磨削工件外圆砂轮及各工艺参数的选择

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  摘要:在无心磨床上粗磨工件外圆时砂轮种类及各工艺参数的选择都很重要。本文通过实验对比,在选用不同硬度砂轮时,通过调整托板倾角、导轮倾角、工件中心高等工艺参数值的不同,达到既保证了技术要求又使刀具的磨损尽可能小,还降低了生产成本的目的。
  关键词:无心磨床 托板倾角 导轮倾角 工件中心高
  
  ▲▲ 一、现象
  
  在外圆无心磨床上粗磨工件外圆时,大都采用中软砂轮。这虽然能保证一定的加工精度但砂轮的磨损比较严重,平均连续使用不到70小时要更换新的砂轮。那么,能否改用较硬砂轮进行粗磨呢?如果使用较硬砂轮能否保证本工序的技术要求?还会不会出现什么新的问题呢?这些新问题又将如何解决?
  在实验的初始阶段,采用硬度为P的砂轮,托板斜角Ψ为,磨削工件时发现火花不匀、离缝、闷车和烧伤等不正常现象致使实验停止。
  
  ▲▲ 二、原因分析
  
  为抓住事物的本质,从根本上解决问题,必须进行理论分析。事实上,上述不正常现象就是由于工件接触不稳、运动失稳等原因造成的。一般,如果发现工件在磨削轮的前部和后部火花不均匀, 如前部多后部少或后部多前部少, 这是由于导轮倾斜角调整不恰当, 工件与导轮沿母线方向不能全长接触。这时候可将导轮回转座在水平面内进行调整, 直到火花均匀为止。如果发现工件在磨削中时转时停, 火花时多时少, 在此情况下磨出的工件极可能产生棱圆, 这与导轮不圆有关, 应及时修整导轮。离缝,表明工件移动失稳。闷车是工件转动失稳的典型描述。而烧伤,则显示出运动失稳所带来得严重后果。表面烧伤主要原因是切削处温度过高, 磨削产生的磨削热无法立即排走, 使工件表层金相组织发生变化, 因而使工件表面硬度发生明显变化, 造成工件表面高温烧伤。通常可能是切削深度过大, 切入速度过快, 砂轮过硬或变钝, 冷却不够等等原因造成。一般解决的办法是减小切削深度, 降低切入速度, 选用较软的砂轮、修整砂轮表面, 改进冷却装置结构, 使冷却液最大限度地达到磨削区域等方式来解决烧伤问题。
  根据以上出现的现象分析其原因,可以认为,以前采用硬度为L的砂轮,因其自锐性好,对粗磨有利,这固然是重要的因素,但另一个不可忽视的原因在于整个工艺系统的协调,即各参数的最优组合。当改用硬度为P的砂轮而其它条件暂时不变时,破坏了原工艺系统中各部件几何参数的最优组合,使得工件的运动特性变坏,失去了接触、移动和转动的稳定性。这就是问题的实质。可以说,能否采用硬度为P的砂轮用于粗磨外圆加工的关键在于选择与之相适应的合理的工艺系统中各部件几何参数的最优组合,使工件保持良好的运动状态。这才是要解决的问题的关键。
  
  ▲▲ 三、措施
  
  在磨削工件过程中,比较容易改变的工艺参数是托板倾角ψ、导轮倾角α和工件中心高h。因此,应着重分析这三个参数对工件运动特性的影响。
  由图1图2可知,较大的托板倾角,有利于工件的稳定移动;而对工件的转动特性而言,最好应取较小的拖板斜角。另一方面,较大的导轮倾角,可增强工件的移动稳定性,而对工件转动特性影响不大。工件中心高的增加,对工件的转动和移动都是有益的。
  经过综合评价,实验中,将托板斜角从原来的30°减小为20°;并将导轮倾角适当增加,以补偿由于托板斜角的减小而带来的工件移动特性值的损失。工件中心高取较大值,为22.5mm,这是考虑了较大的工件中心高有利于工件的运动和成圆。
  


  ▲▲ 四、实验结果
  
  根据以上分析,安排了三次实验,结果见表1
  


  表1 实验结果统计
  
  由表1可知,采用硬度为P的砂轮、20°托板斜角和2°~3°导轮斜角,可以加工出所要求精度的工件。在这三个安排中,1、2号实验的合格率和相对综合精度打分比较高。在这两个实验中,从加工精度上讲,第1号实验比第2号实验要高些;从加工效率上讲第1号实验比第2号实验要低些,效率低的原因是导轮倾角较小。
  从表中还可以看到,第3号实验的相对综合精度稍差,甚至出现了几个不合格工件。这主要是因为导轮转速较高,造成工件动态定位不佳和系统振动,使磨削精度下降的缘故。值得注意的是,当采用硬度为P的砂轮和20°斜角托板加工工件时,磨削火花十分均匀,振动也不明显,工件的转动和移动均处于良好状态。尤其是,砂轮的磨损明显减小,平均大约使用180小时才更换一次砂轮。从经济效益上讲是很有意义的。
  无心磨削是最常用的磨削手段之一,由于工件采用不定中心的方式,磨削后的工件能否改善几何形状并不确定,影响因素较多,需要对各要素进行合理调整,操作人员应具有较高的技术水准和丰富的工作经验。总结和归纳已掌握的经验,将有利于缩短掌握工作方法的时间,迅速判断产生问题的因素,使加工过程顺利进行。本次实验证明,通过合理选择工艺参数,使工件处于稳定的运动状态,就可以采用较硬砂轮进行无心粗磨的生产。这一结论在实际加工中得到了验证。
  
  参考文献:
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  (责任编辑:刘璐)
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