王山城

摘 要：無心外圓磨削（以下簡稱無心磨削）是一種能適應(yīng)大批量生產(chǎn)的高效率磨削方法，磨削過程中工件中心不定，從磨削原理上講，沒有正確的調(diào)整以及工件磨削過程不充分，無心磨削是得不到真圓的。文章從磨削原理入手，對無心磨削的常見缺陷進(jìn)行了分析，并提出了解決辦法。

關(guān)鍵詞：無心磨削；中心高；托板頂角；導(dǎo)輪傾角

1 無心磨削的基本原理

1.1 無心磨削的特點(diǎn)

1.1.1 工件兩端不打中心孔，不用頂針支承工件。工件“自由”地放置于定位夾具中，磨削過程中工件中心不定，工件由全部磨削面承受磨削力，磨削余量相對較少。

1.1.2 無心磨削不能磨軸向帶槽溝的工件。磨削帶孔的工件時，不能糾正孔的軸心線位置，工件的同軸度較低。

1.1.3 機(jī)動時間與上、下料時間重合，易于實(shí)現(xiàn)磨削過程自動化，生產(chǎn)效率高。

1.1.4 在無心磨削過程中，工件中心的位置變化大小取決于工件磨削前的原始誤差、工藝系統(tǒng)剛性、磨削用量及其他磨削工藝參數(shù)。

1.1.5 工件運(yùn)動的穩(wěn)定性、均勻性取決于機(jī)床傳動鏈、工件形狀、導(dǎo)輪及支承的材料、磨削用量及其他磨削工藝參數(shù)。

1.1.6 機(jī)床的調(diào)整時間較長，對調(diào)整機(jī)床的技術(shù)要求也較高。

1.1.7 無心磨削易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力磨削、高速磨削、寬砂輪及多砂輪磨削，并易實(shí)現(xiàn)磨削過程的自動化。

1.2 無心磨削過程

1.2.1 導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速、傾角與工件轉(zhuǎn)速的關(guān)系。在無心磨削中，導(dǎo)輪的直徑尺寸和轉(zhuǎn)速都比磨削輪要小。工件與導(dǎo)輪之間的磨擦力較大，所以工件被導(dǎo)輪帶動并與導(dǎo)輪成相反方向旋轉(zhuǎn)，同時為了滿足貫穿法磨削的要求，導(dǎo)輪軸心線在垂直面內(nèi)傾斜一個α角。通常精磨時取α=1°30′～2°30′；粗磨α=2°30′～4°

1.2.2 工件在磨削過程中的狀態(tài)。工件置于導(dǎo)輪及托板之間，以導(dǎo)輪工作面上的C點(diǎn)和托板工作面上的B點(diǎn)定位，借助于橫向進(jìn)給運(yùn)動使工件與磨削輪接觸進(jìn)行磨削加工。磨削輪對工件的徑向作用力■g、切向作用力■g，合力■g=■g+■g。導(dǎo)輪對工件的法向作用力■b、切向作用力■b，合力■b=■b+■b。上述各力在工件磨削加工過程中始終保持著平衡狀態(tài)。

1.3 無心磨削的成圓分析

工件無心磨削的加工面就是定位基面，工件在磨削前的原始圓度誤差及磨削后的表面圓度誤差都會反映為定位誤差，影響工件的外圓精度。

2 無心磨削常見缺陷及消除措施

2.1 工件產(chǎn)生圓度誤差

影響工件圓度誤差的主要因素包括有力學(xué)、幾何學(xué)及具體加工條件等各方面。

2.1.1 工件中心高對圓度誤差的影響。從成圓理論分析可知，當(dāng)工件中心高h(yuǎn)=0時，無法改善奇次諧波，工件在這種條件下磨削產(chǎn)生棱圓。一般條件下，高次奇次諧波不易生成和殘留。最常見的棱圓度為三、五、七、九……等低次諧波。

工件中心高對橢圓度的影響，與棱圓度相反。

對棱圓度及橢圓度，一般存在一個最優(yōu)中心高度。在該中心高度，奇次、偶次諧波同時得到改善，且受力條件較好。最優(yōu)中心高度隨不同加工條件而異。

2.1.2 托板頂角對工件圓度誤差的影響。托板頂角與中心高一起決定了工件最易殘留的棱圓度諧波次數(shù)，而且某些角度對一定的單一奇次諧波消除能力最大。75°托板對消除七邊棱圓度有效。消除三、五邊棱圓度選取45°托板。60°托板對消除九邊棱圓度有效。因?yàn)?0°托板生產(chǎn)中使用的最多，故九邊棱圓度在生產(chǎn)中很少出現(xiàn)。

2.1.3 其他影響因素

影響圓度誤差還有以下因素：（1）導(dǎo)輪未修圓或工作過久，已失去正確的幾何形狀，需要修圓導(dǎo)輪，修到無斷續(xù)聲即可；（2）磨削輪磨鈍，及時修整磨削輪；（3）托板太薄或頂面傾斜角過大時，及時更換托板；（4）磨削輪或?qū)л喥胶獠缓?，?yīng)仔細(xì)平衡兩輪并重新修整。

2.2 工件有錐度

2.2.1 前導(dǎo)板向?qū)л喎较騼A斜，引起工件前部直徑偏?。换蚝髮?dǎo)板向?qū)л喎较騼A斜引起工件后部直徑偏小。調(diào)整前后導(dǎo)板，使與導(dǎo)輪母線平行，且在同一直線上。

2.2.2 磨削區(qū)域形狀不正確：磨削輪和導(dǎo)輪的表面已磨損時，需要重新修整磨削輪和導(dǎo)輪。

2.2.3 當(dāng)導(dǎo)輪局部過度磨損或托板局部磨損太大，都可能引起工件軸線傾斜，從而產(chǎn)生錐度。

2.3 工件產(chǎn)生圓柱度誤差

工件有圓柱度誤差是因?yàn)樵谀ハ鬟^程中，工件中心的實(shí)際運(yùn)動軌跡偏離理論運(yùn)動軌跡直線，工件在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動及導(dǎo)輪修整不正確等。應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行修整。

2.4 工件產(chǎn)生細(xì)腰形或腰鼓形

2.4.1 工件產(chǎn)生細(xì)腰形的原因及解決辦法如下：（1）前后導(dǎo)板均偏向于磨削輪一側(cè)，工件進(jìn)入或退出磨削區(qū)域時呈傾斜狀態(tài)，磨削輪端角將工件中部磨去較多。調(diào)整前后導(dǎo)板至正確位置。（2）導(dǎo)輪修整呈中間凹下狀，切入法磨削時磨削輪修整成中間凸出，均導(dǎo)致工件呈細(xì)腰形。正確修調(diào)導(dǎo)輪和磨削輪，消除凹凸現(xiàn)象。

2.4.2 工件產(chǎn)生腰鼓形的原因及解決辦法如下：（1）前后導(dǎo)板均偏向于導(dǎo)輪，工件傾斜進(jìn)入磨削區(qū)，使前端磨去較多；工件將退出磨削區(qū)時，使后端磨去較多。需正確調(diào)整前后導(dǎo)板。（2）前后導(dǎo)板均低于導(dǎo)輪外圓表面，工件進(jìn)入磨削區(qū)時，會被導(dǎo)輪將其前端抬起，使工件向磨削輪傾斜進(jìn)入；當(dāng)工件退出磨削區(qū)時，也會使工件傾斜，尾部向磨削輪翹起，使工件兩端磨去較多，呈腰鼓形。應(yīng)正確調(diào)修前后導(dǎo)板。（3）導(dǎo)輪表面修整成中間凸起或磨削輪表面修整成中間凹下（切入法磨削），均使工件磨成腰鼓形。正確修調(diào)兩輪，消除導(dǎo)輪和磨削輪表面的凹凸現(xiàn)象。

2.5 工件表面有缺陷

2.5.1 振紋

產(chǎn)生振紋的原因：磨削量過大，磨削區(qū)域過短。磨削區(qū)域的形狀主要取決于導(dǎo)輪所處的空間位置，導(dǎo)輪、砂輪的幾何形狀等幾個方面：（1）導(dǎo)輪在垂直面內(nèi)的傾角。導(dǎo)輪在垂直面內(nèi)的傾角是改變導(dǎo)輪所處空間位置的主要因素，選擇原則一般是：粗磨選用=230′～4；精磨選用=130′～230′。（2）導(dǎo)輪形狀不正確，就不能充分發(fā)揮磨輪全部有效寬度的磨削作用，在磨削過程中，工件與導(dǎo)輪的實(shí)際接觸線與理想的接觸線相差較大，引起工件中心過大的波動，產(chǎn)生磨削振紋。

我們用近似理想雙曲面代替導(dǎo)輪的理想雙曲面，并且近似認(rèn)為導(dǎo)輪與工件的接觸線為直線，可得導(dǎo)輪理想雙曲面的方程式為：

X2+Z2-tg2α0（Y+h0/sinα0）2=a2（1）

式中：

α0：導(dǎo)輪修整角；ho：金剛石位移量；a：雙曲面的喉截面半徑。

從上面的方程式中不難看出，導(dǎo)輪雙曲面的形狀與導(dǎo)輪修整角a0、金剛石位移量h0有關(guān)，因此，合理調(diào)整α0及h0可獲得理想的雙曲面形狀。

2.5.2 表面擦傷。磨削表面的擦傷痕跡很淺，一般只有在較強(qiáng)燈光下才能看見。擦傷發(fā)生在精磨（t=0.005～0.02）條件下，且多發(fā)生在磨削區(qū)域后部。

采取下列措施，可解決工件表面擦傷問題：（1）在砂輪、導(dǎo)輪修整后，將托板表面沖洗干凈；（2）托板工作面要仔細(xì)修磨，修磨后要嚴(yán)格去磁，以防吸附鐵屑穢物；（3）使用的冷卻液要保持清潔；（4）選擇合適的磨削用量，精磨時磨量不宜過小。

3 結(jié)束語

因此，無心磨削對機(jī)床調(diào)整的技術(shù)要求較高，其調(diào)整和參數(shù)選擇也不是簡單的公式化，而是需要理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，需要經(jīng)過長期的生產(chǎn)實(shí)踐反復(fù)摸索和總結(jié)，這就要求我們在今后的工作中更深入的學(xué)習(xí)，以適應(yīng)各種無心磨削加工的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]王玉昆.無心外圓磨削原理[J].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

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