無心磨削是一種高精度的金屬切削工藝，它利用磨削輪和調(diào)節(jié)輪對工件進(jìn)行加工，無需使用傳統(tǒng)的夾具固定工件，從而實現(xiàn)高精度和高效率的生產(chǎn)。根據(jù)磨削機(jī)的配置和工件的進(jìn)給方向，無心磨削可分為幾種類型：標(biāo)準(zhǔn)型（水平型）、傾斜型和垂直型。此外，根據(jù)工件的進(jìn)給方式，無心磨削方法可分為進(jìn)給型（沖動型）、通過進(jìn)給型和切向進(jìn)給型。進(jìn)給型適用于多直徑或成形工件的磨削，通過進(jìn)給型則在磨削銷、圓柱滾子和圓錐滾子時提供極高的生產(chǎn)率。切向進(jìn)給型能夠磨削如球面滾子等成形工件，且進(jìn)給速度高于進(jìn)給型。工件支撐方法的分類則包括調(diào)節(jié)輪-板型、雙鞋型、三輪型、雙輪-鞋型、雙輪型以及雙盤型無心磨削。每種類型都有其特定的應(yīng)用場景和優(yōu)勢，以滿足不同工件和生產(chǎn)需求。
調(diào)節(jié)輪-板型："Regulating wheel-blade type: standard centerless grinding."
雙鞋型："2 shoe type: shoe external or internal centerless grinding."
三輪型："3 roll type: 3 roll internal centerless grinding."
雙輪-鞋型："2 rolls-shoe type: 2 roll-shoe internal centerless grinding."
雙輪型："2 roll type: centerless lapping or super-finishing."
雙盤型："Double disk type: external disk centerless grinding."
圓度誤差
圓度誤差是指工件在磨削過程中由于各種因素（如工件支撐不穩(wěn)定、磨削輪與調(diào)節(jié)輪之間的接觸條件、磨削力的變化等）導(dǎo)致的實際圓度與理想圓度之間的偏差。在無心磨削中，圓度誤差是一個關(guān)鍵的質(zhì)量指標(biāo)，它直接影響到工件的尺寸精度和幾何一致性。論文中提到，圓度誤差的控制和優(yōu)化是無心磨削技術(shù)研究的重要內(nèi)容，其中包括對磨削過程中工件旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的研究、磨削輪與調(diào)節(jié)輪之間接觸條件的優(yōu)化，以及磨削參數(shù)的精確控制。通過對這些因素的深入分析和改進(jìn)，可以顯著減少圓度誤差，提高磨削工件的精度和質(zhì)量。
顫振振動
顫振振動，也稱為磨削顫振，是指在磨削過程中由于工件與磨削輪接觸不穩(wěn)定性引起的一種自激振動現(xiàn)象。這種振動會導(dǎo)致工件表面出現(xiàn)波紋，影響磨削精度和表面質(zhì)量。論文中提到，顫振振動是無心磨削過程中需要特別關(guān)注的問題之一，因為它會顯著降低生產(chǎn)效率并增加工件廢品率。為了預(yù)防和控制顫振振動，論文中討論了多種策略，包括優(yōu)化磨削參數(shù)、改進(jìn)工件支撐系統(tǒng)、使用高剛度的磨削設(shè)備以及開發(fā)先進(jìn)的過程監(jiān)控系統(tǒng)來實時檢測和調(diào)整磨削條件。通過這些措施，可以減少顫振振動的發(fā)生，從而提高無心磨削過程的穩(wěn)定性和工件的加工質(zhì)量。
工件支持
工件支持問題在無心磨削中指的是工件在磨削過程中由于支撐不當(dāng)而產(chǎn)生的位置偏移或振動，這會直接影響磨削精度和表面質(zhì)量。論文中強(qiáng)調(diào)，無心磨削方法對設(shè)置條件非常敏感，如果機(jī)器沒有正確設(shè)置，就可能出現(xiàn)工件支持問題，如圓度不規(guī)、顫振振動等。這些問題可能導(dǎo)致工件幾何尺寸的不一致性和表面粗糙度的增加。為了解決工件支持問題，論文中提到了對工件支撐系統(tǒng)的改進(jìn)，包括對支撐輪和導(dǎo)輪的設(shè)計優(yōu)化，以及開發(fā)先進(jìn)的工件支持穩(wěn)定性模型，這些模型能夠預(yù)測并避免由于工件支持不穩(wěn)定而引起的加工誤差。通過這些研究和改進(jìn)措施，可以顯著提高無心磨削過程中的工件支持穩(wěn)定性，從而提升磨削質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
明確的方法論
1、無心磨削理論發(fā)展：文章回顧了無心磨削理論的發(fā)展歷程，包括先進(jìn)的建模和仿真技術(shù)。
無心磨削理論的發(fā)展，基于對工件支撐系統(tǒng)和驅(qū)動機(jī)制獨(dú)特性的理解，經(jīng)歷了顯著的改進(jìn)，特別是在磨削精度和生產(chǎn)率方面。自1917年現(xiàn)代無心磨削機(jī)的誕生以來，通過不斷的研究工作，包括對磨削機(jī)制、動態(tài)穩(wěn)定性和工件支撐穩(wěn)定性的深入分析，該技術(shù)已成為汽車和軸承制造等工業(yè)領(lǐng)域中不可或缺的標(biāo)準(zhǔn)方法。此外，隨著對過程不穩(wěn)定性因素的更好理解和預(yù)測模型的發(fā)展，無心磨削在提高機(jī)械效率和實現(xiàn)納米級精度方面展現(xiàn)出巨大潛力，為未來高效、精密的制造系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
2、磨削機(jī)設(shè)計：討論了無心磨削機(jī)主要元件的設(shè)計，如主軸、床身、導(dǎo)軌和定位系統(tǒng)，并為未來機(jī)器提供了設(shè)計指南。
磨削機(jī)設(shè)計在無心磨削技術(shù)中占據(jù)了核心地位，其進(jìn)展包括對主要元件如主軸、床身、導(dǎo)軌和定位系統(tǒng)的深入研究與改進(jìn)。文章中提到，為了提升磨削性能，采用了高精密和高剛度的機(jī)器設(shè)計，例如使用靜壓導(dǎo)軌和直線電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，以及開發(fā)了新型的雙握持主軸設(shè)計，這些設(shè)計顯著提高了機(jī)器的運(yùn)動精度和靜態(tài)/動態(tài)剛度。此外，通過有限元分析（FEA）對機(jī)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以確保在靜態(tài)、動態(tài)和熱負(fù)載下的結(jié)構(gòu)行為，從而實現(xiàn)高精度和高穩(wěn)定性的磨削加工。
3、過程監(jiān)控：介紹了先進(jìn)的過程監(jiān)控技術(shù)，以及它們在無心磨削過程中的應(yīng)用。
過程監(jiān)控在無心磨削技術(shù)中的應(yīng)用至關(guān)重要，它涉及對磨削過程的實時監(jiān)測以確保質(zhì)量和效率。論文中提到，盡管市場上已有多種磨削過程監(jiān)控解決方案，如能耗監(jiān)測、振動/平衡和通過聲發(fā)射（AE）的接觸檢測等，但針對無心磨削特有的問題，如調(diào)整輪修整質(zhì)量、工件跳動或顫振的發(fā)生以及支持板振動等，目前還沒有成熟的解決方案。論文中特別提到了聲發(fā)射（AE）技術(shù)在無心磨削過程中的應(yīng)用，通過在支持板或磨削輪軸承上安裝傳感器，可以有效地監(jiān)測并識別磨削過程中的接觸、循環(huán)檢測、表面質(zhì)量和設(shè)置支持等問題。此外，AE技術(shù)還被用于監(jiān)測修整過程中的顫振現(xiàn)象，以及在發(fā)生顫振后評估修整次數(shù)，從而確保磨削輪表面的質(zhì)量。盡管如此，論文也指出了過程監(jiān)控在無心磨削中的特定挑戰(zhàn)，并提出了一些正在進(jìn)行的研究工作和其他特定應(yīng)用于無心磨削過程的監(jiān)控方法。
4、優(yōu)化和仿真：利用數(shù)學(xué)模型和仿真技術(shù)來預(yù)測和避免加工過程中的不穩(wěn)定性，如工件保持穩(wěn)定性、幾何顫振和動態(tài)不穩(wěn)定性（顫振）。
優(yōu)化和仿真在無心磨削技術(shù)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們通過先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型和計算機(jī)模擬來預(yù)測和改善磨削過程的穩(wěn)定性和效率。論文中強(qiáng)調(diào)了對磨削過程中工件支撐穩(wěn)定性、幾何顫振和動態(tài)顫振等不穩(wěn)定性因素的深入理解，這些因素直接影響磨削精度和生產(chǎn)率。通過頻率域和時域仿真，研究人員能夠開發(fā)出用于預(yù)測和避免這些不穩(wěn)定性的模型，進(jìn)而優(yōu)化磨削機(jī)的設(shè)置條件。此外，論文還提到了利用仿真技術(shù)來設(shè)計最優(yōu)的磨削周期，以及通過仿真來輔助磨削機(jī)的機(jī)械設(shè)計，確保機(jī)器在靜態(tài)和動態(tài)負(fù)載下的性能。這些優(yōu)化和仿真技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了無心磨削過程的精度和效率，也為未來磨削機(jī)的設(shè)計和開發(fā)提供了重要的技術(shù)支撐。
經(jīng)過驗證的結(jié)論
磨削精度與生產(chǎn)率的提升：無心磨削技術(shù)的發(fā)展顯著提高了磨削精度和生產(chǎn)率。
工件支持系統(tǒng)的改進(jìn)：通過優(yōu)化工件支持系統(tǒng)的設(shè)計，可以減少工件的圓度誤差和提高生產(chǎn)效率。
磨削輪的優(yōu)化：使用先進(jìn)的磨削輪技術(shù)可以提高磨削過程的效率和工件的表面質(zhì)量。
關(guān)鍵信息
論文主旨
本文綜述了無心磨削技術(shù)的歷史、對工業(yè)的貢獻(xiàn)、理論的發(fā)展、以及磨削機(jī)主要元件的設(shè)計。
論文有效解決了什么問題
通過先進(jìn)的設(shè)計和監(jiān)控技術(shù)，解決了無心磨削過程中的圓度誤差、顫振振動和工件支持問題。
論文有哪些待驗證的問題
未來的研究工作需要關(guān)注新一代無心磨削機(jī)的開發(fā)，以滿足更高的機(jī)械效率和納米級磨削精度的需求。
優(yōu)化、解決方案、提升等數(shù)據(jù)
通過進(jìn)給無心磨削技術(shù)，可以實現(xiàn)0.1-0.3mm的圓度精度和250-350件/分鐘的吞吐量。
通過優(yōu)化磨削輪的修整，提高了磨削精度。
采用新的磨削機(jī)設(shè)計，如靜壓導(dǎo)軌和直線電機(jī)驅(qū)動，提高了磨削機(jī)的精度和剛度。
參考文獻(xiàn)：Hashimoto F, Gallego I, Oliveira J F G, Barrenetxea D, Takahashi M, Sakakibara K, Sta?lfelt H-O, Stadt H, Ogawa K. Advances in centerless grinding technology[J]. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2012, 61: 747-770.
