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磨削加工新技術(shù)的發(fā)展

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發(fā)表于 2010-5-2 17:01:31 | 只看該作者 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
快速點(diǎn)磨削技術(shù) 6 t/ X) T! \* _. e
  德國Junker 公司十1994 年開發(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。主要用于軸類零件加工。目前已在汽車工業(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)用該工藝可以通過一次裝夾幾乎實(shí)現(xiàn)軸類件全部表面加工,大大提高了零件加工精度及生產(chǎn)率。我國部分汽車制造企業(yè)目前也引進(jìn)了這一工藝設(shè)備,并取得了明顯效益。由于國內(nèi)目前沒有開展系統(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外壟斷定制,全部工藝、設(shè)備和配套附件均依賴進(jìn)口。而國外由于技術(shù)壟斷,對快速點(diǎn)磨削的相關(guān)技術(shù)信息也鮮見報(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 年開始對快速點(diǎn)磨削關(guān)鍵技術(shù)及磨削機(jī)理開展了基礎(chǔ)性的理論與實(shí)驗(yàn)研究,并研制開發(fā)了實(shí)驗(yàn)機(jī)床和點(diǎn)磨削超薄CBN 砂輪(見圖1 和圖2)。4 R" n# C! A. T" y) G
  機(jī)床采用動靜壓主軸軸承,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)動進(jìn)給,冷卻系統(tǒng)供液壓力2MPa 。3 ~$ I0 e" y7 f3 y' C& o" `
  3.1 快速點(diǎn)磨削的關(guān)鍵技術(shù)
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# w5 _$ y) o  n$ k5 B  數(shù)控快速點(diǎn)磨削集成了數(shù)控車削、CBN 超硬磨料和超高速磨削技術(shù),可實(shí)現(xiàn)對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??焖冱c(diǎn)磨削的磨削過程不同于一般意義上的超高速磨削,其技術(shù)特征如下:
* Z; }( b0 u' \' o( J  (1)點(diǎn)磨削加工時(shí),砂輪與工件軸線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肩發(fā)生干涉。接觸區(qū)放大后如圖4 陰影部分所示。+ ?; P9 U+ n4 w2 M
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$ I; T+ i3 a+ [: a  點(diǎn)磨削以單向磨削為主,通過數(shù)控系統(tǒng)來控制這兩個(gè)方向的角變量數(shù)值,以及在X 、Z 方向采用與CNC 車削相類似的兩軸聯(lián)動數(shù)控進(jìn)給,以實(shí)現(xiàn)對不同形狀表面的點(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,砂輪徑向跳動精度可控制在0.OO2mm 以內(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,保證加工質(zhì)量,在砂輪的每次修整和更換后都要進(jìn)行動平衡。Junker 公司的點(diǎn)磨機(jī)床通過安裝在主軸端部的電子自動平衡系統(tǒng)自動完成砂輪在線動平衡。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)周圍產(chǎn)生的高壓空氣層對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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- X6 m! \; D. j2 T/ z  (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。) |9 Q1 z. x1 `4 W0 I/ Y2 |
  (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),通過與工件同軸線安裝的金剛石滾輪和油石直接在機(jī)床上完成在線修整。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。一汽大眾汽車有限公司引進(jìn)快速點(diǎn)磨削技術(shù)磨削發(fā)動機(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]# x3 A- `/ ~2 @  U" g; {6 H4 n& m
  (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。* L6 b+ {8 n; _* q2 g  o
  3.2 快速點(diǎn)磨削技術(shù)的應(yīng)用效果
, h2 ^3 {7 C9 o5 A) v  快速點(diǎn)磨削的磨削溫度低,可實(shí)現(xiàn)少、無磨削液加工,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工件,特別適合剛性較差的細(xì)長軸加工,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,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)車磨工序合并。我國汽車制造企業(yè)用快速點(diǎn)磨削技術(shù)加工凸輪軸,只需一臺機(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 級以上,表面粗糙度值低于0.8 µm
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