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多線砂輪復(fù)合自動修磨裝置
發(fā)布時間:2017-12-14 點擊數(shù):3464
1多線砂輪自動修磨原理


圖1為金剛石滾輪修整砂輪示意圖,金剛石滾輪須同時修整磨螺尖砂輪和磨螺溝砂輪(簡稱磨尖砂輪和磨溝砂輪)。SK723數(shù)控絲錐螺紋磨床具有多線砂輪復(fù)合自動修整裝置,此裝置對磨削砂輪的修型過程見圖2。磨削砂輪由磨溝砂輪和磨尖砂輪組成,對磨溝砂輪和磨尖砂輪的砂輪修整過程分為磨尖砂輪快進、磨尖砂輪工進、磨溝砂輪快進、磨溝砂輪工進和快退五個進程,其中磨溝砂輪和磨尖砂輪的中心距為25mm。磨尖快進階段,金剛石滾輪沿直線快速進給;磨尖工進階段,金剛石滾輪沿磨螺尖砂輪外輪廓線以工進速度進給;磨溝快進階段,金剛石滾輪快進至磨溝砂輪初始輪廓線位置;磨溝工進階段,金剛石滾輪沿磨螺溝砂輪輪廓線以工進速度進給;快退階段,砂輪磨削向下回退至砂輪零點,金剛石滾輪快速回到初始修整零位,并以此作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行下一次磨削。

相較于傳統(tǒng)的砂輪修型過程,SK723數(shù)控絲錐螺紋磨床配置精密的兩軸聯(lián)動平臺,通過數(shù)控系統(tǒng)對伺服電機的控制,編程實現(xiàn)多線砂輪的輪廓形狀修型,精密高速電主軸驅(qū)動金剛石滾輪對砂輪進行軌跡修整。由于絲錐規(guī)格不同以及兩支砂輪的磨損量不同,砂輪磨溝、磨尖以及修整的磨削初始位置不同,故砂輪的加工零位不同,砂輪外徑最低點始終位于絲錐外徑2mm處。



圖1 金剛石滾輪修整砂輪



圖2 多線砂輪復(fù)合自動修磨裝置修型過程


修整過程中,砂輪修整器處于修整器零位時,磨削砂輪向上運動至修整位置,砂輪在完成一支絲錐的磨溝、磨尖以及砂輪修整后回到砂輪零點(砂輪零點是磨削砂輪于機床X、Y、Z坐標系中的零點,且原點位置固定不變),并以此為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行下一次磨削。隨著砂輪磨削次數(shù)以及砂輪修整器對砂輪修銳次數(shù)的增加,砂輪直徑逐漸變小,此時必須對砂輪轉(zhuǎn)速進行適當補償,以實現(xiàn)工件的恒速切削(見圖3)。在磨削過程中,由于兩支砂輪的磨損量不同,砂輪每次向上運動的距離補償量以兩片砂輪磨損量最大值為準。在修整過程中,砂輪與修整盤的線速度需要保持一定的比值,取qd=0.4-0.7,防止因相對速度過高而加速金剛石滾輪的磨損,每次修整的實際修正量δ可調(diào)




圖3 工件、砂輪、金剛石滾輪修整盤相對位置



2多線砂輪復(fù)合自動修磨裝置設(shè)計


多線砂輪復(fù)合自動修磨裝置采用沿砂輪徑向進給的初始修整法,砂輪修整器的修整量補償法為定值補償法,在砂輪修整程序中補償量可調(diào)。基于沿砂輪徑向進給的修型程序,采用多次修型法完成多支新砂輪初始修型。如圖4所示,修型具體過程如下:將砂輪直徑由Dsj延伸至Djx;開始修型時,按照母線5完成第一次修型,退回到初始修整位置;沿砂輪徑向進給修整定值補償量δ,按照母線4完成第二次修型,退回到初始修整位置;如此類推,直到金剛石滾輪的運動路徑與砂輪母線1重合,即完成砂輪的初始修型。




圖4 沿砂輪徑向進給的初始修型過程



如圖5所示,在磨削砂輪上下方布置相互獨立的兩個自動修整裝置,以實現(xiàn)高精度砂輪修整以及精密的誤差補償。配置伺服電機及驅(qū)動、在工作軸及磨頭配備高分辨率光柵尺,實現(xiàn)閉環(huán)控制,實現(xiàn)砂輪在加工和修整過程中對即時產(chǎn)生的磨損量進行在線補償,提高了產(chǎn)品加工精度與效率。采用CNC數(shù)控系統(tǒng),實現(xiàn)補償量可調(diào)的砂輪徑向修形以及單支砂輪或多支砂輪修磨,極大地降低了人為誤差對修整過程的影響,操作簡單。但在對多線砂輪進行修磨時,必須使用容量、壓力與磨削時相同的冷卻液進行沖洗和冷卻。



圖5 多線砂輪復(fù)合自動修磨裝置結(jié)構(gòu)



3精度檢測及表面粗糙度預(yù)測模型檢驗


01

磨削精度檢測


試驗在SK723數(shù)控絲錐螺紋磨床進行,加工對象為M24絲錐。用TR220型粗糙度測量儀獲取螺溝表面粗糙度值,測量過程中控制變量數(shù)量,以測量點的三次測量值的平均值作為最終測量結(jié)果,以保證試驗準確性。為找出砂輪修整參數(shù)與表面粗糙度之間的具體關(guān)系,運用多元回歸方程進行分析,具體試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1  砂輪修整參數(shù)及粗糙度測量值





02

 建立表面粗糙度預(yù)測模型器




研究表面粗糙度的試驗方法通常有單因素法和多因素法。鑒于砂輪修整過程中修整工藝參數(shù)對表面粗糙度有不同程度的影響,采用多因素法建立表面粗糙度與修整工藝參數(shù)之間的正交回歸試驗方程,揭示各修整工藝參數(shù)間的相互影響。研究結(jié)果表明,表面粗糙度與修整工藝參數(shù)之間存在著復(fù)雜的指數(shù)關(guān)系,其通用形式可表示為

(1)

式中,C為決定磨削條件的修整系數(shù);b1、b2、b3為各修整工藝參數(shù)的指數(shù)。

對式(1)兩邊分別取對數(shù),得


采用矩陣形式代替式(4),即

式中,εi(i=1,2,3)為試驗隨機變量誤差。


應(yīng)用最小二乘法,結(jié)合Matlab軟件進行數(shù)據(jù)分析,解得表面粗糙度的預(yù)測模型        




01

表面粗糙度預(yù)測模型顯著性檢驗器



①回歸方程的顯著性檢驗

鑒于建立的砂輪修整粗糙度預(yù)測模型只是一種有試驗根據(jù)的假設(shè),為了判斷模型與實際加工情況的吻合程度,必須對建立的多元正交線性回歸方程進行顯著性檢驗。根據(jù)實際的檢測結(jié)果完成統(tǒng)計檢驗,假設(shè)總偏差平方和Sr由回歸平方和SA與剩余平方和SE兩部分組成,即








采用F檢驗法,統(tǒng)計假設(shè)H0:βi=0(i=1,2,3,4),則有統(tǒng)計量比


式中,n為試驗組數(shù);P為變量個數(shù),P=4。表面粗糙度預(yù)測模型回歸方程顯著性檢驗分析結(jié)果見表2。

表2  表面粗糙度預(yù)測模型回歸方程顯著性檢驗分析結(jié)果



顯著性檢測結(jié)果表明,F(xiàn)比>F(4,10),故所建立的表面粗糙度預(yù)測模型具有高度可信度,與實際情況擬合得很好。

②回歸系數(shù)的顯著性檢驗

經(jīng)驗證,表面粗糙度預(yù)測模型高度顯著,但在多元正交線性回歸方程中,并非每個自變量對因變量的影響都重要,還需考慮每個自變量對因變量影響程度的顯著性,以便對試驗結(jié)果進行預(yù)報和控制,故對回歸系數(shù)進行顯著性檢驗。

按照砂輪修整參數(shù)的設(shè)定排序,即按照速比、重疊比、徑向砂輪修整量、切入進給率的檢驗順序進行顯著性檢驗。

統(tǒng)計假設(shè)H0:βi=0(i=1,2,3,4),統(tǒng)計量為

(10)

式中,Cii為相關(guān)矩陣中對角線上第i各元素;n為試驗組數(shù);P為變量個數(shù),P=4。計算結(jié)果如表3所示。

表3  表面粗糙度預(yù)測模型回歸系數(shù)顯著性檢驗分析結(jié)果



顯著性分析結(jié)果表明:βi>5.26,回歸系數(shù)全部為高度顯著。砂輪工藝修整各參數(shù)對表面粗糙度的顯著性排序為:徑向修整進給量>重疊比>速比>切入進給率,即徑向修整進給量是影響表面粗糙度的主要因素,其他砂輪修整參數(shù)均次之。


4小結(jié)



在多線砂輪復(fù)合自動修整裝置中,采用耐磨損、剛性大的金剛石滾輪代替金剛石筆對多支砂輪進行修整,能實現(xiàn)對絲錐螺紋的多工序磨削加工和砂輪自動修磨,提高了生產(chǎn)效率。通過設(shè)置兩個獨立的金剛石滾輪修整器,先后對磨頭砂輪進行修磨,減小砂輪輪廓誤差,提高零件加工精度。采用CNC數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)單支和多支砂輪的修磨以及定值補償量可調(diào),降低了人為誤差對修整過程的影響。

試驗檢測數(shù)據(jù)顯示,具有多線砂輪復(fù)合自動修整裝置的SK723數(shù)控絲錐螺紋磨床能實現(xiàn)高精度的絲錐磨削,生產(chǎn)效率相較人工提高了50%。

通過設(shè)計單因素試驗得到M24絲錐的取樣表面粗糙度數(shù)據(jù)。對表面粗糙度模型建立多元回歸的預(yù)測模型并進行顯著性分析可知,徑向修整進給量是影響加工表面粗糙度的主要因素,重疊比次之,速比影響最小。


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