120kw電機(jī)軟啟動(dòng)隔爆箱優(yōu)化設(shè)計(jì)【全套含CAD圖紙、說明書】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告用紙
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯
(譯文)
院 (系): 機(jī)電工程學(xué)院
專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
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學(xué) 號(hào):
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職 稱:
題目類型:¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā)
年6月3日
第 26 頁 共 28 頁
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告用紙
Int. J. Miner. Process. 44-45 (1996) 461-469
粉碎機(jī)中使用新程序設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)管
, ,
Allis Mineral Systems, Crushing and Screening, Svedala, Sweden
摘 要
改變吸管圓錐破碎機(jī)的設(shè)置(覆蓋和凹環(huán)之間的距離),通過提高或降低液壓活塞(Hydroset)的覆蓋的方式,使得破碎機(jī)即使在滿載時(shí)也能操作?,F(xiàn)代電子和微型計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展,使得設(shè)計(jì)一個(gè)小的,可靠的和非常復(fù)雜的,可以設(shè)置吸管破碎機(jī)自動(dòng)監(jiān)管的系統(tǒng)成為可能。系統(tǒng)監(jiān)控能源消耗,破碎力和設(shè)置,及在進(jìn)給/或操作條件下即使很小的變化不斷適應(yīng)破碎機(jī)。這項(xiàng)技術(shù)已擴(kuò)大應(yīng)用的范圍,可以用圓錐破碎機(jī)成功地解決。在本文,我們將給出一個(gè)現(xiàn)代圓錐破碎機(jī)技術(shù)的一般描述,也給出了一些新的可能應(yīng)用的例子。
在有檢查容器的閉合電路中細(xì)粉碎,與棍棒廠競(jìng)爭(zhēng),由于粉碎室的自動(dòng)化和精心設(shè)計(jì)。產(chǎn)品小于3毫米是常見的。
另一個(gè)例子是在有吸管破碎機(jī)的開放環(huán)行道,金礦石的破碎為- 10毫米。這個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)確保破碎機(jī)運(yùn)行在盡可能最小的設(shè)置,從而確保產(chǎn)生正確的放電。
在某些應(yīng)用程序中,有趣的是使圓錐破碎機(jī)在潮濕環(huán)境中操作。大約在20年以前,阿里斯將礦物與水系統(tǒng)安置第一個(gè)吸管,物料與水一起添加。這些破碎機(jī)仍在運(yùn)行,我們將提供我們的經(jīng)驗(yàn)。
小彈性圓錐破碎機(jī)在計(jì)算機(jī)控制下,可用于創(chuàng)建礦石破碎植物比一些傳統(tǒng)安裝的大型機(jī)器更高成效?!捌扑楹小钡睦砟畋惶岢?。
1介紹
吸管破碎機(jī)的特征是主軸由液壓支持。破碎機(jī)的設(shè)置(通常被稱為CSS,關(guān)閉側(cè)設(shè)置)可以通過主軸向上或向下移動(dòng)被調(diào)節(jié)。偏心裝配強(qiáng)制主軸在一個(gè)回轉(zhuǎn)器(不旋轉(zhuǎn)!)上的移動(dòng),在凹環(huán)和覆蓋之間產(chǎn)生破碎運(yùn)動(dòng)。參見圖1。
凹環(huán)和覆蓋是易磨損零件,由耐磨錳合金鋼制造。這些襯墊的輪廓的形狀對(duì)于就能力和減少方面的高速持續(xù)的生產(chǎn)至關(guān)重要。根據(jù)理想的配置是依據(jù)物料顆粒的大小和分布,以及其他的事情(斯文森和斯蒂爾,1990年)。為了達(dá)到各種各樣的應(yīng)用程序,吸管破碎機(jī)有七種不同的粉碎室,破碎后的物料從額外的粗到額外的細(xì)。
圖1 帶有自動(dòng)檢測(cè)設(shè)置的吸管破碎機(jī)的原則
2 自動(dòng)設(shè)置監(jiān)管——ASR
自從1968年開始,艾利斯礦物系統(tǒng)(AMS)生產(chǎn)的自動(dòng)化為圓錐破碎機(jī)設(shè)定調(diào)節(jié)(ASR)系統(tǒng)。第一種類型是基于繼電器的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) ,有緩慢的調(diào)整和簡(jiǎn)單的邏輯。他們監(jiān)測(cè)了電動(dòng)機(jī)的功率,液壓和油箱(間接主軸位置)中的油位。該系統(tǒng)被精制,并且在1986年,在生產(chǎn)1550單元基于ASR-C計(jì)算機(jī)之后是介紹了。該單元具有更快的調(diào)節(jié)和更精確的控制,允許它可以在很小的時(shí)間間隔(0.1mm)調(diào)整機(jī)器的設(shè)置。
這給出了一個(gè)新的和獨(dú)特的機(jī)會(huì),運(yùn)行破碎機(jī)在一個(gè)選定的最大液壓和電機(jī)功率,允許自動(dòng)找到相應(yīng)的“理想”的設(shè)置。物料變量如工作指數(shù)、粒度、水分含量等,不斷的變化“理想”的設(shè)置,破碎機(jī)也會(huì)改變。在老設(shè)計(jì)中,選擇一個(gè)固定的設(shè)置后,液壓(或機(jī)械動(dòng)力)和電源允許變化。根據(jù)設(shè)置,這會(huì)導(dǎo)致破碎機(jī)頻繁的超載或低功率利用率即低效破碎。隨著困難的物料原料,如潮濕的礦石與粘土污染,都可能發(fā)生!
凹環(huán)和覆蓋搭配使用。由于這個(gè)意味著會(huì)增加凹環(huán)與覆蓋之間的設(shè)置。手動(dòng)式破碎機(jī)必須校準(zhǔn)對(duì)凹環(huán)與覆蓋之間的設(shè)置進(jìn)行補(bǔ)償。通過電力和液壓指導(dǎo)運(yùn)行的破碎機(jī)就不會(huì)遇到這個(gè)問題,設(shè)置是自動(dòng)調(diào)整的。
因?yàn)檠心サ牟牧?如金礦石或石英巖,破碎機(jī)的設(shè)置會(huì)增加1mm,導(dǎo)致在一個(gè)轉(zhuǎn)變磨損。如果這發(fā)生在一個(gè)細(xì)破碎機(jī)運(yùn)行在CSS 6 - 7毫米,相對(duì)影響是劇烈的。
在1992年,ASR--plus取代了ASR-C(500單元后)。這個(gè)系統(tǒng)更快,有一個(gè)更好,自適應(yīng)調(diào)節(jié)算法。更容易計(jì)劃,有一個(gè)計(jì)算機(jī)通信接口(包括RS- 485)作為標(biāo)準(zhǔn)。通過一個(gè)調(diào)制解調(diào)器和PC機(jī),我們有可能從長(zhǎng)距離重組ASR-plus系統(tǒng)。
ASR-plus有記憶功能,可以存儲(chǔ)五個(gè)不同的破碎形式,還記錄破碎機(jī)的性能數(shù)據(jù)。一些249的變量是:CSS,CSS定位點(diǎn),平均CSS在給定期間,最小和最大CSS、動(dòng)力、最大動(dòng)力、壓力、最大壓力、磨損、主軸運(yùn)動(dòng)總額的剩余百分比的,5種監(jiān)管模式,5種調(diào)節(jié)阻尼,總額和加載的操作時(shí)間因?yàn)樾?同樣因?yàn)樽钚掳噍喿兓?同樣因?yàn)樽钚碌男?zhǔn),能源消費(fèi)和總的時(shí)間消耗。
3 精細(xì)破碎
傳統(tǒng)破碎機(jī)已經(jīng)用于生產(chǎn)在- 12毫米或- 16毫米以下范圍的產(chǎn)品,適合在桿工廠初級(jí)磨?,F(xiàn)在它是可行的,在閉路制造一個(gè)—3mm產(chǎn)品或在開路制造一個(gè)- 10毫米產(chǎn)品。
通過使用物料控制分析,優(yōu)化粉碎室和ASR,在粉碎室創(chuàng)建一個(gè)壓力區(qū)導(dǎo)致顆粒間的破碎是可能的。一些需要考慮的因素有:
3.1 進(jìn)料粒度測(cè)定
重要的是粉碎室有足夠的吞下最大的顆粒飼料的進(jìn)氣口以極大的緩解。物料提要部分也必須有足夠的數(shù)量的孔隙以避免封閉。
3.2 工作指數(shù)
巖石的硬度由工作指標(biāo)的影響衡量,工作指數(shù)的測(cè)試方法由艾莉查爾莫斯的弗雷德·邦德先生提出的(現(xiàn)在的艾利斯礦產(chǎn)系統(tǒng))。這種方法基于從50毫米到75毫米的粒子,由相同的人提出的方法研磨沒有相關(guān)性工作指數(shù)。在一般情況下,我們假定軟巖如石灰石工作指數(shù)、中硬巖石像花崗巖工作指數(shù)、堅(jiān)硬的巖石如玄武巖工作指數(shù)(千瓦時(shí)/噸)。
3.3 密度
在某種意義上說,圓錐破碎機(jī)的運(yùn)行動(dòng)作與活塞泵的運(yùn)動(dòng)相似,它每個(gè)破碎的體積占某巖石的體積,這意味著一個(gè)沉重的巖石將比與其密度低的巖石有一個(gè)更高的能力。
3.4 水分
物料的水分會(huì)在粒子表面均勻吸收。在實(shí)踐中,這意味著大部分的水分會(huì)被最好的粒子吸收,增加它們彼此間與破碎的表面的粘連。這意味著隨著水分含量的增加和減少,水分能力下降。參見圖2。
圖2 由于水分能力降低
3.5 阻塞進(jìn)料
因?yàn)閳A錐破碎機(jī)工作在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),所以它必須阻塞。意味著粉碎室上面的體積總是充滿了材料,物料流入破碎機(jī)粉碎室的速度是由破碎機(jī)決定的。見表1和圖3。
表1 一個(gè)圓錐破碎機(jī)阻塞物料的重要性
破碎機(jī):吸管長(zhǎng) H-36-M,32毫米
物料材料:Gneiss-Diabase
物料大小:3-25 mm,50% 3 ~ 9毫米
圖3 如何獲得阻塞物料的破碎機(jī)
3.6分布
如果物料進(jìn)入了破碎機(jī),破碎機(jī)就必須隔離,且把破碎室的區(qū)域調(diào)整到最難破碎物料的情況下。其余的破碎室將得到相同的設(shè)置,因此無法工作,以充分發(fā)揮其潛力。該室將部分阻塞物料或部分缺少物料。
3.7 細(xì)碎電路性能的例子
細(xì)粉碎電路如圖4所示,可以破碎4 毫米到12毫米的干糙黃金礦石物料,而且使用一個(gè)裝有132千瓦功率的電機(jī),得到50%到55%的- 4毫米左右的產(chǎn)品。
圖4 工藝的精細(xì)壓碎和H- 3000 e-f電路
3.8 在開路精細(xì)壓碎
細(xì)粉碎的一個(gè)新的概念是使用ASR系統(tǒng)作為正確的最終尺寸的保證,而不是使用一個(gè)篩選的職責(zé)。帶來的好處是明顯的,因?yàn)闆]有最終篩選或粗糙材料沒有返回輸送機(jī),需要較低的安裝成本。一個(gè)實(shí)際的例子,如圖5所示中的工藝流程圖。這是列出一個(gè)在加納的仲裁金礦域,在最后的階段是由兩個(gè)H- 4000 -EF帶有ASR-C控制系統(tǒng)的圓錐破碎機(jī)組成。每個(gè)破碎機(jī)是在提供每10-25小時(shí)100 公噸,在開路時(shí)粉碎金屬到- 10毫米(P80= 9.3毫米)。粉碎的礦石通過集聚化、氰化浸出和活性炭回收直接進(jìn)入黃金選礦。
圖5 流程從加納的仲裁金礦
4 濕法粉碎
在特殊的應(yīng)用程序中,在潮濕條件下破碎巖石或礦石,它可能是有趣的。臨界粒子從一個(gè)ASG或AG磨機(jī)的破碎。
在某些情況下,有趣的是在粉碎之前實(shí)際添加水到飼料。一個(gè)典型的案例,可以在材料粉碎時(shí)導(dǎo)致有害灰塵。
水量必須是足夠有讓大量的自由水和絕對(duì)浸泡飼料。這意味著含水量是根據(jù)飼料的類型和粒度測(cè)定的。一般我們每噸飼料的材料使用0.75到1.5立方米的水。一般在以下幾點(diǎn)情況時(shí)申請(qǐng)吸管破碎機(jī)的濕粉碎過程:
·能力通過破碎機(jī)增加,由于通過水流運(yùn)輸細(xì)材料。
·功耗對(duì)于一個(gè)給定的設(shè)置是正比于干燥過程的功耗。
·與干燥過程相比,放電產(chǎn)品含有更細(xì)。
·破碎機(jī)可以在較小的CSS中比在干燥過程中操作正規(guī)。
·由于腐蝕,易損件的壽命減少約70%。
·破碎機(jī)對(duì)飼料的變化更加敏感,因此ASR監(jiān)管建立非??斓恼{(diào)節(jié)。
5. 破碎磁帶系統(tǒng)
5.1在大型壓榨廠的小對(duì)大破碎機(jī)
許多破碎植物大噸位(500 - 2000年mtph)后建造的“以大為美”的哲學(xué)。主要設(shè)計(jì)關(guān)心的是使用盡可能少的機(jī)器,導(dǎo)致非常大的機(jī)器和簡(jiǎn)單的過程解決方案。新方法是一種破碎裝置基于更小的機(jī)器更優(yōu)化這個(gè)發(fā)展過程,一些參數(shù)有:
非常大的圓錐破碎機(jī)(錐直徑為2.1米的和更大的)代表不到圓錐破碎機(jī)全球銷售額的15%。這意味著較小的破碎機(jī)生產(chǎn)在較大的系列,因此可以產(chǎn)生更多的成本效益的。小型破碎機(jī)通常對(duì)美元提供更多破碎?;蚨嗷蛏傧嗤倪m用于振動(dòng)屏幕。參見圖6(從Svensson和引導(dǎo),1990)。與更多的破碎機(jī)植物工廠的輸出減少對(duì)政府的依賴在每個(gè)單獨(dú)的機(jī)器上。長(zhǎng)期的平均容量和可用性改善。破碎過程與更多的機(jī)器可以允許個(gè)人破碎機(jī)更優(yōu)化的職責(zé)。
小機(jī)的主要缺點(diǎn)是,他們有更小的磨損部件和因此經(jīng)常需要改變襯墊(克/每噸飼料中實(shí)際的磨損率同等或更好的小型破碎機(jī))。這是補(bǔ)償?shù)膬?yōu)越較小的破碎機(jī)的使用可靠性。CS被發(fā)現(xiàn)的可靠性。吸管的實(shí)用性(裝機(jī)功率300千瓦),重78 200公斤,兩個(gè)4000 吸管(2×200千瓦),每個(gè)重達(dá)14000公斤的差異是顯而易見的。大的機(jī)器的殼(19 600公斤)和主軸(23 500公斤)比整個(gè)破碎機(jī)機(jī)器重H- 4000。
圖6 比較大型和小型圓錐破碎機(jī)
5.2 壓盒
靈活性是現(xiàn)代吸管破碎機(jī)最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一。所有七個(gè)粉碎室(EF、F、MF、M、MC、C和EC)安裝在同一個(gè)殼上。偏心襯套有3個(gè)或4個(gè)鍵槽切割提供簡(jiǎn)單的偏心距的變化。例如我們可以通過通過改變磨損部件(覆蓋和凹環(huán)),改變一個(gè)H- 4000 - EC(能夠破碎- 210 mm的物料)到一個(gè)H- 4000 -EF(制造從6 - 12毫米物料P 80= 6.5毫米產(chǎn)品的能力)。
這種在一個(gè)大工廠的美麗是幾乎相同的,破碎機(jī)可以安裝在二級(jí)、三級(jí)和三級(jí)階段,然后在改變襯墊后進(jìn)入任何其他位置工作,見圖7。
圖7 4000破碎機(jī)吸管盒方案設(shè)計(jì)。
輥扎單元可以在跟蹤服務(wù)設(shè)施上,取而代之的是一個(gè)有襯墊的單元新。
參考文獻(xiàn)
Svensson, A. and Steer, J.F., 1990. New cone crusher technology and developments in comminution circuits. Miner. Eng., (l/2): 83-103.
使用一個(gè)新的平面磨床進(jìn)給無心磨削技術(shù)
a Graduate School, Akita Prefectural University, 84-4 Tsuchiya-ebinokuchi, Yurihonjo, Akita 015-0055, Japan
b Department of Machine Intelligence and Systems Engineering, Akita Prefectural University, 84-4 Tsuchiya-ebinokuchi, Yurihonjo, Akita 015-0055, Japan
摘 要
這篇文章是介紹關(guān)于另一種無心磨削技術(shù)的發(fā)展,即,基于平面磨床的無心磨削進(jìn)給。在這個(gè)新的方法中,一個(gè)緊湊的無心磨削裝置,由超聲波橢圓振動(dòng)的滑塊,一個(gè)刀片和其各自持有人組成,安裝到一個(gè)平面磨床的工作臺(tái)上,和無心磨削進(jìn)給操作作為一種旋轉(zhuǎn)的磨輪,給在向下的圓筒形工件以保持滑塊和葉片運(yùn)動(dòng)。在磨削過程中,工件的旋轉(zhuǎn)速度由滑塊震動(dòng)的超聲波控制,這滑塊是由粘結(jié)壓電陶瓷設(shè)備(PZT)在一種金屬彈性體(不銹鋼,SUS304)上制造。在這種新無心磨削中,為使工件的滾圓過程和工件的圓度預(yù)測(cè)清晰,提出了一種明確的方法,通過模擬跟蹤實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,如偏心角、砂輪進(jìn)給率、切削量和工件的旋轉(zhuǎn)速度等工藝參數(shù)對(duì)工件的圓度的影響。獲得的結(jié)果表明:(1)最優(yōu)偏心角在6?;(2)較高的加工精度,可以在一個(gè)較低的砂輪進(jìn)給率,較大的切削和更快的工件的旋轉(zhuǎn)速度獲得;(3)在最優(yōu)的條件下研磨后,工件的圓度從初始值19.90μm提高到最后一個(gè)0.90μm。
關(guān)鍵詞:無心磨削;平面磨床;超聲振動(dòng);飼料圓度;滑塊
1 簡(jiǎn)介
在制造業(yè)中,高精度、高圓柱形部件生產(chǎn)加工,如軸承座圈、硅錠、銷規(guī)和導(dǎo)管等,在無心磨削加工中已得到了廣泛開展。有兩種類型的無心磨床在商場(chǎng)上可購得;一種是帶有調(diào)節(jié)輪和其他帶有滑塊的調(diào)節(jié)輪,他們?cè)诠ぜ侨绾沃С趾凸ぜD(zhuǎn)速在磨削過程中的控制各不相同。自從調(diào)節(jié)輪型的無心磨床被海姆在1915年(米津,1966年)發(fā)明,做了大量的研究一直致力于提高加工精度和效率。羅和巴拉什(1964年)通過考慮機(jī)器的幾何因素和彈性偏轉(zhuǎn),提出了一個(gè)計(jì)算機(jī)方法調(diào)查無心磨削的固有精度。此外,羅等人(1965年)實(shí)驗(yàn)得到了加工彈性參數(shù)。橋本龍?zhí)傻热耍?982年)分析了安全加工問題通過對(duì)調(diào)節(jié)摩擦傳動(dòng)功能操作輪。著等人(1982年)研究了接觸區(qū)變形面積和選擇無顫振條件建立動(dòng)態(tài)模型。羅和貝爾(1986年)實(shí)驗(yàn)研究去除率高的磨削工藝和優(yōu)化磨削條件。吳等人(1996年)通過計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化磨削條件的方法,明確了磨削對(duì)圓度誤差參數(shù)的影響。埃普雷亞努等人(1997年)通過一個(gè)線性的模型,在地面上描述了模式的形成與演化,分析了磨削系統(tǒng)的穩(wěn)定性。郭等人(1997年)研究了無心磨削上中心和下中心的幾何圓形,有助于設(shè)置可接受的條件的選擇。阿爾維蘇里等人(2007年)提出了采用主動(dòng)控制的壓電致動(dòng)器一個(gè)減少顫振的新方法??死鹂说热耍?008年)開發(fā)了一個(gè)分析模式,有助于有效無心磨削系統(tǒng)設(shè)置更高的工藝靈活性和生產(chǎn)力?;瑝K式無心磨削也吸引了來自工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究人員注意。陽和張(1998年)設(shè)計(jì)了一個(gè)平板真空履增加高精度應(yīng)用的承載能力和剛度鞋無心磨削。然后,楊等人(1999年)和張等人(1999年)分析了真空靜壓工藝的穩(wěn)定性鞋無心磨削。此外,張某等人(2003年)開發(fā)一個(gè)幾何模型預(yù)測(cè)監(jiān)控發(fā)電鞋無心磨削模型用于分析磨削過程。
從生產(chǎn)成本的角度來看,由于裝卸工件非常的容易和快速,這兩種類型的無心磨床非常的適合小品種、大體積的生產(chǎn)。然而,無心磨床是一種專用機(jī),而且成本相對(duì)昂貴,對(duì)于多品種、小批量的生產(chǎn)是不足的,它的需求將在最近幾年迅速增加。針對(duì)這個(gè)問題,作為一個(gè)解決方案,作者之一的吳等人(2005年)以前提出的一種新型無心磨削技術(shù),可以執(zhí)行一個(gè)平面磨床(而不是一個(gè)無心磨床)。這種基于超聲波滑塊無心磨削的概念的方法,是由吳等人開發(fā)(2003年,2004年)。在該方法中,一個(gè)緊湊的單元主要由超聲波橢圓振動(dòng)的滑塊,一個(gè)葉片,和其各自持有人組成,安裝在一個(gè)多用磨床工作臺(tái)上。超聲波滑塊的功能是保持與葉片連接的圓柱形工件,和控制在其上端面的橢圓運(yùn)動(dòng)工件的轉(zhuǎn)速。
根據(jù)工件對(duì)磨輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng),三種無心磨削操作的類型可以被實(shí)行,所提出的方法如圖1所示:(a)切向進(jìn)給式,其磨削裝置位于最初在左下方的砂輪的距離足夠大,加載工件上端面超聲波的滑塊,然后工件在進(jìn)給速度(圖1(a))下沿砂輪切線方向向右進(jìn)給進(jìn)行研磨動(dòng)作,直到單元的到達(dá)砂輪的右下范圍,其距離足夠大到裝卸右側(cè)工件的超聲波滑塊;(b)里面進(jìn)給型,在最初的砂輪中,砂輪位于研磨單元之上,在超聲波滑塊的上端面上,砂輪與研磨單元的距離足夠大到能夠加載工件,然后在進(jìn)給速度(圖1(b))下,砂輪對(duì)工件徑向向下進(jìn)給來執(zhí)行研磨作用,直到所需的材料被去除了,在經(jīng)過短時(shí)間的“火花”后,砂輪從地面工件解除,砂輪與工件的距離足夠大到卸載工件的超聲波滑塊;(c)貫穿進(jìn)給型,在最初的砂輪中,砂輪從超聲波滑塊的上端面設(shè)置在一個(gè)給定的距離(如圖所示圖1(c)),然后將工件裝在加載指南上,進(jìn)給的空間在砂輪和超聲波滑塊之間,沿其軸向方向的進(jìn)給速度下進(jìn)行磨削行動(dòng),直到它失去與砂輪的接觸為止,而是為了后續(xù)的卸載在卸載指南上被支持。
圖1 三種類型的無心磨床平面磨床:切向進(jìn)給式(A),進(jìn)給型(B)和貫穿饋電式(C)。
在我們以前的工作中,對(duì)于切向進(jìn)給式仿真和實(shí)驗(yàn)工作已經(jīng)被進(jìn)行(徐等人,2010年)。獲得的結(jié)果表明,工件的圓度可以被極大地提高,從23.9μm的初始值提高到0.8μm的最后一個(gè)值,從而驗(yàn)證這種新方法。本文的目標(biāo)是確認(rèn)在平面磨床上無心磨削進(jìn)給式的進(jìn)行。為了這個(gè)目的,提出一個(gè)仿真方法去明確工件圓整過程和探討工藝參數(shù)的影響,如工件偏心角,砂輪進(jìn)給率,材料去除率和在工件圓度上的工件轉(zhuǎn)速。然后進(jìn)行了一系列的磨削實(shí)驗(yàn),研究確定了仿真結(jié)果。
2 使用平面磨床的進(jìn)給無心磨削的工作原理
圖2顯示的是使用用平面磨床的進(jìn)給無心磨削的工作原理。研磨裝置由一個(gè)超聲橢圓振動(dòng)滑塊及其支架、刀片和持有人、塞和一個(gè)底板組成,安裝在平面磨床的工作臺(tái)上有一個(gè)角α(以下簡(jiǎn)稱偏心角)(見圖2(a))。工件約束之間的葉片、滑塊和塞。由于砂輪在工件徑向方向上的進(jìn)給速度為,進(jìn)行一個(gè)進(jìn)給型下磨削操作,使工件產(chǎn)生與車輪相反的旋轉(zhuǎn)的方向。如圖2(b),一旦需要去除了,進(jìn)給中的車輪停止幾秒允許“清磨”。在磨削時(shí),工件轉(zhuǎn)速是由橢圓運(yùn)動(dòng)滑塊的上端面與塞用于防止工件跳出磨削地區(qū)。此外,葉片楔形與傾斜角度(通常稱為葉片角度)和價(jià)值是一般設(shè)置在在60?在最佳條件下工件的圓由哈里森和皮爾斯證明了(2004年)。
在磨削裝置,滑塊是粘貼壓電構(gòu)造陶瓷器(PZT)的兩個(gè)分離的電極上金屬彈性體(不銹鋼,SUS304)。當(dāng)兩個(gè)放大交流電(AC)信號(hào)(20千赫)與相位差對(duì),由一個(gè)波函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生,應(yīng)用壓電陶瓷,彎曲和縱向超聲振動(dòng)激發(fā)同時(shí)。在對(duì)振動(dòng)位移的合成兩個(gè)方向上產(chǎn)生的最終橢圓運(yùn)動(dòng)的面孔金屬彈性體。因此,工件旋轉(zhuǎn)控制通過摩擦力和工件之間的鞋,使工件的圓周速度是一樣的彎曲在鞋端面振動(dòng)速度。工件旋轉(zhuǎn)速度可通過改變參數(shù)的值調(diào)整如振幅和頻率f?p?VP?施加的電壓對(duì)PZT,因?yàn)樾訌澢駝?dòng)速度隨所施加的電壓的變化(見徐某等人,2009年)。此外,預(yù)負(fù)荷施加到鞋在其下端面的長(zhǎng)度使用彈簧防止PZT斷裂方向由于共振。
圖2 在進(jìn)給無心磨床平面磨床結(jié)構(gòu)示意圖。
3 幾何湊整分析
圖3顯示了滑塊、葉片、工件和砂輪在使用平面磨床磨削時(shí)間t后進(jìn)給無心磨削操作的幾何排列。在這一刻,偏心角與工件半徑分別從各自的初始值和對(duì)成為α(t)和(t),在這同時(shí),工件由葉片(帶有一個(gè)傾斜角度)和在點(diǎn)B和C的滑塊舉行,另外,在點(diǎn)A的地面,砂輪在旋轉(zhuǎn)速度下旋轉(zhuǎn),同時(shí)砂輪在進(jìn)給速率下向下傳送到工件。
圖3 使用用表面磨床的進(jìn)給無心磨削的幾何安排
3.1 幾何湊整建模
在仿真模型中(見圖3),制作幾個(gè)假定:(1)工件與刀片和滑塊的接觸的點(diǎn)B和C是容易變的,特別在在磨削過程中;(2)整機(jī)振動(dòng)太小以至于被忽視,在機(jī)器上發(fā)生無顫振引起滑塊的超聲波橢圓振動(dòng);(3)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是永遠(yuǎn)穩(wěn)定的,在磨削時(shí)轉(zhuǎn)速不發(fā)生變化;(4)對(duì)砂輪磨損太小以至于不被認(rèn)可,并且在磨削過程中的砂輪半徑保持恒定。
讓XY坐標(biāo)系統(tǒng)是位于工作臺(tái)上。在工作臺(tái)上選擇一個(gè)的O點(diǎn),將點(diǎn)O確定為坐標(biāo)系統(tǒng)的起源。X軸是水平方向的,在垂直方向上的是Y軸。在磨削之前,砂輪的初始中心和工件的XY坐標(biāo)中心分別為(,)和(,)。因此,本初始葉片的接觸點(diǎn)B的XY坐標(biāo)(度,研究)和鞋接觸點(diǎn)C(,)可以從最初的獲得幾何排列,如下:
然后,線性方程組的代表葉片端面與鞋上端面在這個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)可以寫為:
對(duì)葉片端面:
(1)
在鞋上端面:
(2)
用B點(diǎn)坐標(biāo)和C為情商。(1)和(2),分別給出了:
(3)
(4)
在這時(shí),,。在磨削過程中,工件的中心及砂輪的中心的坐標(biāo)將隨材料的變化而變換。讓被研磨后平行于x軸方向的瞬時(shí)工件半徑為時(shí)間t的函數(shù)的(見圖3)。在這一刻,工件半徑在點(diǎn)A、B和C可以被表示為,和。特別地,在,和時(shí),為了點(diǎn)A、B和C的時(shí)間延遲,自從和等距于從工件中心到葉片端面和到滑塊上端面的距離,分別地,他們可以在圖3中的從幾何安排中獲得,利用方程(3)和(4)如下:
求解方程(5)和(6)同時(shí)產(chǎn)生在時(shí)間t的工件中心的XY坐標(biāo),如下:
在這一時(shí)刻,在圖3中砂輪中心的XY坐標(biāo)也從幾何安排獲得為:
此外,下面的關(guān)系都是建立在圖3中的幾何排列。
在這里:
隨后,得到以下通過重新排列的點(diǎn)A的xy坐標(biāo)的方程(9)和(10)。
在這里,最終,從工件中心?的XY坐標(biāo)計(jì)算,在經(jīng)過時(shí)間t研磨后工件半徑在點(diǎn)A,磨削點(diǎn)A如下:
因此,明顯輪的切削深度為,其中T是一個(gè)工件加工完成所需的時(shí)間。如果研磨系統(tǒng)具有理想的剛度,真正的輪切深度將等于是一個(gè)理論值。然而,在實(shí)際磨削過程中,研磨系統(tǒng)承受磨削力引起彈性變形。羅等人介紹了無量綱參數(shù),用加工的彈性變形參數(shù)k來直接衡量無心磨削系統(tǒng)的彈性,它被定義為一個(gè)真正的切削深度和理論的切削深度之間的商,方程(13)(羅和巴拉斯,1964年;馬力內(nèi)斯庫等人,2006年)。
(13)
繼羅等人的考慮,真正的輪切削深度可以被計(jì)算,公式為計(jì)算,在當(dāng)前的工作中,導(dǎo)致的真正的工件半徑A點(diǎn)是:
然而,該輪深度切割使用這些方程計(jì)算小于零,偶爾。顯然,這種現(xiàn)象會(huì)沒有發(fā)生。因此,公式(14)應(yīng)改為:
3.2 加工的彈性參數(shù)的測(cè)定
如上所述,加工彈性參數(shù)K取決于磨礦系統(tǒng)的剛度。如果模擬結(jié)果是可信的,K值的確定應(yīng)為給定的粉磨系統(tǒng)。對(duì)切向進(jìn)給式無心用平面磨床磨削,參數(shù)k的測(cè)量方法是在我們以前的工作中提出的(徐等人,2010年)。然而,其所提出的方法是不適合進(jìn)給型的,由于是這兩種類型之間的幾何安排有著一個(gè)顯著的差異。因此,應(yīng)開發(fā)一個(gè)替代方法,為了獲得進(jìn)給型的加工彈性參數(shù)。羅等人(1965年)提出了一種在常規(guī)進(jìn)給無心研磨中測(cè)定加工彈性參數(shù)K的方法,其中的一個(gè)參數(shù)值正比于真實(shí)砂輪的切削深度,即,磨削功率或磨削力,在“進(jìn)給”或“出火花”階段測(cè)量,獲取參數(shù)K。使用這種方法,在當(dāng)前加工的一個(gè)替代方法被提出,確定基于平面磨床的進(jìn)給型的無心磨削的K值式如下。
在出火花時(shí),砂輪切割深度的理論值是只是被切除的一些工件的材料。車輪的切削深度的下降率取決于參數(shù)K值。在開始出火花時(shí),如果砂輪的切削深度的理論值是,在第一次半旋轉(zhuǎn)時(shí),真實(shí)的切削深度,并在第二次半旋轉(zhuǎn)時(shí)是,可以被計(jì)算,計(jì)算公式分別為(16)和(17),根據(jù)羅等人(1965年)和馬力內(nèi)斯庫等人(2006年)。
因此,在半轉(zhuǎn)時(shí),真實(shí)的切削深度,可通過以下得到:
由于一般情況下,真實(shí)的切削深度正比于正常磨削力Fn,下面從方程(18)得到:
求解方程(19)的收益率:
其中e是自然對(duì)數(shù)的基礎(chǔ),。因此,由于i和m的運(yùn)行,在出火花后,只要法向磨削力和被測(cè)量,K值可根據(jù)公式(20)得到。
圖4 磨削力的測(cè)量方法示意圖
圖4顯示的是一種測(cè)量磨削力的方法,提出了目前的工作,一個(gè)三維測(cè)力計(jì)是安裝在磨床單元下面,記錄磨削力在x方向的水平分力Fx和在Y方向的垂直分力Fy。因此,是根據(jù)圖4所示的幾何排列的,獲得了以下幾個(gè)方面的關(guān)系:
其中F n和Ft分別是法向和切向磨削力。求解方程(21)得:
因此,只要F x,F(xiàn) y的值是已知的,法向磨削力F n可以得到,然后值參數(shù)k可以用公式(20)確定。
3.3 仿真程序
圖5 (a)最初的工件輪廓,(b)工件的分割,(C)模擬分析的計(jì)算流程圖
一個(gè)直徑4mm的未加工工件如圖5(a)所示。在其圓周方向產(chǎn)生一個(gè)在徑向方向的深度為平面凹痕,指示初始圓度。使用這樣的初始形狀的原因是氣缸有一個(gè)扁平的凹痕,易于制備和任何缺乏無心磨削過程的對(duì)失去一部分波度的階段會(huì)隨時(shí)顯示,由于此形狀已經(jīng)包含所有重要的階段,一個(gè)明顯的貢獻(xiàn)(羅等人,1965年)。在仿真中,沿工件的圓周將工件劃分為相同的360段,如圖5(b)所示,因此初始工件輪廓可以表示為360半徑(i = 1?360)。在磨削過程中的任何給定的時(shí)間t內(nèi),只要和是已知的,瞬時(shí)半徑可以使用基本的方程(1)~(15)來計(jì)算。在此過程中,每個(gè)工件半徑的360可得到,用于繪制剖面和計(jì)算圓度。
此外,磨削過程分為兩個(gè)階段(見圖2(b)):第一階段,在工件以旋轉(zhuǎn)運(yùn)行之后,砂輪以速度下降向工件方向進(jìn)給,直到到達(dá)結(jié)束位置;第二階段,砂輪在駐留一段時(shí)間Ts(工件以旋轉(zhuǎn)運(yùn)行)后,砂輪的進(jìn)給停止,出現(xiàn)火花。
模擬中使用的工藝參數(shù)如表1所示。仿真流程圖如圖5(c)所示。
表1 仿真與實(shí)驗(yàn)條件
4 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
在第3節(jié),仿真方法已經(jīng)被研究,為了調(diào)查工件圓度機(jī)理及使用平面磨床的進(jìn)給型的無心磨削的工藝參數(shù)的影響。為了驗(yàn)證所提出的新型無心研磨方法和確認(rèn)仿真結(jié)果,在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了磨削實(shí)驗(yàn),這是通過安裝以前生產(chǎn)的無心磨床單元(吳等人,2005年)構(gòu)建,在計(jì)算機(jī)數(shù)控平面磨床(,長(zhǎng)瀨有限責(zé)任公司)的工作臺(tái)上裝備有金屬金剛石砂輪(),如圖6所示。
圖6 對(duì)磨削裝置的主要部分
4.1 實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)
在實(shí)驗(yàn)中,從長(zhǎng)K級(jí)硬質(zhì)合金()桿上準(zhǔn)備一個(gè)圓柱形工件(),再通過表面研磨產(chǎn)生一個(gè)有內(nèi)徑深的平面凹痕(如圖9(a)所示),表示最初的圓度。為了測(cè)量磨削力而獲得實(shí)際加工的彈性參數(shù)K,一個(gè)商品3維測(cè)力計(jì)(,奇石有限公司,見圖6)是位于磨床單元和平面磨床的工件之間。其他的磨削條件是列表在表1。
研磨的步驟如下:第一,單元制約工件裝在工作臺(tái)上,工作臺(tái)向右或向左運(yùn)動(dòng)的位置仔細(xì)的調(diào)整,所以偏心角是一個(gè)給定的值;然后砂輪向下運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)工件進(jìn)行進(jìn)給磨削操作;最后在已經(jīng)完成去除給出的庫存后,在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的砂輪停止運(yùn)動(dòng),隨著出了一段時(shí)間的火花。得到的磨削力被用來計(jì)算彈性參數(shù)K和測(cè)量圓形工件的截面輪廓,通過一個(gè)圓度測(cè)量?jī)x測(cè)定(rondcom55a,日本東京精密股份有限公司)。
4.2 加工的彈性參數(shù)的計(jì)算
圖7分別顯示了在,,,和的條件下,x方向和y方向的磨削力F x和F y。它可以被觀察到磨削力F x和F y在開始同時(shí)增加的很快,然后在進(jìn)給階段時(shí)間期間幾乎是保持恒定。當(dāng)進(jìn)給停下來時(shí)允許一段時(shí)間Ts出火花,然后磨削力迅速減小。因此,和的值可以可以通過方程(22)計(jì)算,利用從圖7得到的數(shù)據(jù),,和,因此加工彈性參數(shù)K可通過方程(20)得到。在目前的條件下,K值為。
進(jìn)一步的工作獲得K,通過改變偏心角,但保持其他參數(shù)不變進(jìn)行,結(jié)果如圖8所示。發(fā)現(xiàn)K隨著偏心角的減小而減小,其平均值約為0.15。這是因?yàn)槟ハ髁Φ乃椒至 x隨著偏心角的增加而增加。這一結(jié)果顯示單元在水平方向上有較大的的彈性變形(見圖2),導(dǎo)致真正的切削深度減少,最終降低K的值。
圖7 一個(gè)典型的磨削力測(cè)量結(jié)果 圖8 參數(shù)K的測(cè)量結(jié)果
4.3 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較
圖9(a)和(b)分別顯示了工件在相同操作條件下實(shí)際磨削的前和后的圖片和橫截面的型材,如圖7所示。從中可以看出,在初始工件上的平面凹痕被去除,研磨后工件的圓度被大幅度的提高,從初始值的提高到最終價(jià)值的,因此,驗(yàn)證了所提出的新的進(jìn)給無心磨削技術(shù)。
圖9 在,,,和的條件下,研磨前工件的圖片和剖面(a)和研磨后工件的圖片和剖面(b)
圖10 在磨削過程中工件的輪廓和圓度變化(,,
,,,)。
圖10顯示的是在,, ,,,條件下得到的仿真結(jié)果,表明工件的圓度的傾向單調(diào)下降,在磨削過程中,工件截面輪廓不規(guī)則的數(shù)目隨不規(guī)則的尺寸減小而增加。從中可以發(fā)現(xiàn)的值在出火花的開始驟減,在出火花后最終圓度達(dá)到。在不同的偏心角下,及測(cè)量的各自的加工彈性參數(shù)下,工件的最終圓度和輪廓的仿真結(jié)果繪制在圖11,實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的如圖12所示。比較圖11和圖12,揭示了模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比對(duì)工件輪廓與圓度顯示出良好的協(xié)定。
圖13(a–d)分別顯示了在最后工件圓度上對(duì)偏心角,砂輪進(jìn)給速度,材料去除率和工件轉(zhuǎn)速的影響的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在所有的情況下,仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅在變化趨勢(shì)上相一致,也在圓度值上相一致,驗(yàn)證了本文提出的仿真方法和仿真結(jié)果。
從圖13(a)可以看到,偏心角明顯影響工件的圓度;開始時(shí)值隨的增加而減少,然后在時(shí)增加達(dá)到谷值,值不再隨的增加而減少。這一趨勢(shì)與常規(guī)進(jìn)給無心磨削類似(周等人,1996年;哈里森和皮爾斯,2004年;吳等人,1999年)。當(dāng)設(shè)置在 一個(gè)更小的值如0°或3°,具有較高的頻率的波紋是很容易通過磨削從初始工件輪廓上消除,而當(dāng)在一個(gè)較大的值如9°或12°時(shí),容易消除的是一個(gè)較低的頻率波紋。因此,一旦設(shè)定在中間值6°,無論是高頻或低頻波浪都能容易消除,最終導(dǎo)致在時(shí)最小圓度的獲得(如圖11和12所示)。無論是模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖13所示,都表明砂輪進(jìn)給率,材料去除率和工件轉(zhuǎn)速也明顯影響工件的圓度;應(yīng)在磨削操作中設(shè)置一個(gè)較小的,一個(gè)更大的,較高的,為了達(dá)到更高的磨削精度等,如較小的圓度。較小的圓度可以達(dá)到較低的砂輪進(jìn)給率和較高的工件轉(zhuǎn)速的原因可能是在磨削過程中,較低的和較高的導(dǎo)致工件輪每轉(zhuǎn)的切削深度要小,從而導(dǎo)致磨削力小,這對(duì)高精度研磨是重要的。在這樣一種方式下對(duì)于材料去除率影響圓度的原因,如圖13所示(C),這是因?yàn)樵谀ハ髦芷谥泄ぜ目傓D(zhuǎn)數(shù),影響工件的圓度明顯的重要因素由加列戈(2007年),吳等人(1999年)證明,取決于的值。
圖11 的條件下,對(duì)不同工件偏心角分布的模擬結(jié)果:,
,
圖12實(shí)驗(yàn)結(jié)果工件偏心角譜不同的條件下:,,
圖13 (a)偏心角,(b)砂輪進(jìn)給率,(c)去除率和(d)工轉(zhuǎn)速
在最終工件圓度的影響。
5 結(jié)論
一種新型無心磨削技術(shù),即,基于平面磨床上的進(jìn)給無心磨削已經(jīng)被提出來了。為了創(chuàng)建這一新技術(shù),使用模擬方法,模擬新型磨床的彈性變形的進(jìn)行,彈性變形用加工彈性參數(shù)的常數(shù)表示,導(dǎo)出的加工彈性參數(shù)的常數(shù),闡明了在研磨時(shí)工件取整過程和預(yù)測(cè)的工件的圓度。在實(shí)驗(yàn)研究確定了加工彈性參數(shù)之后,通過一個(gè)模擬的方法研究了在工件的圓度上過程參數(shù)的影響,例如在工件圓度上的工件偏心角,磨削砂輪進(jìn)給率,材料的去除率和工件旋轉(zhuǎn)速度等過程參數(shù),然后通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)。得到的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以概括如下。
(1)加工彈性參數(shù)隨偏心角的增加而增加,其平均值在測(cè)試條件時(shí)是0.15。
(2)最優(yōu)偏心角約為6°,一個(gè)較小的或在較大的角度導(dǎo)致圓度誤差較大。在一個(gè)較低的砂輪進(jìn)給率,較大的材料去除工件率和較快的工件旋轉(zhuǎn)速度下,可獲得較高的加工精度(即,較小的工件圓度)。
(3)在最佳研磨條件下研磨后,工件的圓度從初始值提高到最后的值。
上述結(jié)果證實(shí)了新的無心磨削技術(shù)進(jìn)給類型提出的有效性。在未來的工作中,我們將通過實(shí)驗(yàn)和模擬,處理使用平面磨床無心進(jìn)給類型的磨削。這些努力的細(xì)節(jié)將在隨后的論文中被報(bào)告。
致謝
這項(xiàng)研究獲得的部分金融支持是通過從日本的科學(xué)研究撥款,為了促進(jìn)科學(xué)發(fā)展(批準(zhǔn)號(hào):17560100)。作者也非常感謝從該科學(xué)研究補(bǔ)助金的基礎(chǔ)和機(jī)床工程基礎(chǔ)獲得的金融支持。
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