(xiàn)性好、高溫下抗氧化能力強(qiáng)，是工業(yè)中和實(shí)驗(yàn)室里大量采用的一種熱電偶。但在還原性介質(zhì)或硫化物氣氛中易被侵 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 47 頁(yè)蝕。鎳鉻-鎳硅熱電偶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下表 3 所示。表 3－1 鎳鉻-鎳硅熱電偶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3.1.1 試驗(yàn)?zāi)康臏囟葮?biāo)定指的是確定熱電偶的熱電特性，也就是確定熱電偶結(jié)的溫度-電勢(shì)曲線。此項(xiàng)試驗(yàn)是我們即將開(kāi)展的陶瓷材料的高效深磨溫度測(cè)試的一個(gè)組成部分。我們準(zhǔn)備對(duì)高效深磨試驗(yàn)中用到的鎳鉻-鎳硅絲進(jìn)行標(biāo)定，以得到這種材料的第一手資料，為以后的試驗(yàn)奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3.1.2 實(shí)驗(yàn)方法及裝置1、溫度標(biāo)定方法簡(jiǎn)圖溫度標(biāo)定的方法的簡(jiǎn)圖如下：管式電爐的爐溫可調(diào)。爐溫可調(diào)，與在該爐溫下測(cè)得的標(biāo)定熱電偶的熱電勢(shì)相對(duì)應(yīng)就可以畫(huà)出待標(biāo)定熱電偶的熱電特性曲線。熱電偶標(biāo)定裝置如下圖所示： 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 48 頁(yè)圖 3－1 熱電偶標(biāo)定裝置2、所用到的實(shí)驗(yàn)裝置①臥式管形電爐 型號(hào)：SRLK-2-9 ， 功率：2kw②DWK 精密溫度自動(dòng)控制裝置最大輸出功率：10kw 控制精度： 1250℃±0.5℃③UJ37 型電位差計(jì)測(cè)量范圍：-1~0~103 毫伏，準(zhǔn)確度級(jí)別 0.1 級(jí)使用溫度范圍：5~45℃④標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：鉑鐒-鉑分度號(hào)：LB3， 測(cè)溫范圍-20℃-1600℃ 新分度號(hào)為 S等級(jí)：二級(jí)⑤被測(cè)熱電偶：鎳鉻-鎳硅（直徑 0.28mm）分度號(hào)：EU2， 測(cè)溫范圍-50℃~1300℃ 新分度號(hào)為 K3.1.3 試驗(yàn)步驟①將試驗(yàn)設(shè)備各電路連線按設(shè)備說(shuō)明書(shū)的要求聯(lián)結(jié)；②將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被測(cè)熱電偶扎好一起放入臥式管形電爐中；③接通電源；④將 DWK 精密溫度自動(dòng)控制裝置調(diào)到一定數(shù)值；⑤測(cè)出檢定爐溫下被測(cè)熱電偶的熱電勢(shì)值，記錄數(shù)據(jù)；⑥按照標(biāo)定方案中的數(shù)據(jù)重復(fù)④和⑤；⑦切斷各設(shè)備電源，拆卸聯(lián)結(jié)線。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 49 頁(yè)3.1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及總結(jié)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如下表所示：表 3－1 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)上面表格中“—”前的數(shù)據(jù)為測(cè)得的兩種熱電偶的電勢(shì)值， “—”后的數(shù)據(jù)為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分度表格插值得到的相應(yīng)的溫度值。利用 MATLAB 繪出相應(yīng)的電勢(shì)—溫度曲線如下所示。在上述 4 個(gè)圖像中，其中圖 3－2 為鉑鐒-鉑的電勢(shì)—溫度曲線；圖 3－3 為鎳鉻- 鎳硅的電勢(shì)—溫度曲線；圖 3－4 和圖 3－5 為將鉑鐒-鉑和鎳鉻- 鎳硅的兩曲線匯在一幅圖上，其中圖 3－4 采用圖 1 的橫坐標(biāo)，圖 3－5 采用圖 2 的橫坐標(biāo)。從兩條曲線的比較中可以看出，這兩種熱電偶存在一定誤差，基本上是在系統(tǒng)誤差的基礎(chǔ)上又有一定的隨機(jī)誤差。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 50 頁(yè)圖 3－2 鉑鐒-鉑的電勢(shì)—溫度曲線圖 3－3 鎳鉻-鎳硅的電勢(shì)—溫度曲線圖 3－4 鉑鐒-鉑和鎳鉻- 鎳硅兩曲線比較圖（1） 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 51 頁(yè)圖 3－5 鉑鐒-鉑和鎳鉻- 鎳硅兩曲線比較圖（2）3.1.5 熱電勢(shì)系數(shù)制作的熱電偶進(jìn)行標(biāo)定后，即用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出熱電勢(shì)系數(shù)后， 0()ET???在實(shí)際應(yīng)用熱電偶時(shí)，只需測(cè)得某時(shí)刻的熱電勢(shì) E，便可得知此刻測(cè)點(diǎn)處的溫度 0/?3.2 試件的制作試件的結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖 3－6 試件的結(jié)構(gòu)示意圖為了將熱電偶埋入工件，需要將工件分割成兩部分，且在其中一部分上開(kāi)工藝槽，留出熱電偶絲的 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 52 頁(yè)空隙。由于試件的材料為 42Cr，是金屬導(dǎo)體，為了保持熱電偶的兩極，即鎳鉻絲和鎳硅絲絕緣（否則不能產(chǎn)生電勢(shì)差，沒(méi)有信號(hào)） ，試件需要用三片云母片分別夾在工件與鎳鉻絲、鎳鉻絲與鎳硅絲和鎳硅絲與工件之間，如圖所示。其中云母片厚度不大于 0.02mm，鎳鋁-鎳鉻絲的直徑都為 0.15mm，長(zhǎng)度初定 3m（其中 1m 用于標(biāo)定），端部展平即為箔片，厚度不大于 0.035mm，粘結(jié)劑采用環(huán)氧樹(shù)脂。3.3 砂輪磨削區(qū)溫度的測(cè)量砂輪磨削溫度指的是砂輪磨削時(shí)砂輪與工件接觸弧面上的溫度,從工件一方看，就相當(dāng)于工件磨削面上的溫度，它在本質(zhì)上應(yīng)該是離散分布在接觸弧面上的磨粒磨削點(diǎn)溫度在試件材料本身的傳導(dǎo)均熱作用下所反映出來(lái)的一種集合平均溫度.砂輪磨削溫度與燒傷、裂紋等磨削缺陷密切相關(guān)。目前測(cè)量砂輪磨削區(qū)域溫度用得最為普遍的試所謂的分塊試件夾絲的半人工熱電偶測(cè)量方案，本次試驗(yàn)也采用此發(fā)案。砂輪磨削區(qū)溫度測(cè)量的裝置如圖 3－7 所示。圖 3－7 砂輪磨削區(qū)溫度測(cè)量的裝置 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 53 頁(yè)參考文獻(xiàn)[1] 蘭雄侯，王繼先，高航磨削溫度理論研究的現(xiàn)狀與進(jìn)展[A]，沈陽(yáng)：東北大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院.[2] 徐鴻鈞，磨削溫度的測(cè)量技術(shù)磨料磨具與磨削，1986 .[3] 王霖、秦勇等，磨削溫度場(chǎng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，濟(jì)南：山東大學(xué)，2001.[4] 徐鴻鈞，高航，磨削溫度的測(cè)量技術(shù)，徐鴻鈞，高航，沈陽(yáng)：東北大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院.[5] 田志勛，徐明信，崔云惠，隋金福.熱電現(xiàn)象與熱電偶理論，金屬熱處理， 1994 年第 6 期.[6] 錢(qián)立宗，熱電偶及應(yīng)用[J] ，安慶師院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1995 年 8 月.[7] 袁希光，傳感器技術(shù)手冊(cè).國(guó)防工業(yè)出版社，1986 年 12 月.[8] 王西彬，任敬心，磨削溫度及熱電偶測(cè)量的動(dòng)態(tài)分析[J] ，中國(guó)機(jī)械工程，1997 年第 8 卷第 6 期.[9] 崔亦飛，曹云乾，簡(jiǎn)易熱電偶制作原理與標(biāo)定[J] ，儀器儀表學(xué)報(bào)， 1994 年 5 月第 15 卷第 2 期.[10 ] 黃澤銑等，熱電偶原理及其檢定.[11 ] 陳守仁主編，工程檢測(cè)技術(shù)（下冊(cè)） ，北京：中央電視大學(xué)出版社， 1984.[12 ] 任敬心，華定安，磨削原理，西安：西北工業(yè)大學(xué)，2000.[13] 王西彬，師漢民，任敬心，結(jié)構(gòu)陶瓷的磨削溫度，西安：西北工業(yè)大學(xué)，2002. 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 54 頁(yè)附錄 B 英文翻譯在高速磨削中冷卻液速度的分析與實(shí)驗(yàn)研究K.Ramesh， H.Huang， L.Yin（制造技術(shù) SIMTeach 研究所，新加坡，638075）摘 要在高速磨削中，必須使用以水為主的冷卻液，以避免熱燒傷，形成更好的工件表面質(zhì)量，提高磨削效率。但是，由于在冷卻液中加入了有毒害作用的化學(xué)物質(zhì)，從而引起了環(huán)境問(wèn)題。政府規(guī)定，使用和處理冷卻液必須嚴(yán)格遵守相關(guān)法律規(guī)定，但這些費(fèi)用占到了全部加工成本的 7－17％。本文闡述了冷卻液流量的最小化以及延長(zhǎng)冷卻液的再循環(huán)時(shí)間等問(wèn)題，通過(guò)計(jì)量冷卻液（MQC）噴嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻液流量的控制，提供磨削區(qū)域所需要的冷卻液。研究表明，冷卻液速度對(duì)高速磨削性能有重大影響。當(dāng)△達(dá)不到一定的速度，冷卻液將無(wú)法進(jìn)入磨削區(qū)域。增大△可以減小噴嘴的開(kāi)放區(qū)域，減少冷卻液的使用量。通過(guò)減少冷卻液的再循環(huán)時(shí)間和提高△，對(duì)減少環(huán)境污染和降低加工成本都有重大意義。關(guān)鍵詞：高速磨削，冷卻液速度，冷卻液流量1、引言高速磨削需要消耗五到六倍于普通磨削所需的能量，因此，使用大量的冷卻液，以避免熱燒傷，獲得更好的表面質(zhì)量和更長(zhǎng)的刀具壽命已經(jīng)非常普遍 [1]。但是，在冷卻液中加入地有害化學(xué)物質(zhì)，給操作人員的身體健康帶來(lái)了危害。有數(shù)據(jù)表明，在一個(gè)工件的加工成本中，冷卻液潤(rùn)滑的費(fèi)用占到了7－17％。處理使用過(guò)的冷卻液需要焚燒，全球變暖就有一小部分源于此。因此需要制訂一個(gè)方案，以便于進(jìn)一步研究冷卻液流動(dòng)裝置。從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，綠色加工已經(jīng)有重大意義。綠色加工有以下兩種：1、干切削；2、通過(guò)優(yōu)化和噴嘴設(shè)計(jì)，高效利用冷卻液并延長(zhǎng)其使用時(shí)間。本文闡述冷卻液流量的最小化以及相關(guān)的磨削特性。2、分析砂輪與工件之間的相互作用產(chǎn)生熱，這是由摩擦和表面的塑性變化導(dǎo)致的，熱量分別傳給了工件、磨屑、冷卻液和砂輪等(如圖 1 所示) 。以前的模型測(cè)量實(shí)際的磨削上升溫度和冷卻效果，強(qiáng)調(diào)冷卻液后的物理特性。由此可以得知，冷卻液的作用是帶走高速磨削后產(chǎn)生的熱。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 55 頁(yè)砂輪是由很薄的磨料層（由不規(guī)則形狀的磨料粘結(jié)而成）一層層組成，砂輪高速旋轉(zhuǎn)與緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的工件表面接觸。下列的一些假設(shè)用來(lái)建立冷卻液速度和它的散熱特性之間的關(guān)系：§ 液體流動(dòng)速度為液體的平均速度；§ 砂輪已進(jìn)行充分?jǐn)D壓，各粗砂粒之間的間隙相同；§ 所有的流動(dòng)都發(fā)生在砂輪寬度以?xún)?nèi)，砂輪兩邊沒(méi)有；§ 對(duì)流是熱傳遞的主要形式§ 這個(gè)問(wèn)題被認(rèn)為是強(qiáng)迫對(duì)流。在這種情況下，熱傳遞的效率取決于經(jīng)驗(yàn)和對(duì)流類(lèi)型。對(duì)流類(lèi)型可以通過(guò)方程（1）計(jì)算雷諾系數(shù)來(lái)估計(jì)。（1）Recvl???其中 是冷卻液密度（998.2Kg/ms ） ， 是冷卻液速度（3.6——16.91m/s ） ， 是接觸長(zhǎng)度， 是粘性系?c cl?數(shù)。在方程（1）中計(jì)算得到的雷諾系數(shù)表明了冷卻液的流動(dòng)類(lèi)型。雷諾系數(shù)介于 16030.9 和 73719 之間，當(dāng)雷諾系數(shù)小于 時(shí)，冷卻液為紊流，熱傳遞效率可由強(qiáng)迫對(duì)流的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出：510?（2）1/2/3.64RePrNu??其中 為努塞爾系數(shù)， 為雷諾系數(shù)， 為普朗特系數(shù)，還可以進(jìn)一步定義為：Nu； ； （3） chlkecvl??rpCk?其中 k 為冷卻液的熱傳導(dǎo)率（ W/m.k） ，Cp 為比定壓熱容。結(jié)合方程（1）和（2） ，可得到對(duì)46.031??流效率為：（4）.759cvhl?h 為對(duì)流效率（ ） ，Vc 為冷卻液速度（ ） 。2/kwmK/ms公式（4）表明，在任何磨削條件下，冷卻液速度直接影響到冷卻液的散熱特性。因此設(shè)計(jì)了一套裝備，它可以使冷卻液速度發(fā)生變化。這個(gè)設(shè)計(jì)包括一個(gè)測(cè)流計(jì)噴嘴，冷卻液從此噴嘴進(jìn)入磨削區(qū)域，流動(dòng)特性取決于冷卻液速度，例如圖 2 所示的冷卻液噴嘴。伯努力方程用來(lái)計(jì)算冷卻液的速度。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 56 頁(yè)（5）221vp???其中 是冷卻液的流出速度， 是冷卻液的流入速度。P1 為噴嘴入口處的壓力，p2 為噴嘴出口處的壓2V1V力。雷諾系數(shù)可以確定冷卻液的流動(dòng)是否為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。方程（5）利用連續(xù)方程（ ）可以改寫(xiě)12va?為 ：（6）1/2122()[]/pva???這個(gè)方程表明，出口和入口處的壓力比對(duì)調(diào)整冷卻液的速度有非常重要的意義。3、冷卻液供給方法普通的冷卻液裝置在磨削區(qū)域供給大量的冷卻液，而計(jì)量噴嘴與其不同。如圖 3 所示，這個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)流量計(jì)、一個(gè)壓力計(jì)和一個(gè)可以調(diào)節(jié)的噴嘴，構(gòu)成的這個(gè)系統(tǒng)中有三個(gè)不同的噴嘴，它們的橫截面積為 15.14——50.2 。噴嘴的特性（如流量、壓力和速度）如表 1 所示。圖 4 為噴嘴裝置的圖片，包2m括流量計(jì)、壓力計(jì)和砂輪架等。4、實(shí)驗(yàn)條件每一個(gè)噴嘴都在事先確定的實(shí)驗(yàn)條件下，在 SS304 上進(jìn)行一系列的磨削測(cè)試，冷卻液的速度和壓力都要調(diào)節(jié)到磨削測(cè)試實(shí)驗(yàn)要求達(dá)到的數(shù)據(jù)。在這個(gè)過(guò)程中，法向力 和切向力 可以用 926SB 測(cè)得，以nFt便計(jì)算法向力和切向力之比、變化的能量 Q 和磨削能量 E。在磨削過(guò)程中，能量 Q 可以用方程（7）來(lái)表示：Power—flux（Q）＝ （7）[1/]tFVbDv??[1/]tVbv??其中 是切向力（單位為 N） ，V 是砂輪的線速度（單位為 m/s） ，v 是工作臺(tái)移動(dòng)的速度（單位為 m/s） ，tFb 為砂輪寬度（單位為 mm） ，D 為砂輪直徑（單位為 mm） ，Δ 是磨削深度（單位為 mm） 。方程（7）表明，增加砂輪線速度和切向力可以增大能量 Q，但增加接觸面積，則會(huì)減小能量 Q。切削能量就是切削能減去滑行所需的能量剩下的能量?？梢杂梅匠蹋?）表示: 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 57 頁(yè)（8）2ftEV?:其中 V 是砂輪線速度，v 是工作臺(tái)移動(dòng)的速度， Δ 是切削深度， f 是砂輪在切削方向的磨削力。以標(biāo)準(zhǔn)的樣品為參照，用電子掃描顯微鏡（放大倍數(shù)為 1000 和 500）來(lái)測(cè)量工件，以分析磨削后的工件表面質(zhì)量。用光學(xué)干涉測(cè)面儀拍出來(lái)表面的 3D 顯微圖像，來(lái)分析冷卻液速度對(duì)工件表面質(zhì)量的影響。表 2 列出了實(shí)驗(yàn)的磨削條件。5、結(jié)論與探討5.1、力之比砂輪工作表面之間的摩擦和工件磨削區(qū)域內(nèi)的原子層之間的摩擦生成熱，這種趨勢(shì)可以從切向力和法向力之比中看出來(lái)。圖 5 顯示了切向力和法向力之比的趨勢(shì)。這是在 SS304 上，以不同的橫截面積的噴嘴和砂輪線速度測(cè)得的。當(dāng)砂輪線速度為 42m/s 時(shí)，被測(cè)試的噴嘴橫截面積為 15.14——50.25 力之比分別從 0.44 減小到2m0.26、從 0.44 到 0.38 和 0.52 到 0.40，冷卻液速度分別從 3.5m/s 增加到 7m/s、從 4m/s 增加到 11 m/s 和從10.5 m/s 增加到 16 m/s，在相同的磨削條件下（冷卻液速度相同，但砂輪線速度為 104 m/s 時(shí)） ，力之比分別從 0.24 減小到 0.16、從 0.38 減小到 0.24 和從 0.24 減小到 0.20。這些結(jié)果表明，冷卻液的速度越高，冷卻液穿入磨削區(qū)域的深度越深，從而增強(qiáng)潤(rùn)滑作用，減小砂輪和工件之間的摩擦。在研磨工件的時(shí)候，摩擦使工件首先發(fā)生彈性變形，然后才是塑性變形和材料滑移。據(jù)預(yù)測(cè)，碎屑的成形過(guò)程取決于砂輪和工件的相互作用，如塑性變形或材料滑移等。因此為了更加詳細(xì)了解冷卻液速度的作用，還需要做更多的實(shí)驗(yàn)。5.2、變化的能量圖 6 所示為在確定的實(shí)驗(yàn)條件下（見(jiàn)表 2） ，能量與冷卻液之間的關(guān)系。能量可以利用方程（7）計(jì)算得到。很明顯，當(dāng)冷卻液速度分別從 3.5 增加到 8m/s、從 4 增加到 10.5m./s 和從 11.5 增加到 13.5m/s 時(shí)，能量流的數(shù)值分別從 28 減小到 22W/ ，從 38 減小到 28W/ 和從 32 減小到 22 W/ ，這種減2m2m2m小的趨勢(shì)描敘了在不同的冷卻液速度下，能量的變化情況。同樣還可以分析出，對(duì)流效率 h 的作用，在圖 6 中還繪制了對(duì)流效率 h 從 22 增加到 46km/ 時(shí)的2圖像。增加冷卻液速度可以增加更多未使用的冷卻液。從而帶走更多的熱量，避免減少能量流的趨勢(shì)。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 58 頁(yè)5.3、磨削能量圖 7 所示為 SS304 在不同的冷卻液速度下所消耗的磨削能量。在低速時(shí)，能量消耗非常小，但是，當(dāng)分別使用橫截面積為 50.26、28.56 和 15.14 時(shí)，隨著冷卻液速度的增量趨近于一個(gè)最小值，大約分2m別為 10、15 和 13J/ 。當(dāng)冷卻液速度很低時(shí)，磨削能量反而很大，這種現(xiàn)象于碎屑成形模型不同。這2m表明，只有一部分磨削能量和碎屑成形有關(guān)，因此必須用另一機(jī)械裝置來(lái)計(jì)算剩余的能量。另一種與磨削過(guò)程有關(guān)的機(jī)械裝置產(chǎn)生耕犁現(xiàn)象。耕犁的能量以工件材料的變形來(lái)計(jì)算，而不把去除材料的能量計(jì)算在內(nèi)。因此可以這樣理解，當(dāng)冷卻液速度較低時(shí)，存在耕犁現(xiàn)象的原因是，砂輪工作表面之間的摩擦和工件磨削區(qū)域內(nèi)的原子層之間的摩擦十分嚴(yán)重，而當(dāng)冷卻液速度很高時(shí)，耕犁作用所需的能量趨近于零，最小的切削能量對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的碎屑成形所需的能量（這個(gè)能量被認(rèn)為是一個(gè)常量） ，因此，所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中這一部分能量，即當(dāng)冷卻液速度為 9.5——15.5 m/s 時(shí)，碎屑成形所需的能量為 10——13 J/。這就說(shuō)明當(dāng)冷卻液速度較高時(shí)，耕犁作用比較小，切削作用占主要方面，這正是冷卻液速度較高2m的一個(gè)好處。研究表明，當(dāng)冷卻液速度教低時(shí)，會(huì)有大量的耕犁和材料向邊上流動(dòng)的現(xiàn)象。5.4、表面特性過(guò)去的研究表明，使用大量的冷卻液可以使材料發(fā)生塑性流動(dòng)，它們以耕犁作用產(chǎn)生的溝槽和條痕為主要特征。圖 8 為使用以水為主的冷卻液，在不同的冷卻液速度下得到的工件微結(jié)構(gòu)圖像。在砂輪速度較高和較低的情況下，冷卻液速度為 3.5 m/s 時(shí)，樣品表面生成的耕犁溝槽較少，如圖 8（A）和（D） 。圖 8（C ）和（F ）所示為 SS304 在冷卻液速度為 16m/s 是時(shí)的圖像。從圖像上可以看到有很多的耕犁溝槽和條痕，也可以從中得知，當(dāng)冷卻液速度為 3.5m/s 時(shí)，樣品表面有大量的材料粘貼，這是由于過(guò)量的熱損傷生成大量的熱來(lái)不及散去導(dǎo)致的，還有大量的材料扭斷帶，它們呈白色的條狀。在以前的研究中，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為剪斷帶，這個(gè)結(jié)果還可以進(jìn)一步驗(yàn)證樣品的硬度。5.5、硬度SS304 的標(biāo)注表面受熱灼傷，試件的硬度特性與其相同 [13]。如圖 9 所示的微觀圖，當(dāng) Vc 為42m/s， △從 3.5 增加到了 7m/s，從 4 增加到 9.5m/s，從 10.5 增加到 15.5m/s 時(shí)，表面硬度分別從 400 減少到 330HV，從 360 減少到 330HV，從 370 減少到 340HV，當(dāng)砂輪速度 Vc 為 104m/s 時(shí)，也有類(lèi)似硬度降低的趨勢(shì)發(fā)生，這進(jìn)一步證實(shí)了△的重大意義。當(dāng)然，它也表明，微觀下所有試件的硬度值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所能接受的硬度值（200HV） ，這是源于磨削熱和機(jī)械拉力。結(jié)果表明，增加 △可以減少熱灼傷，因此 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 59 頁(yè)在微觀下得到的硬度較低。5.6、表面粗糙度工件表面是由占主導(dǎo)地位的熱或機(jī)械拉力，或兩者同時(shí)使工件生成具有一定粗糙度值的表面。圖 10所示為在已知磨削條件下的表面粗糙度圖。在所測(cè)得的磨削實(shí)驗(yàn)中，據(jù)觀察，隨著△的增加，表面粗糙度下降。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，當(dāng)△從 3.5 增加到了 8m/s，從 4 增加到 11m/s，從 7 增加到 15.5m/s 時(shí)，表面粗糙度值分別從 1.2 減小到 0.6um，從 1.2 減小到 0.55um，從 1.2 減小到 0.56um，這是因?yàn)檩^高的△帶來(lái)了更好的潤(rùn)滑作用合散熱條件。5.7、冷卻液的流動(dòng)速度在試驗(yàn)范圍內(nèi)，△在控制 SS304 的磨削性能中起到非常重要的作用使用橫截面積為 15.14－50.26之間的噴嘴，并使用流量控制閥，使△在 3.5 到 16m/s 之間變動(dòng)。2m△通過(guò)以下兩種方法增加：（1）減小噴嘴的橫截面積；（2）通過(guò)控制流量閥。使用具有獨(dú)特橫截面積的噴嘴可以增加△。從另一方面來(lái)說(shuō)，減小橫截面積，可以增大△?！骱土鲃?dòng)速度的范圍如表 3 所示。為了既不破壞環(huán)境，又增加冷卻效率，減小冷卻液流動(dòng)速度和增大△是十分必要的，這樣可以延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間，增強(qiáng)滲透效果。表 4 總結(jié)了各種冷卻液流動(dòng)速度的情況。當(dāng)△較高，而冷卻液流動(dòng)速度較低時(shí)，各種磨削性能，如Fe/Fn 之比，能量流 Q 和表面質(zhì)量都較差。當(dāng)流動(dòng)速度在 18－20lpm 之間時(shí)，磨削性能的改善仍然很小，這表明在已定條件下，流動(dòng)速度對(duì)磨削性能的限制作用?！鲝?35 減小到 10m/s，導(dǎo)致最小限度從 24－26減小到 18－20lpm。這個(gè)結(jié)論是從 SS304 得出的，且磨削條件為冷卻液流動(dòng)速度為 18－20lpm?！鳛?0－11m/s ，且工件表明沒(méi)有缺陷。6、結(jié)論控制△對(duì)高效精密磨削有重大意義，試驗(yàn)表明最低滾動(dòng)速度的存在很明顯。它低于不使表面被破壞的流動(dòng)速度?！鞯目刂平档土诉@種最低限制。當(dāng)然，△增強(qiáng)了砂輪和工件之間的潤(rùn)滑效果，使力之比從0.56 減小到 0.38，能量流從 38 減小道 22w/ ，而且，表面粗糙度從 1 減小到 0.58um。這對(duì)降低加工2m成本和減少環(huán)境污染都用重大意義。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 60 頁(yè)感謝作者感謝 Mr.Sim mong，Chye Willson 和 Ms.Jeo Phaik Lvon 在此項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中提供了 測(cè)量?jī)x器和實(shí)驗(yàn)助手。這個(gè)項(xiàng)目得到了科學(xué)技術(shù)和研究基金會(huì)的支持。項(xiàng)目號(hào)：C01-P-067AR。參考文獻(xiàn)（略）