数控外圆磨床(远销杭州/上虞/北京/上海等全国各地)
更新时间：2025-07-17 点击次数：13次
近三十年来，有关磨削力的研究倍受学者关注。图 9 所示为进行外圆纵向磨削时磨削力分力示意图。其中，Fn 与 Ft 分别为磨削力沿法向及切向分力，Fs 为磨削力沿纵向进给方向分力。Ft 决定了磨 削时有效功率的消耗， Fs 为砂轮与工件沿纵向进给方向产生的相互作用力，其数值大小远小于 Ft 和 Fn 。
目前，磨削力求解计算公式主要包括基于磨削实验数据的磨削力经验公式以及基于理论解析法建立的磨削力公式。由于经验公式只能对磨削力进行简单估计，其计算得到的磨削力误差较大，故丁宁等从砂轮单一磨粒的切削状态出发，确定了基于磨削机理的外圆纵向磨削力模型。
如图 10 所示为磨削力仿真结果与磨削力实测结果对比曲线，其中红色曲线为零件各位置实际去除深度，黑色和蓝色曲线分别为磨削力实际值拟合曲线及仿真计算结果。从图中可以看出，磨削力仿真结果与实际测量结果数值大小基本保持一致，通过计算，得到磨削力最大相对误差为 15.41%，平均相对误差为 4.82%，故磨削力仿真模型计算结果满足精度要求。
引起零件直径加工误差以及圆柱度误差的本质原因为零件各位置实际磨削深度不等于机器的指令磨削深度，为了降低外圆纵向磨削时零件直径加工误差以及圆柱度误差以提高磨削质量，需要使零件各位置实际去除量恒定并且与指令磨削深度相等。
由式(3)可以分析出，磨削力主要受工件及砂轮规格属性以及磨削参数影响，对于同一磨削系统，当零件材料属性及尺寸规格不变时，磨削力仅受磨削工艺参数影响。如图 11 所示为磨削力与实际磨削深度相关性散点图，图中黑色圆形代表实际磨削深度及磨削力大小，蓝色实线为磨削力关于磨削深度的拟合曲线，可以发现磨削深度在0.005mm到0.04mm时，磨削力与工件表面材料实际去除深度呈线性正相关， 拟合曲线相关性系数 R 为 0.97906。故可以得到如下结论：零件各位置的磨削力大小能够从侧面反映出实际磨削深度的大小。
在进行外圆纵向磨削加工时，可根据磨削力大小判断各磨削位置的实际去除深度是否相同。综上， 磨削力与磨削加工精度的相互影响关系可总结如图 12 所示，若零件各位置磨削力恒定，则零件尺寸精度及圆柱度精度相对较高；反之，如果零件各位置磨削力不同并且变化范围较大，则零件加工精度较低。
使用数控外圆磨床进行磨削参数的优化实验，该磨床具体技术指标参数已在前文进行了详细介绍。磨削工件信息为：直径为 50 mm (49.554 mm)，长度为 500 mm，工件材料 为 45 号钢。磨削工艺参数信息为：指令磨削深度为 0.04 mm，砂轮线速度为 35 m/s，工件线速度为 0.3 m/s， 纵向进给速度为 5 m/s，总磨削深度为 0.16 mm。
首先将磨削零件沿轴向等距(10 mm)取50 个点并对各位置实际去除量进行测量计算，其次按照磨削 深度的优化流程并借助 Matlab 软件进行计算，得到各离散点处原始磨削力和修正后的磨削力如图 14 所示，以及原始指令进给深度和优化后的指令进给深度如图 15 所示。
将优化后的磨削深度输入到数控系统进行磨削加工，即按照图15结果：第一段指令磨削深度为0.0438 mm，第二段为0.0440 mm，以此类推，第50段指令磨削深度为0.0593 mm。如图16所示，进行4次纵向磨削后对零件上9个等间距位置的直径进行测量，其中零件理论加工后直径为49.224 mm。
如表 3 所示为指令磨削深度优化前后对应的零件加工精度计算结果，从表中可以看出，磨削参数优化后的零件加工误差均有明显的降低，其中平均直径误差和圆柱度误差分别降低了 37.76%和 55.65%，故基于恒定磨削力控制技术的磨削参数优化结果能够有效提升零件的加工精度。
为对外圆纵向磨削参数进行优化以提高零件的加工精度，首先就磨削参数对加工精度的影响进行了实验分析，结果表明：磨削加工精度主要受磨削深度的影响。其次，基于磨削力模型对磨削力与加工精 度相互影响进行分析，得到磨削力与实际磨削深度呈正相关关系的结论，据此，提出了基于恒力磨削的 指令进给深度优化策略。最后，对磨削参数优化结果进行了实验验证，结果表明该优化方法能够有效提 升零件精度大幅度提升，其中平均直径误差降低了 37.76%，圆柱度误差降低了 55.65%。
