磨削加工技术难点与测量技术

本书系统地介绍了磨削加工中测量与评价磨削力、磨削热、热变形、砂轮磨损和工件表面质量等磨削过程中涉及的物理量的相关理论和方法，既包括了传统的方法，又涵盖了新的技术。区别于大部分磨削加工技术的书籍，本书详细介绍了这些测量和评价方法使用的设备、装置、难点及其解决方法与技巧，以大量的试验数据和分析结果为实例进行讲解，内容翔实，可操作性强，可以为开展磨削理论与技术研究的高校、科研院所和企业的研究人员，尤其是刚开始从事磨削加工技术研究的初学者提供有益的参考。

前言
第1章磨削力的产生机理及其在不同磨削方式下的形态1
1.1概述1
1.2磨粒的切削力1
1.3砂轮的磨削力4
1.4不同磨削方式下磨削力的产生机理5
1.4.1切入磨削方式5
1.4.2纵向磨削方式6
1.4.3缓进给磨削方式8
1.4.4角度磨削方式10
1.4.5正面磨削方式11
1.5小结12
参考文献12
第2章磨削力的应变片测量技术及其技术难题的解决13
2.1概述13
2.2应变片法13
2.2.1中心式应变片法的原理13
2.2.2电桥电路的输出与干涉15
2.2.3应变片法的操作步骤18
2.2.4测量系统的构成与噪声数据处理方法21
2.2.5应变片位置的保护方法22
2.3磨削力的校准与数据处理22
2.3.1磨削力的校准方法22
2.3.2磨削力校准公式的确定23
2.3.3磨削力的数据处理25
2.4试验问题处理26
2.4.1振幅明显的数据26
2.4.2零点漂移27
2.5小结28
参考文献28
第3章磨削力分布的先进测量技术29
3.1概述29
3.2磨削力分布的测量方法(预制沟槽测力分析法)29
3.2.1外圆纵向磨削29
3.2.2磨削力分布的计算方法31
3.2.3缓进给磨削34
3.2.4角度磨削36
3.2.5磨削力分布的压力传感器测量法38
3.3其他的先进测量技术41
3.4小结44
参考文献44
第4章热电偶埋入测温法中磨削温度的测量技术与技巧45
4.1概述45
4.2产生磨削温度的机理45
4.2.1磨削温度的产生机理与定义45
4.2.2磨削温度的影响46
4.3热电偶埋入测温法47
4.3.1磨削温度测量法的种类47
4.3.2热电偶的原理48
4.3.3热电偶埋入测温法的使用技巧49
4.3.4磨削温度的测量系统51
4.3.5工件温度分布的测量方法53
4.3.6康铜线热电偶的热电动势检测55
4.3.7解析检测信号时需注意的问题56
4.3.8热电偶埋入测温法的噪声信号的解决方法58
4.4小结60
参考文献61
第5章应用接触式表面温度计的磨削温度测量技术62
5.1概述62
5.2应用接触式表面温度计测量温度62
5.2.1接触式表面温度计的构造及其测量原理62
5.2.2接触式表面温度计测量精度的校准64
5.2.3制作要点与技术难点的解决66
5.2.4存在温度梯度时的温度测量68
5.3红外温度计与红外热像仪71
5.3.1红外温度计测量温度的注意事项71
5.3.2红外热像仪测量温度的注意事项73
5.4小结77
参考文献77
第6章工件热变形的相关测量技术78
6.1概述78
6.2热变形量的快速退刀测量方法78
6.2.1热变形量的测量方法及其原理78
6.2.2工件圆周上的热变形量81
6.2.3磨削循环中的热变形量与尺寸精度82
6.2.4工件的热变形量与温度分布的关系83
6.2.5工件宽度方向上的热变形量和形状误差83
6.2.6内圆磨削中的热变形行为84
6.2.7平面磨削中快速后退测量法的方案87
6.3在线预测测量方法88
6.3.1测量原理与数据分析方法88
6.3.2加工参数的影响90
6.3.3在磨削加工现场的使用方法92
6.4小结93
参考文献93
第7章接触传感技术94
7.1概述94
7.2为提高加工效率而检测加工开始位置的必要性94
7.3发现隐藏数据背后的真相96
7.4接触式传感器的构成和间隔检测方法97
7.5接触传感功能的发现99
7.6接触式传感器的信号特征103
7.7实用型接触式传感器开发指南106
7.8小结107
参考文献107
第8章使用表面粗糙度测量仪测量表面轮廓和砂轮磨耗量的方法109
8.1概述109
8.2三维表面形状的测量方法109
8.3在圆柱面轮廓测量中母线的确定方法113
8.4砂轮磨耗量的测量117
8.4.1利用转印法的测量方法117
8.4.2用转印法测量砂轮磨耗量的技巧120
8.4.3非接触测量法122
8.5小结123
参考文献123
第9章砂轮架移动量、尺寸生成量以及残留余量的测量技术124
9.1概述124
9.2考虑热变形量的接触状态124
9.3砂轮架移动量和砂轮磨耗量126
9.3.1砂轮架移动量的测量126
9.3.2砂轮磨耗量的测量129
9.4由轴的刚度导致的磨削残留余量130
9.4.1砂轮轴刚度和工件轴刚度的测量130
9.4.2系统刚度的确定132
9.4.3磨削残留余量的在线测量133
9.5实际尺寸生成量的测量技术134
9.6与热变形量有关的实际磨削现象136
9.6.1砂轮和工件的热变形速度的变化规律136
9.6.2实际的砂轮架移动速度和尺寸生成速度137
9.6.3磨削区的磨削残留余量138
9.7小结139
参考文献140
第10章使用显微镜进行加工表面的观察与特性评价的技术141
10.1概述141
10.2各种显微镜的观察特点142
10.3利用转印法观察已加工表面144
10.4利用SEM进行的对已加工表面特性的定量评价法146
10.5已加工表面的特性与加工变质层的评价方法149
10.5.1通过光泽度评价149
……

几年前，在我为某机床制造企业解决技术难题时，我建议该企业使用应变片测量磨削力，通过研究磨削力来解决生产中遇到的问题。但企业的工程师却表示他们从来没有成功地用应变片测量出磨削力。    于是，我推荐给他一本采用应变片测量磨削力的书籍。一个月后，我收到回复，由于噪声干扰无法获得有效数据，希望我再去指导。当我再去他们厂里时，惊讶地发现：粘贴在顶尖上的应变片并没有用保护膜覆盖；引线悬在空中，而且被磨削液直接冲淋。    通过这件事我明白了，要想进行正确的操作，仅明白测量的原理是不够的，还必须掌握很多测量的技巧。    近来又发现，即便是在以磨削加工为研究方向的研究室，在新学期开始的几个月里，学生研究报告中测量数据的质量也明显较差。例如工件的形状，由于热变形本来应该是中间凹下去的，可学生在提供结果时竟然说：“老师，我有重要的发现，工件的变形是中间凸出来的。”    这是因为在测量时表面粗糙度仪的触针没有正确地通过工件圆柱面的母线，才产生了这种简单的错误。    通过学生试验的失败，我发现关于测量技术有一些潜在的问题。那就是，在测量技术的教学中，我们就像传话游戏那样，在简化重要教学知识点的同时，还增添了一些不必要的赘述，然后一代代学长向师弟师妹传授时又不够完整和准确。    从上述两则实例可以发现，即使是一般测量技术也可能涉及以上的问题，而对于复杂现象交织在一起的磨削加工的测量技术，初学者仅仅是单纯地模仿论文或专业书籍上刊载的测量方法，想要获得准确的数据是非常困难的。其次，就算是经验丰富的人，对初学者进行传授与教学也并不容易。    到目前为止，还没有一本磨削书籍能将“感同身受”的那种微妙的技巧精细地描述出来，这恐怕是出现以上问题的最主要的原因吧。    以上，就是我执笔此书的动机。本书各章节对至今学术论文或专业书籍中没有记载的有关磨削加工测量的详细步骤与对应的方法进行了集中说明。    首先，本书针对学生和年轻的初级技术人员，以基本磨削物理量（如力、尺寸生成量、磨削温度、热变形量、表面粗糙度、砂轮磨耗量）的测量方法为核心，立足技术方法与技巧进行详细阐述，即使是初学者也能够准确地掌握与体会。为了防止初学者出现事故，在第12章中特别对磨削试验的步骤与安全措施进行了汇总说明，请先仔细阅读。    其次，面向作为中坚力量的技术人员，此书详细地介绍了有关工件的表面轮廓和加工变质层，以及砂轮表面形貌的最先进的测量技术，为研究开发提供了有效的方法。    此外，本书是在由养贤堂出版的《机械研究》杂志上刊载的连载讲座内容的基础上补充修订而成。    本书整理了到目前为止许多学者关于磨削加工测量技术的研究成果，执笔本书之际，还参考了很多的文献，在此对这些文献的作者表示衷心的感谢！    塚本真也