無心磨削成圓理論分析及常見缺陷排故分析

戴永鎮(zhèn)

【摘 要】無心磨削又稱為無心外圓磨削，是一種用來磨削工件外圓的磨削方法，適用于大批量生產(chǎn)。從磨削原理上來講，無心磨削是無法得到真圓的，因?yàn)楣ぜハ鞯倪^程并不充分。論文就無心磨削成圓理論及常見缺陷排故做了相關(guān)闡述、分析。

【Abstract】Centerless grinding is also called centerless external grinding， it is a grinding method used for grinding outer circle of the workpiece， and it is suitable for mass production. In terms of grinding principle， centerless grinding is impossible to obtain true circle because the grinding process of workpiece is not sufficient. In this paper， the theory of centerless grinding into a circle and the troubleshooting of its common defects are expounded and analyzed.

【關(guān)鍵詞】無心磨削;常見缺陷;排故分析

【Keywords】 centerless grinding; common defects; troubleshooting analysis

【中圖分類號(hào)】TG580.63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）01-0145-02

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，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。

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。

【參考文獻(xiàn)】

【1】王玉昆.無心外圓磨削原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

【2】李國發(fā)，王龍山，張衛(wèi)波.磨削過程優(yōu)化及其計(jì)算機(jī)仿真[J]. 中國機(jī)械工程，2002（06）：501-505.

【3】鄧朝暉，廖鋼，韓立發(fā). 磨削基本參數(shù)的評(píng)述及其進(jìn)展情況[J].磨床與磨削，1997（01）：22-24.

【4】葉文華，張幼楨.磨削過程的計(jì)算機(jī)模擬研究的概況[J]. 磨床與磨削，1991（02）：14-16.