無心磨削是一種高精度的金屬切削工藝，它利用磨削輪和調節(jié)輪對工件進行加工，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。根據(jù)磨削機的配置和工件的進給方向，無心磨削可分為幾種類型：標準型（水平型）、傾斜型和垂直型。此外，根據(jù)工件的進給方式，無心磨削方法可分為進給型（沖動型）、通過進給型和切向進給型。進給型適用于多直徑或成形工件的磨削，通過進給型則在磨削銷、圓柱滾子和圓錐滾子時提供極高的生產率。切向進給型能夠磨削如球面滾子等成形工件，且進給速度高于進給型。工件支撐方法的分類則包括調節(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用場景和優(yōu)勢，以滿足不同工件和生產需求。
調節(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、磨削輪與調節(jié)輪之間的接觸條件、磨削力的變化等）導致的實際圓度與理想圓度之間的偏差。在無心磨削中，圓度誤差是一個關鍵的質量指標，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)化是無心磨削技術研究的重要內容，其中包括對磨削過程中工件旋轉穩(wěn)定性的研究、磨削輪與調節(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，可以顯著減少圓度誤差，提高磨削工件的精度和質量。
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。這種振動會導致工件表面出現(xiàn)波紋，影響磨削精度和表面質量。論文中提到，顫振振動是無心磨削過程中需要特別關注的問題之一，因為它會顯著降低生產效率并增加工件廢品率。為了預防和控制顫振振動，論文中討論了多種策略，包括優(yōu)化磨削參數(shù)、改進工件支撐系統(tǒng)、使用高剛度的磨削設備以及開發(fā)先進的過程監(jiān)控系統(tǒng)來實時檢測和調整磨削條件。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而產生的位置偏移或振動，這會直接影響磨削精度和表面質量。論文中強調，無心磨削方法對設置條件非常敏感，如果機器沒有正確設置，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，包括對支撐輪和導輪的設計優(yōu)化，以及開發(fā)先進的工件支持穩(wěn)定性模型，這些模型能夠預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，從而提升磨削質量和生產效率。
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，包括先進的建模和仿真技術。
無心磨削理論的發(fā)展，基于對工件支撐系統(tǒng)和驅動機制獨特性的理解，經(jīng)歷了顯著的改進，特別是在磨削精度和生產率方面。自1917年現(xiàn)代無心磨削機的誕生以來，通過不斷的研究工作，包括對磨削機制、動態(tài)穩(wěn)定性和工件支撐穩(wěn)定性的深入分析，該技術已成為汽車和軸承制造等工業(yè)領域中不可或缺的標準方法。此外，隨著對過程不穩(wěn)定性因素的更好理解和預測模型的發(fā)展，無心磨削在提高機械效率和實現(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。
2、磨削機設計：討論了無心磨削機主要元件的設計，如主軸、床身、導軌和定位系統(tǒng)，并為未來機器提供了設計指南。
磨削機設計在無心磨削技術中占據(jù)了核心地位，其進展包括對主要元件如主軸、床身、導軌和定位系統(tǒng)的深入研究與改進。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器設計，例如使用靜壓導軌和直線電機驅動系統(tǒng)，以及開發(fā)了新型的雙握持主軸設計，這些設計顯著提高了機器的運動精度和靜態(tài)/動態(tài)剛度。此外，通過有限元分析（FEA）對機器結構進行優(yōu)化，以確保在靜態(tài)、動態(tài)和熱負載下的結構行為，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：介紹了先進的過程監(jiān)控技術，以及它們在無心磨削過程中的應用。
過程監(jiān)控在無心磨削技術中的應用至關重要，它涉及對磨削過程的實時監(jiān)測以確保質量和效率。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，如調整輪修整質量、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）技術在無心磨削過程中的應用，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、表面質量和設置支持等問題。此外，AE技術還被用于監(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行的研究工作和其他特定應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)學模型和仿真技術來預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中發(fā)揮著關鍵作用，它們通過先進的數(shù)學模型和計算機模擬來預測和改善磨削過程的穩(wěn)定性和效率。論文中強調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率。通過頻率域和時域仿真，研究人員能夠開發(fā)出用于預測和避免這些不穩(wěn)定性的模型，進而優(yōu)化磨削機的設置條件。此外，論文還提到了利用仿真技術來設計最優(yōu)的磨削周期，以及通過仿真來輔助磨削機的機械設計，確保機器在靜態(tài)和動態(tài)負載下的性能。這些優(yōu)化和仿真技術的應用，不僅提高了無心磨削過程的精度和效率，也為未來磨削機的設計和開發(fā)提供了重要的技術支撐。
經(jīng)過驗證的結論
磨削精度與生產率的提升：無心磨削技術的發(fā)展顯著提高了磨削精度和生產率。
工件支持系統(tǒng)的改進：通過優(yōu)化工件支持系統(tǒng)的設計，可以減少工件的圓度誤差和提高生產效率。
磨削輪的優(yōu)化：使用先進的磨削輪技術可以提高磨削過程的效率和工件的表面質量。
關鍵信息
論文主旨
本文綜述了無心磨削技術的歷史、對工業(yè)的貢獻、理論的發(fā)展、以及磨削機主要元件的設計。
論文有效解決了什么問題
通過先進的設計和監(jiān)控技術，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注新一代無心磨削機的開發(fā)，以滿足更高的機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)
通過進給無心磨削技術，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。
采用新的磨削機設計，如靜壓導軌和直線電機驅動，提高了磨削機的精度和剛度。
參考文獻：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.
