關(guān)于超精加工

關(guān)于超精加工一基礎知識2/6/20231超精加工的幾個關(guān)鍵點具有金屬切削的基本功能基準面的確定工件的轉(zhuǎn)動速度油石搖動頻率/穩(wěn)定夾持/脫粒性/加壓/對中油石的充分的潤滑充分的冷卻帶走切屑磨加工的質(zhì)量2/6/20232超精加工的基本目的去掉磨加工的痕跡修正滾道的圓度修正滾道的截面的形狀提高滾道的粗糙度改善滾道的紋理避免支承痕跡的產(chǎn)生降低軸承噪聲2/6/20233超精加工對設備的要求整體剛性必需的擺頭頻率避免自身的震動切削用油的清潔度合適的噴嘴位置油石夾的耐磨移動臺的精確定位壓緊輪2/6/20234超精加工的主要特點主要特點說

明加工表面粗糙度低

超精加工運動軌跡復雜，能由切削過程過渡到光整拋光過程，因而可獲得Ra0.01～0.04μm的光潔表面工件尺寸精度高

超精加工油石的粒度極細，只能切削工件的輪廓峰，所以加工余量很?。?.005～0.025mm），工件尺寸分散度小，合格率極高生產(chǎn)率高超精加工油石的高速往復振動，加長了每一磨粒在單位時間內(nèi)的切削長度，從而提高了生產(chǎn)率加工表面質(zhì)量好

1）超精加工的切削速度低（0.5～1.67m/s）,油石壓力?。?.05～0.5MPa）,所以加工時發(fā)熱少,沒有燒傷現(xiàn)象,也不會使工件產(chǎn)生變形

2）磨粒微刃的正反切削,形成的磨屑易于清除,不會在已加工表面形成劃痕

3）超精加工的變形層很薄（一般不大于0.0025mm）,能形成耐磨性比珩磨更高的光潔表面

修整工件形狀和尺寸誤差的作用較差

超精加工是一種低壓力進給加工,余量又小,油石切除材料的能力較弱,故修整工件形狀和尺寸誤差的作用較差,一般要求前道工序保證必要的精度2/6/20235超精加工的三個階段超精加工一般可分為三個階段：切削階段半切削階段光整階段。2/6/20236切削階段油石表面與粗糙滾道表面的凸峰接觸時，由于接觸面積較小，單位面積上的壓力較大，在一定壓力作用下，磨石首先受到工件的“反切削”作用，使磨石表面的部分磨粒脫落和碎裂，露出一些新的鋒利的磨粒和刃邊。與此同時，工件表面的凸峰受到快速切削，通過切削與反切削作用除去工件表面上的凸峰和磨削變質(zhì)層。這一階段被稱為切削階段，在這個階段切除了大部分的金屬余量。2/6/20237半切削階段隨著加工的繼續(xù)進行，工件表面逐漸被磨平。這時，磨石與工件表面接觸面積增加，單位面積上的壓力減小，切削深度減小，切削能力減弱。同時，磨石表面的氣孔被堵塞，磨石處于半切削狀態(tài)。這一階段被稱為半切削階段，在半切削階段工件表面切削痕跡變淺，并出現(xiàn)較暗的光澤。

2/6/20238光整階段這是超精加工的最后階段。隨著工件表面被逐步磨平，磨石與工件表面的接觸面積進一步增大，并且，磨石與工件表面之間逐漸被潤滑油膜隔離，單位面積上的壓力很小，已不足以使磨石自銳，切削作用減小，最后趨于自動停止切削。這一階段被稱為光整階段。光整階段工作表面無切削痕跡，出現(xiàn)全面光澤。2/6/202392/6/202310內(nèi)/外圈溝道超精不良分析光澤沒有光澤滾道整體光澤不良滾道兩側(cè)光澤不良滾道中央光澤不良2/6/202311內(nèi)/外圈溝道超精不良分析磨痕殘留發(fā)生磨痕殘留滾道整體發(fā)生磨痕殘留滾道兩側(cè)發(fā)生磨痕殘留滾道單側(cè)發(fā)生磨痕殘留溝道表面發(fā)生點狀磨痕殘留發(fā)生劃痕現(xiàn)象砂輪磨粒劃傷目視正常但高頻不良2/6/202312內(nèi)/外圈溝道超精不良分析圓度波紋度低頻不良測定器測出三角以上的棱圓波紋度儀測出三角以上的棱圓橢圓發(fā)生所有工件均發(fā)生橢圓偶爾發(fā)生2/6/202313內(nèi)/外圈溝道超精不良分析溝R溝R尺寸變大溝R尺寸變大溝R尺寸變小溝R形狀畸變溝單側(cè)畸變2/6/202314內(nèi)/外圈溝道超精不良分析工件不回轉(zhuǎn)工件不回轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生工件轉(zhuǎn)動完全停止加工中途停止2/6/202315內(nèi)/外圈溝道超精不良分析溝道傷滾道肩部傷滾道中部傷連續(xù)發(fā)生有時發(fā)生在高音響等級時2/6/202316不良分析時的注意點進行超精加工時應注意內(nèi)/外滾道品質(zhì)不良狀況的不同點前工程的加工精度左右著超精加工的品質(zhì),必須充分認識到前工程的品質(zhì)狀況(表面粗糙度、溝R尺寸、形狀、圓度、偏心、平行度等）,以及外徑、內(nèi)徑、平面的精度對超精加工的影響在使用CBN(立方氮化硼)油石時,必須確保滾道R尺寸的精度,因為CBN油石消耗量極小,難以適應過大的滾道R尺寸的變化2/6/202317不良分析時的注意點超精加工是將油石壓滾道面上形成加壓切削的過程,油石壓力的變化是保證超精加工的要因,應將設備的振動、各相關(guān)零部件的松動、間隙量等控制在最佳的程度,以保證加工的穩(wěn)定性(軸承的品質(zhì)取決于鋼球與鋼球運動的滾道面品質(zhì)的優(yōu)劣,滾道的加工既重要又非常困難,所以要充分學習與實踐,做到理論與經(jīng)驗同時掌握)品質(zhì)問題的特性之間有著相互的聯(lián)系,很多時候不同的問題可能原因是相同的,所以必須熟悉超精加工的機理2/6/202318關(guān)于超精加工球軸承滾道面的超精加工方法是采用油石在高速回轉(zhuǎn)的滾道面上擺動,使?jié)L道面形成鏡面狀態(tài)的精細加工球軸承的滾道面的精度對軸承的回轉(zhuǎn)的穩(wěn)定,本身的壽命,音響等都非常重要,是軸承品質(zhì)的最重要的決定性因素最近客戶對軸承低噪音運行的要求更為嚴格,這就要求滾道表面的粗糙度,需要加工到目前為0.005μRa2/6/202319工件的支承壓緊輪方式ＢＰ主軸2/6/202320工件的支承壓緊氣缸方式主軸ＢＰ壓緊氣缸加壓盤主軸ＢＰ壓緊氣缸加壓盤支承軸支承2/6/202321工件的支承雙滾軸方式2/6/202322關(guān)于基準偏心設定的基準工件偏心量的基準對內(nèi)/外圈是相同的,由支承支持外圈的支承在外徑面內(nèi)圈的支承在內(nèi)徑面支承的偏心量:工件與主軸中心”O(jiān)’’位的偏心量為0.1~0.15mm左右2/6/202323偏心示意圖采用氣缸壓緊方式時,壓緊盤的偏心量在主軸與工件的中間位置進行測試雙滾軸超精工件中心主軸中心內(nèi)滾道超精工件中心主軸中心外滾道超精2/6/202324偏心示意圖氣缸壓緊方式(主軸,工件,壓緊盤)的偏心調(diào)整工件中心主軸中心0.15mm氣缸中心主軸中心0.05mm工件中心F工件被向下壓緊工件的轉(zhuǎn)動,帶動氣缸的轉(zhuǎn)動,所以氣缸會向上跳動為了固定氣缸要反方向壓住工件,使之產(chǎn)生抵住支承的效果當氣缸偏心過大時,回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩減少,會造成不回轉(zhuǎn)的現(xiàn)象2/6/202325有芯與無芯的不同有芯:油石的旋轉(zhuǎn)中心一定無芯:旋轉(zhuǎn)中心變動加壓盤振動頭搖動角度18°±2°有芯超精是以溝R中心搖動進行加工(搖動軸中心和溝R中心重合)當油石產(chǎn)生磨耗時,油石被押出補償磨耗量,因此油石始終在溝R中心搖動,所以溝R形狀不會變畸無芯超精是油石固定在夾具上,并因油石的磨耗是搖動中心不斷變化,因此稱為無芯超精,就品質(zhì)來說,由于油石中心的變化直接影響到溝R形狀的變化,因此必須經(jīng)常調(diào)整油石固定的位置2/6/202326超精加工基本條件超精加工條件是在設備沒有油石整形裝置(修整器),在磨削工件的過程中油石表面由鋒利逐漸鈍化.這時既要保證一定的切削又要保證安定的品質(zhì),一次超精加工是軸承磨削工程中最困難的工程,所以必須始終保證穩(wěn)定的機械加工條件(特別是振動與工件的回轉(zhuǎn)),油石,精研油以及前工程的精度(表面粗糙度,形狀)等等2/6/202327油石與超精加工方法為了減少油石的交換頻率愈來愈多使用CBN油石,因而產(chǎn)生與使用條件不完全符合和安定性差的問題.氧化鋁油石雖然過去的實績比較安定,但是也有與使用條件不符合的新問題理解CBN油石的與氧化鋁油石的加工工藝的不同點是十分重要的2/6/202328氧化鋁與CBN加工過程的狀態(tài)加工前的狀態(tài)粗加工狀態(tài)超精加工狀態(tài)超精完了狀態(tài)油石表面粗糙度油石表面粗糙度油石表面粗糙度油石表面粗糙度加工表面粗糙度加工表面粗糙度加工表面粗糙度加工表面粗糙度加工表面粗糙度加工表面粗糙度加工表面粗糙度加工表面粗糙度油石表面粗糙度油石表面粗糙度油石表面粗糙度油石表面粗糙度切削加工—磨削切削加工—研磨拋光—光澤磨粒鋒利—切削磨粒鈍化—研磨拋光—光澤削氧化鋁油石加工CBN油石加工2/6/202329油石的消耗油石消耗的條件:氧化鋁油石要在5μ以上CBN油石在0.5~1μ的程度比較好為了保證切削能力,氧化鋁油石必須消除油石磨粒鈍化的狀況,形成鋒利的切削刃對粗糙的工件表面是依靠油石鋒利的磨粒進行磨削,不同的粗糙表面相應有不同的磨削量,鈍化的磨粒最終產(chǎn)生超精的效果靠磨粒的粗細和對油石施加壓力的大小,對工件進行切削,靠細的磨粒實現(xiàn)拋光2/6/202330磨削量與加工變質(zhì)層變質(zhì)層就是拉應力層超精研加工的目的是形成供鋼球運轉(zhuǎn)的滾道面和消除影響軸承壽命的,在內(nèi)/外圈滾道磨削過程中產(chǎn)生的加工表面變質(zhì)層(使表面脫碳數(shù)微米而導致表面硬度降低)在外圈滾道磨削中使用了CBN砂輪,被加工表面產(chǎn)生了由拉應力變?yōu)閴簯Φ淖兓?這就意味著加工表面變質(zhì)層變得很薄),但是,磨削量基準的減少,雖仍能保持軸承的音響水平在較高的水準,超精工程的品質(zhì)是否能得以維持,就完全取決于前工程的加工精度2/6/202331磨削量磨削量是根據(jù)油石的磨耗狀況來決定的當油石磨耗很小時,僅滾道中央部被磨削,溝R尺寸沒有變化當油石磨耗變大時,滾道兩側(cè)磨削量增大,溝R尺寸大對使用有芯機械的場合隨著油石芯高向上的調(diào)節(jié),溝R將變大,如果向上調(diào)節(jié)量過大,則會導致溝R形狀變畸現(xiàn)象出現(xiàn)2/6/202332設定適當?shù)哪ハ髁繚L道粗糙度:0.3~0.4μRa(1.5~2μMAX)最大變質(zhì)層:1~3μ范圍最大必要磨削量:(2+3)×2=10μ通常管理狀態(tài):確?！?μ溝R尺寸越大,磨削量相應增大2/6/202333磨削量與油石加壓的關(guān)系根據(jù)加工條件的變化來決定(如:油石,加工件表面粗糙度,加工條件,機械振動,切削油等).特別是加工條件,調(diào)整狀態(tài)以外的原因.油石的變化油石粒的結(jié)合力,結(jié)合劑強度,添加劑的均勻性,組織的均勻性等磨削量加工時間磨粒鈍化拋光磨削粗加工時間精加工時間磨削量油石壓力發(fā)生磨粒異常脫落臨界壓力就是超過保持油石粒結(jié)合力以上的壓力,也就是使油石粒脫落的力2/6/202334磨削量不穩(wěn)定的問題點當研磨到磨粒鈍化時,即使加壓也沒有磨削量異常加壓至超越臨界壓時,促使油石粒脫落,不能磨削拋光滾道表面過于光潔,切削領(lǐng)域就變小,不能磨削即使延長加工時間鈍化的磨粒也不能磨削2/6/202335加壓和機械振動滾道表面粗糙度的離散度大(表面異常粗糙,砂輪修整后的磨粒傷等)機械振動的變化(發(fā)生震動以及修理后振動的減少等)機械振動的影響機械振動造成給油石的附加壓力,導致油石的加壓離散度大,由于振動的影響使油石叩擊滾道表面,造成磨粒出現(xiàn)過早脫落,為此難以形成磨粒鈍化因而無法磨出光澤2/6/202336油石的結(jié)構(gòu)為增加超精油石的切削性,要增加油石內(nèi)的氣孔,氣孔劑的使用會使切削粉末用意排出,同時,將硫黃放入氣孔內(nèi),當求削時產(chǎn)生熱熔化的硫黃就起到了潤滑的作用,從而防止磨粒鈍化脫落油石顆粒結(jié)合劑氣孔揺動油石加圧2/6/202337切削油切削油的油脂成分減少(潤滑性變差是導致切削表面粗糙的原因)含有的油脂成分是使油石磨粒與工件表面充當潤滑劑,并在支撐與工件之間起潤滑作用,如果潤滑作用受到破壞,研削過程中產(chǎn)生的研削屑就會熔著在油石表面,并使外徑表面產(chǎn)生支撐痕跡油脂成分過多會導致粘度增大,造成工件不能順利轉(zhuǎn)動應定期確定油脂的成分,確保適當?shù)挠椭瑺顩r(委托生產(chǎn)廠家)2/6/202338關(guān)于主軸轉(zhuǎn)數(shù)和油石搖動數(shù)的關(guān)系球軸承滾道面的精研是通過油石在旋轉(zhuǎn)的滾道面上搖動來實現(xiàn)的,油石粒在滾道面斜向運動形成具有交叉紋理的良好精研表面加工工程磨粒鋒利磨削磨粒鈍化精研拋光精研加工一定(轉(zhuǎn)速在100m—500m)高速(400—1500cpm)低速(40—150cpm)高壓(1.5—2.5kg/cm2))低壓(0.5—1.5kg/cm2))主軸回轉(zhuǎn)油石搖動油石加壓2/6/202339加工條件例2/6/202340油石的寬度和厚度油石的寬度設定為:滾道寬度+2±18°油石擺動后,油石面不能完全進入溝道中當油石寬度小于設定時,與油石夾間產(chǎn)生松動,容易產(chǎn)生肩傷,同時中心偏差的發(fā)生會導致端面磨痕當油石寬度大于設定時,由于油石面兩端產(chǎn)生臺階,容易發(fā)生磨痕現(xiàn)象根據(jù)使用后油石的形狀,確認偏心與油石的寬度尺寸2/6/202341油石厚度和溝R及留量的關(guān)系厚度過大有在磨削階段會導致溝R形狀變畸,原因是由于接觸面積加大(油石粒增多),切削力也增加了在磨削階段難以達到精磨面要求(油石鈍化階段延遲出現(xiàn))溝R形狀產(chǎn)生變畸,油石過大的部分端心高產(chǎn)生位移厚度過窄時難以磨削,磨粒鈍化階段提早出現(xiàn)外圈時變小擺動中心擺動中心內(nèi)圈時變大2/6/202342多孔性油石目前大多采用多孔性油石進行超精加工,他的切削性,精加工面,油石磨耗面等特性均表現(xiàn)良好,但當切削條件不良和磨削不能正常進行時會產(chǎn)生磨痕2/6/202343油石的磨耗與加工品質(zhì)從精研加工的原理來看一定量的油石磨耗是必要的由于精研加工沒有對油石進行修整的裝置,為了得到重復的自銳作用和安定的加工品質(zhì),油石的脫落量至少要有一粒的厚度尺寸3000#的油石約為4~5μ氧化鋁油石(DG)的必要的最低磨耗為7~10μ/一個循環(huán),如果磨耗在5μ以下就會造成加工品質(zhì)的不安定(如磨削量的離散,磨痕現(xiàn)象,光澤等)2/6/202344油石的磨耗與加工品質(zhì)CBN油石因為在磨削的同時實現(xiàn)光飾,磨耗量很小(價格也很貴),如果能控制在0.3~1μ范圍內(nèi),就稱為穩(wěn)定的油石,但是由于機械振動等原因的影響,油石消耗大多在2~3μ之間,導致因成本過高而不采用,為了使使用CBN油石的機械安定,要盡量控制靠油石的加壓和擺動產(chǎn)生的切削狀態(tài)所帶來的機械振動2/6/202345油石作用面的確認方法油石表面可以在顯微鏡下觀察,仔細觀察油石氣孔狀況,表面有缺陷時是最差狀況,有必要進行馬上調(diào)整作為確認油石加工狀態(tài)的方法有:磨削量,光澤,磨削殘留的狀況的確認,一般不觀察油石的表面,看油石的表面能判斷出是否是安定的加工2/6/202346油石作用面與超精結(jié)果正常狀態(tài)油石氣孔堵塞光澤與磨削量均良好過分光亮,磨削量不良光澤不良,過分磨削光澤零散,磨削量不安定表面缺陷未形成油石氣孔堵塞油石氣孔嚴重堵塞過分光亮,磨削困難2/6/202347油石與油石卡座的間隙油石與油石卡座的間隙同油石尺寸公差有直接的關(guān)系在橫向(擺動面方向),尺寸大小在不大于0.3~0.5mm的程度要考慮溝道本身偏心的最大值在±0.5mm左右,如果可以的話在橫方向使用O型圈來減少振動間隙過小和端面磨痕過多會發(fā)生同樣的現(xiàn)象比油石寬度+0.3~0.5

2/6/202348油石位置與加工品質(zhì)切削角度A切削角度B過分向內(nèi)側(cè),導致光澤很好而磨削量困難過分向前,導致磨削量容易,但光澤欠佳切削角度B切削角度A過分向內(nèi)側(cè),導致光澤很好而磨削量困難過分向前,導致磨削量容易,但光澤欠佳油石的磨削角度2/6/202349油石的開發(fā)利用CBN油石和金剛油石的混合開發(fā)的一種新油石,在一次超精加工中使用有很好效果這是一種利用不同油石粒具有不同的鋒利程度,利用CBN切削,金剛石拋光的超精油石在與CBN相同的機械條件下使用,但特別要注意振動的管理超精面粗糙度在0.02μ范圍基本成分:CBN4000#--80~95%金剛石6000#--5~20%2/6/202350關(guān)于超精加工二不良分析與對應2/6/202351沒有光澤1.整體光澤不良2/6/202352沒有光澤2.兩端不出光澤2/6/202353沒有光澤3.中央部不出光澤加工時產(chǎn)生的研磨屑被加工時產(chǎn)生的熱量熔解,會熔著在油石表面,叉精研加工中出現(xiàn)油石表面缺陷時,對加工品質(zhì)影響最大,應認真對應2/6