磨削加工及無心磨床的應(yīng)用畢業(yè)論文

1、引言 機(jī)械制造工業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供機(jī)械裝備。機(jī)械裝備中絕大部分零件在生產(chǎn)過程中都需要切削加工，如通過車、銑、刨、鉆、磨等方面，最后使零件獲得合格的形狀、尺寸和精度。而磨削加工是用來提高零件精度的重要工藝方法之一。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，磨削工藝在機(jī)械加工中起著極為重要的作用。從某種意義上講，一個(gè)國家的磨削工藝水平標(biāo)志著這個(gè)國家機(jī)械加工的水平。隨著機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的不短提高，磨削工藝也將不短發(fā)展和完整。1 磨削技術(shù)發(fā)展概述 我國對高速磨削及磨具的研究已有多年的歷史,如湖南大學(xué)在70年代末期便進(jìn)行了80m/s,1 20 m/s的磨削工藝實(shí)驗(yàn);前幾年,某大學(xué)也計(jì)劃開展250 m/

2、s的磨削研究(但至今尚未見到這 方面的報(bào)道),所以說有些高速磨削技術(shù)還只是實(shí)驗(yàn)而已,尚未走出實(shí)驗(yàn)室,技術(shù)還遠(yuǎn)沒有 成熟,特別是超高速磨削的研究還開展得很少.在實(shí)際應(yīng)用中,砂輪線速度vs一般還 是4560 m/s. 一般來講,按砂輪線速度vs的高低將磨削分為普通磨削(vs45 m/s),高速磨削 (45vs150 m/s),超高速磨削(vs150 m/s).按磨削精度將磨削分為普通磨削,精密磨削(加工精度1 m0.1 m,表面粗糙度ra0.2 m0.1 m),超精密磨削(加工精帡0.1 m , 表面粗糙度ra0.025 m).按磨削效率將磨削分為普通磨削,高效磨削.高效磨 削包括高速磨削,超高速

3、磨削,緩進(jìn)給磨削,高效深切磨削(hedg ,砂帶磨削,快速短行程 磨削,高速重負(fù)荷磨削. 高速高效磨削,超高速磨削在歐洲,美國和日本等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快,如德國的aa chen大學(xué),bremm大學(xué),美國的connecticut大學(xué)等,有的在實(shí)驗(yàn)室完成了vs為250 m/ s,350 m/s,400 m/s的實(shí)驗(yàn).據(jù)報(bào)道,德國aachen大學(xué)正在進(jìn)行目標(biāo)為500 m/s的磨削實(shí)驗(yàn) 研究.在實(shí)用磨削方面,日本已有vs=200 m/s的磨床在工業(yè)中應(yīng)用. 國內(nèi)外都采用超精密磨削,精密修整,微細(xì)磨料磨具進(jìn)行亞微米級(jí)以下切深磨削的研究,以 獲得亞微米級(jí)的尺寸精度.微細(xì)磨料磨削,用于超精密鏡面磨削的

4、樹脂結(jié)合劑砂輪的金剛石 磨粒平均直徑可小至4 m.日本用激光在研磨過的人造單晶金剛石上切出大量等高性一致 的微小切刃,對硬脆材料進(jìn)行精密磨削加工,效果很好.超硬材料微粉砂輪超精密磨削主要 用于磨削難加工材料,精度可達(dá)0.025 m.日本開發(fā)了電解在線修整(elid)超精密鏡面磨 削技術(shù),使得用超細(xì)微(或超微粉)超硬磨料制造砂輪成為可能,可實(shí)現(xiàn)硬脆材料的高精度, 高效率的超精密磨削.作平面研磨運(yùn)動(dòng)的雙端面精密磨削技術(shù),其加工精度,切除率都比研 磨高得多,且可獲得很高的平面度.電泳磨削技術(shù)也是一種新的超精密及納米磨削技術(shù). 隨著磨削技術(shù)的發(fā)展,磨床在加工機(jī)床中也占有相當(dāng)大的比例.據(jù)1997年歐洲機(jī)

5、床展覽會(huì)(e mo)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明,25%的企業(yè)認(rèn)為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù),車削只占23%, 鉆削占22%,其它占8%;而磨床在企業(yè)中占機(jī)床的比例高達(dá)42%,車床占23%,銑床占22%,鉆 床占14%.我國從19491998年,開發(fā)生產(chǎn)的通用磨床有1800多種,專用磨床有幾百種,磨床 的擁有量占金屬切削機(jī)床總擁有量的13%左右.可見,磨削技術(shù)及磨床在機(jī)械制造業(yè)中占有 極其重要的位置.為什么磨削技術(shù)會(huì)不斷地發(fā)展 主要原因如下: (1)加工精度高 由于磨削具有其它加工方法無法比擬的特點(diǎn),如砂輪上參 與切削的磨粒多,切削刃多且?guī)缀涡螤畈煌?僅在較小的局部產(chǎn)生加工應(yīng)力;磨具對斷續(xù)切 削,工件

6、硬度的變化不很敏感;砂輪可實(shí)現(xiàn)在線修銳等,因而可使加工件獲得很高的加工精 度. (2)加工效率高 如緩進(jìn)給深磨,一次磨削深度可達(dá)到025 mm,如將砂輪修 整成所需形狀,一次便可磨出所需的工件形狀.而當(dāng)vs進(jìn)一步提高后,其加工效率則 更高. (3)工程材料不斷發(fā)展 許多材料(如陶瓷材料,玻璃材料等)在工業(yè)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大,有些材料只能采用磨削加工 ,需要有新的磨削技術(shù)及磨削工藝與之相適應(yīng). (4)新的磨料磨具 如人造金剛石砂輪,cbn砂輪的出現(xiàn),擴(kuò)大了磨削加工的 應(yīng)用范圍. (5)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 如砂輪制造技術(shù),控制技術(shù),運(yùn)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)技術(shù), 支撐技術(shù)等,促進(jìn)了磨削技術(shù)及磨削裝備的發(fā)展. 總之

7、,磨削技術(shù)發(fā)展很快,在機(jī)械加工中起著非常重要的作用.目前,磨削技術(shù)的發(fā)展趨勢 是,發(fā)展超硬磨料磨具,研究精密及超精密磨削,高速高效磨削機(jī)理并開發(fā)其新的磨削工藝 技術(shù),研制高精度,高剛性的自動(dòng)化磨床. 就磨削而言,特別就高速高效磨削,精密及超精密磨削而言,其涉及的內(nèi)容廣泛,不僅包括 磨削本身的技術(shù),也集中了其它相關(guān)的技術(shù).關(guān)鍵技術(shù)介紹如下:1.1磨削的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用研究磨削加工是零件精加工的主要方法。磨削時(shí)可采用砂輪、油石、磨頭、砂帶等作磨具，而最常用的磨具是用磨料和粘結(jié)劑做成的砂輪。通常磨削能達(dá)到的精度為it7it5，表面粗糙度ra值一般為0.80.2m。磨削的加工范圍很廣，不僅可以加工內(nèi)外圓

8、柱面、內(nèi)外圓錐面和平面，還可加工螺紋、花鍵軸、曲軸、齒輪、葉片等特殊的成形表面。從本質(zhì)上來說，磨削加工是一種切削加工，但和通常的車削、銑削、刨削等相比卻有以下的特點(diǎn)：1磨削屬多刃、微刃切削砂輪上每一磨粒相當(dāng)于一個(gè)切削刃，而且切削刃的形狀及分布處于隨機(jī)狀態(tài)，每個(gè)磨粒的切削角度、切削條件均不相同。2加工精度高磨削屬于微刃切削，切削厚度極薄，每一磨粒切削厚度可小到數(shù)微米，故可獲得很高的加工精度和低的表面粗糙度值。3磨削速度大一般砂輪的圓周速度達(dá)20003000m/min，目前的高速磨削砂輪線速度已達(dá)到60250m/s。故磨削時(shí)溫度很高，磨削區(qū)的瞬時(shí)高溫可達(dá)8001000，因此磨削時(shí)必須使用切削液。4

9、加工范圍廣磨粒硬度很高，因此磨削不但可以加工碳鋼、鑄鐵等常用金屬材料，還能加工一般刀具難以加工的高硬度、高脆性材料，如淬火鋼、硬質(zhì)合金等。但磨削不適宜加工硬度低而塑性大的有色金屬材料。磨削加工是機(jī)械制造中重要的加工工藝，已廣泛用于各種表面的精密加工。許多精密鑄造成形的鑄件、精密鍛造成形的鍛件和重要配合面也要經(jīng)過磨削才能達(dá)到精度要求。因此，磨削在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。1.2 高速,高精度主軸單元制造技術(shù) 主軸單元包括主軸動(dòng)力源,主軸,軸承和機(jī)架幾個(gè)部分,它影響著加工系統(tǒng)的精度,穩(wěn)定性 及應(yīng)用范圍,其動(dòng)力學(xué)性能及穩(wěn)定性對高速高效磨削,精密超精密磨削起著關(guān)鍵的作用. 提高砂輪線速度主要是提高砂

10、輪主軸的轉(zhuǎn)速,特別是在砂輪直徑受到限制的場合(如內(nèi)圓磨 削).因而,適應(yīng)于高精度,高速及超高速磨床的主軸單元是磨床的關(guān)鍵部件.而對于高 速高精度主軸單元系統(tǒng),應(yīng)該是剛性好,回轉(zhuǎn)精度高,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫升小,穩(wěn)定性好,可靠,功 耗低,壽命長,同時(shí),成本也應(yīng)適中.要滿足這些要求,主軸的制造及動(dòng)平衡,主軸的支撐 (軸承),主軸系統(tǒng)的潤滑和冷卻,系統(tǒng)的剛性等是很重要的. 國外主軸單元技術(shù)的發(fā)展很快,有些公司專門提供各種功能的主軸單元部件,這種主軸單元 部件可以方便地配置到加工中心,超高速切削機(jī)床上.近年來高速和超高速磨床越來越多地 用電主軸作為其主軸單元部件,如美國福特公司和ingersoll公司推出的加工中

11、心,其主軸 單元就是用的電主軸,其功率為65 kw,最高轉(zhuǎn)速達(dá)15 000 r/min,電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間很短; 在emo97上,電主軸是機(jī)床制造技術(shù)中最熱門的功能部件,參展商達(dá)36家;美國landis公 司的超高速曲軸,凸輪軸磨床的砂輪主軸,也都用電主軸. 目前,國內(nèi)主軸單元的速度大約在10 000 r/min以下,且其精度,剛性及穩(wěn)定性有待于考驗(yàn) 和提高.同時(shí),缺乏高速,高精度,大功率的主軸單元(電主軸).需要進(jìn)一步研究的重點(diǎn)如 下:大功率,高轉(zhuǎn)速和高精度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究與開發(fā);高剛性,高精度,高轉(zhuǎn)速重負(fù) 荷的軸承或支承件的研究與開發(fā);高速,高剛性,高精度的砂輪主軸和工件頭架主軸的制 造技術(shù).

12、1.3 精密,高速進(jìn)給單元制造技術(shù) 進(jìn)給單元包括伺服驅(qū)動(dòng)部件,滾動(dòng)單元,位置監(jiān)測單元等.進(jìn)給單元是使砂輪保持正常工作 的必要條件,也是評(píng)價(jià)高速,高效及超高速磨床性能的重要指標(biāo)之一,因此,要求進(jìn)給單元 運(yùn)轉(zhuǎn)靈活,分辨率高,定位精度高,沒有爬行,有較大的移動(dòng)范圍(既要適合空行程時(shí)的快 進(jìn)給,又要適應(yīng)加工時(shí)的小進(jìn)給或者微進(jìn)給),既要有較大的加速度,又要有足夠大的推力 ,剛性高,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,定位精度好. 數(shù)控機(jī)床普遍采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)(交直流伺服電機(jī))與滾動(dòng)絲杠組合的軸向進(jìn)給方案.但隨著高 速高精度加工的發(fā)展,國內(nèi)外都普采用了直線伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù),高動(dòng)態(tài)性能的直線 電機(jī)結(jié)合數(shù)字控制技術(shù),可達(dá)到較高的調(diào)整

13、質(zhì)量,也可滿足上述要求,如德國西門子公司就 在cimt97作了直線電機(jī)120 m/min高速進(jìn)給的表演,而該公司的直線電機(jī)最大進(jìn)給速度可達(dá) 200 m/min, 其最大推力可達(dá)6600 n,最大位移距離504 mm.又如日本三井精機(jī)公司生產(chǎn) 的高速工具磨床,主軸上下移動(dòng)(行程25 mm)采用直線電機(jī)后,可達(dá)400次/min,是原來的2 倍,加工效率提高34倍.我國國產(chǎn)數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)(特別是高速,高精度進(jìn)給系統(tǒng))與國外相 比還有很大的差距,其快速進(jìn)給的速度一般為24 m/min.可見,為了適應(yīng)精密,高速及超高 速磨床的發(fā)展,在以下幾個(gè)方面應(yīng)重點(diǎn)研究:高速精密交流伺服系統(tǒng)及電機(jī)的研究;直線伺服電機(jī)的

14、設(shè)計(jì)與應(yīng)用的研究;高速精密滾珠絲杠副及大導(dǎo)程滾珠絲杠副的研究;高精度導(dǎo)軌,新型導(dǎo)軌摩擦副的研究;能適應(yīng)超精密磨削的高靈敏度,超微進(jìn)給機(jī)構(gòu)和超低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌副的研究.1.4 砂輪制造及其新技術(shù) 隨著工程材料的發(fā)展及其應(yīng)用,cbn砂輪和人造金剛石砂輪的應(yīng)用越來越廣泛,而砂輪的許 用線速度也要求較高,一般在80 m/s以上.單層電鍍cbn砂輪的線速度可達(dá)250 m/s,發(fā)展超 高速磨削也需要150 m/s以上的砂輪,但國內(nèi)80120 m/s的cbn砂輪仍在研制之中. 此外,砂輪的設(shè)計(jì),其截面形狀的優(yōu)化,粘結(jié)劑的結(jié)合強(qiáng)度及其適用性,砂輪基體的材料, 砂輪的制造技術(shù)(特別是對微細(xì)磨料磨具的制造技術(shù))等

15、都是非常重要的,仍需對一些關(guān)鍵技 術(shù)進(jìn)行攻關(guān):砂輪基體材料及制造技術(shù)的開發(fā),設(shè)計(jì)及其優(yōu)化;砂輪新型粘結(jié)劑(特別是適用于制造微細(xì)磨料磨具的粘結(jié)劑)的研究;新型磨料的制備工藝,如可使磨料容易產(chǎn)生新的切削刃;新型砂輪的制造工藝,既要使砂輪具有足夠的容屑空間,也要有更好的凸出性;適合于超精密磨削的超微粉砂輪的制備技術(shù).1.5 機(jī)床支承技術(shù)及輔助單元技術(shù) 機(jī)床支承技術(shù)主要是指機(jī)床的支承構(gòu)件的設(shè)計(jì)及制造技術(shù).輔助單元技術(shù)包括快速工件裝夾 技術(shù),高效冷卻潤滑液過濾系統(tǒng),機(jī)床安全裝置,切屑處理及工件清潔技術(shù),主軸及砂輪的 動(dòng)平衡技術(shù)等. 磨床支承構(gòu)件是砂輪架,頭架,尾架,工作臺(tái)等部件的支撐基礎(chǔ)件.要求它有良好

16、的靜剛度 ,動(dòng)剛度及熱剛度.對于一些精密,超高速磨床,國內(nèi)外都有采用耕合物混凝土(人造花崗 巖)來制造床身和立柱的,也有的將立柱和底座采用鑄鐵整體鑄造而成,還有采用鋼板焊接 件,并將阻尼材料填充其內(nèi)腔以提高其抗震性,這些都收到了很好的效果. 應(yīng)在以下幾個(gè)方面(特別是下一代磨床的設(shè)計(jì))加強(qiáng)研究:新型材料及結(jié)構(gòu)的支承構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的研究;砂輪動(dòng)平衡技術(shù)的研究;磨削液過濾系統(tǒng)的研究;安全防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)制造技術(shù)的研究;精密自動(dòng)跟刀架及支承件的研究.1.6 砂輪在線修整技術(shù) 在磨削過程中,砂輪由于磨鈍和磨損,需要進(jìn)行及時(shí)修整,特別是對超細(xì)磨料砂輪而言,更 需頻繁修整.普通砂輪修整比較容易;人造

17、金剛石砂輪和cbn砂輪的修整(特別是在線修整) 是個(gè)難題. 超硬磨料砂輪的修圓及磨料開刃是兩個(gè)很重要的問題.目前,國內(nèi)一些學(xué)者正在研究激光修 整砂輪和電解修整砂輪,以期解決高效實(shí)用的修整問題.重要的關(guān)鍵問題有二:新的,高效實(shí)用的砂輪修整技術(shù)及其裝置;砂輪在線修整技術(shù).1.7 環(huán)境友好的相關(guān)磨削技術(shù) 磨削過程中,冷卻液的作用主要是冷卻和潤滑,將磨削熱從工件表面帶走,沖刷掉磨削時(shí)留 在工件和砂輪表面上的切屑.但是,鑒于冷卻液對環(huán)境污染的負(fù)面影響,磨削時(shí)應(yīng)盡可能少 用冷卻液或不用冷卻液,因此,應(yīng)開展對下列關(guān)鍵技術(shù)的研究:對環(huán)境不產(chǎn)生污染的冷卻劑;新的冷卻方法及冷卻裝置.1.7.1對磨削液的要求磨削液

18、主要用來降低磨削溫度，改善加工表面質(zhì)量，提高磨削效率，延長砂輪使用壽命。從提高磨削效果來看。磨削液要滿足下面要求：（1） 冷卻作用。磨削液的冷卻作用主要是將磨削熱從磨削區(qū)里帶走。使磨削溫度降低。冷卻性能的好壞，取決它的導(dǎo)熱系數(shù)，比熱，汽化熱，汽化速度，流量，流速和冷卻方式等。例如水的導(dǎo)熱系數(shù)是油的35倍，比熱是油的22.5倍，汽化熱是油的713倍，因此，水的冷卻性能比油要高得多，乳化液介入于水與油之間而接近于水。磨削液的冷卻性能還于泡沫性有關(guān)。由于泡沫內(nèi)的空氣的導(dǎo)熱性比水差，所以多泡沫的磨削液的冷卻性能降低。消除泡沫餓有效措施是在磨削液中加入適量的消泡劑。磨削液自身的溫度對冷卻效果的影響很大，

19、因此要求磨削液有一定的流量及流速，容器的體積要足夠大，以使磨削液能保持較低的溫度。（2） 潤滑作用。磨削液能滲入到磨粒與工件表面之間，并黏附在金屬表面上 形成潤滑膜，以減少磨粒與工件表面的摩擦。磨削液的潤滑性能與形成潤滑膜的能力有關(guān)。潤滑膜可由物理吸附與化學(xué)吸附所形成。物理吸附主要靠磨削液中油性添加劑，它對金屬表面有強(qiáng)烈的吸附性?；瘜W(xué)吸附主要是在磨削液中加入極壓添加劑，如含硫等元素的添加劑，這些添加劑與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而形成吸附薄膜，能在高溫下保持潤滑作用（3） 清洗作用。磨削液能將切屑和脫落的磨粒等沖洗掉，防止堵塞砂輪與劃傷已加工好的表面。清洗性能的好壞，與磨削液的滲透行，流動(dòng)性和使用

20、壓力有關(guān)。為此，在磨削液中加入表面活性劑，同時(shí)提高磨削液壓力與加大流量，以提高清洗能力（4） 防銹作用。磨削液中加入防銹添加劑，能在金屬表面形成一層保護(hù)膜，在一定的時(shí)間內(nèi)保護(hù)工件和機(jī)床不致生銹。除以上作用外，還要求磨削液無毒，無臭，不刺激皮膚，化學(xué)穩(wěn)定性好，不易腐敗變質(zhì)，不產(chǎn)生泡沫，費(fèi)液易處理與再生，避免污染環(huán)境等。1.7.2磨削液的種類和應(yīng)用 磨削液通?？煞譃橛突邢饕汉退邢饕簝纱箢?。油基液中有非活性油性液與活性油性液，水容性液又分為乳化液和和成液各類磨削性能比較參考表2.7-1。 表2.7-1 各類磨削液性能比較項(xiàng)目礦物油極壓油乳化油合成油潤化性優(yōu)優(yōu)良差冷卻性差差良優(yōu)穩(wěn)定性優(yōu)優(yōu)中良清洗

21、性差差中良防銹性優(yōu)優(yōu)中良切削性良優(yōu)中良表面粗糙度值小最小小小防腐性良優(yōu)差良放火性差差良良清泡性良良中差可視性差差中良使用周期較長長短較長后處理費(fèi)用較小較小一般較大1.8 磨削過程的檢測控制技術(shù) 磨削過程的檢測與控制,主要是通過傳感器,分析及信號(hào)處理,對磨削過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控, 例如對砂輪的磨損及破損情況進(jìn)行監(jiān)測和控制,對工件的尺寸,形狀與位置精度和加工表面 質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控.這需要研究新的實(shí)用的傳感器,檢測與監(jiān)控方法. 有些學(xué)者提出,將新型非接觸式傳感器(聲發(fā)射傳感器)安裝在砂輪的基體上,通過信號(hào)接 收器接收信號(hào)并對其進(jìn)行分析處理,以控制砂輪所受的力,從而監(jiān)控砂輪的磨損狀況.但尚 未見到更詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)

22、報(bào)道. 國內(nèi)也開發(fā)了一些非接觸式測量傳感器及磨削過程的在線監(jiān)測,監(jiān)控技術(shù)等,但與國外差距 很大.國內(nèi)應(yīng)以實(shí)用化為目標(biāo),進(jìn)行相關(guān)測試技術(shù)的研究,研究精度高,可靠性好,實(shí)用性 強(qiáng)的測試技術(shù)與設(shè)備.同時(shí),加強(qiáng)對磆輪磨損及破損,砂輪修整狀態(tài),工件的加工精度,加 工表面質(zhì)量等在線監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行研究,開展自適應(yīng)控制及智能控制的研究. 其關(guān)鍵技術(shù)有砂輪的磨損及破損的監(jiān)控技術(shù);工件的尺寸精度,形狀精度,位置精度和加工表面質(zhì)量的在線監(jiān)控技術(shù);精度高,可靠性好,實(shí)用性強(qiáng)的測試技術(shù)與儀器.1.9 磨削過程的仿真與虛擬 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及模擬技術(shù)的發(fā)展,利計(jì)算機(jī)進(jìn)行磨削基本參數(shù)及磨削工藝的仿真是一個(gè) 重要的研究課題.利用

23、計(jì)算機(jī)仿真,可以模擬磨削過程,并能分析和預(yù)測不同條件下磨削效 果和磨床的性能,但仿真必須建立在有充分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上.目前能使用砂輪地貌模型 對砂輪進(jìn)行仿真,能對磨屑形成過程,能量轉(zhuǎn)換,磨削力變化,磨削區(qū)溫度,磨削精度和磨 削表面質(zhì)量進(jìn)行仿真,還開發(fā)了分析和仿真磨削過程的軟件工具. 虛擬磨床是虛擬制造技術(shù)中的一個(gè)新的研究領(lǐng)域,可以建立一個(gè)逼真的虛擬磨削環(huán)境. 總之,我們的研究一方面要跟蹤國際科學(xué)研究的前沿,更要有創(chuàng)新,要符合自己的國情,所 研究的成果要能夠應(yīng)用于生產(chǎn),以推動(dòng)我國機(jī)械工業(yè)的進(jìn)步.2典型的無心磨床的磨削實(shí)例上圖為m1080型無心外圓磨床，屬于中等規(guī)格的無心外圓磨床，生產(chǎn)中應(yīng)用很廣

24、泛，適用于磨削直徑580mm、長度180mm之內(nèi)的圓柱或圓錐形外表面。2.1 無心磨削的基本原理無心磨削就是工件不定中心自由地置于磨削輪，導(dǎo)輪之間，并以拖板支撐進(jìn)行的磨削。無心外圓磨削示意圖見圖2.1-1圖2.1-1 無心外圓磨削示意圖 無心磨削主要有無心外圓磨削和無心內(nèi)圓磨削，無心磨削可以對工件的外圓面，內(nèi)圓面，內(nèi)外圓錐面等進(jìn)行磨削，還能磨削螺紋及其他形面，是一種能夠適應(yīng)大批量生產(chǎn)的高級(jí)磨削方法。外圓磨削的加工精度可達(dá)1t61t7級(jí)；圓度可達(dá)0.00050.001mm，表面粗糙度可達(dá)到0.20.08um。2.1.1無心磨削的特點(diǎn)1).外圓磨削工件兩端不打中心孔，不用頂針支撐工件，由于工件不定

25、中心，磨削余量相對減少。2).外圓磨削不能磨軸向帶槽溝的工件，磨削帶空工件時(shí)，不能糾正孔的軸心線位置。工件的同軸度較低。3).內(nèi)圓磨削一般情況下只能加工可放于滾柱上滾動(dòng)的工件，特別適宜磨削套類等薄壁工件。磨套類零件由于零件 是自生外圓為定位基準(zhǔn)，因此不能修正內(nèi)外圓間原有的同軸度誤差。4).無心磨削機(jī)動(dòng)時(shí)間與上下料時(shí)間重合，易于實(shí)現(xiàn)磨削過程自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高。5).在無心磨削過程中，工件中心的位置變化大小取決于工件磨削前的誤差，工藝系統(tǒng)剛性，磨削用量及其他磨削工藝參數(shù)（如工件中心高，托板角）。6).無心磨削工件運(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，重量，導(dǎo)輪及支撐的材料，表面形態(tài)，磨削

26、用量及其他工藝參數(shù)。7).無心磨削機(jī)床的調(diào)整時(shí)間較長，對調(diào)整機(jī)床的技術(shù)要求也較高，不適應(yīng)于單件小批量生產(chǎn)。2.1.2無心外圓磨削過程1） .導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速，傾角于工件轉(zhuǎn)速的關(guān)系在無心外圓磨削中，導(dǎo)輪的直徑尺寸和轉(zhuǎn)速都比磨削輪要小，工件與導(dǎo)輪之間的摩擦力較大，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)為了滿足貫穿磨削的要求，導(dǎo)輪軸心線在垂直面內(nèi)傾斜一個(gè)角，此時(shí)導(dǎo)輪的圓周速度v分解為垂直方向分速度vw和水平方向分速度vf。因工件的縱向進(jìn)給速度等于導(dǎo)輪縱向分速度工件的圓周速度等于導(dǎo)輪的切向的分速度。如果導(dǎo)輪與工件表面之間無滑動(dòng)，則工件的縱向進(jìn)給速度取決于導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)速和傾角的大小。導(dǎo)輪的傾角增大時(shí)，工件縱

27、向進(jìn)給速度增大，生產(chǎn)效率提高，但工件表面的粗糙度增大。通常精磨是取=1.5度2.5度。粗磨時(shí)取=2.5度4度。導(dǎo)輪傾角，轉(zhuǎn)速與工件轉(zhuǎn)速的關(guān)系 vw=vcosvf=vsin式中 vw-工件的圓周速度 vf -工件的縱向進(jìn)給速度 v-導(dǎo)輪的圓周速度 -工件與導(dǎo)輪軸心線夾角 2.1.3 導(dǎo)輪表面外形 貫穿法磨削時(shí)導(dǎo)輪軸線在垂直面內(nèi)傾斜角，如果導(dǎo)輪是圓柱的，則工件與導(dǎo)輪將是點(diǎn)接觸，工件無法正常磨削，為了使工件于導(dǎo)輪沿母線全長接觸，導(dǎo)輪外形應(yīng)為單葉雙曲線回轉(zhuǎn)體。2.2 無心外圓磨床的調(diào)整和修整磨削輪的形狀直接影響磨削質(zhì)量，生產(chǎn)效率和耐用度。一般要求磨削輪形狀能適應(yīng)喂料、預(yù)磨、精磨、光磨、退料等過程。在正

28、常情況下，磨削火花主要集中在磨削區(qū)域，當(dāng)工件進(jìn)入精磨及光磨區(qū)后，火花應(yīng)逐漸減少，在出口前，應(yīng)完全沒有火花。磨削輪的特性通常和導(dǎo)輪結(jié)合考慮。磨削輪和導(dǎo)輪的最大外徑及寬度是由機(jī)床決定的。磨削輪和導(dǎo)輪相同；當(dāng)采用切入磨削時(shí)，一般也相同；磨球面工件，導(dǎo)輪窄一些，但不小于25 mm。磨削輪的磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑選擇與一般外圓磨削基本相同。但通常比一般外圓磨削輪稍硬；無心貫穿磨比切入磨稍軟；多磨削輪磨削時(shí)，直徑小的磨削輪稍硬，導(dǎo)輪比磨削輪稍硬，粒度稍細(xì)。2.3導(dǎo)輪的選擇和修整 導(dǎo)輪曲面與托板工作面構(gòu)成v形定位裝置，導(dǎo)輪又與磨削輪一起使工件獲得均勻的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及軸向送進(jìn)運(yùn)動(dòng)。所以導(dǎo)輪的選擇和修整對磨削質(zhì)量

29、、生產(chǎn)率和磨耗都有很大影響。導(dǎo)輪的直徑有機(jī)床決定。導(dǎo)輪寬度與磨削輪一般相同。但在磨削階梯工件時(shí)，導(dǎo)輪寬度應(yīng)按工件上最長的一段外圓長度來選取，如果磨削球面工件，導(dǎo)輪寬度應(yīng)選得窄一些，但不得小于25mm。導(dǎo)輪的特性為a80120p至 r的橡膠結(jié)合劑砂輪。1、 導(dǎo)輪傾角的選擇 導(dǎo)輪軸線在垂直面內(nèi)傾斜角度決定工件的縱向進(jìn)給速度和磨削精度，應(yīng)根據(jù)磨削方式、工序來選擇。貫穿磨時(shí)：粗磨=0度0.5度；長工件磨削時(shí)：=0.5度1.5度。2、 導(dǎo)輪修整角和金剛石位移量h 導(dǎo)輪傾斜角以后，為使工件與導(dǎo)輪仍滿足線接觸，提高磨削穩(wěn)定性，就需要導(dǎo)輪修整器的金剛石滑座相應(yīng)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。此外，由于工件中心比兩輪中心高出h，

30、而使工件的接觸點(diǎn)處于h位置，因此金剛石也應(yīng)偏移h值。和h值計(jì)算方法：d。+d/2d。+ d = d。+d/2d。+ d h= h式中 導(dǎo)輪傾角； h工件中心高； d。導(dǎo)輪喉截面直徑； d工件直徑。把導(dǎo)輪修整成旋轉(zhuǎn)雙曲面的步驟如下： 1金剛鉆偏移刻度板 2金剛鉆進(jìn)給刻度盤 3修整器垂直面內(nèi)傾斜刻度板 4修整器水平面回轉(zhuǎn)刻度板 5導(dǎo)輪架 6導(dǎo)輪垂直面傾斜刻度板 7導(dǎo)輪 8磨削輪 9工件調(diào)節(jié)導(dǎo)輪主軸（導(dǎo)輪架）在垂直平面內(nèi)的傾斜角，靠機(jī)床操作者一端較高，另一端較低，角度值由刻度板6讀出。調(diào)節(jié)導(dǎo)輪修整器在水平面內(nèi)的回轉(zhuǎn)角，數(shù)值與導(dǎo)輪傾角相同或者稍小于角值，可曾刻度板4讀出。調(diào)節(jié)金剛鉆的偏移量h，可曾刻度

31、板1讀出，并固定金剛鉆位置。修整導(dǎo)輪時(shí)，金剛鉆的進(jìn)給由手輪控制，進(jìn)給量由刻度盤2讀出。將導(dǎo)輪主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整到修整轉(zhuǎn)速300r/mim，啟動(dòng)導(dǎo)輪進(jìn)行修整。 3導(dǎo)輪工作速度選擇磨削大而重的工件，取0.330.67m/s；工件圓度誤差較大時(shí)，適應(yīng)提高導(dǎo)輪工作速度;貫穿法磨削時(shí)，導(dǎo)輪工作速度應(yīng)比切入磨時(shí)高一些。2.4托板的選擇和調(diào)整在磨削的過程中，托板是用來支撐工件的，它根據(jù)工件的直徑、長度、材料的不同而選用不同的形狀、尺寸和材料的托板。2.4.1托板的形狀及尺寸常見托板見圖2.5-14，其中b）使用得最普遍。a b（1）托板角托板角的大小影響工件棱圓的邊數(shù)。一般托板角在2060內(nèi)選用，常用20，30和

32、45。粗磨及磨削大直徑工件時(shí)，選取較小的角；精磨及磨削較小直徑工件時(shí)，宜選取較大的角；磨削直徑很小的工件及磨細(xì)長桿件并低于磨削輪中心磨削時(shí)，可選=0，以增加托板的剛性。（2）托板長度托板長度的選取。當(dāng)貫穿磨削時(shí)，托板長度： l=a+b+bs 式中 a磨削區(qū)前伸長度，為（12）倍工件長度； b磨削區(qū)后長度，為（0.751）倍工件長度； bs磨削輪寬度。 當(dāng)切入磨削時(shí)，托板比工件長510mm即可。（3）托板厚度托板厚度一般比工件直徑1.52mm。（4）托板高度托板高度由工件中心高決定，可在托板下墊等厚墊片調(diào)節(jié)。工件中心高h(yuǎn)的計(jì)算原理：h=r(ds+d)(dr+d)360(ds+d)(dr+d) 式

33、中 ds磨削輪直徑； dw工件直徑； dr工件與磨削輪、導(dǎo)輪接點(diǎn)的切線角取511對于薄壁套類工件,宜取較大的h值,可不受上述公式限制;西長干件宜取較小的h值對于工件直徑小于6mm細(xì)長桿,為平穩(wěn)磨削,可取h為負(fù)值,但城市托板角=0；工件直徑大，h取大一些，對直徑相等的工件，重量大，剛性好，h應(yīng)取小些；粗磨比精磨時(shí)h應(yīng)取大些；工件原始橢圓度大，h應(yīng)取小些；棱圓度大，h應(yīng)取大些；橢圓度、棱圓度都大時(shí)，先取大的h值磨削消除棱圓，在取較小的h值精磨，消除橢圓；磨削過程中若工件穩(wěn)定性差或工件表面有掙紋，應(yīng)降低h后在磨削。h的推薦值見表2.56。導(dǎo)輪直徑300或350工件直徑2610141822263034

34、38424650h1357911131414141414142.5-6工件中心高h(yuǎn)的數(shù)值 （mm）中心高度h的調(diào)整h=had/2式中 h高度尺讀數(shù)值； a 機(jī)車主軸中心高； d工件直徑。（5） 托板與磨削輪距離c表2.57列出了c值的推薦范圍。選取時(shí)應(yīng)注意，此值不宜過小，否則回影響冷卻與排宵。表2.57托板與磨削輪距離推薦值 （mm）工件直徑托板與磨削輪距離c51212.412251.654.7525403.757.540807.5102.4.2托板的材料選擇 托板的材料選擇視工件材料而定，一般用高碳合金鋼、高碳工具鋼、高速鋼或鑲硬質(zhì)合金。磨軟金屬時(shí)，可選用鑄鐵，磨不銹鋼時(shí)可選用青銅。2.5

35、導(dǎo)板的選擇和調(diào)整 2.5.1導(dǎo)板的位置及尺寸選擇 導(dǎo)板的作用是引導(dǎo)工件正確地進(jìn)入磨削區(qū)和離開磨削區(qū)，所以在貫穿法磨削中導(dǎo)板起著重要作用。導(dǎo)板的長度一般不宜過長，可按工件長度選擇。工件長度l1大于100mm，導(dǎo)板長度l=(0.751)l1；工件長度l1小于100mm，導(dǎo)板長度l=(1.52.5)l1。2.5.2導(dǎo)板的安裝與材料選擇（1）導(dǎo)板的安裝與調(diào)整 導(dǎo)板安裝時(shí)，前后導(dǎo)板與托架定向槽平行（平行度在0.010.02mm內(nèi)），而且與磨削輪、導(dǎo)輪工作面應(yīng)留有合理間隙，導(dǎo)輪一邊1=a/2 (a為加工余量)，20.0120.025mm。 磨削輪一邊應(yīng)留有較大間隙，前后均約0.10.8mm。（2）導(dǎo)板的材

36、料選擇導(dǎo)板的材料選擇與托板相同。2.6無心磨削常見的缺陷及消除措施2.6.1工件產(chǎn)生圓度誤差（1） 導(dǎo)輪沒修圓或者工件過久，以失去正確的幾何形狀，需要修圓導(dǎo)輪，修到無斷續(xù)聲即可。（2） 磨削輪磨鈍，及時(shí)修整磨削輪。（3） 工件中心不當(dāng)，應(yīng)適時(shí)調(diào)整。（4） 托板太薄或頂面傾斜角過大，及時(shí)更換托板。（5） 工件軸向推力過大，即使工件不能均勻轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，需要減小導(dǎo)輪傾斜角。（6） 磨削輪或者導(dǎo)輪平衡不好，應(yīng)仔細(xì)平衡兩輪并修整。（7） 前倒工序有橢圓，棱圓時(shí)，可減小導(dǎo)輪的橫向進(jìn)給量，增加磨削次數(shù)。2.6.2工件有錐度（1） 前導(dǎo)板向?qū)л喎较騼A斜，引起工件前部直徑變??；后導(dǎo)板向?qū)л喎较騼A斜導(dǎo)致工件后部直徑變

37、小，調(diào)整前后導(dǎo)板，使與導(dǎo)輪母線平行。且在同一直線上。（2） 磨削輪修整不準(zhǔn)確，本身有錐度，根據(jù)件錐度方向，調(diào)整磨削輪修整器的角度，從新修整磨削輪。（3） 工件軸線與磨削輪，導(dǎo)輪軸線不行時(shí)，應(yīng)調(diào)整托板前后高度或修整托板。（4） 磨削輪或?qū)л喌谋砻嬉阅p時(shí)，需要從新修整磨削輪和導(dǎo)輪。2.6.3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^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，工件在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)即導(dǎo)輪修整不正確等。應(yīng)根據(jù)具體情況修整。例如磨削輪太軟，磨損不均勻，應(yīng)整加修整次數(shù)或磨削次數(shù)。2.6.4工件產(chǎn)生細(xì)腰形或腰鼓形（1） 工件產(chǎn)生細(xì)腰形 1 前后導(dǎo)板都偏向磨削輪一測，工件進(jìn)入或退出

38、磨削區(qū)域時(shí)呈傾斜狀態(tài)，磨削輪的斷角將工件中心磨去較多，調(diào)整前后導(dǎo)板到正確位置。 2 導(dǎo)輪修整時(shí)中間呈凹下狀態(tài)，切入法磨削時(shí)磨削輪修整成中間凸出，導(dǎo)致工件呈細(xì)腰形。正確修整導(dǎo)輪和磨削輪，消除凹凸現(xiàn)象。（2）工件產(chǎn)生腰鼓形1 前后導(dǎo)板都偏向?qū)л啠ぜA斜進(jìn)入磨削區(qū)，使前端面磨去較多，工件退出磨削區(qū)時(shí)，使工件后面磨去較多。需正確的調(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)域時(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)域時(shí)，工件后面也會(huì)被抬起，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，使其不低于導(dǎo)輪外圓表面。3 導(dǎo)輪修整成中間凸起狀或磨削輪表面修整成中間凹下，均使工件磨成腰鼓狀。正確修調(diào)兩輪，消除導(dǎo)輪和磨削輪表面的凹凸現(xiàn)象。2.6.5工件表面有缺陷（1）工件表面粗糙度較差。 1 磨削輪粒度較差或修整時(shí)金剛筆進(jìn)給太快，更換粒度較小的磨削輪，合理選擇修整進(jìn)給速度。 2 導(dǎo)輪傾斜角太大或轉(zhuǎn)速太快，導(dǎo)致工件圓周速度和軸向進(jìn)給速度太快，將小導(dǎo)輪傾角并降低其速度