孔麗國 周 斌 忻月海

（寧波海天精工股份有限公司，寧波 315800）

機床是工業(yè)化生產(chǎn)最典型的生產(chǎn)資料，是裝備制造業(yè)的加工母機。幾乎所有金屬切削和成形過程均需借助機床來實現(xiàn)[1]。導(dǎo)軌是機床的重要部件之一，在一定程度上決定了機床的性能?；瑒訉?dǎo)軌因結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、剛性佳及吸震性良好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種機床。為提高導(dǎo)軌精度、耐磨性及動態(tài)性能，基體導(dǎo)軌硬化處理后進行磨削加工。導(dǎo)軌磨削表面的質(zhì)量直接影響機床的性能和精度穩(wěn)定性。

1 導(dǎo)軌加工工藝及磨削表面劃痕的產(chǎn)生

導(dǎo)軌是機床的重要部件之一。為獲得良好的性能及精度穩(wěn)定性，通常經(jīng)粗加工、回火、半精加工、表面淬火以及時效等工序后再進行精密磨削加工[2-5]。圖1為臥式加工中心床身矩形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)及磨削加工示意圖。床身導(dǎo)軌采用HT300灰口鑄鐵，表面G48中頻淬火，在導(dǎo)軌磨用上一次裝夾用水平磨頭砂輪加工導(dǎo)軌上表面，用萬能磨頭45°砂輪加工導(dǎo)軌兩側(cè)面，用萬能磨頭CBN碗形砂輪加工導(dǎo)軌底部壓板面。

因?qū)к壐髅娴哪ハ鞣绞郊八捎玫纳拜啿煌?，加工完成后?dǎo)軌表面呈現(xiàn)不同的表面粗糙度及磨削紋路。導(dǎo)軌底部壓板面用CBN碗形砂輪端面磨削的方式加工，表面粗糙度Ra為0.4～0.8 μm，磨削紋路呈網(wǎng)狀。導(dǎo)軌側(cè)面及上表面采用單晶剛玉砂輪徑向磨削方式加工，表面粗糙度Ra為0.4 μm左右，磨削紋路呈與工件運動方向相同的紋理。導(dǎo)軌上表面局部有劃痕，零星分散分布（0.4 m2左右大小的導(dǎo)軌面5～10處），劃痕長度10 mm左右，劃痕處用表面粗糙度儀測量粗糙度Ra為0.8 μm左右。

2 磨削表面劃痕問題的分析與研究

導(dǎo)軌磨削加工時，高速旋轉(zhuǎn)的砂輪去除工件表面材料的同時會造成砂輪砂粒脫。脫落的砂粒夾在砂輪和工件間，是造成導(dǎo)軌磨削表面劃痕的主要原因。脫落的砂粒造成的劃痕有兩種方式：一種是磨削加工時砂輪砂粒脫落，直接與工件表面接觸造成劃痕；另一種是脫落的砂輪砂粒粘在工件表面或者混在磨削液中，導(dǎo)致磨削加工時砂粒在砂輪與工件表面擠壓造成劃痕。在磨削加工過程中，最有可能影響磨削表面質(zhì)量造成表面劃痕的因素有砂輪、磨削液以及磨削工藝參數(shù)等[6]。

圖1 床身導(dǎo)軌磨削加工示意圖

2.1 砂輪因素

砂輪是磨削加工的刀具。在磨削過程中，砂輪與工件直接接觸。砂輪的選用直接影響磨削質(zhì)量和效率。砂輪原材料及制造工藝不同，因此不同砂輪的特性差異較大，適用于不同的場合。影響砂輪特性的因素主要有磨料、粒度、硬度以及組織等。

磨料是砂輪的主要組成部分，具有尖銳的棱角，用來切削加工工件。常用砂輪按磨料可分為剛玉類（棕剛玉A、白剛玉WA、單晶剛玉SA、鉻鋼玉PA等）砂輪、碳化硅類砂輪以及超高硬類砂輪。以上砂輪磨料的硬度依次由低到高，韌性則依次由高到低。一般來說，磨削抗張強度大的材料要選韌性大的磨料。磨削硬度高的材料，要選硬度高的磨料。粒度主要表示砂輪磨料顆粒大小的程度。砂輪粒度的大小對磨削效率和加工面的粗糙度影響較大。一般來說，粗磨時要選用粗粒度的砂輪，可采用較大的磨削深度獲得較高的磨削效率，但表面粗糙度差。精磨時要選細粒度的砂輪，以獲得較好的表面粗糙度。磨削軟金屬時，要選粗粒度的砂輪。磨削硬金屬時，要選細粒度的砂輪。硬度主要表示砂輪工作時磨料自砂輪上脫落的難易程度。砂輪硬度越高，磨料越難從砂輪上脫落。一般來說，工件材料硬，砂輪硬度應(yīng)選軟一些，以便砂輪磨鈍磨粒及時脫落，露出鋒利的新磨粒繼續(xù)正常磨削。工件材料軟，磨粒不容易磨鈍，砂輪硬度可以選大一些。組織主要指砂輪中磨粒、結(jié)合劑以及氣孔的比例，通常以磨粒所占砂輪體積的百分比或氣孔大小來分等級。一般來說，較松組織的磨具（大氣孔砂輪）在使用時不易鈍化、發(fā)熱少，適合粗磨或?qū)δハ鳠岜容^敏感的場合。緊密型組織的砂輪磨粒不容易脫落，有利于保持磨具的幾何形狀，適合精磨。

課題研究的導(dǎo)軌材質(zhì)HT300灰口鑄鐵，G48中頻感應(yīng)淬火，因此磨削時用SA60-F25VCF2材質(zhì)的砂輪。SA單晶剛玉磨料硬度高，一般在HRC60以上[7]。60粒度的磨料顆粒能兼顧磨削效率與表面粗糙度。平面磨削時能達到Ra=0.4 μm左右的粗糙度。F級硬度較軟，磨料容易脫落，比較適合加工HRC60以上的工件。砂輪組織氣孔較大，磨削時砂輪不容易鈍且工件不容易發(fā)熱。綜上所述，砂輪硬度偏低，磨料在磨削過程中很容易從砂輪上脫落，且磨料硬度遠高于工件硬度，可能導(dǎo)致磨削過程中砂輪砂粒脫落夾在砂輪與工件間造成導(dǎo)軌磨削表面劃痕。

2.2 磨削液因素

磨削液是磨削加工中的輔助及配套材料，主要由潤滑劑、穩(wěn)定劑以及防銹劑等組成，起潤滑、冷卻、清洗以及防銹的作用。磨削加工中，砂輪對工件擠壓切削。有效使用磨削液可以增強砂輪與工件間的潤滑，減小磨削力，降低產(chǎn)生的磨削熱。在磨削加工中噴射磨削液，既可以帶走大量的磨削熱，又可以冷卻工件，從而減少工件熱變形，保證零件加工精度。在磨削加工中噴射磨削液，能及時帶走磨削時產(chǎn)生的鐵屑及砂粒，防止堵塞砂輪或附著在工件上，有利于延長砂輪使用壽命，保證表面的加工質(zhì)量。

脫落的砂輪砂粒粘在工件表面或者混在磨削液中，在磨削加工時砂粒在砂輪與工件表面擠壓會造成劃痕。為避免粘在工件表面的砂粒造成劃痕，可用干凈的磨削液清潔待磨削工件表面。具體措施包括加大磨削液噴射壓力、流量，調(diào)整噴嘴位置，使磨削液能噴射在砂輪前邊，保證磨削工件表面清潔。為保證磨削液干凈不含砂粒，除配備必要的過濾設(shè)備外，還需要定期清理機床水箱和更換磨削液。

課題研究的導(dǎo)軌上表面和側(cè)面磨削加工采用相同材質(zhì)的砂輪，加工完成后上表面有零星分散的劃痕而側(cè)面基本沒有，有可能是脫落的砂輪砂粒粘在導(dǎo)軌上表面（導(dǎo)軌側(cè)面不容易粘砂粒）導(dǎo)致磨削加工時砂粒與工件表面擠壓造成劃痕?，F(xiàn)場試驗時，更換了機床磨削液并調(diào)整磨削液噴嘴，使其中一路磨削液噴射在砂輪前邊。磨削完成后，導(dǎo)軌上表面的劃痕數(shù)量較之前明顯減少。

2.3 磨削工藝參數(shù)

影響導(dǎo)軌磨削表面質(zhì)量的磨削工藝參數(shù)主要包括加工過程中的磨削用量（砂輪線速度、磨削深度、磨削寬度、工件運動速度等）及砂輪的修整。磨削加工時，砂輪線速度越高，促使材料塑性變形的速度跟不上磨削速度，則表面光潔度越好。增加磨削深度、磨削寬度及工件運動速度會增加磨削力，從而導(dǎo)致工件塑性變形增加，表面光潔度變差。影響表面質(zhì)量的砂輪修整主要與修整工具、修整量及修整速度有關(guān)。常用的砂輪修整工具有金剛石筆、金剛石滾輪等。用金剛石滾輪修整的砂輪要比用金剛石筆修整的砂輪更鋒利，磨削加工效率更高，表面質(zhì)量更好。砂輪修整量及修整速度影響砂輪修整質(zhì)量。例如，單次修整量越大，切削溫度越高；砂輪修整器磨損嚴重，將影響砂輪修整質(zhì)量；砂輪修整速度太慢會堵塞砂輪，影響加工效率及工件表面粗糙度。因此，理想的修整方式是少量、多次以及均勻快速修整。

課題研究的導(dǎo)軌上表面及側(cè)面磨削用量（砂輪線速度28 m·s-1，磨削深度0.002 mm，磨削寬度20 mm，工件運動速度10 m·min-1）及砂輪的修整（單點式金剛石筆修整器每次修整量0.02 mm，修整2次）基本一致，加工完成后表面粗糙度Ra為0.4 μm左右，而導(dǎo)軌磨削表面劃痕的出現(xiàn)基本在砂輪修整完磨削2～3個循環(huán)后出現(xiàn)。為獲得良好的表面光潔度，每次精磨前需要進行砂輪修整。

3 結(jié)語

導(dǎo)軌磨削加工時，高速旋轉(zhuǎn)的砂輪去除工件表面材料的同時會造成砂輪砂粒脫落，而脫落的砂粒夾在砂輪和工件間會造成磨削表面劃痕。由于砂輪自銳性的存在，不可能杜絕脫粒。但是，可以從砂輪、磨削液以及磨削工藝參數(shù)等方面入手，減少和減輕劃痕。此外，在提高質(zhì)量的同時會增加生產(chǎn)成本、降低生產(chǎn)效率，因此需要根據(jù)零件要求及現(xiàn)場工況進行綜合分析及試驗，以達到質(zhì)量、效率以及成本的最佳平衡點。