磨削加工新技術(shù)的發(fā)展

拼搏人生

快速點(diǎn)磨削技術(shù)
　　德國(guó)Junker 公司十1994 年開(kāi)發(fā)的快速點(diǎn)磨削(Quick-point Grinding )是一種新的高速/超高速磨削技術(shù)形式，具有高效率、高柔性、大批量生產(chǎn)及高質(zhì)量穩(wěn)定性。主要用于軸類(lèi)零件加工。目前已在汽車(chē)工業(yè)、機(jī)床及工具制造業(yè)、紡織及印刷機(jī)械制造業(yè)中得到應(yīng)用。應(yīng)用該工藝可以通過(guò)一次裝夾幾乎實(shí)現(xiàn)軸類(lèi)件全部表面加工，大大提高了零件加工精度及生產(chǎn)率。我國(guó)部分汽車(chē)制造企業(yè)目前也引進(jìn)了這一工藝設(shè)備，并取得了明顯效益。由于國(guó)內(nèi)目前沒(méi)有開(kāi)展系統(tǒng)的理論和應(yīng)用研究，不掌握其核心技術(shù)理論、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和編程技術(shù)，僅就單一零件加工由國(guó)外壟斷定制，全部工藝、設(shè)備和配套附件均依賴(lài)進(jìn)口。而國(guó)外由于技術(shù)壟斷，對(duì)快速點(diǎn)磨削的相關(guān)技術(shù)信息也鮮見(jiàn)報(bào)道。作為教育部重點(diǎn)科學(xué)技術(shù)研究課題，東北大學(xué)從2004 年開(kāi)始對(duì)快速點(diǎn)磨削關(guān)鍵技術(shù)及磨削機(jī)理開(kāi)展了基礎(chǔ)性的理論與實(shí)驗(yàn)研究，并研制開(kāi)發(fā)了實(shí)驗(yàn)機(jī)床和點(diǎn)磨削超薄CBN 砂輪(見(jiàn)圖1 和圖2)。
　　機(jī)床采用動(dòng)靜壓主軸軸承，軸承工作壓力30MPa ，轉(zhuǎn)速達(dá)1500Or/min ，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)磨變量角度。和刀在給定范圍內(nèi)變化，X-Z方向聯(lián)動(dòng)進(jìn)給，冷卻系統(tǒng)供液壓力2MPa 。
1 c2 y& I/ _" o6 |　　3.1 快速點(diǎn)磨削的關(guān)鍵技術(shù)
　　
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　　數(shù)控快速點(diǎn)磨削集成了數(shù)控車(chē)削、CBN 超硬磨料和超高速磨削技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種形狀表面及多種材料的高性能加工。圖3 為點(diǎn)磨削加工凸輪軸。快速點(diǎn)磨削的磨削過(guò)程不同于一般意義上的超高速磨削，其技術(shù)特征如下：
' M3 d+ n; r3 Q- L/ }# H　　(1)點(diǎn)磨削加工時(shí)，砂輪與工件軸線(xiàn)并不是始終處于平行狀態(tài)，而是在水平和垂直兩個(gè)方向偏轉(zhuǎn)α、β角度，以實(shí)現(xiàn)砂輪與工件理論上的“點(diǎn)接觸”, 最大限度減小砂輪與工件接觸面積和避免砂輪端面與工件臺(tái)肩發(fā)生干涉。接觸區(qū)放大后如圖4 陰影部分所示。
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　　點(diǎn)磨削以單向磨削為主，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制這兩個(gè)方向的角變量數(shù)值，以及在X 、Z 方向采用與CNC 車(chē)削相類(lèi)似的兩軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控進(jìn)給，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形狀表面的點(diǎn)磨加工。X 方向采用高精度靜壓圓柱導(dǎo)軌技術(shù)(圖5) ，以增加阻尼和穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)微米級(jí)精確切人進(jìn)給。Z方向(縱向)進(jìn)給采用帶有預(yù)負(fù)載的滾珠絲杠和平面渾形涂層導(dǎo)軌。
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　　(2)快速點(diǎn)磨削采用金屬結(jié)合劑超硬磨料(CBN 或人造金剛石)超薄砂輪，直徑一般為300～400mm ，寬度為4 ～6mm ，徑向磨料層厚度為5mm 。砂輪架、主軸箱和尾架的調(diào)整和安裝均采用Junker 公司專(zhuān)利技術(shù)“三點(diǎn)定位安裝系統(tǒng)”快速完成，重復(fù)定位精度高，砂輪徑向跳動(dòng)精度可控制在0.OO2mm 以?xún)?nèi)，并可補(bǔ)償高速離心力作用下的砂輪孔徑漲大。如圖6 所示，更換頂尖時(shí)間小于2min ，更換砂輪時(shí)間小于2Omin 。為控制由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)，保證加工質(zhì)量，在砂輪的每次修整和更換后都要進(jìn)行動(dòng)平衡。Junker 公司的點(diǎn)磨機(jī)床通過(guò)安裝在主軸端部的電子自動(dòng)平衡系統(tǒng)自動(dòng)完成砂輪在線(xiàn)動(dòng)平衡。由于砂輪極薄，降低了砂輪重量和不平衡度，并使由砂輪高速旋轉(zhuǎn)在磨削區(qū)周?chē)a(chǎn)生的高壓空氣層對(duì)冷卻液的阻礙作用下降，同時(shí)也減少了高速砂輪的旋轉(zhuǎn)阻力，并且能磨削狹窄及斷面尺寸變化較大的型面閻。
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　　(3)砂輪速度可達(dá)90-16Om/s 。為獲得高磨除率，同時(shí)不使砂輪產(chǎn)生過(guò)大的離心力而發(fā)生破壞，工件也高速旋轉(zhuǎn)，并與砂輪轉(zhuǎn)向相同，通常在1000r / min 以上，最高可達(dá)12O00r /沒(méi)in 。因此接觸點(diǎn)處的實(shí)際磨削速度應(yīng)是砂輪和工件兩者線(xiàn)速度的疊加，可達(dá)200m/s 以上，以實(shí)現(xiàn)更高應(yīng)變率下材料的去除。
　　(4)與一般磨削方式不同，在磨削外圓時(shí)，砂輪磨損主要是在端面沿橫向發(fā)生，而沿徑向磨損很小。實(shí)際應(yīng)用中一般根據(jù)砂輪耐用度(加工工件的數(shù)量)或磨損狀態(tài)(砂輪橫向磨損寬度是否達(dá)到規(guī)定值)，通過(guò)與工件同軸線(xiàn)安裝的金剛石滾輪和油石直接在機(jī)床上完成在線(xiàn)修整。修整時(shí)，主要是將砂輪在寬度方向磨損后剩存且已經(jīng)鈍化的一層磨粒由金剛石滾輪切除，恢復(fù)砂輪圓柱表面形狀，再用油石修銳。直到砂輪磨粒徑向厚度層全部修整去除，砂輪達(dá)到使用壽命。一汽大眾汽車(chē)有限公司引進(jìn)快速點(diǎn)磨削技術(shù)磨削發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸軸徑，采用厚度為5mm 的金屬結(jié)合劑CBN 砂輪，砂輪修整一次可磨削工件3000 件，每片砂輪可修整20 次[6]
　　(5)使用高速低粘度磨削油噴注進(jìn)行冷卻，供液壓力一般為1～2MPa ，采用如圖4 所示的雙噴嘴噴注方式。由于高速旋轉(zhuǎn)砂輪將磨削油甩成油霧，加工必須在封閉環(huán)境中自動(dòng)進(jìn)行，并需配有吸排風(fēng)系統(tǒng)、高效率磨屑分離與油氣分離裝置。
( }1 h7 Y: k4 u1 E　　3.2 快速點(diǎn)磨削技術(shù)的應(yīng)用效果
　　快速點(diǎn)磨削的磨削溫度低，可實(shí)現(xiàn)少、無(wú)磨削液加工，能夠達(dá)到高精度磨削的表面質(zhì)量和加工精度;由于磨削力極小，用頂尖產(chǎn)生的摩擦力即可帶動(dòng)工件，特別適合剛性較差的細(xì)長(zhǎng)軸加工，可進(jìn)行包括工件兩端在內(nèi)的整體加工;快速點(diǎn)磨削砂輪使用壽命相當(dāng)長(zhǎng)，最高磨削比可達(dá)60000 ，成為半永久性工具，每次修整最多可加工上萬(wàn)個(gè)工件，生產(chǎn)效率比普通磨削提高6 倍，機(jī)床利用率高達(dá)88 %一95 % , 比傳統(tǒng)磨削方法高出3%一8 % ;快速點(diǎn)磨削砂輪的形狀精度保持性極好，保證了大批量生產(chǎn)中極高的質(zhì)量穩(wěn)定性;一次安裝后可完成外圓、錐面、曲面、螺紋、臺(tái)肩和溝槽等所有外形的加工，具有更大的柔性和更高的生產(chǎn)率。還可以實(shí)現(xiàn)車(chē)磨工序合并。我國(guó)汽車(chē)制造企業(yè)用快速點(diǎn)磨削技術(shù)加工凸輪軸，只需一臺(tái)機(jī)床即可完成凸輪軸軸頸的全部加工，運(yùn)行成本降低70%一80% ，加工精度在H6 級(jí)以上，表面粗糙度值低于0.8 µm