机械制造质量分析和控制新方法论文.doc

机械制造质量分析和控制新方法摘要：当今世界是飞速发展的世界，不管是经济、政治、文化三大方面的进步，在技术行业，外在的、内在的也在隐形的发展中。机械行业，制造技术中的各种各样的加工技术虽然各有一定的优点，但是随着时代的步伐，要不断地发现新方法、新技术才能稳固机械制造行业的地位，才能确保机械行业的不断发展，才能满足世界在这方面的需求。关键字：机械 制造 新方法 新技术 发展一、磨削加工新方法、新技术（一）砂带抛光法 砂带磨削作为一门新技术，因其加工效率高，应用范围广，适应性强，使用成本低，操作安全方便等特点，而广受青睐。在国外已得到广泛应用，发展非常迅速，与传统的车削、铣削、砂轮磨削产生了激烈竞争。砂带磨削的生产率比铣削高10倍，比砂轮磨削高4-10倍。砂带磨削日益广泛地应用于各种材料的磨削和抛光中，特别适用于加工大型薄板、带材、长径比很大的薄壁孔和外圆。目前砂带磨削技术正随着砂带制造质量的提高和品种的发展而不断地发展。在世界上工业发达的国家如美、英、日、德等国砂带磨削机床及砂带生产与日俱增，我国也对此项研究越来越重视，吸引了越来越多的大学、科研机构、工矿企业研究应用这一先进工艺，它的优越性已逐步被人们所认识。如果这一新技术得到进一步推广应用，必将对我国的制造业产生较大影响，同时也会对企业降低成本、提高效率及提高产品加工精度起到重要作用。1、砂带 砂带是特殊形态的多刀、多刃的切削工具，其切削功能主要由粘附在基底上的磨粒来完成。作为一颗磨粒的切削行为，可以比喻为一般切削加工刀具的微型体的切削行为。砂带属一种单层磨料的磨具，是砂带磨削的主体，它由磨料、粘结剂、基体材料三要素组成，在具有可挠性且极为平坦的布料或纸料基体表面上，平整地排列着长径立起的磨粒，靠粘结剂和基体材料保持可挠性和弹性。作为涂附磨具的主要品种，其性能是由各部分要素综合形成的，由于这些要素的组成各异，使得砂带这种涂附磨具的性能可满足不同的工件材料在不同的加工条件下进行磨削加工的要求，同时也形成了砂带磨削区别于砂轮磨削的诸多优点。2、砂带磨削 砂带磨削正是利用砂带，按照待加工工件的要求，在一定的机械装置上，以相应的接触方式，并在一定的压力作用下，使高速运转着的砂带与工件表面接触产生摩擦，将工件加工表面的余量逐渐磨除或抛磨光滑的新工艺。磨粒在与工件表面的相对运动中，磨粒和工件表面间产生一定的干涉。按照干涉的程度，可区分为三个不同的过程。（1）滑擦实际上此时开始接触工件，干涉很少，磨粒只摩擦工件表面，起“滑擦”作用，此时磨粒在工件上滑擦，实际上产生了切除材料的弹性和塑性变形。（2）耕犁 随着机床进给，切削厚度的增加，干涉增大了，这时磨粒在工件表面上犁出“刻线”，称为“耕犁”。此时工件材料产生塑性流动，材料产生一个挤压式的运动，而从磨粒下方向的前面在和两侧挤出，同时切除少量材料。（3）切削 在一定压力的作用下，当有足够的干涉并伴随一定的切削温度时，开始真正的“切削”，此时在滑动磨粒的前方产生断裂而形成切屑，有相当快的切除率。砂带上的众多磨粒，在与工件接触的瞬间，一部分磨粒进行切削，另一部分犁出沟槽，还有一些只起滑擦作用，甚至同一颗磨粒的不同部位以及同一部位在不同的加工时间里所起的作用也不同。除此之外，砂带的旋转运动又起了擦净切屑的作用，将前进着的磨粒前方的切屑清除干净。3、砂带磨削的优点(1)经过精选的针状砂粒采用先进的“静电植砂法”，使砂粒均匀直立于基底、且锋口向上、定向整齐排列，等高性好，容屑间隙大，接触面小，具有较好的切削性能。应用这一多刀多刃的切削工具进行磨削加工，生产效率高。(2)砂带磨削时接触面小，摩擦发热少，可以有效地减少工件变形及烧伤，加工精度高，砂带在磨削时是柔性接触，具有较好地磨削、研磨和抛光等多重作用，再加上磨削系统振动小，磨削速度稳定使得表面加工质量粗糙度值小，残余应力状态好，工件的粗糙度可达0.40.1，且表面有均匀的粗糙度，加工表面质量高。(3)砂带磨削可以用于平面、外圆、内圆磨削、复杂的异形面加工。除了有各种通用、专用设备外，设计一个砂带磨头能方便地装于车床和铣床等常规现成设备上，不仅能使这些机床功能大为扩展，而且能解决一些难加工零件如超长、超大型轴类、平面零件、不规则表面等的精密加工，砂带磨削工艺灵活性大，适应性强。 正是利用砂带磨削的这些优点，我们将砂带制成轮状的涂附磨具，把它应用于不锈钢管抛光中，解决了不锈钢管表面容易烧伤和刚度不足的问题。4、砂带抛光原理 砂带磨削是一种高效率、低成本、多用途的磨削加工新方法，它对于各种材料及形状零件加工的适应性和灵活性远超过常规砂轮磨削工艺3。在加工工件表面时，砂带与砂轮的不同之处在于：砂轮在磨削时处于拉应力状态，且因为热量积聚，易在工件表面磨削中产生微观裂纹和烧伤现象；而砂带具有磨削和抛光双重作用，呈压应力状态，发热少，不易烧伤，因此又称冷态磨削，且其切削性能明显高于一般的砂轮磨削。正是利用砂带磨削的这些优点, 我们将砂带制成轮状的涂附磨具，把它应用于不锈钢管抛光中，解决了不锈钢管容易导致表面烧伤的问题。不锈钢管抛光另一个问题是长径比大，刚性差，属于超细管的表面加工，加工困难。为解决此问题，我们把砂带磨轮分别装在工件的两侧，使工件两侧径向压力平衡，弯曲变形大为减少，从而满足了不锈钢长管抛光要求。抛光不锈钢管的原理如图1所示，1、5为粗抛光轮，2、4为精抛光轮，3为不锈钢管。由2对粒度不同的砂带磨轮分别对不锈钢管进行粗抛光和精抛光，使不锈钢管的粗抛光和精抛光一次完成。 工件以转速nw旋转，砂带磨轮转速均为ns，以一定压力压向工件，同时工件沿轴线作进给运动，速度为Vf。砂带磨轮线速度：Vs=Dns工件线速度：Vw=dnw式中ns砂带磨轮旋转速度(r/s)nw工件旋转速度(r/s)d工件外圆直径(mm)D与工件接触处砂带磨轮外圆直径(mm)5、结论（1）随着航空、航天、煤矿、石油、化工、冶金和食品等工业的蓬勃发展,不锈钢材料已得到广泛地应用2，而不锈钢组织紧密，粘韧性大，导热性差，用普通刚性砂轮抛光时，切屑粘附且易堵塞磨削空隙，降低了砂轮磨粒的切削作用，容易导致工件表面烧伤。 砂带磨削属弹性磨削，与砂轮磨削相比，其径向力小，且我们把砂带磨轮分别装在工件的两侧，使工件两侧径向压力平衡，工件不易变形，从而解决了工件刚度不足的问题。同时磨轮是由多片组成，属于间断磨削，叶片在旋转中形成的气流将磨削热带走，加上离心力的作用使磨屑顺利排出，磨屑不会滞留，磨削过程中不会堵塞，避免了磨削烧伤，具有较好的表面质量。（2） 用粒度不同的两对磨轮一次性对不锈钢管进行粗抛光和精抛光。降低了表面粗糙度值，提高了生产效率，满足了不锈钢管的加工要求。我国在砂带磨削的应用方面还处在初始阶段，因此，我们应大力提倡研制和应用砂带磨削技术，以提高我们的加工工业在磨削加工方面的生产效率，降低生产成本，增强我们的产品在国际市场上的竞争力。可以预料，砂带磨削技术在机械制造业中必将得到应有的重视和广泛地应用。（2） 嵌入式磨削法 许多精密工件的成形面和台阶面在进行大批量加工时, 往往采用切入式磨削法, 以提高生产效率。切入式磨削使用的砂轮基本上是成形砂轮或组合砂轮。磨削不同台阶面的组砂轮, 由于各台阶面圆柱直径不同, 其线速度彼此间也就不同, 因此, 在磨削各台阶面时要求都得到最佳的磨削用量是不可能的。同时, 因不同台阶面的磨削参数各不相同, 造成组合砂轮中不同直径砂轮的径向磨损也不同。即: 组合砂轮最小直径处的工作条件最为繁重, 其径向磨损必然大大超过组合砂轮最大直径处的磨损。这种磨损的不均匀性又可以反过来影加工零件的形状和精度。为了避免加工过程恶化, 保证磨削精度, 必须以组合砂轮最小直径的磨损情况以及不妨碍磨削工件成形精度为前题的基础上定期修整组合砂轮。这将在一定程度上降低生产率、增大砂轮消耗量和金刚石修正工具的消耗量。为此, 提出了新的切入式磨削精密零件多台阶面的高效方法, 以消除上述组合砂轮进行切入式磨削时存在的问题。新方法磨削台阶面的计算磨削台阶面新方法的要点是: 组合砂轮中最小直径的砂轮具有完整的工作表面( 简称完整砂轮) ,而其余砂轮则由凹槽形成断续工作表面( 简称断续砂轮) 。设计时, 为了确定断续砂轮槽的尺寸和廓形,同时考虑到砂轮任意时刻i 时的磨损, 必须规定断续砂轮的磨削长度l ni( 磨削长度即为断续砂轮凸起部分形成的断续工作表面的总长度）。可由式( 1) 计算在任意时刻i 时断续砂轮的磨削长度lni:式中: vsw i 完整砂轮圆周速度, m/ s;vgw 完整砂轮磨削的工作台阶面圆周速度, m/ min;vgd 断续砂轮磨削的工作台阶面圆周速度, m/ min;Ddi 断续砂轮直径, mm;Dwi 完整砂轮直径, mm;dd 断续砂轮磨削工件台阶面直径, mm;dw 完整砂轮磨削工件台阶面直径, mm;ns 砂轮旋转速率, r / min。式( 1) 推导中只考虑了砂轮与工件的相向运动。这就基本保证了每个磨粒上的载荷、切削力、切削区温度和磨削过程参数等均为常量。同时又促使砂轮工作廓形均匀磨损, 因而可提高了加工表面的形状精度。另外, 考虑到磨削用量、加工面尺寸和完整砂轮情况, 每个磨粒切除的表面层最大厚度azmax为:式中: vsw 完整砂轮圆周速度, m/ s;s 横向进给量( s = tn) , mm/ min;t 磨削深度, mm;n 工件转速, r/ min;Dw 完整砂轮直径, mm;l 磨削时砂轮与工件相接触的弧长,mm。砂轮与工件旋转方向相反, 用“+ ”号; 反之, 用“- ”号.二、检测表面粗糙度新方法表面粗糙度视觉检测中环境光补偿新方法1、环境光补偿法思想 待测工件表面粗糙度不同，则对应的工件表面图像特征量就不同，这是使用视觉方法检测表面粗糙度的基础；但如果测量时环境光发生变化，同一工件表面图像的灰度值会因为光线的变化而发生变化，从而导致提取的图像特征量也可能发生变化因此当外界环境光照条件恒定时，与检测值存在映射关系的工件表面图像特征量为工件真实粗糙度的单变量函数；而当外界环境光照发生变化时，工件表面图像特征量为工件真实粗糙度值和环境光的多变量函数，即TG=f(Ra,Tw) (7)式中， 为工件表面图像特征量；rw为外界环境光光强特征量由式(7)有Ra=g(TW,TG) (8)由此，使用照度计来测量外界环境光的强度变化以对环境光引起的偏差进行补偿，同时提取表面不同性质特征量对表面进行约束，通过不同环境光条件下标定实验确定检测值同环境光强、工件特征量间的关系，达到提高工件表面粗糙度检测精度的目的。2、工件表面图像特征值提取由算术平均偏差法的思想，扩展到二维区域并进行简化，取工件采样区域的灰度均值ua 和灰度共生矩阵的能量值E分别作为待测工件的特征量TG1,TG2灰度均值计算方式表征了工件的统计特征信息，其计算如下： (9)式中，。，分别为采样区域行、列值；g 为像素灰度值总结：针对机械制造技术的某些工序加工提出了这几种新方法、新技术，希望机械制造行业能够坚持创新科学的理念不断发展，为机械行业制造出精度更高、技术更高、更精密、质量更好的机械产品，为世界为国家打造机械第