加工中心配珩磨刀精珩內孔的技術研究

周 丹，付 猛，王淑玲，沈國標

（1.空調設備及系統運行節能國家重點實驗室，廣東 珠海；2.珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海）

引言

近幾年，為了減少碳排放，國家對許多工業產品的性能、能耗提出了更高要求，相應的產品設計、制造精度需求也越來越高。為此，產品零件中涉及摩擦副的結構特征，特別是轉軸與孔的配合特征，多具有極高的尺寸與表面質量要求。珩磨是利用安裝在珩磨刀桿上的油石，在軸線進給過程中，對零件內孔表面進行低速磨削和摩擦拋光的精加工工藝技術[1]。這種技術能夠快速地去除一定的加工余量，且有效地提高零件內孔表面粗糙度、圓柱度及尺寸精度。盡管珩磨是一種非常有效的內孔精加工工藝技術，然而現實卻是除了汽車、泵等專業生產企業外，一般機械加工廠極少配置珩磨機來精加工內孔，這主要是因為珩磨機通用性差、運用點少、購買經濟性低。本文介紹了一種利用通用的加工中心配合珩磨刀桿以替代專用珩磨機，實現零件內孔的精密珩磨加工的技術方法，特別適合研發階段或者小量零件生產過程中運用。

1 珩磨工藝簡介與特點

珩磨工藝是內孔磨削加工的一種特殊形式，珩磨時，工件安裝在珩磨床工作臺上或夾具中，帶磨料珩磨刀插入已經加工好的半精件內孔中，由機床主軸帶動旋轉并做軸向往復運動。珩磨不僅能去除較大的加工余量，而且還能提高工件內孔的尺寸、幾何形狀精度和降低表面粗糙度。多數情況下，珩磨刀桿與機床主軸之間或珩磨頭與工件夾具之間是浮動的，這樣加工時珩磨頭以工件孔壁作導向，珩磨后的工件內孔與其它特征之間位置關系基本不變，且工件的最終珩磨精度受機床本身精度影響小。

2 加工中心配珩磨刀精珩內孔的技術方案與實驗效果

如圖1 所示，為本司某型號轉子壓縮機法蘭，材質為HT250。因為該法蘭內孔是和軸配合的重要特征，其要求的內孔圓柱度小于0.005 μm，表面粗糙度小于Ra0.27，且需要控制法蘭內孔與端面垂直度小于0.005 μm。

圖1 某轉子壓縮機上法蘭示意圖

2.1 法蘭內孔加工工藝設計

如上法蘭常規的工藝設計是先開粗加工法蘭整體外形輪廓結構，同時內孔與端面留余量，再使用專用平面磨床加工法蘭端面，最后使用專用內孔磨床或珩磨機床以端面為基準磨內孔，以保證法蘭內孔與端面基準垂直度。然而事實上，因為該法蘭內孔深度達到70 mm，且內孔直徑也僅有22.008 mm，僅使用內孔磨床加工內孔往往存在內孔圓柱度超差、表面粗糙度不良的質量問題，為此一般需要在內孔磨后再增加珩磨拋光工序，以提升內孔精加工質量。該常規工藝不僅工序復雜，且需要使用到平面磨床、內孔磨床、珩磨機床多種精加工設備，加工成本高，周期長。為了解決上訴問題，我們設計了加工中心配珩磨刀精加工法蘭內孔的技術方案，不僅通用性高、成本低，且工序簡單，可大幅縮短研發試制周期。

2.2 加工中心配珩磨刀的珩磨工藝硬件配置與技術方案

2.2.1 機床選擇

選用珠海格力電器股份有限公司研發的通用數控立式加工中心（格力GA-V5080），該設備主軸功率為18KW，重復定位精度可達±0.003 μm，滿足精密加工設備對主軸剛性及旋轉精度的要求。

2.2.2 浮動刀柄設計

浮動刀柄內置徑向浮動結構設計，徑向浮動量為±0.5 mm。刀柄上端與機床接口為標準BBT40 結構，下端安裝夾持直徑為φ15 的夾套，用于夾持帶連接桿的珩磨頭。

2.2.3 珩磨刀具設計

珩磨刀具是由粗珩、半精珩、精珩等6 把珩磨刀構成的刀組，如圖2 所示。每把珩磨刀與刀柄接口柄直徑固定設計為15，按需要加工的精度不同，分別鍍有不同粒度規格的金剛石磨粒，且可通過脹心方式手動微調珩磨條直徑，以控制零件加工最終內徑尺寸。

圖2 珩磨刀結構設計

2.2.4 珩磨工藝參數設計

珩磨工藝參數主要涉及珩磨刀的主軸轉速、往復進給速度、每把珩磨刀余量設置及其油石磨粒粒度規格設計[2]，本方案設計的珩磨刀加工工藝參數如表1所示。

表1 加工中心配珩磨刀工藝參數設計

2.2.5 加工冷卻

為了降低珩磨過程產生的高溫及磨屑的影響，一般情況下，都需要借助冷卻液來冷卻與潤滑。目前廣泛運用的冷卻液有油溶性及水溶性之分，前者滲透性好，排屑性、潤滑性、防腐性強，然而燃點低，易產生高溫起火，且生成的廢棄液環保性差；后者安全性好，冷卻性優，但是滲透性、潤滑性相對較低，最終加工的零件內孔表面光潔度略低[3]。

實際運用中可以根據自身需求選擇合適的冷卻液，本方案選擇的是水溶性冷卻液。

2.2.6 試驗結果

根據上訴加工中心配珩磨刀精珩內孔的技術方案，完成一個研發試制批次的法蘭內孔連續珩磨試驗，實驗效果較好，達到圖紙設計要求，具體結果數據如表2 所示。

表2 加工中心配珩磨刀珩磨上法蘭結果

3 推廣運用

如圖3 所示為本司某冰箱用活塞壓縮機氣缸座，根據設計使用要求，其軸孔與缸孔必須保證微米級的尺寸與圓柱度要求，且軸孔與缸孔之間軸線垂直度在延伸200 mm 的范圍內小于0.05 mm。一般量產工藝是先對氣缸座軸孔與缸孔進行半精加工（軸孔與缸孔垂直度用專用工裝保證，滿足精件的要求），再使用專用珩磨機進行精密珩磨加工（不改變軸孔與缸孔原有垂直度），該方案可以保證氣缸座量產加工的效率與質量。然而在研發試制階段就投入珩磨機床及專用工裝，成本高，風險較大。如果使用一般的內圓磨床分別磨削加工氣缸座的軸孔與缸孔，不僅裝夾比較復雜，且極容易改變軸孔與缸孔本身的垂直度，造成零件加工質量異常。為此我們基于上訴法蘭內孔精密加工技術方案與經驗，設計了該氣缸座的珩磨工裝與珩磨刀，利用“加工中心配珩磨刀精珩內孔”的方式，完成了該氣缸座的軸孔（圖4）與缸孔（圖5）精密加工。

圖3 某冰箱用活塞壓縮機氣缸座

圖4 氣缸座軸孔珩磨設計

圖5 氣缸座缸孔珩磨設計

經驗證，利用“加工中心配珩磨刀精珩內孔”的加工方式，完全可以取代專用珩磨機加工，很好實現了活塞壓縮機氣缸座軸孔與缸孔的精加工，特別是軸孔與缸孔精加工前后的垂直度控制的非常好，具體如表3 所示。

表3 加工中心配珩磨刀珩磨氣缸座軸孔與缸孔數據

4 結論

本文設計了一種加工中心配珩磨刀的內孔精密加工工藝技術方案，實現了本司某型號轉子壓縮機法蘭內孔的精密加工，同時推廣運用于某型號活塞壓縮機氣缸座精密加工，充分證明了該技術方案的可行性與實用性。該技術方案可以替代專用珩磨機床，特別適合研發階段，小量樣機零件的試制，節約設備采購成本。