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MQL 平面磨削参数的分析与优化
Dec 31, 2012  来源:  作者:青岛理工大学机械工程学院 商姗姗 孟广耀

      1 引言

 

     在机械制造领域,切削加工中使用的磨削对提高加工质量和加工效率具有重要的意义,MQL 技术的使用既提高了工效又降低了污染。在MQL 平面磨削中为了设计和提高加工质量,采用正交设计法、信噪比方法和方差分析法分三个阶段对影响加工质量的参数进行了分析与优化,一阶段是用正交设计法确定各参数的最优组合,使实验次数大幅减少;二阶段是利用信噪比对加工质量和加工效率的平均值和偏差进行综合衡量;三是方差分析法对加工质量各参数的方差进行分析从而得到最优的加工方案。

 

      2 MQL 平面磨削区流场动压力

 

      最小量润滑技术又称准干式切削,它是将压缩气体与极微量的润滑液混合气化后,喷射到加工区,对刀具和工件之间的加工部位进行有效的润滑。最小量润滑技术所使用的润滑液用量非常少,一般为(0.3~0.5ml/min,大大减小了对环境的污染[1],磨削区流场示意图,如图1 所示。

 

   

      2.1 流体动压力和有效流量的计算

 

 

      2.2 定性分析流场动压力和有效流量

 

      为了比较磨削区的流场动压力和有效流量的实验值与理论计算值需要测量的数据如下:

 

      砂轮转速vs喷嘴的喷射速度vj通过磨削区的有效流量qu磨削区的流场动压力pmax2.3 通过定性分析得到结论磨削区有效流量增大,接触区压力增大。喷射速度和喷射流量增大,有效流量和接触压力增大。砂轮转速增大,流场动压力增大。

 

      一般情况下,不期望有较大的接触区压力,因为较大的接触区压力不仅会给砂轮额外的力使砂轮主轴变形,而且还会影响工件的加工表面质量,所以对液体传输情况、砂轮转速、进给量和切削深度等进行优化,可以降低动压力,产生较大的有效流量,降低砂轮磨损,提高加工质量[2]

 

      3 对平面磨削参数的设计与优化

 

      磨削参数的设计和优化,是通过调整设计变量及控制容差使影响加工质量的因素与设计值发生差变时仍能保证加工质量的过程。磨削参数的设计与优化一般需完成两步工作,一是建立可行的加工参数体系,充分显示出各种因素的变差对加工质量的影响;二是获取影响加工质量的可靠信息,寻找对各种因素干扰不灵敏的加工方案。为了提高磨削生产率和磨削质量下面对工件材料切除量Q和表面加工粗糙度进行设计与优化。

 

      3.1 磨削参数的分析及相关的信噪比计算

 

      信噪比(signal-to-noise S/N)作为通信系统的质量指标,已有近百年的历史,日本学者田口玄一博士把S/N 引入到实验设计技术中,用作反映产品质量稳健性的重要指标。因此,在磨削实验中用S/N 来反映磨削生产率和表面粗糙度的稳健性[3]

 

      最小量润滑方式下磨削实验中的参数,如表1 所示。

 

 

      3.1.1 关于工件材料切除量Q 的信噪比计算

 

      材料切除量Q 的均方差公式:

 

 

 

 

 

 

      总的切除量平均信噪比为:εQ =38.28由方程(7)、(8)可知,信噪比越大,切除量的方差值越小,说明实际的加工切除量越接近目标值,因此,较大的信噪比是所期望的。

 

      3.1.2 关于加工表面粗糙度信噪比的计算

 

      表面粗糙度的均方差公式:

 

 

      由方程(8)、(9)可知,信噪比越大,表面粗糙度的方差值越小。

 

      3.2 磨削参数的方差分析及相关计算

 

      为了获取影响加工质量的重要参数下面用方差分析法,方差分析法的基本原理是:

 

      1)将数据总的偏差平方和按照产生的原因分解成由因素的水平不同引起的偏差平方和以及由试验误差引起的偏差平方和两部分之和:

 

      (总的偏差平方和)=(由因素水平引起的偏差平方和)+(实验误差平方和)

 

      2)上式右边两个平方和的相对大小可以说明因素的不同水平是否使得各平均值产生显著性差异,为此进行适当的统计假设检验[6]

 

 

      4 结语

 

      从表7 分析可知,进给量是影响切除量的唯一的重要参数,表1 中的切削速度和切削深度对切除量产生的影响较小;从表8分析可知,砂轮速度、进给量和切削深度对加工表面粗糙度的影响都较小。

 

      根据上述信噪比和方差分析表格可知,对切除量和表面粗糙度来说,最优的加工参数为水平1 的切削速度、水平1 的进给量和水平3 的切削深度,即最优的加工方案为A1B1C3 
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