無心磨床常見加工缺陷及排除方法研究

唐福瑩 景曉寶

摘要：無心外圓磨削（無心磨床磨削）是一種能夠適應大批量生產加工的磨削方式，無心磨床廣泛應用于汽車、船舶、航空航天等機械加工行業。這種磨削方式的優點以及短板都十分明顯，故而能夠采取無心磨削加工方式的零件也很容易區分。它不采用工件的軸心進行定位，從磨削原理上講，如果機床調整的不正確或者工件磨削過程不充分，是得不到真圓的。本文從生產過程中常見的無心磨削加工缺陷入手，簡單闡明了常見無心磨削缺陷及排除方法。

一、無心磨削的基本原理

1.無心磨床的特點

1.1采用無心磨床進行加工的工件無需兩端打頂針孔進行定位加工，磨床主要由磨削砂輪、導輪、托架三個機構構成。其中，磨削砂輪實際擔任磨削的工作，導輪控制工件的旋轉并通過垂直面內的角度大小來調節進刀速度，托架起定位支撐工件的作用。

1.2在無心磨削過程中，工件的最終軸心位置變化取決于工件原有誤差、磨削用量、設備調整精度等因素。

1.3無心磨床根據其加工特點，容易實現強力磨削、高速磨削，并根據其上下料的特點，很適合實現自動化設計要求。

1.4無心磨削效率高，適用于大批量任務生產。工件運動的穩定性、均勻性取決于磨削機床系統的剛性、工件原始形狀、導輪的幾何形狀、磨削參數的設定。

1.5無心外圓磨削加工使用待加工表面作為定位表面，加工的軸心位置精度受原軸心位置精度影響較大。

2.常見無心外圓磨削方法

2.1通過式磨削法

工件沿砂輪軸線方向進給進行磨削，利用調整導輪軸線的微小傾角來實現工件軸向進給。適用于磨削細長圓柱形工件、無中心孔的短軸和套類工件等。

2.2切入式磨削法

托板上有軸向定位支點，工具支撐在托板一定位置上，以砂輪或導輪切入進行磨削。用于磨削帶軸肩或者凸臺的工件以及圓錐體，球體或其他回轉體工件。

3. 無心磨削成圓分析

如圖一，當工件的軸線高于磨削砂輪和導輪的中心連線時，工件凸起部分與導輪接觸時，工件被磨削砂輪接觸的部位所磨去的凹陷就不會與凸起部分在同一直徑上，當凸起部分被磨削砂輪磨削后，凸度減少。這樣一來，隨著工件的不斷旋轉，工件表面凸凹部分逐漸被磨去，最后把工件加工為圓柱形。

如圖二，當工件的支撐高度等于磨削砂輪與導輪的中心連線高度，工件支撐點與磨削輪和導輪的接觸點在工件的同一直徑上時，工件凸起部分與導輪接觸后，導輪把工件向磨削輪方向推擠，工件被推擠部分的對面被磨削輪磨為凹形，其深度約等于凸起部分的高度，工件旋轉180°后，凹面與導輪接觸，凸點無法繼續被磨削掉。這樣，工件在導輪與磨削輪之間來回擺動，磨削出的直徑相等，但不是一個整圓。而是直徑相等的楞圓。

二、常見磨削缺陷以及排除方法

1.磨削后工件表面存在震刀紋（出現魚斑斕、白色線條）

發生原因：

（1）磨削砂輪不平衡導致機床震動

（2）導輪旋轉速度過高

（3）砂輪鈍化或導輪表面修整過于光滑

（4）導輪垂直面傾斜角過大

消除方法

（1）重新平衡磨削砂輪，做靜平衡與動平衡

（2）降低導輪旋轉速度

（3）修整磨削砂輪以及導輪表面

（4）適當調整導輪垂直面內傾斜角度

2.工件加工后存在錐度

發生原因

（1）由于支板較導輪母線低的過多，或者支板的角度過大

（2）磨削輪修整不正確

（3）磨削輪與導輪表面磨損嚴重

解決方法

（1）適當調整支板與導輪母線平行

（2）檢查磨削輪修整器行程直線度

（3）重新修整磨削輪與導輪

3.工件出現“鼓腰形”

發生原因

（1）前后支板均勻向磨削輪方向傾斜

（2）磨削砂輪修整為凹形

解決方法

（1）調整前后支板

（2）修整磨削砂輪，確保每次修整余量不要過大（0.02mm為宜）

4.工件加工后表面質量不高

發生原因

（1）導輪垂直面內傾斜角度多大，導致工件進給速度過快

（2）磨削輪修整速度過快，導致磨削輪表面光度不夠

（3）導輪修整的不夠細

解決辦法

（1）適當調整導輪垂直面內的傾斜角，控制工件的進給速度

（2）降低修整器走刀速度，或更換變鈍的金剛石

（3）重新修整導輪表面

5.工件真圓度不好

發生原因

（1）導輪幾何尺寸不夠圓

（2）磨削次數少或者工件原有真圓度不好

（3）磨削輪鈍化

（4）磨量過大或者走刀量過大

解決辦法

（1）重新修整導輪圓周與斷面，（一般修到無斷續聲為止）

（2）適當增加磨削次數，減少每次進刀量

（3）修整磨削砂輪

（4）減小磨削余量、減小走刀量

6.工件存在楞邊

發生原因

（1）工件中心高度過高或者過低

（2）零件軸向拉力過大，導致零件不能均勻旋轉

（3）磨削砂輪不平衡

解決辦法

（1）適當調整支板，確保工件的中心高度

（2）調整導輪角度（一般0.5°-0.25°為宜），減小軸向拉力，使工件均勻旋轉

（3）重新做靜平衡與動平衡

7.工件表面存在環形螺紋線

發生原因

（1）前后支板凸出導輪表面，導致工件在入口或出口處被導輪劃傷

（2）支板硬度不夠，磨下的切削沾粘在支板上，行程積削瘤

（3）冷卻液不夠清潔，里面存在其他雜質

（4）工件的回轉中心低于磨削輪與導輪的中心連線

（5）磨削輪鈍化

（6）一次磨下的磨量過大或者砂輪修整的不到位

解決方法

（1）調整前后支板

（2）更換支板

（3）更換冷卻液

（4）調整工件的中心高

（5）重新修整磨削砂輪

（6）適當減少每次的磨削量，增加磨削次數

三、結語

無心外圓磨削對于機床調整的精度要求較高，其調整的范圍和參數并不能僅僅套用公式來解決，而是需要理論聯系實際，在不斷的實際工作中積累摸索經驗，積累常見生產問題的解決辦法，并進行系統分析，最終匯總為成型的經驗，更好的服務生產。希望此文可以能為無心磨削加工中經常產生困惑的單位提供幫助。

參考文獻：

[1]磨工實用技術手冊 ?邱言龍 李德富 ?中國電力出版社

[2]機械制造基礎 ?高波 李蕾 ?大連理工大學出版社

[3]機械制造工藝學 ?宿西冷 ?中國勞動社會保障出版社

[4]無心外圓磨削原理 ?王玉坤 機械工業出版社