1、砂帶磨削鋁合金工藝分析摘要：砂帶磨削作為一種按照工件加工要求，選擇合適的接觸方式，用砂帶進行磨削加工的工藝，在現(xiàn)代磨削加工中運用越來越廣泛。本文對砂帶磨削鋁合金表面粗糙度進行了理論探討，并對砂帶磨削試驗裝置進行了設計，包括主要功能部件的基本參數(shù)的選擇和其結構設計。另外，通過正交試驗方案的設計，利用少量的試驗組進行了砂帶磨削鋁合金試驗，且達到了較好的試驗效果。主要研究砂帶磨削鋁合金圓柱端面粗糙度值與磨削參數(shù)的關系，通過砂帶磨削試驗，探討了在砂帶磨削鋁合金圓柱端面時，影響指標表面粗糙度值的其中四個因素，對磨削加工后的鋁合金端面粗糙度值進行測量并進行數(shù)理統(tǒng)計分析，最后得出結論對于表面粗糙度值的影響特

2、別顯著的是砂帶粒度，顯著的是磨削深度，進給量和工件轉速影響較小。關鍵詞：砂帶磨削；磨頭設計；正交試驗；粗糙度Abrasive belt grinding aluminum alloy process analysisAbstract：Abrasive belt grinding, as a kind of, in accordance with requirements of the workpiece processing, choose the right means of contact, using abrasive belt grinding process, using more

3、and more widely in modern grinding processing.the paper discussion the abrasive belt grinding aluminum alloy surface roughness has carried on the theoretical, and design the abrasive belt grinding test device, including the selection of basic parameters of the main features and its structure design.

4、In addition, through orthogonal test scheme design, abrasive belt grinding aluminum alloy is studied by using a small amount of experimental test, and achieved good experimental result.Research belt grinding aluminum alloy cylinder end surface roughness values and the grinding parameters, the relati

5、onship between using abrasive belt grinding test, explored the abrasive belt grinding aluminum alloy cylinder end face, four factors of affect surface roughness value indicators, for the aluminum alloy after grinding end face roughness measurement and mathematical statistics analysis, the final conc

6、lusion for the surface roughness value is particularly prominent sand with grain size, the influence of grinding depth, notably feeding and rotating speed.Key words: abrasive belt grinding； design of belt grinding head；orthogonal experiment；roughness1緒論 11選題的背景及研究意義111 選題背景鋁合金的顯著特征是其密

7、度值較低，但強度值較高，綜合性能十分優(yōu)越，已廣泛應用于國民經(jīng)濟和國防軍工的各部門，人民生活的各方面，已成為人類社會的基礎材料之一，在交通運輸?shù)戎T多領域大有替代鋼鐵材料之勢1。在汽車、摩托車、航空航天、機械制造、家電等諸多領域得到大量應用。在許多關鍵零部件的加工中，要保證其表面質(zhì)量和精度，本課題對鋁合金加工，進行砂帶磨削技術探討和工藝分析。112 本課題的研究意義 砂帶磨削作為興起時間較短，在機械加工領域廣泛應用，跟砂帶磨削有著高效率、成本低、應用范圍廣、方便加工等特點莫不相關。與傳統(tǒng)加工方式有著越來越同等的地位，得到廣大制造企業(yè)的認可。在航空航天、汽車以及其他工業(yè)，鋁合金材料的應用逐漸變得廣泛

8、，用其作為材料加工成零部件，除了傳統(tǒng)的機械加工方式，砂帶磨削作為新興加工技術越來越得到制造企業(yè)的采納，以及得到相關專家學者的深入研究。砂帶磨削技術作為一種高效、穩(wěn)定、高精度、低成本的加工技術，與傳統(tǒng)的加工方式，比如車削、磨削等相比，砂帶磨削能得到更好的表面質(zhì)量，更精確的尺寸。還具有設備簡單和能加工復雜型面的特點，具有生產(chǎn)效率高、使用壽命長的明顯優(yōu)勢。目前，國外以及國內(nèi)專家學者對砂帶磨削金屬材料的機理和工藝進行了一定研究，可是任然有不少問題，特別是對于砂帶磨削鋁合金的研究更需進一步展開，對鋁合金進行砂帶磨削工藝試驗，有助于找出砂帶磨削鋁合金的加工影響因素，以便進一步研究建立砂帶磨削鋁合金工藝理論

9、，對于企業(yè)在加工實踐中，能夠從相應基礎理論中得到砂帶磨削的最佳工藝方案，進行加工控制。12國內(nèi)外砂帶磨削技術研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.2.1國外研究現(xiàn)狀目前，國外砂帶磨削技術隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進展一樣在向前發(fā)展。尤其是德、美、日等工業(yè)發(fā)達國家，在砂帶磨削技術研究方面走在前列，帶動著砂帶磨削技術的發(fā)展。美國是在砂帶磨削技術開展研究最早的國家，從最初的基礎性的理論研究，再到技術開發(fā)應用的研究，都走在前列。其中最為關鍵的技術是砂帶技術的突破，高質(zhì)量、優(yōu)性能的砂帶為砂帶磨床的研發(fā)設計提供了可能，由于不受到砂帶的限制，就可以研發(fā)設計從低速到高速，從粗加工到精密加工，從小型砂帶磨床到大型重載磨床，從加工簡單型面

10、到加工復雜型面等一系列的產(chǎn)品體系。德國研制了加工不同型面的專用磨床，包括磨內(nèi)圓、外圓、無心外圓等各種加工場合，并且將最新的自動化技術應用于磨床的研發(fā)設計，推出了各種數(shù)控磨床，在砂帶技術方面，研制出了應用于不銹鋼磨削的堆積磨料砂帶，還有性能優(yōu)越的空心球磨粒砂帶，這些成就的取得，與德國砂帶磨削基礎理論研究強勁有很大關系，以大學為主要研究機構，做了大量砂帶磨削機理的研究。日本在砂帶磨削技術方面也有不錯的表現(xiàn)，從最初應用于精軋鋼板，到后面做深入研究，研制成功多軸數(shù)控砂帶磨床應用在汽輪機葉片的加工中，在砂帶技術方面，研制成功超微磨粒砂帶，可實現(xiàn)微小原件的精密加工。可見，國外發(fā)達國家在砂帶磨削技術上的努力

11、主要集中于砂帶磨床的研發(fā)以及關鍵技術砂帶制造的突破2。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)砂帶技術是在改革開放之后逐漸發(fā)展的，在這之前主要是從國外引進砂帶磨床設備用于國防軍工方面，隨著改革開放的進程，首先是國內(nèi)各大機械廠家開始引進國外先進制造裝備技術，進行機械加工。隨著國內(nèi)高校和研究機構的整體研究水平的提升，高校和研究機構開始進行砂帶磨削基礎理論和技術應用研究。在企業(yè)和高校的研究攻關下，研究成果不斷涌現(xiàn)，東北大學在砂帶磨削基礎理論做了不少研究，該校在砂帶磨削難加工材料的磨削機理方面做了大量實驗研究，重慶大學在砂帶磨削理論研究和技術應用方面研究起步早，研究范圍廣泛。和企業(yè)開展合作，幫助企業(yè)開發(fā)相關產(chǎn)品的

12、過程中，進行基礎研究和技術開發(fā)，同時申報教育部和國家重大課題，進行相關的技術攻關，取得了重要成果。湖南大學是國內(nèi)高效磨削研究基地，在砂帶平面強力磨削方面有重要成果。清華大學也在砂帶磨削技術方面有相關研究，主要集中在精密加工方面的先進技術研究，取得了不少研究成果。國內(nèi)還有其他高校和企業(yè)也進行了不少研究，也取得了相關研究成果，但總體來看，我國在砂帶磨削的應用上一初具規(guī)模，在高新技術也有一定進展，但是與國外發(fā)達國家相比，還存在差距。這就需要我們更多地進行砂帶磨削基本理論研究，進行砂帶和砂帶磨削裝置產(chǎn)品開發(fā)，繼續(xù)加大砂帶磨削技術在各機械生產(chǎn)部門和企業(yè)的實際應用3。 砂帶磨削相關技術與發(fā)展趨勢 隨著科技

13、的日益進步，在新材料、新工藝以及信息技術的帶動下，砂帶磨削技術也在不斷取得進步，首先，新材料和新工藝的不斷出現(xiàn)，將會有各種優(yōu)良的砂帶產(chǎn)品逐漸被研發(fā)出來，應用于各種加工場合，將會在精密加工以及重載加工領域形成不錯表現(xiàn)，在信息技術和自動化技術的帶動下，砂帶磨床將逐漸自動化和智能化，在磨削加工過程中，更好的控制加工過程，有效提高加工效率和加工質(zhì)量4。以及自動加工仿真技術在砂帶磨削中的應用，可大大提高加工過程分析的效率，短時間內(nèi)改善優(yōu)化加工工藝5。可見，將來砂帶磨削技術將變得自動化、智能化、精密化，以及重載加工和加工過程仿真。1. 3 本課題的研究內(nèi)容 砂帶磨削技術的優(yōu)良特性，在制造型企業(yè)還有進一步推

14、廣的空間。本課題進行砂帶磨削技術相關的研究，以及進行磨削頭結構設計，還有磨削試驗，選取優(yōu)良的加工工藝方案。2砂帶磨削鋁合金的表面粗糙度理論分析2.1鋁合金的特性 鋁合金是在純鋁中加入一定成分和比例的銅、鎂等元素后，其性能得到大大提升，無論硬度還是強度都有出色的表現(xiàn)，因其優(yōu)良的機械性能再加之質(zhì)量輕，越來越多的應用于航空航天、汽車、生活用品等行業(yè)，如在汽車行業(yè)，鋁合金可用熱沖壓成型方法來制成車身零件，用熱鍛方法制造輪轂等。在車身上使用鋁合金零件能降低車體整體質(zhì)量，縮減用油量，有利環(huán)境保護。在其他行業(yè)，采用鋁合金作為原料也大量使用。22砂帶磨削原理與基本形式2.2.1砂帶磨削原理砂帶磨削和砂輪磨削的

15、機理相似，磨粒在砂帶上以一定速度轉動，砂帶與工件彈性接觸產(chǎn)生一定壓力時，就能從工件上切除材料，磨粒也將受到磨粒磨損6。砂帶磨削所用砂帶，是在布，聚酯薄膜等彈性基底上，采用靜電植砂工藝制作的，磨粒排列均勻，磨削時磨粒承受載荷均勻，且全部參與磨削，效率高，散熱好，彈性好。如圖2-1所示，組成砂帶磨削的基本要素有砂帶、張緊輪、接觸輪、驅動輪（圖中接觸輪同時為驅動輪）、磨削參數(shù)和磨削對象等7。砂帶環(huán)繞在張緊輪和接觸輪上，并通過張緊輪張緊，砂帶在動力的驅動下做旋轉運動，當工件進給到磨削加工區(qū)域時，砂帶就對工件待加工區(qū)域進行磨削加工，切除工件表面要加工的部分，同時，砂帶在加工過程中，受到磨損，不能進一步加

16、工或加工效果不理想時，就可以進行砂帶的更換，用新的砂帶繼續(xù)加工。在整個加工過程中，其基本特征可總結為：在張緊輪和接觸輪的外表面上套上用于磨削加工的砂帶后，用張緊輪或張緊裝置將砂帶張緊，然后利用動力驅動其 轉動，結合工件的特征和工藝要求，確定相應的接觸方式（見2.3砂帶磨削接觸形式），并根據(jù)機械加工工藝手冊選擇合理的、等，就可以對工件進行砂帶磨削加工。圖2-1 砂帶磨削基本要素2.2.2砂帶磨削方式 根據(jù)砂帶磨削的結構形式不同，可對砂帶磨削方式進行分類，由圖2-2所示，砂帶磨削方式可以分為開式和閉式兩種類型8。圖2-2 砂帶磨削方式(1)開式砂帶磨削 如圖2-2 a所示,是最常用的開式砂帶磨削方

17、式，采用成卷砂帶，由電動機帶動卷帶輪從而帶動砂帶運動，砂帶則繞過接觸輪與工件接觸，工件做回轉運動同時橫向進給與接觸輪接觸產(chǎn)生一定壓力，對工件進行加工。開式砂帶磨砂帶使用周期長，磨削狀態(tài)穩(wěn)定，磨削質(zhì)量高，多用于精密加工及超精密加工中。(2)閉式砂帶磨削 如圖2-2 b所示，是最普遍的閉式砂帶磨削方式，其基本特征是采用環(huán)形連接在一起的或整條砂帶，通過張緊輪張緊，電動機帶動接觸輪轉動，從而帶動砂帶轉動，工件做回轉運動，橫向進給與接觸輪接觸，對工件進行加工，閉式磨削效率高，但隨著砂帶磨損，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，多用于粗磨、半精磨、精磨加工中9。砂帶磨削接觸形式10-11 如圖2-3所示，在實際加工過程中，砂

18、帶和工件的接觸形式多樣，變化靈活，砂帶磨削按照砂帶與工件的接觸形式來劃分，主要分接觸輪式、支撐板式和自由式。圖2-3 砂帶接觸形式(1)接觸輪式 如圖2-3 a所示，在工件進行加工時，工件與接觸輪處的砂帶接觸，這種接觸方式稱為接觸輪式，接觸輪式砂帶磨削適合磨削深度比較大，對加工精度要求不是很高的外圓磨削，將接觸輪與張緊輪分開，有助于加工精度的提升，還便于在砂帶磨頭設計時，合理安排空間尺寸。(2)支撐板式 如圖2-3 b所示，在工件進行加工時，工件不與接觸輪處接觸，工件在支撐板的作用下與砂帶接觸，這種接觸方式成為支撐板式，支撐板式砂帶磨削適合磨削量小，但要求加工精度高的場合，同時由于支撐板的明顯

19、作用，可有效避免在加工過程中，由于不平衡引起的振動導致的加工表面質(zhì)量降低。(3)自由式 如圖2-3 c所示，在工件進行加工時，直接與砂帶接觸，這種接觸方式彈性最好，稱為自由式，自由式砂帶磨削適合磨削量小的加工條件，由于砂帶直接與工件接觸，接觸彈性好，受到的壓力相對較小，加工后的工件表面粗糙度小，表面質(zhì)量高，在工件表面精細加工中，表現(xiàn)優(yōu)越。（4）復合式 在實際砂帶磨削加工過程中，可以根據(jù)實際需要，或是單一的磨削方式不能滿足要求時，就可以將兩種或多種磨削方式結合在一起，以期達到良好的加工效果。如圖2-4所示，就是將接觸輪式和支撐板式結合在一起，達到加工效率高、加工精度好的復合式。圖2-4 復合式2

20、.3砂帶磨削鋁合金的表面粗糙度及其影響因素 加工好的工件表面質(zhì)量評定指標主要是表面粗糙度，砂帶磨削加工鋁合金后，已加工件表面具有肉眼不容易看見的較小間距和微小峰谷不平整度，就是表面粗糙度。影響表面粗糙度的因數(shù)主要有砂帶粒度，磨削用量，接觸輪參數(shù)等。砂帶粒度的影響，由于一個個磨粒就相當于一把把微小的刀具，刀具的大小直接反應在加工后的工件表面中產(chǎn)生的劃痕大小和被微小刀具撞擊后凸起部分的大小，從而影響表面粗糙度。磨削用量是砂帶速度、工件轉速、磨削深度、進給速度等綜合影響的參數(shù)。分析磨削用量，就是考慮單位時間內(nèi)進入待磨削加工區(qū)域內(nèi)的磨粒數(shù)目、每個微小磨粒進行磨削加工的磨削深度，從而影響表面粗糙度。3砂

21、帶磨削試驗裝置設計31砂帶磨頭整體方案的選擇結合砂帶磨削的機理和特點，雖然開式磨削方式能得到更高的加工精度和表面質(zhì)量，但其加工效率較低，況且采取閉式磨削方式能達到較高的精度和表面質(zhì)量要求，所以綜合考慮采用閉式結構，再加上在磨頭結構設計過程中便于空間尺寸的整體安排，最后選擇閉式接觸輪式磨削方式。32砂帶磨頭主要功能部件的參數(shù)選擇3.2.1驅動輪直徑的選擇驅動輪是砂帶磨頭主要的功能部件之一，電機帶動驅動輪運動，從而帶動繞在驅動輪上的砂帶運動，驅動輪的直徑選擇直接決定砂帶的線速度。不宜過大和過小，本次選擇驅動輪直徑=120mm。接觸輪直徑的選擇 接觸輪的大小在加工時影響著材料的切除率，直徑越小，砂帶

22、與工件的單位接觸面積就小，這樣接觸壓力就大，接觸壓力大，那么材料的切除率就大，切除率大了，加工表面粗糙度就會增大。不能為了切除效率，而不斷減小驅動輪直徑，驅動輪直徑過小，砂帶的彎曲應力就越大，砂帶就越容易磨損，本次選擇接觸輪直徑=100mm。張緊輪直徑的選擇 張緊輪在整個磨頭裝置中，作用是張緊砂帶，進行磨削加工，選擇時主要根據(jù)磨頭空間結構、張緊力來確定，本次選擇張緊輪直徑=60mm。砂帶周長的選擇確定好了驅動輪和接觸輪的直徑大小，再根據(jù)磨頭總體的空間尺寸，就可以確定驅動輪和接觸輪之間的初步中心距，根據(jù)初步中心距算出初步，再根據(jù)廠家生產(chǎn)的砂帶周長規(guī)格選取標準的，反過來根據(jù)標準的計算實際中心距。圖

23、3-1 砂帶周長幾何尺寸計算圖 首先初步計算砂帶周長： （3.1）實際中心距為： （3.2）式中；為實際砂帶周長。首先根據(jù)砂帶磨頭空間基本尺寸，在選取時不宜過大或過小，過大則在運轉過程中會出現(xiàn)較大的振動，對加工質(zhì)量受到影響，過小會有損砂帶，磨損加快，壽命減小。初步選取=390mm，代入式（3.1）得取=1000mm，代入式（3-2）得最終確定中心距為327mm。帶輪包角的計算 帶輪包角的大小對砂帶在運轉過程中的傳載能力有決定性影響，當包角變大時，傳載能力就變強，反之亦然，但包角不能過小，包角過小則易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，也就是砂帶失去傳載能力。取許用包角值。 驅動輪包角計算 接觸輪包角計算 通過驗算，

24、；即驅動輪和接觸輪包角都滿足許用要求。電機的選擇 電機作為砂帶磨頭的動力來源，一般都選擇交流電機，本次為便于在后續(xù)研究中結合自動控制技術的實施，決定選取伺服電機。砂帶磨頭的功率P可用下式（3.3）確定。（3.3） 其中， 為切向力，為砂帶線速度，又因為，為法向力，那么就可得，根據(jù)磨削加工材料為鋁合金，取，。得，選取東元型伺服電機。3.3砂帶磨頭要功能部件的結構設計3.3.1驅動輪的結構設計 驅動輪結構設計與平皮帶輪設計相似，驅動輪在砂帶磨頭中的作用是傳遞扭矩，定位砂帶，驅動輪材料選擇鋼材，與軸定位方式選擇普通平鍵定位，在驅動輪表面硫化一層橡膠，增大摩擦系數(shù)，防止砂帶打滑。在驅動輪的輪表周向開一

25、些溝槽，用作消氣槽。圖3-2 驅動輪3.3.2接觸輪的結構設計 接觸輪的結構設計，接觸輪在砂帶磨頭主要功能部件中的作用最為重要，首先，接觸輪和驅動輪一樣，起基本的支撐砂帶的作用，還要承受工件與砂帶接觸所產(chǎn)生的壓力。其次，接觸輪在運轉過程中，如果由于固定不穩(wěn)或是本身一端磨損導致運轉偏離，那么這種偏離誤差將會通過砂帶傳遞到工件的加工上，導致工件加工過程中的穩(wěn)定性差，從而其表面質(zhì)量肯定降低。最后，驅動輪的外緣和砂帶接觸處一定要有足夠的摩擦力，這樣在加工過程中才能保證其傳遞磨削加工過程中所要達到的磨削功率。可見其是關鍵的部件。 接觸輪的材料選擇鋼材作為輪芯，然后在金屬外緣包上一層橡膠彈性材料，最外層材

26、料的性能和形狀在磨削加工時，對所加工材料的切除率以及加工質(zhì)量有著直接關系。材料的軟硬度對應于不同的加工場合，軟的材料用于拋光加工，中等硬度材料用于一般的磨削加工，硬的材料用于精密磨削加工。軟的材料切削力小，加工表面質(zhì)量高，但定位精度低，硬的材料切削力大，加工精度高，但加工表面質(zhì)量較低，表面粗糙度要高一些。表面形狀可以可以做成平面的和齒形的，平面的形狀可以保障接觸輪通過砂帶與加工工件更大面積的接觸，有效提高加工精度和降低表面粗糙度，但切削能力相對齒形的表面有所降低。齒形的表面，切削能力強，加工效率高，但磨削加工的表面精度降低，粗糙度升高。本次選擇硬度值一般的橡膠，其硬度值為邵氏硬度60，表面形狀

27、為平面型,為了砂帶的跑偏，設計中凸值為1.4。圖3-3 接觸輪3.3.3張緊輪的結構設計 張緊輪的結構設計，對于張緊輪的結構設計與驅動輪結構設計類似，張緊輪主要是在砂帶磨削過程中起張緊砂帶的作用，砂帶是彈性體，沒有一定的張緊力，則起不到磨削的作用，在整個磨削加工過程中，適當?shù)膹埦o力是砂帶進行磨削加工的前提條件，合適的張緊力將有力保障砂帶磨削加工過程中的加工效率和加工質(zhì)量，因此，張緊輪的作用在砂帶磨削裝置中的作用是顯而易見的，本次張緊輪的材料選擇鋼材。圖3-4 張緊輪3.4砂帶磨頭建模 首先，對整個磨頭裝置進行三維建模，三維建模在實際工程應用中越來越重視，進行三維建模可以很明顯的觀察整個裝置的總

28、體情況，有利突破思維的局限性，特別是空間想象力薄弱時，更能有利于機械工程人員的工作開展。本次三維建模利用三維建模軟件Pro/e5.0進行三維建模，如下圖3-5和3-6所示為正視圖和俯視圖，很顯然可以很清楚的觀察整個結構。圖3-5 砂帶磨頭三維模型正視圖圖3-6 砂帶磨頭三維模型俯視圖 除此之外，進行了二維裝配圖的建模，鍛煉實際工程應用中的繪圖能力，總體裝配圖如下圖3-7所示。圖3-7 二維總裝圖4砂帶磨削鋁合金表面粗糙度分析 恒定表面質(zhì)量的指標有表面力學性能和粗糙度，粗糙度是最主要的指標，本次通過砂帶磨削鋁合金端面試驗，應用數(shù)理統(tǒng)計的方法系統(tǒng)分析不同磨削條件下砂帶磨削鋁合的表面粗糙度的影響規(guī)律

29、，有關砂帶磨削鋁合金表面粗糙度的因索有很多，本次試驗中以一定砂帶速度進行試驗，主要對砂帶粒度、工件轉速、磨削深度、進給量四個工藝參數(shù)進行分析，為了利用少量的試驗次數(shù)達到良好的試驗效果，又能得到相關的結論，就選用正交實驗方法來進行整個試驗方案的設計，再根據(jù)試驗方案進行砂帶磨削加工試驗，最后對加工表面進行測量，并對測量結果進行分析，得到相關結論。4.1試驗條件 （1）本次試驗是在XK7132A數(shù)控銑床的基礎上進行的，在數(shù)控銑床的平臺上用壓板夾緊砂帶磨削裝置，進行鋁合金端面的磨削。（2）所用砂帶磨頭的規(guī)格參數(shù)為：額定電壓 220V50HZ額定功率 750W轉速 1420r/min （3）所用砂帶為氧

30、化鋁磨粒砂帶，粒度為60、120、180不同的粒度砂帶，如下圖4-1所示。圖4-1 砂帶 （4）試件為鋁合金材料如圖4-2所示。圖4-2 試驗件（5）測量儀為JB-4C精密粗糙度儀如圖4-3所示。圖4-3 粗糙度精密測量儀4.2正交試驗方案的設計4.2.1正交試驗簡介 本次砂帶磨削采用正交試驗方案進行試驗，正交試驗是在科學研究中，以及實際應用中被廣泛采用的試驗分析方法，可以在利用少量的試驗次數(shù)，在較短時間內(nèi)，達到所要求的試驗目的。正交試驗適用于多因素試驗研究，在確定試驗指標后，確定影響指標的多種因素，再根據(jù)各因素不同的水平數(shù)，選擇合適的正交試驗表進行試驗，根據(jù)試驗結果利用數(shù)理統(tǒng)計的方法進行數(shù)據(jù)

31、分析，找到多種因素中對指標影響顯著的主要因數(shù)，針對主要因素的不同水平，可以找到達到最佳指標的主要因素的水平。4.2.2正交試驗設計的原理 正交試驗的指標是指為了實驗目的特定考察的衡量試驗結果好壞的特性值，比如表面精度、粗糙度等。正交試驗的因素指影響試驗指標的原因，如影響表面粗糙度的因素有切削力的大小，工件進給量等，因素一般用A、B、C等表示。正交試驗的水平是指不同因素處在不同的狀態(tài)或條件下，比如砂帶的速度高低，磨料粒度的粗細，磨削加工時進給量的大小等，因素的不同水平一般用數(shù)字1、2、3等表示。 正交試驗設計的原理，本次利用正交試驗，就是分析砂帶磨削鋁合金材料時，影響工件表面粗糙度的三個因素：砂

32、帶速度、磨粒粒度和進給量，對于試驗指標表面粗糙度的影響。如果對于每個因素確定三個不同的水平，按照常規(guī)的試驗方法，那么需要做組試驗，如果是11因素，3個水平，進行全方位試驗則需要做組試驗，可見進行全方位試驗時，特別是多因數(shù)，多水平的試驗，工作量是巨大的。那么有沒有可以減少試驗次數(shù)，又可以達到試驗效果的試驗方案呢？正交實驗方法就是一種利用少量關鍵試驗次數(shù)，達到所需的試驗效果。對于試驗的任意兩個因數(shù)之間不同的水平進行試驗的次數(shù)是相同的，如3因素3水平試驗就只需要做9組試驗，這樣就大大減小了工作量，既能達到試驗目的，又能在得到良好的試驗結果的條件下，節(jié)約時間和試驗成本。4.2.3正交試驗表 正交試驗表

33、是進行正交試驗的基本工具，進行正交試驗時，按照正交表格的安排進行每組試驗，用符號代表正交表格，其中代表正交試驗表，表示總共需要做多少組試驗，表示影響試驗指標的因素的個數(shù)，表示每個因素的水平數(shù)，如表可進行三個因素，每個因素兩個水平，共四組試驗，如表4-1所示。表4-1 正交表因素試驗號ABC試驗結果1111a2122b3212c4221d通過上面的正交試驗表可以看出正交試驗表安排時的特點，首先，每個因素中不同水平出現(xiàn)的次數(shù)相同，其次，任意兩個因素之間不同水平都要相互搭配，且相互配合的次數(shù)相同12。4.2.4正交試驗方案的確定 本次要進行的砂帶磨削試驗，確定的試驗指標是砂帶磨削鋁合金時，加工完成后

34、工件的表面粗糙度，在砂帶速度一定的情況下，影響工件表面粗糙度的因素主要有工件的進給量，磨削深度，工件轉速，砂帶的磨粒粒度，四個因素，每個因素確定三個水平，得因素水平表4-2。表4-2 因素水平因素水平進給量A/（mm/min）磨削深度B/（mm）工件轉速C/（r/min）砂帶粒度D（）150.252000602100.525001203150.753000180根據(jù)本實驗是四因素三水平的試驗，選用正交表安排試驗，將每個因素排在不同的列，對應的是列號，就得到表頭設計（見表4-3）。表4-3 表頭因素ABCD列號1234設計好表頭之后，就設計正交試驗方案，將所選正交表中每列的水平數(shù)字1、2、3換成

35、對應因素的實際水平值，就完成了正交試驗方案的設計，將試驗結果放在表的最后一欄，如表4-4。表4-4 正交方案及試驗結果表頭設計ABCD列號試驗號1234粗糙度/um11(5)1(0.25)1(2000)1(60)0.268212(0.5)2(2500)2(120)0.154313(0.75)3(3000)3(180)0.15642(10)3120.142521230.245622310.19073(15)2130.195833210.145931320.3244.3試驗結果及分析13 本次試驗在學校金工實習中心數(shù)控車間完成鋁合金表面砂帶磨削加工試驗后，用JB-4C精密粗糙度儀進行磨削表面進行粗

36、糙度測量，然后對結果進行分析計算得到極差分析表4-5。表4-5 極差分析結果因素ABCD實驗結果列號試驗號1234粗糙度/um11(5)1(0.25)1(2000)1(60)0.268212(0.5)2(2500)2(120)0.154313(0.75)3(3000)3(180)0.15642(10)3120.142521230.245622310.19073(15)2130.195833210.145931320.324T10.57800.60500.60300.8370T20.57700.54400.62000.5390T=1.819T30.66400.67000.59600.4430優(yōu)水

37、平A2B2C3D3R0.0870.1260.0240.394主次順序DBAC 由計算結果可知，從表中可以看出，各因素的極差值，其說明了隨著各因素水平的變動引起指標表面粗糙度值的變動幅度，極差越大說明該因素對粗糙度影響越大，由極差值的大小可以得到各因數(shù)對于指標表面粗糙度的影響主次順序為，即對于表面粗糙度的影響最大的是砂帶粒度，其次是磨削深度，再是進給量，最后是工件轉速。根據(jù)優(yōu)水平和主次順序，就可以得到各因素的優(yōu)水平組合，也就是最佳的試驗方案，本次試驗最佳的試驗方案為。 為了更好的觀察每個因素對表面粗糙度的影響，得到因素和指標的關系圖，如圖4-4所示，對于四個因素，首先，對于進給量總體趨勢為：當進

38、給量不斷增加時，粗糙度值也相應地會變大。其次，對于磨削深度，隨著磨削深度的增加，粗糙度值先減小后增大，總趨勢是增大。然后，對于工件轉速，隨著轉速的增加，粗糙度值先增大后減小，總體趨勢是減小。最后，對于砂帶粒度，隨著粒度變細，粗糙度值逐漸減小，砂帶粒度越細，表面粗糙度值越小。圖4-4 各因素與指標相關關系通過以上的極差分析和因素指標關系圖，基本對各因素和指標粗糙度值的關系有了一個判定，為了更精確的對結果進行分析，那么再對試驗結果進行方差分析，得到方差分析表4-6。表4-6 方差分析方差來源偏差平方和自由度方差F值F顯著性因素A0.001728.3144e-00416.3742F0.05（2,2）

39、=19因素B0.002620.001326.0635F0.01（2,2）=99顯著因素C1.0156e-00425.0778e-0051.0000因素D0.028120.0141277.0853高度顯著誤差e1.0156e-00425.0778e-005總和0.03268 由表可見，因素D高度顯著，因素B顯著，因素A和因素C不顯著，也就是砂帶粒度對于表面粗糙度的影響最明顯，其次是磨削深度，進給量和工件轉速的影響較小，在鋁合金材料的磨削加工過程中，為了得到較好的表面質(zhì)量，較低的粗糙度值，那么首先要選用合適的砂帶粒度，再就是對磨削深度的合理確定。5結論與展望5.1結論 本文對砂帶磨削鋁合金的磨削原

40、理、磨削試驗裝置、表面粗糙度等方面進行了系統(tǒng)的分析，得出如下結論: 運用正交試驗對砂帶磨削鋁合金的表面粗糙度進行了試驗研究，對表面粗糙度影響最顯著的是砂帶粒度，其次是磨削深度，工件轉速和進給量影響較小。砂帶粒度越細，鋁合金表面粗糙度值降低，磨粒越細，在磨削加工過程中，產(chǎn)生的劃痕和凸起部分也就越細越小。磨削深度越深，鋁合金表面粗糙度會隨之有所增大，由于磨削深度的增加，那么砂帶磨粒磨損就會加快，隨著砂帶的磨損，砂帶磨削能力就會逐漸降低，砂帶的磨削能力降低了，在砂帶與待磨削區(qū)域相互作用中，待磨削的部分不能在本應被切除的時間被切除，切除被不斷延后，那么在砂帶與工件接觸中就會引起振動，在磨削加工過程中有

41、了振動，那么表面粗糙度就會隨之增大。工件進給量和工件轉速對鋁合金表面粗糙度有一定影響，總體情況是進給量增加，鋁合金表面粗糙度值就會上升。工件轉速不斷變大，鋁合金表面粗糙度值就會降低。5.2展望 砂帶磨削鋁合金工藝分析的初步探討己經(jīng)結束了，在整個畢業(yè)設計過程中，學到了許多新知識還有掌握了科學的試驗方法，認識到在科研工作中，不僅要有豐富的知識，以及系統(tǒng)的思維，還要有嚴密的思維和敢于去創(chuàng)新。除此之外，對于課題的選擇不用太大，將某一方面的問題進行深入的研究，得到有用的結論是最實際的。通過本次工藝試驗，得到了在砂帶速度一定時對于鋁合金表面粗糙度影響的因素關系，有利于實際加工過程中，對于提高表面質(zhì)量也即是減小表面粗糙度值，著重考慮砂帶粒度，其次是磨削深度，并綜合考慮工件進給量和工件轉速。本課題所要研究的問題還有很多，受到客觀條件的限制以及自己能力和時間有限，還有許多問