滾動導軌副成形磨削加工技術

殷玲香

(南京工藝裝備制造有限公司，江蘇南京 210004)

滾動導軌副作為一種精密直線導向部件，由于其大承載、高精度、高速度、低磨損、可靠性及標準化等優良特性，已經越來越多地被數控機械、自動化生產線等領域應用和關注。滾動導軌副主要由滾動導軌、滾動滑塊組成(圖1)，其中滾動導軌為大細長比的精密件，形狀復雜，加工過程中尺寸要求、形位誤差要求高，加工變形大；滾動滑塊形狀復雜，結構緊湊，加工過程中滾道及基準平面的尺寸及形位誤差要求比較高。

滾動導軌及滾動滑塊所使用的材料均為超高強度鋼，具有優良的機械性能，但同時也給機械加工帶來了一定的困難。加工特點有：磨削力大、磨削溫度高、容易產生磨削燒傷、加工硬化趨勢強，同時產品形狀復雜，精度要求高，為解決零件的加工困難問題，引進了成形磨削技術，達到精密加工的目的。

1 成形磨削機理

成形磨削是一種新發展起來的加工工藝，通過成形修整方法，修整出固定的輪廓外形，修整后的成形砂輪磨削工件，一次成形，使工件達到最終加工工序的尺寸要求，滿足加工精度。

成形磨削的關鍵技術為修整技術，修整方法可分為成形修整(圖2)及仿形修整。其中成形修整法通過精密金剛滾輪修整砂輪，由于修整砂輪時可沿整個砂輪寬度上接觸，因而修整時間大為縮短，提高了修整效率；另外，這種修整方法容易保證成形砂輪的型面精度。由于金剛滾輪修整法的修整時間短，且能生成復雜型面，因而對實現磨削自動化來說是一種理想的修整方法。

2 金剛滾輪修整技術的應用

用金剛滾輪修整成形砂輪時，通常需3個運動，即滾輪轉動Vt，砂輪轉動Vs及滾輪或砂輪的徑向進給運動。金剛滾輪修整砂輪通常有同向修整及逆向修整方式，同向修整及逆向修整方式并非指砂輪和金剛滾輪旋轉方向相同或相反，而是指在修整接觸區域線速度方向相同或相反，如圖3。示意圖中Vs為砂輪速度，Vt為金剛滾輪速度。修整速比為

圖4所示為其它條件相同時，改變修整方向或改變金剛滾輪與砂輪修整速度比可得到不同的加工粗糙度。圖中曲線表示砂輪型號WA60K，砂輪線速度Vs=29 m/s。圖4曲線從上至下分別為一次粗磨、二次粗磨、半精磨、精磨工序工件粗糙度情況。

實際生產時，砂輪的修整一般選擇同向修整。在同向修整方式中，滾輪與砂輪的相對速度較小，金剛石的滲透角度更大，可得到比反向修整時更鋒利的砂輪。只有工件表面粗糙度要求高，在同向修整條件下無法滿足磨削要求時才采用逆向修整。如修整速比qd=1，則工件表面粗糙度值最大，通常在擠壓修整工藝中應用。金剛滾輪的修整一般不推薦使用qd=1，此時滾輪與砂輪同向轉動，無相對滑動，金剛滾輪磨損嚴重。

要想得到表面粗糙度值較大的鋒利砂輪，通常設定為修整速比qd=0.8的同向修整方式；要想得到較小表面粗糙度值的砂輪來精磨工件表面，通常使用修整速比qd為-0.4～-0.8之間的逆向修整方式。

3 砂輪參數及磨削用量的選擇

3.1 砂輪的選擇

導軌副的材料多數選用GCr15軸承鋼，屬于超高強度鋼，磨削時一般不宜選用碳化硅磨料砂輪，多采用白剛玉(WA)或單晶剛玉(SA)。其中單晶剛玉砂輪磨削效果略優于白剛玉砂輪，但是，鑒于單晶剛玉磨料價格比白剛玉磨料價格要高60%，因此，考慮到磨削加工經濟型，宜選用白剛玉砂輪。

3.2 磨削用量的選擇

磨削前，必須留有足夠的磨削余量，磨削余量應大于熱處理所造成的殘余拉應力層深度；磨削時，通過磨除殘余拉應力層，排除熱處理殘余應力對最終殘余應力狀態的影響。

磨削用量對磨削力、磨削溫度和磨削加工表面完整性有很大影響。提高砂輪速度Vs，磨削力減小，但磨削溫度升高；增大磨削深度ap，磨削力和磨削溫度均升高，磨削過程中均可能出現磨削燒傷或表面退火現象。在導軌和滑塊的磨削中，若磨削深度ap超過0.02 mm，則工件極容易產生磨削燒傷。實際生產時，砂輪速度Vs不宜過高，一般不超過30 m/s；磨削深度ap也控制在0.02 mm以下，精磨時，磨削深度 ap≤0.01 mm較為合適。

3.3 磨削液的選擇

由于超高強度鋼強度硬度高，熱導率低，使磨削過程中產生大量的磨削熱，使工件表面形成瞬時高溫導致燒傷。選擇磨削液時，不僅要有良好的冷卻作用，而且應具有滲入磨削區的良好滲透性及潤滑性，以減小磨削力；又加上導軌、滑塊形狀復雜，冷卻效果下降，選擇水基磨削液的冷卻性能比磨削油效果更好。

3.4 磨削效率與砂輪消耗

磨削效率與工件材料、砂輪材料有關，工件去除率與砂輪消耗率決定了磨削效率G。具體關系如下：

其中：V'M為單位工件去除率(圖5)，mm3/min；V'G為單位砂輪消耗率(圖6)，mm3/min。

式中：lp為工件磨削長度；ae為磨削切深；l為磨削寬度(砂輪寬度)；Dw為砂輪直徑；lw為砂輪消耗。

應用舉例：滾動滑塊工件材料GCr15，表面硬度58～62 HRC，砂輪材料WA60K，一般磨削效率G取0.8～1，對于100 mm長的滑塊，φ25 mm砂輪，滑塊每切深0.1 mm，消耗砂輪情況計算如下：

在實際加工過程中，可通過改變磨削工藝及磨削參數，在保證工件型面精度的情況下，盡可能提高磨削效率，獲得更好的磨削效果，加大砂輪利用率，提高加工經濟性。

［1］任敬心，華定安.磨削原理［M］.西安：西北工業大學出版社，1988：190-191.

［2］李伯民，趙波.現代磨削技術［M］.機械工業出版社，2003：134-135.