無心磨削成圓理論分析及常見缺陷排故分析

戴永鎮(zhèn)

（廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司，福建 廈門 361021）

1 引言

無心磨削是一種高效率的磨削加工方法，通常在無心磨床上進(jìn)行操作，其作用是磨削工件的外圓，無心磨屬于周磨法。無心磨床主要由砂輪、導(dǎo)輪和托板組成，按照結(jié)構(gòu)可以分為臥式無心磨床、傾斜式無心磨床以及立式無心磨床。其中傾斜式無心磨床通常應(yīng)用于薄壁輕型零件和重型零件的磨削加工過程中，立式無心磨床通常應(yīng)用于低于中心的情況。在進(jìn)行無心磨削的過程中，工件要被放置在砂輪與導(dǎo)輪之間，不用頂尖定心和支承，由托板進(jìn)行支撐，由導(dǎo)輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

2 無心磨削技術(shù)概述

無心磨削技術(shù)誕生于1917年，隨著無心磨削技術(shù)的誕生，不但大幅度提升了零件的尺寸精度和圓度，還大幅提升了零件的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。無心磨削技術(shù)為大批量生產(chǎn)提供了良好的條件，實(shí)現(xiàn)了可互換零件的生產(chǎn)制造。目前，無心磨削技術(shù)在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛，滿足了汽車制造業(yè)對(duì)零件的產(chǎn)量和精密度的需求。無心磨削技術(shù)需要在無心磨床上進(jìn)行相關(guān)操作，無心磨床的誕生促進(jìn)了無心磨削技術(shù)的迅猛發(fā)展。無心磨床的結(jié)構(gòu)省去了對(duì)工件裝夾和驅(qū)動(dòng)的需求，不但大幅提升了裝夾工件和拆卸工件的速度，還提升了磨削的精度和生產(chǎn)力。無心磨床主要由砂輪、導(dǎo)輪和托板組成，按照結(jié)構(gòu)可以分為臥式無心磨床、傾斜式無心磨床以及立式無心磨床。無心磨削技術(shù)主要分為三種類型，包括橫向進(jìn)給方式、貫穿進(jìn)給方式以及切向進(jìn)給方式[1]。其中，橫向進(jìn)給方式主要應(yīng)用在多直徑工件的磨削過程中；貫穿進(jìn)給方式主要應(yīng)用在細(xì)長(zhǎng)圓柱形工件、無中心孔的短軸和套類工件的磨削過程中；切向進(jìn)給方式主要應(yīng)用于帶軸肩或凸臺(tái)的工件，以及圓錐體、球體或其他回轉(zhuǎn)體工件的磨削過程中。目前，隨著無心磨削技術(shù)的不斷發(fā)展，無心磨床也在不斷優(yōu)化升級(jí)，開發(fā)出了很多實(shí)用性極強(qiáng)的輔助功能。

3 無心磨削技術(shù)的原理

3.1 無心磨削技術(shù)的特點(diǎn)

第一，在應(yīng)用無心磨削技術(shù)的過程中，不用在工件的兩端打中心孔，也不需要使用頂針來對(duì)工件進(jìn)行支撐，工件由托板進(jìn)行支撐。在此過程中，工件的位置變化、大小和工件的原始誤差、磨削用量以及磨削工藝參數(shù)等因素有關(guān)。在磨削帶孔工件的過程中，不能夠糾正孔與軸的軸心線位置，工件的同軸度精度較低。第二，在應(yīng)用無心磨削技術(shù)的過程中，無心磨床的傳動(dòng)鏈不是決定工件運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與均勻性的唯一因素，還與工件的質(zhì)量和形狀、導(dǎo)輪的制作材料、導(dǎo)輪的表面狀態(tài)，磨削用量以及相關(guān)的工藝參數(shù)有關(guān)。第三，通過無心磨削技術(shù)的應(yīng)用，可以有效實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)時(shí)間與上、下料時(shí)間的重合，推動(dòng)磨削過程的自動(dòng)化發(fā)展，進(jìn)而提升生產(chǎn)的效率[2]。另外，無心磨削技術(shù)比較適用于大批量的生產(chǎn)，對(duì)于小批量的生產(chǎn)而言，沒有明顯的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵谡{(diào)整機(jī)床的過程中，比較消耗時(shí)間。第四，通過無心磨削技術(shù)的應(yīng)用，可以有效實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力磨削、高速磨削、寬砂輪及多砂輪磨削。另外，在應(yīng)用無心磨削技術(shù)的過程中，工件由全部磨削面承受磨削力，有效提升了支撐的剛性。在相同的條件下，比應(yīng)用普通外圓磨削技術(shù)的磨削余量要小，如圖1所示。

圖1 無心磨削示意圖

3.2 無心磨削的過程

首先，在應(yīng)用無心磨削技術(shù)的過程中，導(dǎo)輪的直徑尺寸和轉(zhuǎn)速比磨削輪的直徑尺寸和轉(zhuǎn)速要小。此時(shí)，工件與導(dǎo)輪之間的摩擦力是比較大的，因此，工件被導(dǎo)輪帶動(dòng)并與導(dǎo)輪成相反方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)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(gè)α角。其次，在應(yīng)用無心磨削技術(shù)的過程中，工件被放置在導(dǎo)輪與托板之間，借助于橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使工件與磨削輪接觸進(jìn)行磨削加工。另外，磨削砂輪是專用于無心磨床的一種砂輪，磨削砂輪與導(dǎo)輪和托板要進(jìn)行相互作用，以此來完成工件的磨削過程。砂輪有剛玉砂輪、金剛石砂輪等，不同的目數(shù)可以磨削出不同表面粗糙度的工件表面，砂輪目數(shù)越高，磨削出的工件表面粗糙度值越低。磨削過程中，一般有粗磨和精磨，粗磨的磨削量較精磨大。

3.3 無心磨削的成圓分析

對(duì)于工件的無心磨削而言，工件的加工面就是定位基面，工件在進(jìn)行磨削之前的原始圓度誤差與進(jìn)行磨削之后的表面圓度誤差都會(huì)反映為定位誤差，進(jìn)而對(duì)工件的外圓精度產(chǎn)生影響。

4 無心磨削常見的缺陷以及排故措施

4.1 工件產(chǎn)生的圓度誤差

工件中心高是使工件產(chǎn)生圓度誤差的主要幾何因素，工件的圓度誤差主要包括棱圓度誤差和橢圓度誤差，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，工件會(huì)存在一個(gè)最佳的中心高，最佳中心高會(huì)隨著工件的不同而產(chǎn)生變化。首先，工件的圓度誤差會(huì)受到其原始形狀的影響，工件原始形狀的誤差越大，工件成圓時(shí)的圓度誤差也就越大。其次，在無心磨床磨削的過程中，托板的頂端為斜面，工件的中心高于磨削輪與導(dǎo)輪中心的連線[3]。如果工件的中心高度不夠，就會(huì)使工件逐漸壓向托板，此時(shí)就會(huì)增加導(dǎo)輪的分力，從而增大工件與托板之間的摩擦力，進(jìn)而影響工件磨削的過程，形成棱圓度誤差；如果工件的中心高過大，就會(huì)使工件受力不穩(wěn)，進(jìn)而使工件在磨削過程中產(chǎn)生振動(dòng)，形成橢圓度誤差。另外，如果工件振動(dòng)嚴(yán)重的話，還會(huì)導(dǎo)致磨削無法運(yùn)行。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，工件的橢圓度誤差比工件的棱圓度誤差容易改善。如果是在粗磨的過程中，應(yīng)該使用較高的中心高，以此來對(duì)工件的棱圓度誤差進(jìn)行有效改善；如果是在精磨的過程中，就可以將工件的中心高降低一些，以此來對(duì)工件的橢圓度誤差進(jìn)行有效改善，同時(shí)也可以進(jìn)一步對(duì)工件的棱圓度誤差進(jìn)行改善；當(dāng)工件精度要求較高的時(shí)候，通常會(huì)在工件的中心高為0或者負(fù)值的情況下進(jìn)行磨削。另外，除了工件的中心高之外，導(dǎo)輪未經(jīng)過修圓處理或者工作時(shí)間過長(zhǎng)也會(huì)使工件產(chǎn)生圓度誤差，針對(duì)這一問題，就要及時(shí)對(duì)導(dǎo)輪進(jìn)行修圓處理。

4.2 工件存在錐度

第一，當(dāng)前導(dǎo)板向?qū)л喌姆较虬l(fā)生傾斜的時(shí)候，就會(huì)縮小工件的前部直徑；當(dāng)后導(dǎo)板向?qū)л喎较虬l(fā)生傾斜的時(shí)候，就會(huì)縮小工件的后部直徑。針對(duì)這一問題，要及時(shí)對(duì)前后導(dǎo)板進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使前后導(dǎo)板與導(dǎo)論的母線保持平行狀態(tài)。第二，當(dāng)磨削區(qū)域的形狀不正確的時(shí)候，如磨削輪和導(dǎo)輪的表面出現(xiàn)嚴(yán)重磨損的時(shí)候，此時(shí)，就要及時(shí)對(duì)磨削輪和導(dǎo)輪進(jìn)行修正或更換。第三，當(dāng)托板出現(xiàn)局部磨損的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致工件的軸線發(fā)生傾斜，進(jìn)而產(chǎn)生錐度，此時(shí)就要及時(shí)更換托板。

4.3 工件的表面存在缺陷

第一，工件的表面存在振紋。磨削量過大或磨削的區(qū)域過短是導(dǎo)致工件出現(xiàn)振紋的主要原因。針對(duì)這一問題，就要科學(xué)合理地調(diào)整導(dǎo)輪的修整角和金剛石的位移量[4]。第二，工件的表面存在擦傷。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，只有在強(qiáng)光的條件下才能夠有效觀察到工件的表面擦傷，另外，工件的表面擦傷通常出現(xiàn)在磨削區(qū)域的后部。針對(duì)這一問題，一方面，要在修整砂輪與導(dǎo)輪之后，加強(qiáng)托板表面的清洗工作，仔細(xì)修磨托板的工作面，同時(shí)對(duì)托板的工作面實(shí)施消磁的處理；另一方面，要結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)需求來選擇磨削用量，在進(jìn)行精磨的過程中，磨削用量不宜過小。另外，在生產(chǎn)的過程中，盡量使用清潔的冷卻液。

5 結(jié)語

綜上所述，無心磨削是一種高效率的磨削加工方法，需要較高的機(jī)床調(diào)整技術(shù)來加以支持，因此，要將相關(guān)的理論和實(shí)踐進(jìn)行有效結(jié)合，以此來促進(jìn)無心磨削加工技術(shù)的發(fā)展。