無芯磨床加工曲軸消除加工棱圓研究

許朝雄

摘要：在曲軸精密外圓磨床中，無芯磨床加工曲軸的應(yīng)用非常普遍，不但提高了加工精度，而且大幅度提高了磨床的加工效率。文章通過對(duì)無芯磨床的介紹，對(duì)無芯磨床加工曲軸消除加工棱圓進(jìn)行了分析。隨著機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，磨削工藝也將不斷發(fā)展和完善。

關(guān)鍵詞：無芯磨床；主軸徑磨削；加工棱圓；機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量；通磨法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG581 文章編號(hào)：1009-2374（2016）02-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.012

無芯磨床是一種較為特殊的磨床，它不需要采用工件的軸心也可以進(jìn)行磨削。無芯磨床由三個(gè)部分組成，分別是磨削砂輪、調(diào)整輪和工作支架。無芯的磨削最常用的辦法是縱磨的方法，又叫貫穿法或者叫通磨法。因這種方法的生產(chǎn)效率相比有芯磨床有非常大的提高，加工的精度更高，更加容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力磨削和磨削過程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。三個(gè)部分都起著不同的作用，磨削砂輪的工作是磨削；調(diào)整輪起著控制工件旋轉(zhuǎn)的作用，并且使工件發(fā)生進(jìn)刀速度；工作支架的作用則是在磨削過程中支撐著工作。這三個(gè)部分有著不同的幾種配合的方法，但是除了研磨之外，幾種方法的工作原理都基本相同。我們現(xiàn)在用的擺動(dòng)跟蹤磨床可以擔(dān)任曲軸加工的各項(xiàng)磨削的任務(wù)。這樣就可以在一次加工中主軸勁和連桿的軸勁磨削，也可以將淬火的圓角進(jìn)行磨削。另外，這種無芯磨床在工藝上還可以與其他的工作相結(jié)合。在工作的時(shí)候，根據(jù)機(jī)床類型的組合，借助高速運(yùn)行的機(jī)床也可以對(duì)軸頸、凸緣和曲軸進(jìn)行磨削。

1 無芯磨床的部分組成

磨削過程中的工件的定位由三部分組成，即砂輪、導(dǎo)輪和托板。軸承套圈的中心位置隨著工作在轉(zhuǎn)動(dòng)，在徑向的平面內(nèi)是不固定的。對(duì)于無芯磨床軸承圈具有一定的要求，其中包括對(duì)材料的選擇。

1.1 砂輪的選擇

對(duì)于材料的選擇，磨抗張強(qiáng)度的材料較高時(shí)，選用的磨料則要求韌性比較大。在使用磨硬度較低，延伸率較大的材料時(shí)，選用較為脆薄的磨料。選用磨硬度較高的材料時(shí)，則可以選用硬度高的磨料。在粒度的選擇方面，則用粗粒砂輪磨削較為合適，這樣生產(chǎn)率較高，但這時(shí)的工件比較粗糙。用細(xì)粒度砂輪磨削的時(shí)候，生產(chǎn)的效率較低，但是這樣磨出的工件比較精良。

對(duì)于工件尺寸的選擇。由切削力和內(nèi)應(yīng)力所引起的變化也比較大。磨削的余量也應(yīng)該取得大一些。在注意工件形狀較為復(fù)雜或者技術(shù)的要求較高的零件也應(yīng)選擇較為大的磨削的余量。在軸承的套圈進(jìn)行磨削加工的過程中，高精度的套圈磨削余的量也要增加一些。

在硬度上的選擇。在磨削軟材料時(shí)要選擇較硬的砂輪。磨削硬材料的時(shí)候則要選擇軟砂輪。端面磨就比圓周磨削的時(shí)候，砂輪的硬度要軟些。剛性較差的工件，磨硝的余量也就大些。

1.2 側(cè)導(dǎo)板的選擇

對(duì)于側(cè)導(dǎo)板，側(cè)導(dǎo)板則是定位裝置設(shè)備當(dāng)中延長(zhǎng)的部分，這樣就直接影響到了工件進(jìn)入和離開磨削區(qū)域時(shí)導(dǎo)向是否正確。當(dāng)前后的側(cè)導(dǎo)板工作方向不平行時(shí)，將直接影響到工件的圓柱度的大小。

1.3 固定支架型托架

現(xiàn)在較新的固定支座托架結(jié)構(gòu)，左支座用螺釘固定則連接在托架體上。用調(diào)整螺釘?shù)姆绞娇梢詠砉潭ㄓ疫叺闹Ъ堋＿@樣的托架剛性比較強(qiáng)，適用于寬砂輪強(qiáng)力磨削。托架體的底部定位和中間4個(gè)螺釘固定在工作臺(tái)上。托架的前后兩端分別放在左支座和連接右支架上，其上面分別固定進(jìn)出砂輪的左的導(dǎo)板和右邊的導(dǎo)板。

固定支座型托架主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）托架體通過平臺(tái)和支座連接，剛性較強(qiáng)，托架體用6個(gè)螺釘固定且集中在磨削區(qū)，設(shè)計(jì)比較合理，固定牢靠；（2）左邊的支座用螺釘固定在托架體上，連接可靠，底面有導(dǎo)向鍵可調(diào)整位置。右支架為銷軸連接，通過兩個(gè)螺釘同時(shí)緊固，頂緊點(diǎn)位于右支架寬度中間，受力較合理，定位好；（3）托板較長(zhǎng)，壓緊均勻牢固，適宜強(qiáng)力磨削。導(dǎo)板較長(zhǎng)，右導(dǎo)板加厚，與右支架采用螺釘連接，剛性能夠增強(qiáng)。

2 無芯磨床的工作原理

用無芯磨削的方法來磨削工作的旋轉(zhuǎn)表面的磨床，一般情況下指的是外圓磨床。在無芯的外圓磨床上，工件是不必用頂尖定心和支承的。在工作的時(shí)候，將工件放在砂輪與導(dǎo)輪之間，這樣就由托板和導(dǎo)輪支承。砂輪放在主軸端部，寬度較大，無芯的外圓磨床則裝在主軸的中部，砂輪的最大寬度可到900mm。砂輪和導(dǎo)輪同時(shí)運(yùn)行，不過砂輪的運(yùn)行速度比較快，而導(dǎo)輪的速度比較慢，這樣就帶動(dòng)了旋轉(zhuǎn)來估圓周的運(yùn)行。在磨削的過程中，調(diào)整導(dǎo)輪軸線導(dǎo)致的傾斜會(huì)實(shí)現(xiàn)軸向進(jìn)給，這種情況適用于圓柱形工件、無中心孔的工作中。在開始使用磨削的時(shí)候，可以用導(dǎo)輪或砂輪架的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)徑向進(jìn)給，這樣適用于磨削或凸臺(tái)的工作以及圓錐件等其他形狀的工作。無芯的磨床的生產(chǎn)效率比較高，加上各種裝料更易于自動(dòng)化，在生活中獲得了大量應(yīng)用，因?yàn)檫@種方法操作簡(jiǎn)單，所以可以由技術(shù)不太熟練的工人來操作。無芯的磨床的精度有幾個(gè)等級(jí)，一般為：圓度2微米，尺寸精度4微米，高精度無芯磨床可分別達(dá)到0.5微米和2微米。這里還有無芯的內(nèi)圓磨床和無芯的螺紋磨床等。一般情況下，這種磨床的生產(chǎn)方式具有非常高的精度，主要原因是機(jī)床不必以非常小的增量來運(yùn)行，這樣就可以有效地控制公差的尺寸。無芯磨削和其他的方法一個(gè)非常重要的差別是不受機(jī)械的限制。外圓的磨床是將工作夾持在頂尖之中，使工作能夠?qū)ι拜嗊M(jìn)行旋轉(zhuǎn)。相比之下，無芯磨床則沒有任何的中心點(diǎn)。這種方法依賴于三個(gè)關(guān)鍵的元件之間的相互配合，而這三個(gè)元件則是砂輪、調(diào)節(jié)輪和工件葉板。在無芯磨床工作中，工件的葉板則用于固定工件的外徑。工件葉板被安裝在砂輪和調(diào)節(jié)輪之間。為了使工件能夠達(dá)到削磨的目的，工件葉板上必須安裝在一個(gè)合適的位置上。最好的方法就是將工件的中心線設(shè)置在砂輪和調(diào)節(jié)輪的中心線上。

3 消除曲軸棱圓的方法

很多原因造成磨床加工的曲軸起棱，所以在施工時(shí)要嘗試先修整砂輪和導(dǎo)輪，看支板是不是磨損過大，如果是就用平面磨床把支板磨平（45。），不要磨成月牙形，盡量平整，支板過高，導(dǎo)輪速度過快也會(huì)使產(chǎn)品出現(xiàn)菱形。這些都不能解決的話就要調(diào)整導(dǎo)輪的角度了，還有現(xiàn)在無芯磨床普遍存在的共震問題也是產(chǎn)品出現(xiàn)菱形的原因。

首先調(diào)好前面和后面的導(dǎo)板角度，也就是說的導(dǎo)板和導(dǎo)輪的平行，不要角度調(diào)扭曲了，調(diào)好后就進(jìn)刀磨削工件，看磨削的狀態(tài)，再調(diào)試磨削區(qū)域，磨削區(qū)域不應(yīng)調(diào)試很前面，也不應(yīng)調(diào)試在最后面。最好的磨削區(qū)域狀態(tài)是工件離出料區(qū)1厘米左右，導(dǎo)輪的傾斜角度的大小只和磨削速度有關(guān)，傾斜角度大磨削速度就快，相反就慢（在變不到速的情況下才調(diào)導(dǎo)輪傾斜角度，有變速齒輪或是無極變速的情況下就不用）。這種情況可能是導(dǎo)板角度沒調(diào)試好，磨削區(qū)域沒調(diào)好，導(dǎo)輪的修正角度一般在2。～2.5。這個(gè)區(qū)間，然后調(diào)好導(dǎo)板和磨削的區(qū)域。在磨削的過程中需要削止推軸和兩個(gè)止推面，還包括兩個(gè)成型的圓角。這種情況下，即使使用窄砂輪來進(jìn)行強(qiáng)力的冷卻，也很難避免出現(xiàn)磨削燒傷。對(duì)于這種情況，一種解決方案就是成形磨削。主要含義是：在成形磨削時(shí)，產(chǎn)生燒傷的主要原因是熱量大量積累，冷卻液就無法進(jìn)入而造成退火燒傷，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。根據(jù)燒傷所形成的原因，我們可以從選擇合適的砂輪、選擇合理的磨削余量和改善冷卻條件三個(gè)方面著手。

砂輪修整質(zhì)量的好壞關(guān)系到磨床加工零件質(zhì)量的好壞，因?yàn)镃BN涂層造價(jià)昂貴，其修整不能按普通砂輪一樣進(jìn)行大切削量的修整，因此大部分先進(jìn)的CBN磨床都采用超聲波監(jiān)控、微量修整的方式，每次的修整量為0.015mm，可根據(jù)需求的零件形狀調(diào)整砂輪修整的形狀，如錐度、凹凸?fàn)畹取Ｄハ骷夹g(shù)之所以發(fā)展得很快，是因?yàn)樗跈C(jī)械制造中起非常重要的作用。通過以上的介紹，我們也知道了很多有關(guān)無芯磨床工作原理和消除曲軸棱圓的方法，這些都是值得借鑒的方法和經(jīng)驗(yàn)。正是因?yàn)檫@種優(yōu)點(diǎn)，使得無芯磨床在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，除了我們介紹的內(nèi)容外，在有關(guān)廠家的生產(chǎn)中，精確加工的工序也全部采用了這種方法。一條無芯磨床完整的生產(chǎn)線應(yīng)用到了機(jī)床的60%以上。當(dāng)然，無芯磨床的技術(shù)也不是完美的，還需要進(jìn)一步提高這種技術(shù)。從目前的情況來看，無芯磨床的砂輪、側(cè)導(dǎo)板和托架都有提高的空間。比如在材料方面，在材料符合的條件下，可以進(jìn)一步降低材料的成本，從而使無芯磨床的技術(shù)獲得更加廣泛的推廣。另外，我國的磨床技術(shù)還不夠先進(jìn)和完善，無芯磨床的發(fā)明也是一個(gè)較好的發(fā)展階段。從這個(gè)角度來看，磨床削尖的技術(shù)還需要進(jìn)一步提高。

4 結(jié)語

當(dāng)前工業(yè)發(fā)展前景廣闊，但是磨床削尖技術(shù)不夠完善，不足以應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的需求，所以作為工程人員要不斷推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，不斷取得技術(shù)突破，設(shè)計(jì)出更加精密的儀器，因?yàn)橹挥心切┠軌蛉〉酶呔群透哔|(zhì)量的工作才能符合時(shí)代的發(fā)展，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境下免遭淘汰。在曲軸精密外圓磨床中，現(xiàn)代先進(jìn)的曲軸磨床集合了多種先進(jìn)的設(shè)計(jì)與工藝，不但提高了加工精度，而且大幅度提高了磨床的加工效率。本文以無芯磨床的加工方式為例，進(jìn)行研究探討，總結(jié)了磨床的高效加工

方法。

目前，國際上主流的曲軸外圓高速磨床大多采用帶測(cè)頭自動(dòng)補(bǔ)償功能的CBN隨動(dòng)磨床，隨著CBN材料刀具的逐步使用以及加工邏輯的優(yōu)化與提升，曲軸高速磨削不再是夢(mèng)想，因此多種高速磨削的設(shè)計(jì)原理及邏輯結(jié)構(gòu)是值得深入學(xué)習(xí)和研究的。現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)的擺跟蹤為曲軸的加工形成了多種解決的方案，我們可以根據(jù)加工的方式和要求的產(chǎn)量以及每一種型號(hào)的無芯磨床的設(shè)計(jì)來安裝各種各樣的平臺(tái)和砂輪架。通過解析及研究不難發(fā)現(xiàn)，新型磨床大膽采用的采樣技術(shù)及邏輯，讓高速切削磨床從眾多磨床生產(chǎn)模式中脫穎而出，成為磨床技術(shù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。從夾具、控制邏輯到反饋信號(hào)的使用，讓整臺(tái)機(jī)床的功能更完整，使運(yùn)行更精密、更高效。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）