無(wú)心磨削成圓理論分析及常見(jiàn)缺陷排故

王山城

摘 要：無(wú)心外圓磨削（以下簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)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(guò)程中工件中心不定，從磨削原理上講，沒(méi)有正確的調(diào)整以及工件磨削過(guò)程不充分，無(wú)心磨削是得不到真圓的。文章從磨削原理入手，對(duì)無(wú)心磨削的常見(jiàn)缺陷進(jìn)行了分析，并提出了解決辦法。

關(guān)鍵詞：無(wú)心磨削；中心高；托板頂角；導(dǎo)輪傾角

1 無(wú)心磨削的基本原理

1.1 無(wú)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(guò)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(duì)較少。

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

1.1.3 機(jī)動(dòng)時(shí)間與上、下料時(shí)間重合，易于實(shí)現(xiàn)磨削過(guò)程自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高。

1.1.4 在無(wú)心磨削過(guò)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(dòng)的穩(wěn)定性、均勻性取決于機(jī)床傳動(dòng)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(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)調(diào)整機(jī)床的技術(shù)要求也較高。

1.1.7 無(wú)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(guò)程的自動(dòng)化。

1.2 無(wú)心磨削過(guò)程

1.2.1 導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速、傾角與工件轉(zhuǎn)速的關(guān)系。在無(wú)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(dòng)并與導(dǎo)輪成相反方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)為了滿(mǎn)足貫穿法磨削的要求，導(dǎo)輪軸心線(xiàn)在垂直面內(nèi)傾斜一個(gè)α角。通常精磨時(shí)取α=1°30′～2°30′；粗磨α=2°30′～4°

1.2.2 工件在磨削過(guò)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(dòng)使工件與磨削輪接觸進(jìn)行磨削加工。磨削輪對(duì)工件的徑向作用力■g、切向作用力■g，合力■g=■g+■g。導(dǎo)輪對(duì)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(guò)程中始終保持著平衡狀態(tài)。

1.3 無(wú)心磨削的成圓分析

工件無(wú)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(huì)反映為定位誤差，影響工件的外圓精度。

2 無(wú)心磨削常見(jiàn)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(duì)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(shí)，無(wú)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(jiàn)的棱圓度為三、五、七、九……等低次諧波。

工件中心高對(duì)橢圓度的影響，與棱圓度相反。

對(duì)棱圓度及橢圓度，一般存在一個(gè)最優(yōu)中心高度。在該中心高度，奇次、偶次諧波同時(shí)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(duì)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(duì)一定的單一奇次諧波消除能力最大。75°托板對(duì)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(duì)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(guò)久，已失去正確的幾何形狀，需要修圓導(dǎo)輪，修到無(wú)斷續(xù)聲即可；（2）磨削輪磨鈍，及時(shí)修整磨削輪；（3）托板太薄或頂面傾斜角過(guò)大時(shí)，及時(shí)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小；或后導(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(xiàn)平行，且在同一直線(xiàn)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(shí)，需要重新修整磨削輪和導(dǎo)輪。

2.2.3 當(dāng)導(dǎo)輪局部過(guò)度磨損或托板局部磨損太大，都可能引起工件軸線(xiàn)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^(guò)程中，工件中心的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡偏離理論運(yùn)動(dòng)軌跡直線(xiàn)，工件在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)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?tīng)睿腥敕ハ鲿r(shí)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(shí)，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(shí)，會(huì)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(shí)，也會(huì)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(guò)大，磨削區(qū)域過(guò)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(gè)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(guò)程中，工件與導(dǎo)輪的實(shí)際接觸線(xiàn)與理想的接觸線(xiàn)相差較大，引起工件中心過(guò)大的波動(dòng)，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(xiàn)為直線(xiàn)，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(jiàn)。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(wèn)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(shí)磨量不宜過(guò)小。

3 結(jié)束語(yǔ)

因此，無(wú)心磨削對(duì)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(jiǎn)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(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐反復(fù)摸索和總結(jié)，這就要求我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦懈钊氲膶W(xué)習(xí)，以適應(yīng)各種無(wú)心磨削加工的需要。

參考文獻(xiàn)

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