數(shù)控珩磨機(jī)工藝原理簡(jiǎn)介
珩磨是磨削加工的特殊形式，又是精加工中一種加工方法。這種工藝不僅能往除較大的加工余量(在50年代珩磨還是作為拋光用)，而且是一種進(jìn)步零件尺寸、幾何外形精度和表面粗糙度的有效加工方法。
(一)珩磨加工的特點(diǎn):
1.加工精度高：
特別是一些中小型的光通孔，其圓柱度可達(dá)0.001mm以內(nèi)。一些壁厚不均勻的零件，如連桿，其圓度能達(dá)0.002mm。對(duì)于大孔(孔徑在200mm以內(nèi))，圓度也可達(dá)0.005mm，假如沒(méi)有環(huán)槽或徑向孔等，直線度在0.01mm以內(nèi)也是有可能的。珩磨比磨削加工精度高，磨削時(shí)支撐砂輪的軸承位于被珩孔之外，會(huì)產(chǎn)生偏差，特別是小孔加工，磨削比珩磨精度更差。珩磨一般只能進(jìn)步被加工件的外形精度，要想進(jìn)步零件的位置精度，需要采取一些必要的措施。如用面板改善零件端面與軸線的垂直度(面板安裝在沖程臂上，調(diào)它與旋轉(zhuǎn)主軸垂直，零件靠在面板上加工即可)。
2.表面質(zhì)量好：
表面為交叉網(wǎng)紋，有利于潤(rùn)滑油的存儲(chǔ)及油膜的保持。有較高的表面支承率(孔與軸的實(shí)際接觸面積與兩者之間配合面積之比)，因而能承受較大載荷，耐磨損，從而進(jìn)步了產(chǎn)品的使用壽命。珩磨速度低(是磨削速度的幾十分之一)，且油石與孔是面接觸，因此每一個(gè)磨粒的均勻磨削壓力小，這樣工件的發(fā)熱量很小，工件表面幾乎無(wú)熱損傷和變質(zhì)層，變形小。珩磨加工面幾乎無(wú)嵌砂和擠壓硬質(zhì)層。磨削比珩磨切削壓力大，磨具和工件是線接觸，有較高的相對(duì)速度。因而會(huì)在局部區(qū)域產(chǎn)生高溫，會(huì)導(dǎo)致零件表面結(jié)構(gòu)的性破壞。
3.加工范圍廣：
主要加工各種圓柱形孔：光通孔。軸向和徑向有中斷的孔，如有徑向孔或槽的孔、鍵槽孔、花鍵孔。盲孔。多臺(tái)階孔等。另外，用珩磨頭，還可加工圓錐孔，橢圓孔等，但由于珩磨頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不用。用外圓珩磨工具可以珩磨圓柱體，但其往除的余量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)圓珩磨的余量。幾乎可以加工任何材料，特別是金剛石和立方氮化硼磨料的應(yīng)用。同時(shí)也進(jìn)步了珩磨加工的效率。
(二)珩磨加工原理:
1.珩磨是利用安裝于珩磨頭圓周上的一條或多條油石，由漲開(kāi)機(jī)構(gòu)(有旋轉(zhuǎn)式和推進(jìn)式兩種)將油石沿徑向漲開(kāi)，使其壓向工件孔壁，以便產(chǎn)生一定的面接觸。同時(shí)使珩磨頭旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)，零件不動(dòng);或珩磨頭只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)珩磨。
2.大多數(shù)情況下，珩磨頭與機(jī)床主軸之間或珩磨頭與工件夾具之間是浮動(dòng)的。這樣，加工時(shí)珩磨頭以工件孔壁作導(dǎo)向。因而加工精度受機(jī)床本身精度的影響較小，孔表面的形成基本上具有創(chuàng)制過(guò)程的特點(diǎn)。所謂創(chuàng)制過(guò)程是油石和孔壁相互對(duì)研、互相修整而形成孔壁和油石表面。其原理類似兩塊平面運(yùn)動(dòng)的平板相互對(duì)研而形成平面的原理。
珩磨時(shí)由于珩磨頭旋轉(zhuǎn)并往復(fù)運(yùn)動(dòng)或珩磨頭旋轉(zhuǎn)工件往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使加工面形成交叉螺旋線切削軌跡，而且在每一往復(fù)行程時(shí)間內(nèi)珩磨頭的轉(zhuǎn)數(shù)不是整數(shù)，因而兩次行程間，珩磨頭相對(duì)工件在周向錯(cuò)開(kāi)一定角度，這樣的運(yùn)動(dòng)使珩磨頭上的每一個(gè)磨粒在孔壁上的運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)重復(fù)。此外，珩磨頭每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，油石與前一轉(zhuǎn)的切削軌跡在軸向上有一段重疊長(zhǎng)度，使前后磨削軌跡的銜接更平滑均勻。這樣，在整個(gè)珩磨過(guò)程中，孔壁和油石面的每一點(diǎn)相互干涉的機(jī)會(huì)差未幾相等。因此，隨著珩磨的進(jìn)行孔表面和油石表面不斷產(chǎn)生干涉點(diǎn)，不斷將這些干涉點(diǎn)磨往并產(chǎn)生新的更多的干涉點(diǎn)，又不斷磨往，使孔和油石表面接觸面積不斷增加，相互干涉的程度和切削作用不斷減弱，孔和油石的圓度和圓柱度也不斷進(jìn)步，后完成孔表面的創(chuàng)制過(guò)程。為了得到更好的圓柱度，在可能的情況下，珩磨中經(jīng)常使零件掉頭，或改變珩磨頭與工件軸向的相互位置。
需要說(shuō)明的一點(diǎn):
由于珩磨油石采用金剛石和立方氮化硼磨料，加工中油石磨損很小，即油石受工件修整量很小。因此，孔的精度在一定程度上取決于珩磨頭上油石的原始精度。所以我們用金剛石和立方氮化硼油石時(shí)，珩磨前要很好地修整油石，以確保孔的精度。
(三)珩磨的切削過(guò)程：
1.定壓進(jìn)給珩磨:
定壓進(jìn)給中，進(jìn)給機(jī)構(gòu)以恒定的壓力壓向孔壁，分三個(gè)階段。
個(gè)階段是脫落切削階段
這種定壓珩磨，開(kāi)始時(shí)由于孔壁粗糙，油石與孔壁接觸面積很小，接觸壓力大，孔壁的凸出部分很快被磨往。而油石表面因接觸壓力大，加上切屑對(duì)油石粘結(jié)劑的磨耗，使磨粒與粘結(jié)劑的結(jié)合強(qiáng)度下降，因而有的磨粒在切削壓力的作用下自行脫落，油石面即露出新磨粒，此即油石自銳。
第二階段是破碎切削階段
隨著珩磨的進(jìn)行，孔表面越來(lái)越光，與油石接觸面積越來(lái)越大，單位面積的接觸壓力下降，切削效率降低。同時(shí)切下的切屑小而細(xì)，這些切屑對(duì)粘結(jié)劑的磨耗也很小。因此，油石磨粒脫落很少，此時(shí)磨削不是靠新磨粒，而是由磨粒切削。因而磨粒負(fù)荷很大，磨粒易破裂、崩碎而形成新的切削刃。
第三階段為堵塞切削階段
繼續(xù)珩磨時(shí)油石和孔表面的接觸面積越來(lái)越大，極細(xì)的切屑堆積于油石與孔壁之間不易排除，造成油石堵塞，變得很光滑。因此油石切削能力極低，相當(dāng)于拋光。若繼續(xù)珩磨，油石堵塞嚴(yán)重而產(chǎn)生粘結(jié)性堵塞時(shí)，油石*失往切削能力并嚴(yán)重發(fā)熱，孔的精度和表面粗糙度均會(huì)受到影響。此時(shí)應(yīng)盡快結(jié)束珩磨。
2.定量進(jìn)給珩磨:
定量進(jìn)給珩磨時(shí)，進(jìn)給機(jī)構(gòu)以恒定的速度擴(kuò)張進(jìn)給，使磨粒強(qiáng)制性地切進(jìn)工件。因此珩磨過(guò)程只存在脫落切削和破碎切削，不可能產(chǎn)生堵塞切削現(xiàn)象。由于當(dāng)油石產(chǎn)生堵塞切削力下降時(shí)，進(jìn)給量大于實(shí)際磨削量，此時(shí)數(shù)控珩磨機(jī)壓力增高，從而使磨粒脫落、破碎，切削作用增強(qiáng)。用此種方法珩磨時(shí)，為了進(jìn)步孔精度和表面粗糙度，后可用不進(jìn)給珩磨一定時(shí)間。
3.定壓--定量進(jìn)給珩磨:
開(kāi)始時(shí)以定壓進(jìn)給珩磨，當(dāng)油石進(jìn)進(jìn)堵塞切削階段時(shí)，轉(zhuǎn)換為定量進(jìn)給珩磨，以進(jìn)步效率。后可用不進(jìn)給珩磨，進(jìn)步孔的精度和表面粗糙度。
二、珩磨機(jī)類型及選型原則
珩磨機(jī)分臥式和立式兩種。其選用原則可參考以下幾方面:
1.不同批量選不同形式的珩磨機(jī)，如多品種小批量，選用小功率、通用性大的機(jī)床;假如批量很大，則選用大功率的機(jī)床。
2.按工件孔徑、孔長(zhǎng)和外形尺寸選擇機(jī)床的主要規(guī)格和參數(shù)。
3.根據(jù)孔的結(jié)構(gòu)形式選機(jī)床往復(fù)機(jī)構(gòu)的性能。如盲孔，要求往復(fù)行程機(jī)構(gòu)換向重復(fù)精度高，超程小，應(yīng)能適應(yīng)手動(dòng)或自動(dòng)交替控制長(zhǎng)、短沖程;又如短孔，孔精度要求又高，選用機(jī)械往復(fù)行程機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)孔加工余量、外形誤差和孔精度要求，選定油石漲縮機(jī)構(gòu)的擴(kuò)張進(jìn)給方式。
5.根據(jù)同一孔需要珩磨的次數(shù)、生產(chǎn)批量或生產(chǎn)節(jié)拍、工件外形尺寸及工件上加工的孔數(shù)，選定機(jī)床的主軸數(shù)或機(jī)床臺(tái)數(shù)以及工作臺(tái)的形式。如大批量的小型零件，可選用立式帶旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的多軸機(jī)床;尺寸大或直線排列的多孔工件，可選用移動(dòng)工作臺(tái)或移動(dòng)珩磨頭的機(jī)床。小批量可選單軸。大批量可選多軸，對(duì)一個(gè)孔進(jìn)行多次珩磨或幾個(gè)孔同時(shí)進(jìn)行珩磨。
6.根據(jù)孔的尺寸精度、孔徑大小、結(jié)構(gòu)形式，油石的耐磨程度，珩磨頭的結(jié)構(gòu)形式，生產(chǎn)批量，選定尺寸控制方式。
7.根據(jù)孔的表面粗糙度、尺寸精度和生產(chǎn)節(jié)拍的要求，選定切削液的凈化方式和是否需要冷卻切削液裝置。
三、直接珩磨新工藝
珩齒是一種*，系列化生產(chǎn)中常用的硬齒面精加工工藝。經(jīng)過(guò)珩磨的齒輪可以改善其噪聲和磨損特性。珩磨過(guò)的齒輪由于改變了輪齒的表面結(jié)構(gòu)，因而能降低噪聲和延長(zhǎng)使用壽命。經(jīng)珩磨的齒輪表面，形成類似于魚(yú)骨刺的表面結(jié)構(gòu)，有利于從齒根面端部到節(jié)圓直徑表面上形成一層潤(rùn)滑油膜，有利于抑制噪聲的產(chǎn)生。特殊過(guò)程運(yùn)動(dòng)會(huì)使珩磨工具在對(duì)應(yīng)方向上與工件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)接觸，從而天生這種表面結(jié)構(gòu)。合成速度分量作用于齒面，天生一個(gè)軸向的切削速度分量，所以可使磨具的磨粒與整個(gè)齒面保持接觸。與齒輪磨削相比，珩齒時(shí)的切削速度極慢，僅為0.5-6.5m/s。因此，作用于起切削作用的磨粒、結(jié)合劑特別是工件材料上的熱量極低，因而在珩磨過(guò)程中不會(huì)發(fā)生金相組織的變化，不必?fù)?dān)心會(huì)出現(xiàn)“燒傷”。即便將切削速度進(jìn)步到10m/min(新一代機(jī)床所能達(dá)到的速度)、在加工過(guò)程中仍不會(huì)有產(chǎn)生熱負(fù)荷的危險(xiǎn)。在低速加工的夾緊時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大的力。這個(gè)力可能很大，表面的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生壓緊和殘余壓應(yīng)力增大，而這種現(xiàn)象通常出現(xiàn)在熱處理過(guò)程中。這種殘余壓應(yīng)力增大對(duì)零件壽命有利，所以珩磨齒輪必然會(huì)進(jìn)步其抗磨損性，因而珩磨齒輪的使用壽命要比用其它方法精加工的淬硬齒輪的壽命長(zhǎng)。上述珩磨加工方法的優(yōu)點(diǎn)可回結(jié)為：這是一種經(jīng)濟(jì)可行的加工方法。在考察一種工件加工工藝的經(jīng)濟(jì)可行性時(shí)，必須考慮到整個(gè)加工過(guò)程鏈。這對(duì)硬齒輪精加工來(lái)說(shuō)尤其重要的，由于預(yù)精加工是重要的。通常，加工本錢的進(jìn)步與工件硬度的大小不成比正。為此，在大多數(shù)情況下需要一種良好的綠色加工方法，既要能有效進(jìn)行硬齒面加工，又要熱處理變形效果小。這就要?jiǎng)?chuàng)造一種理想的硬齒面精加工條件。除了對(duì)預(yù)加工方法實(shí)施改進(jìn)之外，這種硬齒面加工方法不但切除量要大，而且要能有大的尺寸變化，這樣才能可靠而廉價(jià)地切除材料。這就使人產(chǎn)生了一種能使珩磨的工藝上風(fēng)與磨削的產(chǎn)量上風(fēng)相結(jié)合的設(shè)想。這就導(dǎo)致了一種使設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)的方法：直接珩磨，既工件經(jīng)熱處理后直接珩磨。在用直接珩磨法進(jìn)行預(yù)加工時(shí)，不但獲得很高的切除率，而且能經(jīng)濟(jì)地并以很高的重復(fù)精度達(dá)到了預(yù)期的質(zhì)量要求。更快更經(jīng)濟(jì)地加工要求經(jīng)常與進(jìn)步加工重復(fù)性和質(zhì)量并使機(jī)床操縱盡可能簡(jiǎn)便的要求如影隨形。以前，在進(jìn)行珩磨時(shí)需選用人造樹(shù)脂結(jié)合氧化鋁或硬質(zhì)合金磨具，電鍍CBN或金剛石磨具或者是復(fù)合模具對(duì)于過(guò)程控制，理論上存在雙面接觸、單面線接觸和單面點(diǎn)接觸幾種可能性，以及有或沒(méi)有工件與工件驅(qū)動(dòng)同步。同時(shí)，還存在將這類策略組合在一起，促成一種優(yōu)化的效果的可能。在選用磨具材料時(shí)，必須考慮采用能達(dá)到長(zhǎng)磨具壽命的材料。還要考慮到，易切削磨料導(dǎo)致修整磨具過(guò)早磨損的題目。
有一種過(guò)程控制方法能縮短珩磨時(shí)間，易于保證在整個(gè)齒面上保持理論上的線接觸。因此避免了磨具與工件的點(diǎn)接觸。盡管這可能有悖于產(chǎn)生較大殘余壓應(yīng)力的要求，足夠大的力依然會(huì)使之保持理論線接觸。連續(xù)改變接觸條件會(huì)產(chǎn)生良好的動(dòng)態(tài)特性，不會(huì)因擺動(dòng)角度使機(jī)床部件產(chǎn)生嚴(yán)重顫振。珩磨過(guò)程中，單面線接觸珩磨時(shí)這類動(dòng)態(tài)特性會(huì)對(duì)機(jī)床產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為大限度地減小這種影響，要盡可能地采用雙面線接觸。系列化生產(chǎn)中，數(shù)控珩磨機(jī)由此而引發(fā)的對(duì)珩磨過(guò)程中利用機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈實(shí)施齒面修形過(guò)程的各種限制，可予忽略。但在工裝中必須建立輪廓修形。關(guān)于單面或雙面接觸，所涉及的或是磨具齒面，或是工件齒面。事實(shí)上，在加工過(guò)程中總有一個(gè)以上的齒在保持接觸。這就表示珩齒過(guò)程是一種連續(xù)接觸的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程。這是使齒輪低噪聲運(yùn)行的一項(xiàng)重要的決定性因素。
