預(yù)防MG1050A無心磨床磨削表面缺陷

■兗州金城宏達(dá)機械有限責(zé)任公司 （山東濟(jì)寧 272100） 杜紹先

預(yù)防MG1050A無心磨床磨削表面缺陷

■兗州金城宏達(dá)機械有限責(zé)任公司 （山東濟(jì)寧 272100） 杜紹先

摘要：為了預(yù)防工件表面出現(xiàn)磨削缺陷，本文系統(tǒng)地對產(chǎn)生缺陷的原因進(jìn)行了梳理，分析、總結(jié)出了8個方面的影響因素，并制訂相應(yīng)的預(yù)防措施，從而達(dá)到了預(yù)防表面產(chǎn)生磨削缺陷的效果。

我公司是南京金城集團(tuán)公司控股的生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)排量為50～250cc的各類摩托車曲軸20余種，具有年產(chǎn)摩托車曲軸總成50萬套的生產(chǎn)能力；曲柄銷是曲軸上的關(guān)鍵零部件，由于曲軸不同，曲柄銷的結(jié)構(gòu)及精度要求也各不相同。為了便于控制產(chǎn)品質(zhì)量，對曲柄銷的結(jié)構(gòu)和精度要求進(jìn)行了歸納，基本上是材料為20CrMo，長度和直徑要求在20 ～60mm內(nèi)，直徑公差為0.002～0.003mm，滲碳淬火后硬度在55 ～65HRC之間，表面粗糙度值為0.1～0.2mm。具有尺寸公差小，形狀精度高，表面粗糙度數(shù)值低，表面硬度高等特點，同時要求表面不允許有燒傷、裂紋和振紋等表面缺陷。

圖1　無心磨床

為了滿足各類曲柄銷的批量生產(chǎn)及精度要求，公司在2005年3月購入了一臺MG1050A無心磨床（見圖1）。這是一種高精度及高生產(chǎn)的設(shè)備，可以實現(xiàn)半自動循環(huán)磨削，適用于大批量磨削直徑5～50mm、長度＜200mm的精密圓柱體零件，能夠滿足公司曲柄銷的大批量和高精度的要求，解決了生產(chǎn)難題。但隨著設(shè)備的使用，發(fā)現(xiàn)如果對磨床的使用不當(dāng)，極易產(chǎn)生表面磨削缺陷，而且缺陷有各種表現(xiàn)形式，影響因素多種多樣，如果不系統(tǒng)地從根源上分析產(chǎn)生原因，制定預(yù)防措施，必然造成損失。

經(jīng)過長期對MG1050A無心磨床的實際調(diào)整及其各部件的摸索，逐步對產(chǎn)生表面缺陷的原因梳理，分析、總結(jié)出了8個方面的影響因素：①磨床的安裝及在基礎(chǔ)上的調(diào)整。②對磨削原理的理解。③曲柄銷的中心高。④砂輪。⑤導(dǎo)輪。⑥托板。⑦前、后導(dǎo)板。⑧磨削液。

為了預(yù)防產(chǎn)生表面磨削缺陷，我們從以上8個方面入手，系統(tǒng)地對磨削區(qū)域各部件的作用進(jìn)行學(xué)習(xí)并熟練掌握，明確產(chǎn)生缺陷的根本原因，從而制訂相應(yīng)的預(yù)防措施。具體措施如下。

1. 正確地安裝磨床及其在基礎(chǔ)上的調(diào)整

磨床的安裝地點很關(guān)鍵，是磨床保持穩(wěn)定加工精度的基礎(chǔ)條件，應(yīng)遠(yuǎn)離振動大、噪聲大、高溫及低溫的其他設(shè)備，安裝環(huán)境應(yīng)有調(diào)溫設(shè)施以及能夠防塵、防潮和防油等條件。

（1）正確地安裝磨床。機床的振動能夠使工件表面產(chǎn)生振紋，所以應(yīng)正確地安裝磨床。具體的預(yù)防措施為：①應(yīng)使磨床遠(yuǎn)離其他機床，以隔絕和減弱振動的傳入。②在地面上的基礎(chǔ)周圍挖100～150mm的防振溝，深度不能小于500mm，以隔絕振動。③基礎(chǔ)的混凝土按大約1∶3∶5的比例進(jìn)行配比施工。

（2）在基礎(chǔ)上正確地調(diào)整磨床。磨床安放到基礎(chǔ)上后，應(yīng)當(dāng)調(diào)整床身導(dǎo)軌面的水平位置，調(diào)整水平工作分為初次調(diào)平和調(diào)平，在灌注地腳螺栓孔之前校平一次，在擰緊地腳螺栓的螺母時再進(jìn)行一次校平。

校平時應(yīng)將水平儀放置在機床的托架基面處做縱向和橫向的水平精度調(diào)整，保證公差均在0.04mm /1 000mm內(nèi)。在調(diào)整后將螺母擰緊，放置一兩天后再進(jìn)行一次復(fù)檢，如水平精度保持不變，校平工作就可視為完成。

2. 加深對磨削原理的理解

無心磨削是指曲柄銷以前導(dǎo)板為導(dǎo)向引入磨削區(qū)域，在磨削區(qū)域內(nèi)曲柄銷以托板為支撐，自由地順向放置在砂輪和導(dǎo)輪之間，砂輪和導(dǎo)輪以不同的圓周速度做同一方向的旋轉(zhuǎn)運動，曲柄銷在砂輪的磨削力和導(dǎo)輪的推動力作用下，一面沿其軸線向前運行，一面低速旋轉(zhuǎn)，同時被去除了磨削余量，再由后導(dǎo)板引導(dǎo)退出磨削區(qū)域，至此，整個磨削過程完成。

磨削區(qū)域主要由磨削砂輪、導(dǎo)輪、托板和前后導(dǎo)板組成，前后導(dǎo)板是輔助部件。這些組成部件的功能各不相同，其中砂輪是刀具，工作時高速旋轉(zhuǎn)，提供磨削力，直接對工件實施磨削。導(dǎo)輪的作用是配合砂輪，提供推動力，推動曲柄銷低速轉(zhuǎn)動并沿軸線向前運行。托板是定位元件，起支撐、限位作用，用來保證曲柄銷相對砂輪、導(dǎo)輪的中心高，并使工件順利通過磨削區(qū)域。前后導(dǎo)板引導(dǎo)曲柄銷進(jìn)入或退出磨削區(qū)域。磨削區(qū)域內(nèi)的磨削液用來降低工件及各部件的溫度，并起清洗作用。磨削區(qū)域中各部件的位置關(guān)系如圖2所示。由此可見，曲柄銷的磨削僅僅依靠磨削區(qū)域的單一部件是不能實現(xiàn)的，而是靠各部件的有機結(jié)合來完成的。所以，它們之間的相對位置及作用十分重要，應(yīng)充分掌握，調(diào)整應(yīng)正確、適宜，才能從根源上預(yù)防各類表面磨削缺陷的發(fā)生。

圖2　磨削區(qū)域中各部件的位置關(guān)系圖

3. 合理選擇曲柄銷的中心高

工件中心高是指磨削時工件中心相對于砂輪、導(dǎo)輪中心連線的距離。中心高是影響磨削精度（即圓度）的主要因素之一，也是影響工件跳動的因素，不同的工件磨削應(yīng)有適宜的中心高度。如果中心高選擇過小，使工件在磨削過程中運轉(zhuǎn)不良，會造成工件圓度超差，同時也因為中心高過小，使托板受力過大，磨損過快，以至于摩擦工件表面，使工件表面出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象；如中心高選擇過大，會產(chǎn)生工件跳動、表面有振紋等現(xiàn)象，原因是曲柄銷開始接觸砂輪時，主切削力大于導(dǎo)輪的作用力，工件只能以跳動的方式保持力的平衡，也就產(chǎn)生了跳動現(xiàn)象。所以，在磨削前應(yīng)首先選擇適宜的中心高，才能有效地預(yù)防產(chǎn)生表面圓度超差、拉毛、跳動及振紋等磨削缺陷。

中心高可以根據(jù)以下計算公式計算，也可以實際測量計算確定。

（1）工件中心高H的計算公式

式中，β為工件與砂輪、導(dǎo)輪接觸點的切線角（一般取6°～8 °）；D砂為砂輪直徑（mm）；D導(dǎo)為導(dǎo)輪直徑（mm）；D工為待磨曲柄銷直徑（mm）。

（2）工件中心高的測量方法：測量計算的方法比較方便。我們習(xí)慣用測量的方法計算中心高，具體步驟為：①用高度尺測量待磨曲柄銷直徑上部到托架底面的距離H1。②用千分尺測量待磨曲柄銷直徑D。③已知機床設(shè)計的砂輪與導(dǎo)輪中心連線至托架底面距離為200mm。④計算中心高H=H1-D/2-200。

計算得到的中心高應(yīng)作適當(dāng)?shù)男拚?，然后確定下來。

在實際的磨削過程中，一般來講，對于小直徑的曲柄銷，中心高等于曲柄銷直徑的一半；對于直徑大于20mm的曲柄銷，中心高在12～14mm范圍內(nèi)。

如果曲柄銷圓度誤差原始形狀偏向于較大的橢圓時，H值取小些；原始棱圓度大時，H值取大些。當(dāng)原始橢圓度及棱圓度都較大時，可先選取較大H值消除棱圓度，再選取較小H值，以消除橢圓度。

4. 正確選用砂輪及對其修整

（1）正確選用粒度、硬度適合的砂輪。從磨削區(qū)域內(nèi)各部件的位置關(guān)系圖中可以知道，砂輪是關(guān)鍵部件，它在磨削過程中完成對工件的切削。眾所周知，砂輪由磨料、結(jié)合劑和空隙組成，這三種不同的要素，又形成了不同特性的砂輪。砂輪的特性包括磨料、粒度、粘結(jié)劑、硬度、組織、形狀和尺寸。每一種砂輪根據(jù)其本身的特性，都有一定的適用范圍。如果砂輪過硬，會使工件表面燒傷；砂輪過軟，工件外形尺寸不勻或表面粗糙度超差；粒度過大，工件表面粗糙度超差；粒度過細(xì)，工件表面會有燒傷現(xiàn)象。因此選用適合的砂輪十分關(guān)鍵，在磨削加工時必須根據(jù)工件的材料、熱處理方法、表面粗糙度和磨削余量選擇適合的砂

輪，同時，由于工件長度不同，砂輪寬度也應(yīng)相應(yīng)改變，一般情況下，砂輪寬度應(yīng)比待磨工件長度大5～10mm。

（2）選擇合適的修整用量，正確地修整砂輪。砂輪作為刀具，其修整的好壞直接關(guān)系到工件表面的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。修整時金剛石如果松動，修整后的砂輪表面凹凸不平，工件表面會出現(xiàn)螺旋形痕跡；修整得過細(xì)，砂輪就會太鈍，工件容易燒傷或橢圓；修整得過粗，工件就會出現(xiàn)表面粗糙度差的現(xiàn)象。所以，為預(yù)防砂輪修整原因而產(chǎn)生表面缺陷，應(yīng)正確地修整砂輪：①安裝后的金剛石必須牢固，其軸線與砂輪中心應(yīng)保持大約10°的角度，并且偏離砂輪中心1～2mm，以預(yù)防在修整時振動。②選擇適宜的修整用量：修整時砂輪速度應(yīng)放慢，修整進(jìn)給量不能太大。粗磨時砂輪表面需修整得粗糙些，修整器往返速度約為200 ～300mm/min，甚至可以再大一點，每次修整量在0.01～0.03mm左右。精磨時修整器往返速度約為50～100mm/min, 每次修整量在0.01mm左右。③經(jīng)常轉(zhuǎn)換金剛石的角度，以保證金剛石的鋒利。④修整時應(yīng)用切削液對金剛石充分冷卻，不能出現(xiàn)間斷現(xiàn)象，以避免金剛石因驟冷驟熱而碎裂。⑤將砂輪前部（工件入口處）和后部（工件出口處）修整30′的斜角，以便工件逐漸進(jìn)入和離開磨削區(qū)域，減少對砂輪對工件粗糙度和形狀的影響。

5. 正確地修整導(dǎo)輪

在進(jìn)行曲柄銷磨削時，容易出現(xiàn)橢圓、表面粗糙度差、表面燒傷等缺陷。橢圓是因為導(dǎo)輪的幾何形狀不正確。粗糙度差及表面燒傷是因為導(dǎo)輪傾斜角太大，導(dǎo)致工件的軸向進(jìn)給速度加快。這幾種現(xiàn)象均與導(dǎo)輪在空間的傾斜角度及其表面形狀有關(guān)系。因為導(dǎo)輪的作用是在磨削過程中帶動工件作旋轉(zhuǎn)運動，同時沿工件軸線方向向前平穩(wěn)運動。為了實現(xiàn)這個目的，必須使工件與導(dǎo)輪沿母線的全長接觸，導(dǎo)輪外形應(yīng)被修成旋轉(zhuǎn)雙曲面的形狀，并且軸線在垂直平面內(nèi)傾斜一個角度。所以，為預(yù)防產(chǎn)生橢圓、表面粗糙度差、表面燒傷等缺陷，必須正確地修整導(dǎo)輪。

（1）調(diào)節(jié)導(dǎo)輪主軸，使導(dǎo)輪軸線在垂直平面內(nèi)有一個傾斜角，靠磨床操作者一端較高，另一端較低。粗磨時傾斜角一般取3°～4°，精磨時傾斜角一般取1.5°～2°。

（2）調(diào)節(jié)導(dǎo)輪修整器，使修整器上金剛石滑座在水平面內(nèi)有一個回轉(zhuǎn)角，保證把導(dǎo)輪外形修成旋轉(zhuǎn)雙曲面，精磨時回轉(zhuǎn)角一般取1.5°～2°。

（3）調(diào)節(jié)金剛石的偏移量，使金剛石相對導(dǎo)輪有一個適宜的偏移量。

（4）調(diào)節(jié)導(dǎo)輪主軸轉(zhuǎn)速至修整速度，一般取300r/min。

6. 選用適宜的托板并調(diào)整高度

無心磨削有時會出現(xiàn)圓度超差，這是因為工件的中心高不適宜或托板支承面的傾斜角太大，工件支承不穩(wěn)，磨削時工件的位置受到影響。工件有時也會出現(xiàn)表面拉毛現(xiàn)象，這是因為托板支承面磨損后對工件造成摩擦，這要求托板支承面的硬度應(yīng)比工件硬度高，并且耐磨性要好。托板是磨削區(qū)域的重要構(gòu)成部件，起支承工件的作用，保證工件中心高于砂輪與導(dǎo)輪的中心連線。這是影響工件圓度的主要原因，也是工件被磨削成圓形的先決條件。所以，為了預(yù)防因托板原因而產(chǎn)生表面缺陷，應(yīng)選用適宜的托板并調(diào)整其高度。

（1）選用合適的托板材料，增加托板的耐磨性，因為曲柄銷的硬度在滲碳淬火后比較高，一般在56～65HRC，所以我們采購的托板材料為高速鋼且淬硬，并在其斜面上鑲嵌硬質(zhì)合金條后磨平。

（2）為了使工件迅速被磨圓，托板的支承面應(yīng)有小于30°的傾斜角，且平整光潔。在磨削時將工件與托板支承斜面的接觸位置保證在距頂尖1/3處。

（3）選用托板墊片來調(diào)整托板高度，使工件中心高于砂輪與導(dǎo)輪的中心連線，避免因中心高的原因出現(xiàn)振紋或棱圓等缺陷。

（4）在安裝托板時，借用滑動表座和百分表調(diào)整托板的兩端高度，保證托板的兩端在同一水平面上，避免工件出現(xiàn)圓錐形。

7. 正確地調(diào)整前、后導(dǎo)板的位置

導(dǎo)板共有4個，分別位于砂輪和導(dǎo)輪的前后，它在磨削過程中把工件順利引進(jìn)和退出磨削區(qū)域，對工件起限位和導(dǎo)向作用，是磨削區(qū)域的重要輔助部件。導(dǎo)板位置的正確與否對磨削后的工件形狀誤差影響很大，如不正確，工件會被磨成細(xì)腰形或腰鼓形等。所以，為了預(yù)防因?qū)О逦恢迷蚨a(chǎn)生的表面缺陷，應(yīng)合