吳輝鋼

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基于精密外圓磨床磨削中凹端面的解決方案

吳輝鋼

（上海機(jī)床廠有限公司 上海 200093)

外圓柱形工件的端面磨削在磨削加工過程中比較常見，但針對(duì)磨削泵體法蘭盤高精度端面及中間凹的問題，需要利用在精密級(jí)外圓磨床的基礎(chǔ)上從改進(jìn)設(shè)計(jì)、砂輪修整以及進(jìn)給調(diào)整、磨削調(diào)整和冷卻優(yōu)化等各環(huán)節(jié)來解決。通過改進(jìn)方案的實(shí)施目的是提高加工質(zhì)量，滿足零件技術(shù)要求。

精密外圓磨床 中凹端面 磨削方案

用外圓磨床磨削大型工件的端面效率低、砂輪損耗大、易產(chǎn)生磨削燒傷，且要達(dá)到相應(yīng)的精度和粗糙度對(duì)磨工的技能水平要求較高。在修整砂輪時(shí)，通常有經(jīng)驗(yàn)的磨工會(huì)拿金剛筆手動(dòng)修整砂輪端面，將砂輪修成中凹。加工時(shí)利用砂輪的最外沿進(jìn)行磨削，這種方式減少磨削熱，保證了工件端面的精度。實(shí)際加工過程中，這類中凹大端面磨削難度大，因?yàn)闄C(jī)床保證不了此磨削獲得的端面是否是中凹狀態(tài)。本文就從原理和實(shí)際試驗(yàn)的結(jié)果出發(fā)，提出一種解決的方案，以供大家參考。

1 方案介紹

下圖1是試驗(yàn)工件的示意圖，此類工件大多應(yīng)用在泵體的密封端蓋處，要求工件端面的精度較高，且端面處要求中凹0.01~0.015mm，防止在螺釘擰緊后導(dǎo)致變形。如要在MM1332精密外圓磨床上完成此工件的磨削加工，就需要對(duì)MM1332精密外圓磨床改型設(shè)計(jì)。試磨工件材質(zhì)：45鋼；熱處理：調(diào)質(zhì)T235。

圖1 試磨工件示意圖

1.1 方案設(shè)計(jì)改進(jìn)

1）改進(jìn)兩軸運(yùn)動(dòng)夾角。

普通外圓磨床工作臺(tái)導(dǎo)軌和砂輪架導(dǎo)軌呈90°布置，標(biāo)準(zhǔn)上要求兩軸的垂直度在0.02 mm以內(nèi)。因此，磨削出的端面基本上是90°，但在大端面磨削時(shí)，由于散熱條件差，工件端面中凸現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，無法保證工件的中凹要求。故在設(shè)計(jì)原理上要進(jìn)行改進(jìn)：將此兩軸夾角略加改動(dòng)，如下圖2所示[1,2]。

圖2 外圓磨床軸系關(guān)系圖

當(dāng)兩軸夾角略小于90°時(shí)，參與磨削的砂輪由于修整成中凹后，砂輪最大外圓處磨削端面時(shí)有軸向差X（就是下圖中的中凹量0.02 mm），故能磨削出中凹的端面，如下圖3所示。

圖3中，利用工件端面的中凹量和端面的寬度，可以用公式計(jì)算出機(jī)床砂輪架主軸軸線與工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)水平方向的平行度（俗稱砂輪架側(cè)母線）的調(diào)整數(shù)據(jù)。在上述工件的要求中，經(jīng)過實(shí)際試驗(yàn)，由于砂輪的磨損，將砂輪架主軸側(cè)母線改制量加大在150 mm測(cè)量范圍內(nèi)允差0.12~0.13 mm，且砂輪端方向要偏離工件方向，這時(shí)磨削出的上述端面中凹量在0.01~0.015 mm左右。

圖3 砂輪示意圖

2）改進(jìn)橫進(jìn)給部分

由于墊板偏置一定的角度后，橫進(jìn)給部分的傳動(dòng)鏈?zhǔn)艿搅烁缮?。原來的剛性連接軸因角度關(guān)系無法偏置，需將剛性連接部分改為柔性連接，來保證傳動(dòng)精度的可靠性[3]。試制時(shí)，增加一“萬向節(jié)”，用它來傳遞進(jìn)給時(shí)的扭矩，充分發(fā)揮萬向節(jié)可以適應(yīng)在較大的角度偏置上的優(yōu)點(diǎn)，避免聯(lián)軸器因彈性過大帶來的精度走失問題。

1.2 磨削試驗(yàn)

1）砂輪修整方法

修整方法的示意圖如圖4所示，將一金剛石刀片裝在刀桿上，修整時(shí)，用手動(dòng)橫進(jìn)給手輪，使金剛石刀片沿砂輪側(cè)面往復(fù)均勻移動(dòng)，也可以用砂輪的快速進(jìn)退功能，對(duì)砂輪進(jìn)行修整。由于兩導(dǎo)軌夾角小于90度，這樣修整出的砂輪本身就帶內(nèi)凹的角度。每次往復(fù)切削深度約為0.03~0.04mm，修整砂輪時(shí)可不用冷卻。

圖4 砂輪修整方法示意圖

2）磨削方法

圖5為磨削進(jìn)刀示意圖，將砂輪端面修整成內(nèi)凹形狀，靠近工件端面進(jìn)行磨削，工件沿圖中S方向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)均勻進(jìn)給。

在磨端面的時(shí)候，砂輪與工件的接觸面積比磨外圓時(shí)大，同時(shí)，磨外圓用的冷卻液噴嘴很難將冷卻液注入到端面磨削區(qū)域，致使端面的磨削條件惡化，容易產(chǎn)生燒傷。因此對(duì)冷卻噴嘴加以改進(jìn)，在砂輪端面工作部位的上方加裝一個(gè)附加噴嘴[4]，使磨削時(shí)冷卻液能較順利地注入磨削區(qū)，以改善磨削條件。

圖5 磨削進(jìn)刀示意圖

在靠磨端面時(shí)，砂輪的進(jìn)給是借助于工作臺(tái)縱向移動(dòng)手輪實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)給量的大小和進(jìn)給時(shí)平穩(wěn)性在很大程度上憑操作者的經(jīng)驗(yàn)控制，同時(shí)普通機(jī)床的縱進(jìn)給手輪的進(jìn)給速度偏大。例如MM1332精密外圓磨床的縱向進(jìn)給手輪每轉(zhuǎn)一圈，工作臺(tái)移動(dòng)6 mm，在這種情況下，進(jìn)刀不平穩(wěn)，造成進(jìn)刀斷斷續(xù)續(xù)及進(jìn)給量偏大而引起燒傷，同時(shí)進(jìn)刀不平穩(wěn)也容易破壞砂輪工作表面，使其切削性能過早地喪失，每修整一次砂輪的端面磨削量下降，我們可以對(duì)縱進(jìn)給手輪略加改進(jìn)，用兩級(jí)蝸輪副減速，使其進(jìn)給均勻，以利于解決端面磨削的燒傷問題。

1.3 其它改進(jìn)

在磨削過程中，要達(dá)到穩(wěn)定的端面中凹精度，通過上述的略微改進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際的磨削加工中，磨削燒傷是影響加工質(zhì)量和效率的主要因素。由于磨粒在工件表面上滑擦和切削面消耗的能量有80%以上是作為熱能傳入工件的，其余部分則傳入砂輪和被磨去的切屑、冷卻液等周圍介質(zhì)。因此，在討論端面燒傷問題時(shí)，主要是考慮接觸溫度，分析它的產(chǎn)生和傳導(dǎo)等。而磨削區(qū)域的接觸溫度的高低與砂輪速度、工件材料、砂輪特性、修整質(zhì)量及縱進(jìn)給等有關(guān)。從以下三個(gè)方面的改進(jìn)也可達(dá)到提高磨削精度的目的。

（1）選用合適的砂輪。工件材料對(duì)磨削溫度也有影響，磨削熱敏性大、強(qiáng)度高的軸承鋼比45鋼高，對(duì)于脆性材料的球墨鑄鐵，雖其磨削時(shí)的溫度比45鋼低，但導(dǎo)熱性確比鋼小，所以球墨鑄鐵也容易燒傷。磨削時(shí)，不同磨料與工件材料有一定的適應(yīng)性，比較硬而脆的白剛玉磨料磨淬火軸承鋼較好，而對(duì)于調(diào)質(zhì)的45鋼，因其加工性能的不同，以韌性較好的棕剛玉砂輪更合適，而微晶剛玉砂輪則適于球墨鑄鐵的磨削。

（2）采用合適的修整方法。不同的修整方法直接影響著工件表面燒傷和效率，用手持碳化硅砂輪塊修整砂輪時(shí)，不容易保證切削刃口的鋒銳和幾何形狀的正確，致使磨粒更易磨損，使磨削溫度容易升高而燒傷工件。用自動(dòng)修整就能相對(duì)保證。端面磨削采用傳統(tǒng)的手動(dòng)進(jìn)給則因進(jìn)給量的大小及其平穩(wěn)性不易控制，使端面磨削質(zhì)量下降。增加蝸輪副減速，使其進(jìn)給均勻，以利于解決端面磨削的燒傷問題。

（3）改善冷卻條件。帶走磨削區(qū)熱量，減少和避免磨削燒傷。由于砂輪速度高，在砂輪周圍和側(cè)面上都產(chǎn)生一股強(qiáng)大的空氣源，使冷卻液很難注入磨削區(qū)，而靠磨端面時(shí)更甚。因此，采用新型冷卻液和改進(jìn)冷卻液注入方式對(duì)端面磨削尤為重要，使冷卻液能順利注入磨削區(qū)，對(duì)減少端面磨削時(shí)的熱量是有顯著效果的。

2 結(jié)語

外圓磨床磨削中凹端面的解決方案，實(shí)現(xiàn)了磨削泵體類法蘭盤等高精度以及端面中間凹的磨削要求，提高了生產(chǎn)效率，并且能夠保證工件的加工質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 貝季潘.磨削溫度的分析與研究[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),1964,28(3):45.

[2] 李伯民,趙波.現(xiàn)代磨削技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[3] 賓鴻贊.先進(jìn)制造技術(shù)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2010.

[4] 傅杰才.磨削原理與工藝[M].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)出社,1986.