龍門磨床磨削波紋產(chǎn)生機(jī)理及對(duì)策（二）
瀏覽次數(shù)：3654更新時(shí)間：2015-05-13
本文從磨削波紋產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，簡(jiǎn)略地分析了龍門磨床產(chǎn)生磨削波紋的原因，通過試驗(yàn)進(jìn)行論證和分析，提出了消除龍門磨床磨削波紋的一些解決方案。
三、試驗(yàn)過程
1、試驗(yàn)內(nèi)容。我們先用D I T T E L在線動(dòng)平衡系統(tǒng)和振動(dòng)傳感器測(cè)得機(jī)床在空運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的固有頻率fn和磨頭處的振幅A。然后進(jìn)行試磨件磨削，相關(guān)參數(shù)如下：
工作臺(tái)速度370～410 mm/s，測(cè)量波紋間距為18～20 mm，從而可得出波紋的頻率f，f＝（370～410）/（18～20）＝18.5～22.78Hz。
將該試磨件用RM500表面輪廓分析儀進(jìn)行分析，獲得該零件表面輪廓曲線。
我們使用加速度計(jì)、信號(hào)分析儀等設(shè)備，通過磨削時(shí)不同的進(jìn)刀量來測(cè)得砂輪主軸的徑向功率。首先來測(cè)量機(jī)床在空運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下砂輪——電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功率譜圖，如圖5所示。然后我們按照磨削寬度為20 mm，磨削深度分別是0.01 mm、0.04 mm和0.06 mm三種情況下得到的主軸徑向功率譜圖。
我們又進(jìn)一步對(duì)工件——床身系統(tǒng)和砂輪主軸系統(tǒng)進(jìn)行了激振試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)工件——床身系統(tǒng)的固有頻率超過300 Hz，砂輪主軸系統(tǒng)的固有頻率接近330 Hz。
2、數(shù)據(jù)分析。通過對(duì)試龍門磨床磨件的頻譜分析結(jié)果來看，在20 Hz附件工件表面的頻譜有一峰值。這與我們通過測(cè)量波紋后計(jì)算所得到的波紋頻率f（18.5～22.78 Hz）相符。而通過對(duì)機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)和不同切深時(shí)的功率譜圖來看，在頻率為20 H z處，砂輪——電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的徑向功率有一峰值。對(duì)比工件——床身系統(tǒng)的固有頻率和砂輪主軸系統(tǒng)的固有頻率都超過300 Hz，這與20 Hz差別很大，據(jù)此能排除自激振動(dòng)產(chǎn)生波紋的可能性。如圖6、圖7、圖8所示，當(dāng)逐漸增加背吃刀量時(shí)，20 Hz處的振幅變化不明顯，這也就說明該處的振動(dòng)也不是混合顫振。
通過相關(guān)磨削試驗(yàn)、空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)及激振試驗(yàn)取得的頻譜數(shù)據(jù)分析，得出龍門導(dǎo)軌磨床的磨削波紋的產(chǎn)生，主要是由于強(qiáng)迫振動(dòng)引起的，而強(qiáng)迫振動(dòng)的振源主要是砂輪——電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中不平衡的旋轉(zhuǎn)體高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的。
在該排除試驗(yàn)中，我們還進(jìn)行了其他大量的試驗(yàn)對(duì)各項(xiàng)因素進(jìn)行一一論證，zui后認(rèn)為砂輪——電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中不平衡的旋轉(zhuǎn)體高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)是主要因素，其余試驗(yàn)過程不再一一贅述。
四、龍門磨床磨削波紋防治對(duì)策
通過龍門磨床磨削波紋產(chǎn)生的機(jī)理分析，并結(jié)合龍門導(dǎo)軌磨床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建議采用以下主要手段來抑制磨削波紋的產(chǎn)生。
1、電動(dòng)機(jī)振動(dòng)等級(jí)選擇方面。在選擇磨削主軸電動(dòng)機(jī)時(shí)，其剩余不平衡量引起振動(dòng)的雙振幅值不應(yīng)大于4 m，減少電動(dòng)機(jī)振源振幅，可有效減少磨削波紋的表現(xiàn)程度。
2、磨頭電動(dòng)機(jī)運(yùn)行脈動(dòng)控制方面。應(yīng)嚴(yán)格控制因電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子之間間隙不均勻產(chǎn)生電流脈動(dòng)，減少主軸轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，使磨削出力均勻，減少磨削波紋幅度。
3、磨頭電動(dòng)機(jī)隔振與平衡方面。①磨頭電動(dòng)機(jī)與其安裝面之間應(yīng)嚴(yán)格加裝防振墊，減小振源的傳播幅度。②磨頭電動(dòng)機(jī)及主軸傳動(dòng)帶輪需進(jìn)行動(dòng)平衡，嚴(yán)格控制因帶輪裝配后的不平衡引起的強(qiáng)迫振動(dòng)。③磨頭電動(dòng)機(jī)帶輪與磨頭帶輪軸線應(yīng)嚴(yán)格控制平行度在0.05 mm以內(nèi)，防止皮帶振顫引起的強(qiáng)迫振動(dòng)。④砂輪卡盤與主軸錐度應(yīng)接觸達(dá)到80%以上，并靠近大端。如果其接觸率低，特別是如果接觸部位靠近小端，會(huì)直接產(chǎn)生磨削波紋。
4、磨頭主軸的徑向支撐剛度方面。磨頭主軸的徑向支撐剛度要達(dá)到380～1000 N/m，若主軸的支撐剛度過低會(huì)使主軸振動(dòng)幅度加劇。
5、砂輪選擇與安裝方面。
1）由于砂輪離線平衡后的安裝、磨削過程中砂輪磨損的不均勻性、砂輪砂粒間隙的不均勻性及各種隨機(jī)因素的影響，砂輪在磨削過程中實(shí)時(shí)產(chǎn)生不平衡量，而砂輪不平衡量嚴(yán)重地影響磨削表面波紋度。因此，建議使用在線動(dòng)平衡儀來實(shí)時(shí)處理上述問題產(chǎn)生的磨削波紋問題。
2）注意選擇質(zhì)量?jī)?yōu)良并與工件材質(zhì)及表面熱處理相匹配的砂輪，也是降低磨削波紋的重要手段。
3）質(zhì)量不好的砂輪可以引起以下問題：磨粒不均使砂輪在磨削時(shí)吸水不均產(chǎn)生新的不平衡；磨粒質(zhì)量差而引起鈍化過快引起振動(dòng)。④砂輪的磨粒材質(zhì)、硬度、結(jié)合劑選擇等相關(guān)參數(shù)正確匹配選擇，也是減少磨削波紋的手段。
6、龍門磨床部件的接觸剛度方面。
1）龍門磨床磨頭體殼與垂直滑板之間的接觸剛度：磨頭體殼與垂直滑板之間是特別重要結(jié)合面，其接觸剛度直接影響波紋度的產(chǎn)生，應(yīng)嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行刮研，將二者鑄為一體。
2）Y/Z軸主要部件的接觸剛度問題：由于Y/Z軸是磨頭進(jìn)給的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)剛度過低直接加大強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅，加大波紋產(chǎn)生的幾率。對(duì)于龍門導(dǎo)軌磨床Y/Z軸運(yùn)動(dòng)部件的接觸剛度是影響波紋的主要因素，一般表象體現(xiàn)在大吃刀磨削波紋度減小，小吃刀精磨波紋度加劇。其主要原因是大吃刀時(shí)人為消除間隙及接觸不良，增加接觸剛度，而小吃刀*暴露出接觸剛度差問題致使波紋度加大。因此，嚴(yán)格控制裝配過程的質(zhì)量，提高部件的接觸剛度，是減少波紋的重要手段。
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