无心磨削砂轮不平衡对工件表面形貌影响的研究

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1、无心磨削砂轮不平衡对工件表面形貌影响的研究无心磨削砂轮不平衡对工件表面形貌影响的研究王益平，张秋菊，化春键,夏语冰，封云(江南大学机械工程学院，江苏无锡214122)InnuenceofGrindingWheelUnbalanceonSurfaceTopographyofWorkpieceinCentrelessGrindingWANGYi—ping,ZHANGQiu—ju,HUAChun—jian,XIAYu—bing,FENGYun(SchoolofMechanicalEngineering,JiangnanUniversity,Wuxi214122,China)摘要:为了

2、研究无心外圆磨削过程屮，砂轮不平衡引起的振动对工件表面形貌的影响，建立了磨削中砂轮不平衡引起的系统振动的数学模型，通过理论与仿真结果的分析比较，得出由于砂轮不平衡引起的磨削表面和砂轮表面的相对瞬时位移，再利用准动力学谐波理论计算分析，结果表明，砂轮不平衡会严重影响工件表面的谐波构成.关键词:无心磨削;表血形貌;仿真;偏心中图分类号汀G58文献标识码:A文章编号:1001—2257(2008)06—0011一03Abstract:Toanalysetheinfluenceofgrindingwheelunbalanceonsurfacetopographyofwork一piece

3、incentrelessgrinding,thispaperestablishedamathematicalmodelofsystemvibration.Therela—tireinstantaneousdisplacementbetweenthegroundsurfaceandthegrindingwheelsurfacewasdescribedbycomparingtheoreticalanalyseandsimulationresults.Consequent1y,researchresultbyusingthemethodofgeneratingmechanismofh

4、armonicquasi—ynamicsshowedthat,grindingwheelunbalancehavegreatimpactontheharmonicstructureofgroundsurface.Keywords:centrelessgrinding;surfacetopog一raphy;simulation;eccentric()引言在无心磨削成圆过程中,振动是非常重要的影响因素.它以损坏精加工表面和增加形状误差来影收稿日期:2008—01—25《机械与电子))2008(6)响加工血的质量.由于磨削过程中砂轮磨损的不均匀，砂轮修整器的振动以及各种随机因素的影响

5、，都会引起砂轮对工件的相对振动.这种砂轮不平衡引起的相对振动对磨削效率，磨削质暈，砂轮和轴承寿命都有很大的影响•特别是任高速磨削和高精度磨削时，这种影响越来越不可忽视［1］.从现有的文献来看，对无心磨削过程中，砂轮不平衡引起的对工件表面形貌影响的研究并不是很多，钱安宇对砂轮振动进行了基本的理论分析］，但没有建立相应的数学模型.木文的目的是在考虑砂轮不平衡引起的系统振动的基础上，通过建立三自由度的系统动力学模型，进一步分析砂轮不平衡引起的磨削表面和砂轮表面的相对振动对工件表面形貌的影响.1动力学模型的建立在无心磨削工艺分析和磨床设计屮，无心磨削的工艺系统是指由砂轮部件，导轮部件，

6、托板部件和工件组成的系统j.在无心磨削过程中，砂轮不平衡在高速旋转中产牛的离心力，将会引起系统各部件的相对振动，从而影响工件表面的形貌.砂轮不平衡引起的动力学模型可简化如图1所示.图1动力学模型图1中,X,y分别表示工件在振动过程中产生的水平和垂直方向位移，表示砂轮架振动位移,k为砂轮架刚度,k.为磨削表面和砂轮表面的接触综?11?合刚度,k.为托板刚度,k为导轮及其支架的综合刚度,c,c.分别代表砂轮架和导轮架的阻尼,a为砂轮中心与工件中心连线与水平方向的夹角，为托板斜面法向与水平方向的夹角,7为导轮中心与工件屮心连线与水平方向的夹角,m.和m分别代表砂轮和工件的质量炉为砂轮

7、转动角速度,m为砂轮的不平衡质量,c为砂轮的质心相对于转动中心的偏心距，设磨削表面和砂轮表面的相对位移为S()•由图1分析建立三自由度振动模型，系统动能T的表达式为：T—Tw+11G(1)式中L——工件的动能砂轮的动能系统的势能为：U=U1+U2+U3+U4(2)式中,,,——忌,k,k.,k的势能系统的耗散函数为：F—Fc+Fc2(3)式中f—阻尼器C的耗散函数Fc——阻尼器C2的耗散函数作用于系统的广义力为：qG一me03.2sin(cot)(4)令L—T—则拉格朗日方程为：旦dl(嚣)