高效简易高精度磨削细长轴的新工艺 -工程

    摘要　介绍了一种在普通外圆磨床上高效磨削高精度、低粗糙度细长轴的新工艺，其特点是操作简便，容易掌握，对工人技术水平要求低，在磨削过程中随时都可知道切削力、挤压力的大小，这种工艺非常适用于长径比L/D≥50的细长轴、难加工材料和较硬材质的超精磨削，

高效简易高精度磨削细长轴的新工艺

    引　言 　　在普通外圆磨床上超精磨削细长轴一直是老大难问题，特别是，当工件的长径比超过30(L/D＞30)时，尤为困难。美国中小型机械修造公司(厂)的长期实践表明，只要检修、调整好普通外圆磨床，合理地选择砂轮、磨削用量和工艺过程，就能满足细长轴的技术要求。

    1　磨削前的几项准备工作

    1.1　校　直　　细长轴校直方法有热校和冷校两种方法，热校比冷校理想。校直后的弯曲度应控制在工件每1000mm长度，其弯曲度在0.15mm以内。

    1.2　中心孔　　中心孔是细长轴的基准、细长轴经过热处理后，中心孔将会产生变形，应对中心孔进行研磨，使其60°锥孔和圆度达到标准要求。

    1.3　检修机床　　保证检修后的外圆磨床各项精度达到出厂时指标。

    1.4　调整机床　　主要是调整头架与尾架间的中心距离。将工件顶在两顶尖间，用手旋转工件。感觉不松不紧为好，如果尾座顶尖是弹簧式的，可使弹簧顶尖压缩0.5～2mm，再顶住工件中心孔。

    1.5　检查工件　　两顶尖顶住工件，先用百分表对细长轴的全长作径向跳动检查，特别是对中间弯曲度最大的地方，观察其跳动量方向是否一致。然后再用千分尺检查工件的磨削余量和各项尺寸。细长轴的磨削余量取较小值为宜。 图1　砂轮形状

    2　砂轮及磨削用量的选择

    2.1　砂轮的选择　　根据细长轴材料的不同，选择不同磨料、硬度、粒度的砂轮，这是很重要的。磨细长轴的砂轮硬度应稍软，粒度应稍粗。砂轮的形状如图1所示，中间呈凹形，因为中凹形砂轮不但可减少砂轮与工件的接触面积，而且砂轮整体宽度不变，可以减少细长轴在旋转中产生自激振动，砂轮的选择见表1。 表1　砂轮的选择 工　件材　料 砂　　　　　轮 磨　料 硬　度 粒　度 铸　铁 TH R3～ZR4 46～70 碳　钢 GZ　GB R3～ZR1 46～70 不锈钢 GD　GW R3～ZR1 46～70

    2.2　切削用量的选择　　从表2中可以看出细长轴磨削的几个特点： 　　　　　表2　切削用量的合理选择 磨削对象 磨削用量名称 粗　磨 精　磨 修整砂轮 工作台纵向速度S/(m/min) 横向切深t/(mm/单行程) 1～1.5 0.07～0.10 0.3～0.8 0.05～0.01 光修一次 磨削工件 工件线速度v/(m/min) 工作台纵向速度S/(m/min) 磨削切深t/(mm/双行程) 2.5～8 1.2 0.01～0.15 2～5 0.6～0.8 0.005 光磨数次 　　a.修整砂轮的走刀量S、切深t均比一般磨削大，可使砂轮的表面比较粗糙，以增强切削性能；　　b.磨削时工件的转速较低，精磨时更低，这是为了减少细长轴因旋转而产生的振荡，而走刀量较大，以便将一部分切向力转化为轴向力，减少径向力Py；　　c.磨削时切深t用双行程来达到，

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    2.3　合理使用中心架　　除了合理地选择中心架的数量之外，主要是在磨削过程中合理地调整中心架的两个支片：用涂色法来观察支片前端与工件表面接触与否；用手摸支片前端与工件表面是否接触；看火花，当工件、砂轮、支片三者位置一致时，用手调整支片，并观察火花是否增大。对于高精度、低粗糙度的细长轴磨削，应分粗、精磨。在精磨前应再进行一次砂轮修整，目的是要磨出大量的等高微刃(图2)，先是用锋利的金刚石笔(图3)，以很小而均匀的进给量精密地修整砂轮，然后用油石(用平面磨床磨平)或精车后的砂轮以很小而均匀的进给量进行细密地修整砂轮而获得。同时将工件放松，在两顶尖中心孔内放黄油，并放松中心架，使两支片不接触工件。然后再重新调整中心架的两个支片，方法如图4所示。百分表沿直径方向顶住工件，调整支片，当工件与支片接触，百分表立即有反应，这样我们就可控制支片的前后位置。 图2　磨粒上的微刃示意图 图3　金刚石笔及其合理安装 图4　中心架的合理使用

    2.4　改进中心架的结构　　一般中心架支片转动的丝杠螺距较大，每旋转一周进给量在1.25～2mm。我们利用中心架原有结构，增加一套差动丝杠，使支片后部的螺母在旋转一周时，支片移动量为0.1mm，提高了支片调整精度。

    3　控制弯曲度的措施

    图5　中心支架两支片的改进 　　细长轴的精度主要是由弯曲度、圆度、粗糙度等决定，而弯曲度和粗糙度是一个矛盾体：粗糙度在Ra0.2以上，砂轮的挤压力大，Py力也大，使工件产生弯曲，而细长轴磨削中的中心架调整又往往难以控制。因此，对于磨削高精度、低粗糙度的细长轴来说，的确是一个老大难问题。为此，可以应用万能表中的μA电流通与不通的测量原理，来测量工件与支片接触情况。先将中心支架的两支片做些改进(见图5)，在支片前端分别装上导电的铜块，再用电线 与万能表一端接(+)极，另一端接(-)极，(+)极与中心架相连，(-)极与尾架相通，当工件与支片相接时，万能表的旋转开关拨至100kΩ时，指针立即转动，表明整个电路相通了，其灵敏度很高，指针从0到最大读数值之间的摆动值为中心架支片上的移动量4μm，当万能表调整到10kΩ时，指针的摆动值为0.001mm。用这种控制方法来控制中心架支片与工件的接触，再加上“差动微调结构”来磨削高精度、低粗糙度值的细长轴，是一种比较理想的方法。这种方法就象超精磨床上的磨削指示仪那样，随时知道切削力、挤压力的大小。对于提高磨削精度，降低粗糙度值都较为有利。