進口立方氮化硼砂輪在機床上的應用

山東龍口龍泵燃油噴射有限公司(265700)孫新剛

隨著國家對節能減排政策要求越來越嚴格，以及消費者對產品品質的追求越來越高，各生產廠家不斷進行技術革新提高產品質量。現在，國外磨床向著高速磨削、精密部件專用數控磨床發展。我公司從德國勇克公司引進了柱塞磨槽專用數控機床，該機床使用立方氮化硼砂輪，采用深切緩進磨削技術以磨代銑，一次進料通過A軸和B軸旋轉不同的角度可磨削出八個不同部位的深槽。具有精密度高、表面質量好等特點，節省了大量的生產力，提高了生產效率，提升了產品質量。現在就立方氮化硼砂輪在勇克數控專機中的應用方法與各位同行老師交流一下。

立方氮化硼砂輪能承受較高的磨削溫度，因此砂輪的圓周速度可相應選高一些，隨著砂輪圓周速度的提高，加工表面粗糙度值相應減小，在機床相關設備等加工條件允許的情況下，立方氮化硼砂輪具有向高速磨削發展的趨勢。勇克機床主軸采用滾動軸承用永久脂潤滑，采用壓縮空氣密封，防止臟塵進入，并采用減壓裝置，用壓力控制器以保證機床的主軸電動機僅在有壓縮空氣供給的前提下才能接通，接通壓力 (電動機啟動)和關閉壓力 (電動機停止)由壓力控制器設置，相當于壓力開關。勇克機床主軸轉速可達每分鐘十萬轉，可根據砂輪不同、加工磨削量不同，選擇不同的砂輪速度，砂輪轉速越快，表面力度越硬。

勇克機床根據生產需要裝有兩個主軸，主軸一使用陶瓷結合劑立方氮化硼砂輪，耐磨性高、工作時不易發熱和堵塞、熱膨脹小且易修整，采用金剛石滾輪進行修整。此砂輪采用鋼基盤帶鋁合金過渡層，當立方氮化硼涂層磨損后，可返回砂輪生產廠家重新加上涂層即可，砂輪基盤可重復使用，降低了砂輪成本，此砂輪選擇70m/s線速度;主軸二采用鋼基盤金屬結合劑的立方氮化硼砂輪，結合強度高、形狀保持性好、使用壽命長、有較強的抗壓能力，加工過程中不需要進行修整，此砂輪選擇40m/s線速度。

立方氮化硼砂輪在高溫下會和水發生水解作用，形成硼酸和揮發性氣體氮，隨著溫度的升高，水解作用會更加劇烈，因而大大加劇了磨料的磨損，砂輪壽命低于干磨，故用立方氮化硼砂輪磨削時一般不采用水溶性切削液，而采用輕質礦物油，如煤油、輕柴油等，以獲得良好的磨削效果。如果必須用水溶性切削液時則應加極壓添加劑以減弱水解作用，我們選擇大連歐德公司的高速磨削油。勇克機床配有專用大型冷卻站，一次可裝3000L磨削油同時供應兩臺機床使用，可單獨控制，有壓縮制冷、制熱裝置，以保持切削油溫度在27～29℃。勇克機床加工時處于封閉狀態，冷卻液可達到16L/s的強流量，以快速冷卻工件，防止工件燒傷，并有效地沖洗砂輪。

新砂輪安裝前要用卡尺仔細測量砂輪的各個尺寸，找到界面砂輪組，調出所用的砂輪編號，進行數據輸入，輸入前要把數據輸入鑰匙打開，輸入完畢按啟動鍵，機床進行計算，然后關閉鑰匙。將砂輪正面向外 (砂輪正面有字)，對準砂輪軸將砂輪推到底，砂輪反面必須靠緊軸的第二個臺面，將砂輪從左向右旋轉以消除間隙，然后安裝上動平衡裝置擰緊固定螺絲。將動平衡上的兩個頂絲卸下，打開砂輪鍵將里面的油甩干，擰上頂絲，然后做砂輪的動平衡，砂輪的動平衡數值應在0.001mm以內，否則需重新做動平衡。動平衡做好后，找到界面人工修整，按砂輪修整鍵，機床開始修砂輪。

立方氮化硼砂輪使用前要根據加工工件形狀進行修形。一般采用碳化硅砂輪進行修形，加工平行槽時，將立方氮化硼砂輪夾裝在外圓磨床兩頂尖之間，將外圓磨床頭架主軸轉速調至最低，與碳化硅砂輪呈反方向旋轉手動使立方氮化硼砂輪側面涂層及過渡層部分慢慢靠近碳化硅砂輪輕輕磨削一下，以提高砂輪幾何精度，同時使過渡層表面不超過涂層表面，這樣當磨削深度超過立方氮化硼厚度時，過渡層不會產生任何影響。然后將立方氮化硼卸下，反過來安裝磨削另一側。如加工V形槽時需要將平行砂輪修成V形，如加工45°V形槽時，將立方氮化硼砂輪夾在外圓磨床兩頂尖之間，將砂輪架按刻度旋轉45°進行磨削，磨削出形狀后，用扇形游標量角器測量角度是否準確，根據需要進行調整至準確角度，然后繼續磨削至預定尺寸后，將立方氮化硼砂輪卸下，反過來安裝磨削另一側，至合適尺寸后，修形工作完成。

砂輪修銳是通過旋轉的金剛石滾輪直徑一半在Z軸方向的縱向進給及X軸方向的橫向進給將砂輪修整至相應的尺寸。Z軸為進給量，X軸為進給速度。應在保證砂輪表面平整的前提下盡可能提高X軸進給速度，修整量越小砂輪表面越光滑，修整量越大砂輪表面越粗糙，冷卻性能越好。修整時金剛石與砂輪同方向，因為同方向修整時，金剛石單粒修整深度要大于反方向修整的深度，即相比較而言，修整較粗，防止燒傷。同方向指兩輪的切點速度方向相同。

修整時固定的轉速很重要，金剛石滾輪與立方氮化硼砂輪線速度之比在0.5～0.9之間，粗糙度最理想。速度比小于0.5砂輪表面太光滑，工件容易燒傷，大于0.9砂輪表面太粗糙，加工出工件表面不好。實際應用中修整時，選擇砂輪線速度21.8m/s，固定以砂輪最大直徑來計算速度，金剛石滾輪的速度19.4m/s，以金剛石滾輪最大直徑來計算。修整量0.003mm半徑值為準，循環修3次。

立方氮化硼砂輪硬度、強度及其他物理力學性能都遠遠優于普通磨料，可加工用普通磨料磨具難以加工的高硬材料，砂輪形狀、尺寸變化緩慢，自身損耗小，很小修整，可長時間保持鋒利的切削刃，磨削效率高，動力消耗也小。其損耗僅為普通磨料磨具的1%左右，而壽命長，有利于實現磨削自動化。磨削溫度低，磨削表面質量高，很少損傷被磨工件的金相組織，可減小燒傷、裂紋等缺陷，可提高工件使用壽命30%～50%。

實際加工成本低，立方氮化硼砂輪價格較貴，但使用壽命長，可縮短加工時間，提高加工效率和表面質量，在合理的使用條件下，可獲得良好的經濟技術效果。