異形滾針在無心磨床MK1040上的加工

胡蓬輝，張萬(wàn)進(jìn)

(新鄉(xiāng)市派美柯精密機(jī)械有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453003)

1 異形滾針的結(jié)構(gòu)及加工要求

某系列異形滾針典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。滾針材料為GCr15,熱處理后硬度為61～62 HRC。零件形位公差要求為：A-B為測(cè)量表面基準(zhǔn)，B對(duì)A同軸度為Φ0.002 mm；各槽面均以中心線對(duì)稱，3條中心線對(duì)基準(zhǔn)A-B的對(duì)稱度為0.005 mm；各槽面對(duì)基準(zhǔn)A-B同軸度為Φ0.002 mm；各溝槽深度公差為0.003 mm。

圖1 異形滾針結(jié)構(gòu)

根據(jù)零件精度及大批量生產(chǎn)等要求，采用成形切入磨削法進(jìn)行加工，即按工件的要求用金剛石滾輪修整出相應(yīng)形狀的砂輪，工件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在無心磨床上用切入磨削完成加工循環(huán)。具體實(shí)施方案為：在現(xiàn)有的無心磨床MK1040上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，采用成形切入磨削，實(shí)現(xiàn)磨削過程自動(dòng)化。

2 無心磨床MK1040的特點(diǎn)

MK1040機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要特點(diǎn)為：

1—床身；2—托架；3—砂輪修整器；4—金剛滾輪；5—砂輪；6—工件；7—導(dǎo)輪； 8—導(dǎo)輪修整器；9—導(dǎo)輪架；10—進(jìn)給機(jī)構(gòu)圖2 MK1040機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

(1)機(jī)床砂輪主軸為單支承結(jié)構(gòu)，導(dǎo)輪主軸為雙支承結(jié)構(gòu)，兩軸均采用進(jìn)口P4精密滾動(dòng)軸承，具有很高的回轉(zhuǎn)精度和良好的剛性，適合進(jìn)行高精度磨削。加工零件圓度可達(dá)到1 μm，圓柱度可達(dá)到2 μm，表面粗糙度Ra可達(dá)到0.16 μm，能夠滿足該滾針的加工精度要求。

(2)進(jìn)給系統(tǒng)采用精密滾珠絲杠、雙V直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、伺服電動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)。進(jìn)給精度為1 μm。

(3) 切入磨削時(shí)砂輪修整器的進(jìn)給導(dǎo)軌采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，由伺服電動(dòng)機(jī)直聯(lián)滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)修整進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，修整進(jìn)給與工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償以適應(yīng)復(fù)雜形狀零件的切入磨削。

3 MK1040的具體改進(jìn)方案

直接購(gòu)買或特殊訂貨2級(jí)精度滾針成品，在無心磨床MK1040上采用成形切入磨削法在滾針上直接切出溝槽。針對(duì)零件特征及加工要求，對(duì)MK1040進(jìn)行了以下幾個(gè)部分的改進(jìn)。

3.1 砂輪和導(dǎo)輪

原配置砂輪、導(dǎo)輪寬度為150 mm，而所加工滾針最大長(zhǎng)度為19 mm，故將原砂輪、導(dǎo)輪改為寬22 mm的窄砂輪和窄導(dǎo)輪，多余尺寸增加隔套。為了防止磨削時(shí)工件軸向竄動(dòng)，應(yīng)將導(dǎo)輪在垂直面內(nèi)回轉(zhuǎn)15′～30′。

3.2 砂輪修整器

原砂輪修整器為沿砂輪寬度方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和修整進(jìn)給運(yùn)動(dòng)兩個(gè)坐標(biāo)的伺服電動(dòng)機(jī)控制，因采用成形切入磨削，改為修整進(jìn)給方向一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)控制，并采用金剛石滾輪修整砂輪面(圖2)。金剛石滾輪修整效率和精度高，使用壽命長(zhǎng)，能確保每次修整的砂輪槽面形狀、尺寸精度的一致性。

金剛石滾輪修整時(shí)影響修整效果較大的因素是修整速差和修整方式。通過試驗(yàn)證明，順修的修整效果優(yōu)于逆修的效果，順修時(shí)速差不能過小，推薦速差為30 m/s。

3.3 托架

切入磨托架通常為無心磨床特殊訂貨部件，主要用于支承和定位工件(圖3)。托架的上部安裝托板，托板和導(dǎo)輪徑向支承工件，托架后端安裝打料油缸(圖中未示出)，打料油缸上的推桿起到磨削時(shí)軸向定位工件和磨削完后將工件打出的雙重作用。首先推桿位置要便于調(diào)整，使之與砂輪相對(duì)應(yīng)，保證工件上各槽面位置的準(zhǔn)確性；另一方面推桿重復(fù)定位一定要非常準(zhǔn)確且定位點(diǎn)要耐磨損，才能保證批量加工時(shí)工件上各槽面位置的一致性。

1—彎板；2—支架；3—提料氣缸；4—提料擋板；5—導(dǎo)輪；6—托板；7—托架；8—送料支承；9—彎板10—打料油缸推桿；11—工件；12—下料槽；13—貯料槽；14—推料氣缸圖3 上、下料機(jī)構(gòu)

3.4 上、下料機(jī)構(gòu)

要加工的滾針尺寸較小，不易拿取，因此工件的上、下料成為磨削加工的關(guān)鍵。改進(jìn)后的上、下料機(jī)構(gòu)如圖3所示。導(dǎo)輪進(jìn)給溜板上安裝一彎板，彎板上端固定送料支承，送料支承側(cè)面連接一個(gè)貯料槽，前端連接一個(gè)推料氣缸(推動(dòng)工件向前移動(dòng))。在導(dǎo)輪殼體靠近導(dǎo)輪的位置固定彎板和支架，支架上安裝一個(gè)提料氣缸(將工件提起)和提料擋板，提料擋板位于送料支承和導(dǎo)輪之間。

上、下料機(jī)構(gòu)工作循環(huán)順序?yàn)椋?/p>

(1)在貯料槽內(nèi)按順序擺放一定量的工件；

(2)推料氣缸推動(dòng)工件向前移動(dòng)一個(gè)工件長(zhǎng)度，工件順著送料支承的V形槽，經(jīng)過提料擋板依次進(jìn)入磨削區(qū)，同時(shí)打料油缸退回后極限，限定工件的軸向位置；

(3)輪架快進(jìn)→粗磨→精磨→光磨→導(dǎo)輪架快退；

(4)提料氣缸將提料擋板連同下一個(gè)工件提起；

(5)托架上打料油缸推桿將工件推出磨削區(qū)，經(jīng)過下料槽掉入接料盒內(nèi)，推料氣缸同時(shí)后退；

(6)推料氣缸將提料擋板連同工件下落至送料支承和導(dǎo)輪之間；

(7)推料氣缸退回到最后位置，進(jìn)入下一輪循環(huán)。

4 異形滾針的實(shí)際加工效果

MK1040經(jīng)過上述改進(jìn)設(shè)計(jì)、裝配后，經(jīng)檢驗(yàn)機(jī)床各部精度為：砂輪主軸徑向跳動(dòng)為1 μm，軸向竄動(dòng)為1 μm；導(dǎo)輪軸徑向跳動(dòng)為0.5 μm，軸向竄動(dòng)為0.5 μm；導(dǎo)輪架進(jìn)給精度為1 μm；修整器進(jìn)給精度為0.5 μm。由于直接采用2級(jí)精度滾針進(jìn)行加工，滿足了基準(zhǔn)面的同軸度要求；各槽面的形狀誤差由金剛石滾輪保證；各槽面對(duì)基準(zhǔn)A-B同軸度的要求則由機(jī)床砂輪主軸和導(dǎo)輪軸精度保證。零件溝槽深度公差是機(jī)床導(dǎo)輪架進(jìn)給精度、重復(fù)定位精度、工件的定位精度和砂輪損耗等因素的綜合反映，也是加工過程中重點(diǎn)控制的技術(shù)指標(biāo)。試磨一批零件(共54件)后，用專用工裝檢驗(yàn)滾針的溝槽深度(為檢測(cè)儀表的實(shí)際讀數(shù)，作為比較值，不是實(shí)際深度)，檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。加工中每個(gè)循環(huán)時(shí)間為30～35 s，砂輪沒有修整和磨削補(bǔ)償，連續(xù)加工完成。

表1 試磨零件檢驗(yàn)結(jié)果

由表1數(shù)據(jù)可知，工件的加工尺寸精度非常穩(wěn)定。由于金剛石滾輪修整形面精度穩(wěn)定，工件形面質(zhì)量得到了可靠保證，其他技術(shù)指標(biāo)如表面粗糙度等均達(dá)到客戶要求。整個(gè)磨削過程協(xié)調(diào)、流暢，除人工擺放上料外基本實(shí)現(xiàn)了磨削過程自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)該零件的成形切入磨削可以得出，對(duì)于異形圓柱類零件的加工，在無心磨床上采用成形切入磨削是一種高精度、高效率的加工方法。而且隨著金剛石滾輪修整技術(shù)的成熟應(yīng)用和自動(dòng)上、下料機(jī)構(gòu)的多樣化設(shè)計(jì)，成形切入磨削將具有更廣闊的市場(chǎng)。