高效簡易高精度磨削細長軸的新工藝

介紹了一種在普通外圓磨床上高效磨削高精度、低粗糙度細長軸的新工藝，其特點是操作簡便，容易掌握，對工人技術(shù)水平要求低，在磨削過程中隨時都可知道切削力、擠壓力的大小，這種工藝非常適用于長徑比L/D≥50的細長軸、難加工材料和較硬材質(zhì)的超精磨削。

　　高精度磨削　細長軸　高效簡易新工藝

　　0　引　言

　　在普通外圓磨床上超精磨削細長軸一直是老大難問題，特別是，當(dāng)工件的長徑比超過30(L/D＞30)時，尤為困難。美國中小型機械修造公司(廠)的長期實踐表明，只要檢修、調(diào)整好普通外圓磨床，合理地選擇砂輪、磨削用量和工藝過程，就能滿足細長軸的技術(shù)要求。

　　1　磨削前的幾項準(zhǔn)備工作

　　1.1　校　直
　　細長軸校直方法有熱校和冷校兩種方法，熱校比冷校理想。校直后的彎曲度應(yīng)控制在工件每1000mm長度，其彎曲度在0.15mm以內(nèi)。

1.2　中心孔
　　中心孔是細長軸的基準(zhǔn)、細長軸經(jīng)過熱處理后，中心孔將會產(chǎn)生變形，應(yīng)對中心孔進行研磨，使其60°錐孔和圓度達到標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3　檢修機床
　　保證檢修后的外圓磨床各項精度達到出廠時指標(biāo)。

1.4　調(diào)整機床
　　主要是調(diào)整頭架與尾架間的中心距離。將工件頂在兩頂尖間，用手旋轉(zhuǎn)工件。感覺不松不緊為好，如果尾座頂尖是彈簧式的，可使彈簧頂尖壓縮0.5～2mm，再頂住工件中心孔。

1.5　檢查工件
　　兩頂尖頂住工件，先用百分表對細長軸的全長作徑向跳動檢查，特別是對中間彎曲度最大的地方，觀察其跳動量方向是否一致。然后再用千分尺檢查工件的磨削余量和各項尺寸。細長軸的磨削余量取較小值為宜。



　　砂輪形狀

　　2　砂輪及磨削用量的選擇

　　2.1　砂輪的選擇
　　根據(jù)細長軸材料的不同，選擇不同磨料、硬度、粒度的砂輪，這是很重要的。磨細長軸的砂輪硬度應(yīng)稍軟，粒度應(yīng)稍粗。砂輪的形狀如圖1所示，中間呈凹形，因為中凹形砂輪不但可減少砂輪與工件的接觸面積，而且砂輪整體寬度不變，可以減少細長軸在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生自激振動，砂輪的選擇見表1。

　　砂輪的選擇


　　工　件
　　材　料 砂　　　　　輪

　　磨　料 硬　度 粒　度
　　鑄　鐵 TH R3～ZR4 46～70
　　碳　鋼 GZ　GB R3～ZR1 46～70
　　不銹鋼 GD　GW R3～ZR1 46～70

　　2.2　切削用量的選擇
　　從表2中可以看出細長軸磨削的幾個特點：

　　切削用量的合理選擇


　　磨削對象 磨削用量名稱 粗　磨 精　磨
　　修整砂輪

　　工作臺縱向速度S/(m/min)
　　橫向切深t/(mm/單行程)
　　1～1.5
　　0.07～0.10
　　0.3～0.8
　　0.05～0.01
　　光修一次
　　磨削工件


　　工件線速度v/(m/min)
　　工作臺縱向速度S/(m/min)
　　磨削切深t/(mm/雙行程)
　　2.5～8
　　1.2
　　0.01～0.15
　　2～5
　　0.6～0.8
　　0.005
　　光磨數(shù)次

　　a.修整砂輪的走刀量S、切深t均比一般磨削大，可使砂輪的表面比較粗糙，以增強切削性能；
　　b.磨削時工件的轉(zhuǎn)速較低，精磨時更低，這是為了減少細長軸因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的振蕩，而走刀量較大，以便將一部分切向力轉(zhuǎn)化為軸向力，減少徑向力Py；
　　c.磨削時切深t用雙行程來達到。因工件轉(zhuǎn)速低，工件表面與砂輪表面在單位時間內(nèi)和單位面積上的接觸就相應(yīng)地減少，可用往復(fù)一次或數(shù)次來彌補。
2.3　合理使用中心架
　　除了合理地選擇中心架的數(shù)量之外，主要是在磨削過程中合理地調(diào)整中心架的兩個支片：用涂色法來觀察支片前端與工件表面接觸與否；用手摸支片前端與工件表面是否接觸；看火花，當(dāng)工件、砂輪、支片三者位置一致時，用手調(diào)整支片，并觀察火花是否增大。對于高精度、低粗糙度的細長軸磨削，應(yīng)分粗、精磨。在精磨前應(yīng)再進行一次砂輪修整，目的是要磨出大量的等高微刃(圖2)，先是用鋒利的金剛石筆(圖3)，以很小而均勻的進給量精密地修整砂輪，然后用油石(用平面磨床磨平)或精車后的砂輪以很小而均勻的進給量進行細密地修整砂輪而獲得。同時將工件放松，在兩頂尖中心孔內(nèi)放黃油，并放松中心架，使兩支片不接觸工件。然后再重新調(diào)整中心架的兩個支片，方法如圖4所示。百分表沿直徑方向頂住工件，調(diào)整支片，當(dāng)工件與支片接觸，百分表立即有反應(yīng)，這樣我們就可控制支片的前后位置。

2.4　改進中心架的結(jié)構(gòu)
　　一般中心架支片轉(zhuǎn)動的絲杠螺距較大，每旋轉(zhuǎn)一周進給量在1.25～2mm。我們利用中心架原有結(jié)構(gòu)，增加一套差動絲杠，使支片后部的螺母在旋轉(zhuǎn)一周時，支片移動量為0.1mm，提高了支片調(diào)整精度。

　　3　控制彎曲度的措施

　　中心支架兩支片的改進

　　細長軸的精度主要是由彎曲度、圓度、粗糙度等決定，而彎曲度和粗糙度是一個矛盾體：粗糙度在Ra0.2以上，砂輪的擠壓力大，Py力也大，使工件產(chǎn)生彎曲，而細長軸磨削中的中心架調(diào)整又往往難以控制。因此，對于磨削高精度、低粗糙度的細長軸來說，的確是一個老大難問題。為此，可以應(yīng)用萬能表中的μA電流通與不通的測量原理，來測量工件與支片接觸情況。先將中心支架的兩支片做些改進(見圖5)，在支片前端分別裝上導(dǎo)電的銅塊，再用電線 與萬能表一端接(+)極，另一端接(-)極，(+)極與中心架相連，(-)極與尾架相通，當(dāng)工件與支片相接時，萬能表的旋轉(zhuǎn)開關(guān)撥至100kΩ時，指針立即轉(zhuǎn)動，表明整個電路相通了，其靈敏度很高，指針從0到最大讀數(shù)值之間的擺動值為中心架支片上的移動量4μm，當(dāng)萬能表調(diào)整到10kΩ時，指針的擺動值為0.001mm。用這種控制方法來控制中心架支片與工件的接觸，再加上“差動微調(diào)結(jié)構(gòu)”來磨削高精度、低粗糙度值的細長軸，是一種比較理想的方法。這種方法就象超精磨床上的磨削指示儀那樣，隨時知道切削力、擠壓力的大小。對于提高磨削精度，降低粗糙度值都較為有利。