畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外圓磨床設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 PAGE 60 頁第1章 緒論1.1 磨床的類型與用途1.1.1 磨床的類型及其特點(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)展起來的1。磨床種類很多，主要有：外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床和用來磨削特定表面和工件的專門化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床等2。對外圓磨床來說，又可分為普通外圓磨床、萬能外圓磨床、無心外圓磨床、 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

2、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

3、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，對機(jī)械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來越高，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)的國家中，磨床在機(jī)床總數(shù)中的比例已達(dá)30%40%。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%，車床占23%，銑床占22%，鉆床占14%3

4、。由此可見，在精密加工當(dāng)中，有許多零部件是通過精密磨削來達(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23um以內(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1015mm/min，因

5、此工作臺必須低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，要求無爬行和無沖擊現(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)對加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。故對于精密磨床，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11和圖12所示。事實(shí)上，外圓磨削可以通過其他以下幾種方法來實(shí)施：（1）傳遞方法：在這種方法中，磨削砂輪和工件

6、旋轉(zhuǎn)以及徑向進(jìn)給都應(yīng)滿足所有的整個(gè)長度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進(jìn)給來調(diào)整的。（2）沖壓切削方法：在這種方法中，磨削是通過砂輪的縱向進(jìn)給和無軸向進(jìn)給來完成的，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。圖11 橫磨法磨外圓圖12 縱磨法磨外圓（3）整塊深度切削方法：除了在磨削過程中，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

7、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13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（長切入）粗磨精磨無花磨削。由定程裝置或自動(dòng)測量控制工件尺寸。（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。圖13 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)展趨勢隨著機(jī)械產(chǎn)品精度、可靠性和壽命

8、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脂結(jié)合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至4m、磨削精度高達(dá)0.025m；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4060m/s；從精度上看，定位精度2m，重復(fù)定位精度1m的機(jī)床已越來越多；從主軸轉(zhuǎn)速來看，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有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工60H

9、RC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）6263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GC32ECNC磨床專用數(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，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機(jī)床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對沒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)對環(huán)保越來越高的要求。第2章 設(shè)計(jì)任務(wù)書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

10、在讓學(xué)生綜合運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)的知識，設(shè)計(jì)數(shù)控端面外圓磨床MKS1632A及其砂輪架，樹立理論聯(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，最后撰寫設(shè)計(jì)說明書。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)行磨削溫度的測試實(shí)驗(yàn)并撰寫科研報(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）撰寫科研報(bào)告；4.用途和規(guī)格（1）加工對象 A 帶軸肩的多臺階軸（如齒輪軸） B要求端面外圓一次完成的零件 C 帶較大端

11、面的盤類零件 D 作一般外圓磨床（2）主要規(guī)格 A加工直徑20mm320mmB 最大加工長度為750mm C 最大加工重量200D 砂輪線速度60m/s E 機(jī)床中心高1095mmF工件轉(zhuǎn)速范圍30300rpm（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

12、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試實(shí)驗(yàn)。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 比較國內(nèi)，外同類機(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

13、件圖，工藝卡，目錄，標(biāo)準(zhǔn)件，外購件目錄，鑄件，鍛件目錄，說明書，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)床滿足加工精度要求，剛性，穩(wěn)定性好；2.傳動(dòng)系統(tǒng)力求簡短；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階軸，精度IT7以下，Ra1.6Ra0.4，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.工作臺面；c頭架；d尾架；e砂輪架；f 修整器；g 測量裝置；h 砂輪進(jìn)給電機(jī)；I 修整器進(jìn)給電機(jī)；j 電器框；k工作臺進(jìn)給電機(jī)；l 工件旋

14、轉(zhuǎn)電機(jī)；m 潤滑冷卻裝置；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.工作臺移動(dòng)；3.工作臺型面采用傾斜10的型面；4.砂輪架主軸與床身導(dǎo)軌傾斜30角； 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，徑向測量儀，配用該公司E5數(shù)控框（如圖31所示）來控制軸向尺寸，徑向尺寸，測量儀布置在橫梁上；圖31 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：工作臺移動(dòng) W軸：工件旋轉(zhuǎn)各軸采用交流伺服電機(jī)，通過精密無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）；

15、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.縱向尺寸工件最大長度 ；頭架長度 ；尾架長度 ；上臺面長度 ；下臺面長度 ；床身長度 ；后床身長度 （考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗(yàn)給定）；整個(gè)床身寬度 （視覺效果）；砂輪架中心與機(jī)床床身對稱線相距圖32 磨床縱向尺寸2.橫向尺寸1）畫出橫向尺寸床身的V型導(dǎo)軌作為橫向尺寸的基準(zhǔn)，畫出床身的平面導(dǎo)軌作為高度尺寸的基準(zhǔn)線，根據(jù)確定的工作臺參數(shù)，導(dǎo)軌參數(shù)B1，B2中心畫出左視圖2）確定上，下工作臺厚度和寬度（1）厚度：用類比法上工作臺 中心（31）下工作臺 中心 （32）為工作臺導(dǎo)軌的中心距，工作臺導(dǎo)軌

16、選用8075250取 =0.3250=75mm=0.38250=95mm（2）寬度 （33） 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根據(jù)工人身高，經(jīng)驗(yàn)。類比取5）工作臺回轉(zhuǎn)中心位置B96）確定機(jī)床總高H 所以H取2000mm。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）100904001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0.1

17、5MPa 的卸荷導(dǎo)軌。圖33 砂輪架的導(dǎo)軌（2）砂輪架橫向行程長度 （34）式中為砂輪架快速進(jìn)退的行程，一般取。此處取。 （35）安全系數(shù)取0.1足夠（取373）（3）砂輪架高度和長度砂輪架箱體導(dǎo)軌的高度h3，砂輪底板滑臺高度h4，砂輪中心距砂輪底面高度h5，與后床身頂面至平導(dǎo)軌的高度h0，為避免上，下工作臺運(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的頂面，同時(shí)考慮橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)穿過床身的位置等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 取砂輪架中心距后床身頂面砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動(dòng)絲桿取后床身進(jìn)給導(dǎo)軌內(nèi)裝絲桿取圖34 砂輪架的高度和寬度砂輪架底板長度： 取=900mm砂輪架導(dǎo)軌長度取 （4）砂輪架主軸

18、電機(jī)的選擇用類比法，砂輪架主軸電機(jī)的功率取15kw；計(jì)算法 （36） 取3.3.6 頭架相關(guān)尺寸的確定長，寬，高：440400411mm1主軸錐孔：莫氏5#錐孔中心高： （37）通過以上計(jì)算頭架中心高取180mm 主軸轉(zhuǎn)速 （38）取交流伺服電機(jī)選擇用類比法，交流伺服電機(jī)選擇IFT5076-DA(D1 18N-M)電機(jī)砂輪磨削工件需要的功率 （39）交流伺服電機(jī)通過20/38的雙楔齒輪帶傳遞給工件，即 合格主軸不旋轉(zhuǎn)，主軸靠撥盤帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)3.3.7 尾架相關(guān)尺寸的確定5#莫氏錐孔中心高180mm，臺面傾斜10直線滾動(dòng)導(dǎo)軌液壓油缸，頂緊力3.3.8 工作臺要求上，下臺面便于調(diào)整頭尾架，便于安裝滾珠

19、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V平導(dǎo)軌 砂輪架行程 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=修整器直徑 故修整器行程為160mm3.3.11 液壓系統(tǒng)修整器；尾架；量儀（兩個(gè)）；潤滑油； = 5 * GB3 床身導(dǎo)軌； = 6 * GB3 砂輪架卸荷導(dǎo)軌； = 7 * GB3 絲桿； = 8 * GB3 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌； = 9 * GB3 間歇3.3.12 電氣部

20、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)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)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，使起無效。油箱液壓控制數(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)誤各坐標(biāo)軸由行程開關(guān)控制最大位移量安全防護(hù)罩（砂輪罩，機(jī)床前罩）全封閉式導(dǎo)軌面保護(hù) 工作臺導(dǎo)軌：不銹鋼可伸縮防護(hù)罩 砂輪架導(dǎo)軌：前部：翻板式護(hù)罩+橡皮（防水）；后罩：鋼罩。 修整器導(dǎo)軌：折疊式第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帶動(dòng)砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部

21、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，因此對砂輪架設(shè)計(jì)提出的基本要求也是針對主軸軸承部分的。砂輪架設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(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5m10m。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

22、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度量。過低的剛性會(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。對砂輪架主軸來說，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，故選取許用應(yīng)力為40MP。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 （41）扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為MP）

23、 軸所受扭矩（單位為） 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為） 軸傳遞的功率（單位為KW） 軸的轉(zhuǎn)速（單位為r/mm） 計(jì)算界面處的直徑（單位為mm） 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為r/mm）由上式可得軸的直徑為 （42） mm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41所示。圖41 砂輪架主軸尺寸示意圖4.5 主軸剛度校核1.當(dāng)量直徑因?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： （43）L=140+640+20+32+10=932mm= 89.36mm2.允許撓度允許撓度y=0.0002L 0.0002*660=0.132

24、mm3、計(jì)算主軸前端撓度值1 （44）載荷（單位為公斤）（150/9.8） 軸兩端的跨距（單位為厘米）（66.00） 懸伸長度（單位為厘米）（13.2） 材料的彈性模數(shù)（單位為公斤/平方厘米）（21.02） 截面慣性矩（平方厘米） = 0.001cm = 0.01mm又因?yàn)閥=0.135，0.010.135，即 y，由上述校核可以得知，主軸剛度符合要求。一般存在一個(gè)使主軸前端撓度最小，即剛性最好的支承跨距L。由經(jīng)驗(yàn)得知，L為（36）D時(shí)，主軸前端撓度最小，D=120mm，L為360720mm，取L為640mm。4.6 動(dòng)靜壓軸承靜壓軸承是利用外部油源產(chǎn)生承載能力的油膜軸承，動(dòng)靜壓混合軸承是一種

25、既綜合了液體動(dòng)壓和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩著缺點(diǎn)的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理，使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力，從而克服了液體動(dòng)壓軸承啟動(dòng)和停止時(shí)出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與軸承磨損現(xiàn)象，提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結(jié)構(gòu)，在主軸啟動(dòng)后，依靠淺腔階梯效應(yīng)形成的動(dòng)壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地提高了主軸承載能力，而多腔對置結(jié)構(gòu)又極大地增加了主軸剛度；高壓油膜的均化作用和良好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。它的優(yōu)點(diǎn)如下：1.速度和載荷范圍廣，應(yīng)用范圍廣。動(dòng)靜壓軸承在零件轉(zhuǎn)速到很高的范圍內(nèi)的 各種相對速度下都能承載，而且載荷范圍大

26、，其承載能力取決于供油壓力，軸承軸頸結(jié)構(gòu)和相對大??；2.油膜剛度高，阻尼大，抗振性好;3.摩擦阻力，磨損小.由于總有一層油膜將相對運(yùn)動(dòng)表面隔開，因此摩擦阻力小，磨損小，能長期保持很高的運(yùn)動(dòng)精度，壽命長.且對軸承軸頸材料要求也較低;4.主軸回轉(zhuǎn)精度高.動(dòng)靜壓軸承中靜壓油膜具有良好的糾正軸和軸向跳動(dòng);5.安全性好.在萬一供油受阻或切斷時(shí)，可利用軸承中動(dòng)壓效應(yīng)來承載;6.承載能力高.由于動(dòng)壓效應(yīng)，使軸承轉(zhuǎn)速越高承載能力越大，同時(shí)軸承還能承受方向不斷變化的動(dòng)載及瞬時(shí)過載;7.穩(wěn)定性好.8.使用較經(jīng)濟(jì).由于動(dòng)靜壓軸承高速下主要靠動(dòng)壓承載，故這時(shí)供油壓力可相對較小，軸承可設(shè)計(jì)成較小軸頸，軸承結(jié)構(gòu)簡單，制造

27、精度和材料要求不高。動(dòng)靜壓軸承需要一套供油系統(tǒng)，潤滑油要經(jīng)過嚴(yán)格過濾以保持清潔。目前廣泛應(yīng)用的是定壓供油系統(tǒng)。一定壓力的壓力油，經(jīng)節(jié)流器流入兩相對運(yùn)動(dòng)體間的油腔，通過油腔壓力來平衡外載荷。在定壓供油系統(tǒng)中，節(jié)流器是關(guān)鍵部分，它起著限制流入油腔流量的阻尼作用，使油腔壓力僅隨外載荷的變化而變化。靜壓軸承常用的固定節(jié)流器有毛細(xì)管和小孔節(jié)流器兩種。本次設(shè)計(jì)選用毛細(xì)管節(jié)流器。動(dòng)靜壓軸承廣泛用于高速精密設(shè)備中.目前，在改造舊精密磨削設(shè)備方面，用得較多的是北京中航設(shè)備改造廠的WMB型表面節(jié)流液體動(dòng)靜壓混合軸承。砂輪架主軸的軸向定位采用軸向止推靜壓軸承。軸向止推軸承由兩個(gè)相對的環(huán)形油腔構(gòu)成。軸上具有臺肩以形成

28、承載面。軸承的間隙通過修磨調(diào)整墊圈的厚度來保證。4.7 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)為了提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度，皮帶輪不直接裝在主軸上，而是裝在單獨(dú)的支架上，并用花鍵套帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，即采用卸荷皮帶輪的方案，如圖42所示。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是，減少了主軸的變形，同時(shí)還提高了承載能力。圖42 卸荷皮帶輪1.電動(dòng)機(jī)的選擇= （2.358.82）+3.8 = 12.62kw通過以上計(jì)算，取=15kw，選擇Y100L4型電動(dòng)機(jī)2.皮帶設(shè)計(jì)因?yàn)槎嘈◣Ъ嬗蠽帶和平帶的優(yōu)點(diǎn)，外輪廓尺寸小，比V型帶傳動(dòng)平穩(wěn)，所以皮帶采用多楔帶5。多楔帶以平帶為基體，內(nèi)表面有等距離縱向楔型的環(huán)形帶傳動(dòng)。工作面為楔側(cè)面，有橡膠和聚氨酯兩種5。1）皮帶材料

29、的選用皮帶材料選用聚氨酯。2）設(shè)計(jì)計(jì)算已知小帶輪轉(zhuǎn)速，即 =1500r/min，傳動(dòng)比i=2.5；（1）計(jì)算功率由機(jī)械設(shè)計(jì)表8.7查得，工作情況系數(shù)為1.1，故 （45）（2）由和選擇帶型由于=16.5kw，=1500r/min，查表后可知，取帶型為L型。（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑由金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊表443，取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=80mm。，由此得。（4）驗(yàn)算帶速 （46）= 6.28 m/s 30 m/s，所以帶速合格。（5）初定軸向間距由公式（45）0.7（+） 2（+）， （47）可知196 560，取=400。（6）所需基準(zhǔn)帶長 （48）=1248.82mm由金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊表

30、45，取相近的基準(zhǔn)帶長= 1250 mm6。（7）實(shí)際軸向間距 （49）= 401.18mm所以皮帶的實(shí)際軸向間距取401mm。（8）多楔帶每楔的基本額定功率由金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊表440，可以查得0.34kw。（9）小帶輪的包角 （410）162.85（10）多楔帶楔數(shù)的確定 （411）其中查表得，代入的計(jì)算公式中，得0.849kw。又已知0.955，1.00，得：由此可以確定，取Z15。3.帶輪設(shè)計(jì)1）帶輪設(shè)計(jì)的要求：（1）質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造應(yīng)力；（2）質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡校證；（3）槽輪工作面要經(jīng)過精細(xì)加工，以減少帶的磨損；（4）輪槽的尺寸和角度應(yīng)有一定

31、的精度，以使載荷分布均勻。2）帶輪的材料選用帶輪的材料選用HT200。 3）帶輪的結(jié)構(gòu)（1）小帶輪直徑（d為軸的直徑），所以采用實(shí)心式。（2）大帶輪To，于是回路中總的熱電勢包含兩個(gè)拍爾帖電勢和兩個(gè)湯姆遜電勢。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21（b）所示），若保持C的兩端溫度相同(To)，回路的總電勢不變。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)體的截面和長度如何，以及各處的溫都不能產(chǎn)生熱電勢。(a) (b)圖21 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，但總輸出電勢仍為零。因此，必須由兩種不同的材

32、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)熱電偶測得，也可以用溫涂料測試工件內(nèi)部的溫度。最近出現(xiàn)了用紅外光導(dǎo)纖維測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，但是熱電偶測溫法仍然是能夠進(jìn)入磨削區(qū)直接測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E來確定熱端溫度T配大小，這就是熱電偶測溫的工作原理9。熱電偶標(biāo)定指的是確定熱電偶的熱電特性。熱電偶種類很多，常用的不下幾十種，不同材料組成的熱電偶其測溫范圍、適用條件、靈敏度等也不同，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)有所選擇。已被國際上公認(rèn)的性能優(yōu)良的和

33、用量最大的熱電偶有：鉑銠-鉑熱電偶（ 分度號）、鉑銠-鉑銠熱電偶（ 分度號）、鎳鉻-鎳硅熱電偶（ 分度號）、銅-康銅熱電偶（ 分度號）和鎳鉻-康銅熱電偶（ 分度號）。根據(jù)本研究的測試要求，本測試中采用的測溫元件是的鎳鉻-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蝕。鎳鉻-鎳硅熱電偶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下表3所示。表31 鎳鉻-鎳硅熱電偶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3.1.1 試驗(yàn)

34、目的溫度標(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-電勢曲線。此項(xiàng)試驗(yàn)是我們即將開展的陶瓷材料的高效深磨溫度測試的一個(gè)組成部分。我們準(zhǔn)備對高效深磨試驗(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)定方法簡圖溫度標(biāo)定的方法的簡圖如下：管式電爐的爐溫可調(diào)。爐溫可調(diào)，與在該爐溫下測得的標(biāo)定熱電偶的熱電勢相對應(yīng)就可以畫出待標(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：圖31 熱電偶標(biāo)定裝置2、所用到的實(shí)驗(yàn)裝置臥式管形電爐 型號：SRLK-2-9， 功率：2kwDWK精密溫度自動(dòng)控制裝置最大輸出功率：10

35、kw 控制精度：12500.5UJ37型電位差計(jì)測量范圍：-10103毫伏，準(zhǔn)確度級別0.1級使用溫度范圍：545標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：鉑鐒-鉑分度號：LB3， 測溫范圍-20-1600 新分度號為S等級：二級被測熱電偶：鎳鉻-鎳硅（直徑0.28mm）分度號：EU2， 測溫范圍-501300 新分度號為K3.1.3 試驗(yàn)步驟將試驗(yàn)設(shè)備各電路連線按設(shè)備說明書的要求聯(lián)結(jié)；將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被測熱電偶扎好一起放入臥式管形電爐中；接通電源；將DWK精密溫度自動(dòng)控制裝置調(diào)到一定數(shù)值；測出檢定爐溫下被測熱電偶的熱電勢值，記錄數(shù)據(jù)； = 6 * GB3 按照標(biāo)定方案中的數(shù)據(jù)重復(fù)和； = 7 * GB3 切斷各設(shè)備電源，拆

36、卸聯(lián)結(jié)線。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31 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)上面表格中“”前的數(shù)據(jù)為測得的兩種熱電偶的電勢值，“”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)的電勢溫度曲線如下所示。在上述4個(gè)圖像中，其中圖32為鉑鐒-鉑的電勢溫度曲線；圖33為鎳鉻-鎳硅的電勢溫度曲線；圖34和圖35為將鉑鐒-鉑和鎳鉻-鎳硅的兩曲線匯在一幅圖上，其中圖34采用圖1的橫坐標(biāo)，圖35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。圖32 鉑鐒-鉑的電勢溫度曲線圖33 鎳鉻-鎳硅的電勢溫度

37、曲線圖34 鉑鐒-鉑和鎳鉻-鎳硅兩曲線比較圖（1）圖35 鉑鐒-鉑和鎳鉻-鎳硅兩曲線比較圖（2）3.1.5 熱電勢系數(shù)制作的熱電偶進(jìn)行標(biāo)定后，即用實(shí)驗(yàn)方法測出熱電勢系數(shù)后，在實(shí)際應(yīng)用熱電偶時(shí)，只需測得某時(shí)刻的熱電勢E，便可得知此刻測點(diǎn)處的溫度3.2 試件的制作試件的結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖36 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工藝槽，留出熱電偶絲的空隙。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)生電勢差，沒有信號），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

38、中云母片厚度不大于0.02mm，鎳鋁-鎳鉻絲的直徑都為0.15mm，長度初定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)氧樹脂。3.3 砂輪磨削區(qū)溫度的測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量方案，本次試驗(yàn)也采用此發(fā)案。砂輪磨削區(qū)溫度測量的裝置如圖37所示。圖37 砂

39、輪磨削區(qū)溫度測量的裝置參考文獻(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：東北大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院.2 徐鴻鈞，磨削溫度的測量技術(shù)磨料磨具與磨削，1986.3 王霖、秦勇等，磨削溫度場的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，濟(jì)南：山東大學(xué)，2001.4 徐鴻鈞，高航，磨削溫度的測量技術(shù)，徐鴻鈞，高航，沈陽：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.國防工業(yè)出版社，1986年12月.8 王西彬，任敬心，磨削溫度及熱電偶

40、測量的動(dòng)態(tài)分析J，中國機(jī)械工程，1997年第8卷第6期.9 崔亦飛，曹云乾，簡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，工程檢測技術(shù)（下冊），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.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

41、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717。本文闡述了冷卻液流量的最小化以及延長冷卻液的再循環(huán)時(shí)間等問題，通過計(jì)量冷卻液（MQC）噴嘴來實(shí)現(xiàn)對冷卻液流量的控制，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，冷卻液將無法進(jìn)入磨削區(qū)域。增大可以減小噴嘴的開放區(qū)域，減少冷卻液的使用量。通過減少冷卻液的再循環(huán)時(shí)間和提高，對減少環(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

42、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，冷卻液潤滑的費(fèi)用占到了717。處理使用過的冷卻液需要焚燒，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)來說，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、通過優(yōu)化和噴嘴設(shè)計(jì)，高效利用冷卻液并延長其使用時(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

43、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。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)生在砂輪寬度以內(nèi)，砂輪兩邊沒有； 對流是熱傳遞的主要形式 這個(gè)問題被認(rèn)為是強(qiáng)迫對流。在這種情況下，熱傳遞的效率取決于經(jīng)驗(yàn)和對流

44、類型。對流類型可以通過方程（1）計(jì)算雷諾系數(shù)來估計(jì)。 （1）其中是冷卻液密度（998.2Kg/ms），是冷卻液速度（3.616.91m/s），是接觸長度，是粘性系數(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)迫對流的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出： （2）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：； （3） 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），可得到對流效率為： （4）h為對流效率（），Vc為冷卻液速度（）。公式（4）表明，在任何磨削條

45、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。伯努力方程用來計(jì)算冷卻液的速度。 （5）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（）可以改寫為 ： （6）這個(gè)方程表明，出口和入口處的壓力比對調(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

46、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15.1450.2。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)行一系列的磨削測試，冷卻液的速度和壓力都要調(diào)節(jié)到磨削測試實(shí)驗(yàn)要求達(dá)到的數(shù)據(jù)。在這個(gè)過程中，法向力和切向力可以用926SB測得，以便計(jì)算法向力和切向力之比、變化的能量Q和磨削能量E。在磨削過程中，能量Q可以用方程（7）來表示：Powerflux（Q） （7）其中是切向力（單位為N），V是砂輪的線速度（單位為m/s），v是工作臺移

47、動(dòng)的速度（單位為m/s），b為砂輪寬度（單位為mm），D為砂輪直徑（單位為mm），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: （8）其中V是砂輪線速度，v是工作臺移動(dòng)的速度，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）來測量工件，以分析磨削后的工件表面質(zhì)量。用光學(xué)干涉測面儀拍出來表面的3D顯微圖像，來分析冷卻液速度對工件表面質(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

48、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，這種趨勢可以從切向力和法向力之比中看出來。圖5顯示了切向力和法向力之比的趨勢。這是在SS304上，以不同的橫截面積的噴嘴和砂輪線速度測得的。當(dāng)砂輪線速度為42m/s時(shí)，被測試的噴嘴橫截面積為15.1450.25力之比分別從0.44減小到0.26、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

49、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，碎屑的成形過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

50、到28W/和從32減小到22 W/，這種減小的趨勢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，對流效率h的作用，在圖6中還繪制了對流效率h從22增加到46km/時(shí)的圖像。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。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)械裝置來計(jì)算剩余的能量。另一種與磨削過程有關(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計(jì)算，而不把去除材料的