（机械工程专业论文）lbr370尾座套筒的加工工艺研究.pdf

摘璎 摘要 数控车l b r 3 7 0 尾座套筒为我厂为北一大隈提供的部件尾座部件的套 简。是d 工厂正式生产后，北一大隈交与d 工厂生产的关主件之一，同时也是 大隈考察d 工厂加工能力的一个标志性的工件。3 7 0 尾座套筒 9 0 o 眦m m 外圆 的表面粗糙度图纸要求i 硼4u ( 约合r a o 0 4u ) ，粗糙度等级达到了1 2 级，4 2 5 m i l l 长9 0 吨i | 假m i i l 外圆的尺寸精度2u ，精度等级达到了i t l 级，圆柱度2 | l ， 圆度1u ，这是对我厂加工能力的一个挑战( 以前所加工工件的表面粗糙度最高 也只到r a o 2u ，工件的尺寸精度0 0 0 5 咖) ，是外圆磨床加工能力的一个极限。 此工件的加工是对磨床加工能力的综合挑战。在本课题中我们对外圆精密磨削阶 段影响工件加工表面质量、尺寸测量精度的因素做了全面、详细的分析，做了大 量的实验，并相应做了大量的分析：对砂轮的研究、对金刚笔的研究、对冷却液 研究、加工余量的研究、对磨削参数的研究、对测量方法的分析、温度对测量精 度的影响等。并对整个外圆精磨削工序做了详细规范，编写了相应的作业指导书。 所有的工作为以后大隈关主件的加工打下了良好的基础。在本课题规范后加工的 工件达到了日本大隈完美品质的要求，证明了d 工厂的加工能力。通过对此件 的加工提升了d 工厂数控磨床的加工能力。 关键词低粗糙度磨削；高精度磨削；表面质量；测量精度；磨削 北京t 业人学t 千罕硕i ：论文 a b s t r a c t t a i ls t o c ks l e e v eo fl b r 37 0n cl a t h ei st h ep r o d u c t i o nm a c h i n e db y f a c t o r y d f o rb y j c o k u m a o h es l e e v eo ft h et a i ls t o c k a f t e rf a c t o r y - d b e g i n n i n gt om a c h i n ep a r t t h es l e e v e i st h ef i r s tp a r tt h a tb y j c - o k u 队g i v e f a c t o r y dt om a c h i n e ，a n da tt h es a m et i m eb y j c o k u m ac h e c kt h ea b i l i t yo ft h e f a c t o r y - dt h r o u g hm a c h i n i n gt h ep a r t 1 1 1 el e n g t ho ft h e3 7 0t a i ls t o c ks l e e v ei s4 2 5 m l na n dt h es u r f a c eq u a l i t yo f d i a m e t e r o f0 9 0 吨km mi sr y 0 4 i x ( e q u a lt o r a 0 0 4 d ，t h eg r a d eo fs u r f a c eq u a l i t yh a v er e a c h e dt o12g r a d ea c c o r d i n gt og b 1 1 1 e t o l e r a n c eo f0 9 0 k m m 7 sd i a m e t e ri s2 p ，t h eg r a d eo ft h et o l e r a n c ei si t 01 ，t h e r o u n di s1 “i ti st h ec h a l l e n g et oo u rf a c t o r y sm a c h i n i n ga b i l i t y ( b e f o r e ，t h eb e s tp a r t s u r f a c eq u a l i t yi si 瑚2 p ，t h ed i m e n s i o na c c u r a c yi s0 0 0 5 m m ) ，s oi ti st h el i m i to f e x t e r n a lc y l i n d r i c a lg r i n d i n gm a c h i n e ，a n di ti st h ec h a l l e n g et ot h ea b i l i t yo fg r i n d i n g m a c h i n e i nm yt e x t ，w eh a v ed o n em a n ya n a l y s i s ，f o re x a m p l e ：t h eg r i n d i n gw h e e l 、 d r e s s e r ，t h ep a r a m e t e ro fd r e s s i n g ，c o o l a n t ，f i n ef i n i s h i n ga l l o w a n c e ，t h ep a r a m e t e r o ft h eg r i n d i n g 、t h em e a s u r i n gm e t h o da n dt h ei n f l u e n to ft e m p e r a t u r et om e a s u r i n g a c c u r a c ye t c w eh a v em a d et h eg r i n d i n gs p e c i f i c a t i o n ，a n dm a d et h eo p e r a t i n g i n s t r u c t i o n w eh a v eg o tal o to fg o o de x p e r i e n c eb ym a c h i n i n gt h ep a r tf o rm a c h i n i n g o t h e rp a r t n o wt h ep a r tt h a tm a c h i n e db yf a c t o r y - dh a v eg o tt h ep e r f e c tq u a l i t y , a n d h a v ep r o v e dt h ea b i l i t yo ft h ef a c t o r y d ，a n dt h ef a c t o r y dh a v ei m p r o v e dt h e m a c h i n i n ga b i l i t yb ym a c h i n i n gt h ep a r t k e yw o r d sh i g hs u r f a c eq u a l i t yg r i n d i n g ；h i g hp r e c i s i o ng r i n d i n g ；s u r f a c eq u a l i t y ； m e a s u r i n ga c c u r a c y ；g r i n d i n g 第1 幸绪论 曼! ! 曼詈! ! 皇皇曼! ! 鼍苎鼍! ! 皇! ! ! ! 曼曼皇詈m _ i 一 一一i | ； w 两；i i ! 曼 1 1 课题背景及来源 第1 章绪论 本课题l b r 3 7 0 尾座套筒的加工工艺研究是基于本人所在工厂一北京第 一机床厂d 工厂为北一大隈( 北京第一机床厂与日本大隈的合资公司) 加工 的工件一数控车l b r 3 7 0 尾座套筒的加工。 本人所在工厂北京第一机床厂d 工厂主要是进行精密工件加工的， 主要任务是为北京第一机床厂与日本大隈的合资公司一北一大隈生产高精度零 部件，使其关键零部件国产化，降低成本。d 工厂厂房是新的一2 0 0 5 年从大北 窑搬至顺义林河开发区新建；其机床是新的一搬家后新购置，机床性能升级。机 床配置多为世界顶级，如3 台瑞士s t u d e r 公司的数控复合磨床、瑞士福马公 司的1 5 0 c n c 数控内圆磨床，日本太阳工机的数控立磨、德国k o l l e n b e r g 的数控 端齿磨，日本m a z a k 公司的3 台五轴联动复合车等等：人是新的一老工人大 部分买断，操作工人大部分为技校新毕业的。精密部件制造部的目标就是出精品， 出别人加工不了的零部件。d 工厂建厂的主要任务就是为北一大隈生产其所需 的精密零部件，如主轴部件、数控车尾座部件等等，使其零部件尽快国产化以降 低成本，提高产销量，扭转北一大隈亏损的局面，同时通过加工大隈的零部件提 升自身能力，逐步走向市场。 数控车l b r 3 7 0 尾座套筒为北京第一机床厂d 工厂为北一大限提供的部 件尾座部件的套筒。是d 工厂正式生产后，北一大隈交与d 工厂生产的关 主件之一，同时也是大隈考察d 工厂加工能力的一个标志性的工件。其装在尾 座内，套筒前部为m n o 5 的锥孔可以装顶尖，用来在数控车上装夹工件。中日 双方对此工件的加工都非常重视。北一大隈2 0 0 6 年预计年产销量数控车床为4 0 0 台，是其主打产品。所以其零部件的国产化为首要任务。而尾座套筒又是其中的 重中之重。l b r 3 7 0 尾座套筒此工件的加工对日本大隈而言也是有一定难度的， 至今日本大限此件的加工质量也不是很稳定。 3 7 0 尾座套筒9 0 0 懈m m 外圆的表面粗糙度图纸要求i 寸0 4p ( 约合r a o 0 3 u ) ，粗糙度等级达到了1 2 级，4 2 5m m 长9 0 0 懈m m 外圆的尺寸精度2u ，精 度等级达到了i t l 级，圆柱度2 u ，圆度1u ，这是对我厂加工能力的一个挑战 ( 以前所加工工件的表面粗糙度最高也只到r a o 4i l ，工件的尺寸精度 0 0 0 5 m m ) ，是外圆磨床加工能力的一个极限。试加工了半年而未加工出合格的工 件而且加工质量与大隈要求相去甚远，粗糙度达不到要求一最好r a o 1i l ：尺寸 精度达不到要求；表面质量不好一有螺旋纹及拉毛，日本大隈开始怀疑d 工厂的 加工能力，因此其他准备交与d 工厂加工的关主件一4 6 v 、5 6 v 、3 7 0 主轴等也延 北京t 业人学t 程硕卜沦义 后加工。领导也意识到这个看似简单的工件已经远超出了d 工厂现有的a n ：i ：水 平。如不专题立项研究很难能加工出合格的工件，所以立此课题。 1 2 国内外研究现状 现在北一大隈所使用的此工件为从日本进口，其价格非常高。日本大隈怀疑 国内就没有加工此工件的能力。我厂为国内机床生产加工的龙头企业，但我们以 前所加工工件的表面粗糙度最高也只到r a 0 4u ，工件的尺寸精度5u ，工件的 外观螺旋纹拉毛只要不影响使用基本没要求。其他厂家的加工能力可想而知。而 且国内套筒类工件基本为配做，即其尺寸精度只要求在o 0 2m i l l 左右的精度内， 尾座内孔根据套筒的实际测量值进行加工，减少套筒的加工难度。日本人的尾座 套筒因其精度高而具有互换性，所以尾座的加工与套筒无关，可独立进行。这样 的加工方式适合工业化大批量生产，利于提高生产效率。但同时此种方式对机床， 对加工人员的素质要求也高起来。我们曾对从日本进口的套筒进行了研究检测， 发现它所加工的工件质量也不是很稳定，有的也有尺寸超差、粗糙度差、表面螺 旋纹、拉毛等问题，而且从日本大隈对此工件的重视程度看日本人把此工件 的加工作为衡量d 工厂加工能力的标志，说明此工件的加工对日本人来说也是有 难度的。我厂从2 0 0 5 年7 月开始进行数控车l b r 3 7 0 尾座套筒的试制，试制半年 有余，加工结果仍不理想。 数控磨床在我国的应用还不是很广泛，我厂开始使用数控磨床的时间也不 长，对数控磨床的各项性能也还没有掌握的很清楚。所以国内可以查阅的相关资 料也非常少。l b r 3 7 0 尾座套筒的加工尤其是最后的精加工磨削阶段对机床及加 工工艺的要求非常高。此工件的磨削属于高精度( 0 0 0 2 m m ) ，低粗糙度( r a 0 0 4 u ) 磨削，所以机床的几何精度，冷却系统，n i 参数等等都会对最后的加工结 果产生很大的影响。并且还要保证工件之间尺寸精度的稳定性( 稳定在0 0 0 2m m 公差之内) 。这样的工件加工在普通磨床上是保证不了的。只有在高精度的数控 磨床上才能加工出合格的工件，并能保证大批量生产的稳定性。国外发达国家的 数控磨床的使用已常普遍。通过l b r 3 7 0 尾座套简的加工，我们可以借鉴国外数 控磨床的使用经验总结出我们自己的使用数控磨床的方法。 1 3 主要研究内容 l b r 数控车尾座套筒的图纸见附录1 ，其加工难点包括： 1 外圆尺寸9 0 吨l k1 1 1 1 1 1 的精密磨削及测量 2 外圆9 0 眦m m 尺寸的表面粗糙度r y 0 4um ( 约合r a 0 0 4u ) 的磨削 3 外观要求不能有螺旋纹及拉毛 第l 币绪论 从以上可以看出l b r 3 7 0 尾座套筒的加工难点主要在精加工的磨削部分，尤 其是外圆的磨削。 此工件的外圆的表面粗糙度r y o 4u m ( r a o 0 4l lm ) ，已达到超精密磨削的范 畴( 0 1 6 u 以下属普通磨削，0 0 8 0 1 6 i l 属高光洁度磨削，0 0 2 - 0 0 4 u 属超精 密磨削) ，而且日本大隈要求工件在经尾座内孔研磨后不能有螺旋纹及拉毛。要 想获得高的光洁度，应根据工件材料( 1 5 c r m o ) ，硬度( 经实测工件的硬度为5 7 h r c ) 采用尽量小的砂轮粒度，尽量密的组织及偏软的砂轮并采取采用小的砂轮修整速 度等等，但同时砂轮细了又会导致螺旋纹及拉毛，砂轮粗了光洁度又上不去。冷 却液浓了光洁度高了，但浓了以后冷却液在工件表面容易形成一层油膜，使沙粒 粘在工件上经砂轮挤压形成拉毛( 拉毛即沙粒在工件表面留下的刻痕) 。 本工件中9 0 外圆的尺寸精度为2u ，其受外界温度的影响非常大，根据材料 的线膨胀系数钢件的线膨胀系数约为1 1 1 0 。6 ，则温度每变化一度工件直径的 变化为1 1 1 01 9 0 0 0 0 1 m m ，而且在进入尺寸公差带的同时还要得到r y o 4 i i ( r a o 0 4u ) 的表面粗糙度不能有螺旋纹及拉毛。此工件的n i 对机床加工中每 一项要素的要求都非常高，而且各个要素之间相互制约，要想得到理想的结果确 实是一件很难的事。经过对工件难点的综合分析，我们得到本课题的主要研究内 容如下： 1 精磨砂轮的选择：根据加工工件的材料，硬度，刚性等选择正确的砂轮材 料、宽度、砂轮粒度、组织号、硬度、结合剂，分析不同的砂轮对工件磨削的影 响； 2 精磨金刚笔的选择：根据工件的粗糙度、尺寸及几何精度等选择合适的金 刚笔，分析不同金刚笔及金刚笔的装夹方式对工件磨削的影响； 3 确定合理的精磨磨削参数：砂轮的线速度，工件的线速度，砂轮的修整量、 修整速度、修整次数，砂轮磨削时的磨削深度，走刀速度，光磨次数。分析各种 磨削参数对工件磨削的影响； 4 确定合理的精磨磨削余量，分析磨削余量对工件磨削的影响； 5 9 0 km m 尺寸的加工、变化规律及测量； 6 如何保证批量生产合格率达到6 0 以上； 7 分析冷却液对工件的表面质量及尺寸精度的影响。冷却液的润滑、清洗和 防粘附性对工件的表面质量有重大影响，对难磨材料更是如此。冷却液的浓度配 比、冷却液的流量、冷却液浇注的位置都会对高精度磨削产生很大影响。冷却液 的温度对工件的尺寸精度也有很大影响； 8 分析出现螺旋纹及拉毛的主要原因，找出相应的解决方法： 9 在加工出合格的工件后，要得出一份详细完整的工艺指导书； 1 0 对精磨磨削工程中的经验进行总结，推广到其他精密零件的加工中，对 工人进行技术培训。 北京t 、i k 入学t 程硕 论义 此课题来源于生产实践，并最终应用于生产实践。通过对数控车l b r 3 7 0 尾 座套筒加工的研究，得出一份数控磨床的磨削指导书，并以此为依据理论结合实 际，对工人进行培训，普及数控磨床的磨削知识，以点带面带动全厂磨床工人素 质的提高，使我厂的加工能力得到提升。 4 课题研究的意义 本课题研究的意义在于： 1 可以向日本大限证实我们的加工能力赢得尊重，获得年均4 0 0 件的定单赢 得利润，同时大隈陆续将其他关主件交与我们加工。 2 此工件的加工是对磨床加工能力的综合挑战，对砂轮的研究、对金刚笔的 研究、对冷却液研究、加工余量的研究、对磨削参数的研究、对机床功能的研究、 对测量的理解、影响尺寸精度的因素分析排查、加工工艺的分析改善、对日本标 准的消化吸收、加工过程的规范等等，所有的工作为以后大隈关主件的加工打下 了良好的基础。此后的加工件5 6 v 、4 6 v 、3 7 0 、2 7 0 主轴、轴承座等都是2 肛的精 度，粗糙度也达到了r y 0 8 p 。有了套筒的加工基础这些工件的加工相应就容易 了很多。套筒的加工对于我们而言并不限于一个工件的加工成功，而是对d 工厂 加工能力的综合提升。 3 3 7 0 尾座套筒的加工属高光洁度超精密加工，应属专有的加工技术，此项 技术的掌握填补了我厂的一块空白。设计可以抄袭但加工工艺却没有办法抄袭， 尤其是精密加工技术在各个国家各个机床生产厂家都属高度保密范围。此项技术 估计国内应难有掌握，国外发达国家有掌握，但因技术保密等因素相关资料很少。 此项技术的掌握为我厂精密机床的制造打下了良好的基础。 4 数控磨床在我国的应用还不广泛，我厂开始使用数控磨床也才将近一年的 时间。所以在数控磨床的应用方面没有什么资料可参考。普通磨床的磨削与数控 磨床的磨削有很大的不同。普通磨床磨削主要以经验为主，它的磨削速度等只能 凭老工人的经验快一点或慢一点，快多少慢多少不知道，所以它的磨削参数是模 糊的，而数控磨床的磨削是数字的，砂轮的速度、工件速度、修整速度、磨削速 度等都是在程序里给出非常明确。l b r 3 7 0 尾座套筒的加工包括外圆磨削( 粗加 工) ，内孔磨削( d 3 2 h 7 孔) ，锥孔磨削( m t n o 5 ) ，外圆磨削( 9 0 0 ，懈m i l l 外 圆精磨) ，所以此工件要经过数控外圆磨床( 粗磨) 、数控内孔磨床，数控万能磨 床，数控外圆磨床( 精磨) ，它的整个磨削过程都是在数控磨床上进行的，通过 对此过程的总结，将经验推广，高工人素质，同时也提升我厂的数控磨床的使用 水平。 第2 章表面质量加工分析 2 1 加工所用机床介绍 加工l b r 3 7 0 尾座套筒所用的机床为瑞上s t u e r 产数控高精度外圆磨床， 型号为s 4 0 c n c 。机床为2 0 0 5 年7 月投入使用。机床定位精度为1 2u 重复定位 精度为02p ，完全满足此工件的加工要求。图2l ，22 为所使用机床的图片： h2 - l 加1 所使川的机床 f i g2 - it h e m a c h i n e o f m a c h i n i n g p a r t 酬2 - 2 待加r 的r 件 f i g2 - 2m a c h i n i n gp a r t 北京t 业大学t 柙硕i j 论文 2 工件表面质量标准分析 从附录i - l b r 3 7 0 尾座套筒图纸可以看出中9 0 d 恤咖外圆的表面粗糙度要 求为r y 0 4 s ，此为日本j i s 标准，换算成国标g b 约为r a 0 0 4u ，已经达到粗糙 度等级v 1 2 ，已属于低粗糙度超精加工，而且是在尺寸精度达到2u 的同时粗糙 度等级达到要求。日本大隈对此工件的表面质量的要求非常高：在粗糙度达到v 1 2 的同时不能有螺旋纹、拉毛3 个以内，表面要清洁如镜，达到完美品质的要 求。 日本大隈对工件的螺旋纹和拉毛的检验非常严格，螺旋纹和拉毛要将工件放 置室外太阳光下即自然光下来检验。工件即使有很轻微的，在室内灯光下看不出 来的螺旋纹和拉毛在室外太阳光下也会暴露无疑的显现出来，这比国内在室内灯 光下检验又严格了很多。这样就要求加工的工件必须不能有一点瑕疵，真真正正 达到完美品质的要求。 2 3 低粗糙度磨削基本情况介绍 2 3 1 低粗糙度磨削的基本原理 低粗糙度磨削的基本原理是用比较锋利的金刚笔对砂轮进行很精细的修整， 在砂轮表面形成等高性很好的微刃，利用这些微刃的切削作用及微刃的半钝化后 的摩擦抛光来达到低粗糙度磨削的目的。螺旋纹和拉毛是高精度低粗糙度磨削中 的常见问题，也是非常难解决的问题。要想得到低的粗糙度就要对砂轮进行精细 的修整，砂轮修整细是产生螺旋纹的重要原因，而砂轮修整过细砂粒容易脱落又 容易产生拉毛。低粗糙度、螺旋纹、拉毛三者之间相互牵连相互制约，要综合起 来分析它们产生的原因。 2 3 2 粗糙度、螺旋纹、拉毛解释业3 1 1 粗糙度 工件的表面粗糙度是工件质量的一项很重要的评价指标。工件的表面粗糙度 低，结合面的摩擦力小，工件耐磨性好，抗腐蚀性能好，工件精度保持性好，工 件的疲劳强度高。 2 螺旋纹 螺旋纹可分为螺旋形走刀痕迹和螺旋形烧伤两种情况，其与工件的走刀速度 和工件旋转速度比一致。螺旋形烧伤属于比较严重的的情况，其用肉眼就可以看 到，工件的表面层烧伤将使产品性能和寿命大幅度地下降，甚至根本不能使用， * 2 口女自e m l n * 造成严醺的质酣问越。所以螺旋形烧伤是be - i 过样中必颈避免的。口i 螺旋形烧伤 足肝削- 1 ，现的比较极端的现蒙，所以相时求i 兑也比较容易解挑。螺旋形走j 痕 迹是比较轻的螺旋纹，但也是很容易出现的螺旋纹，同时也是最难解决的螺旋纹， 在磨削过程中费很大力气上解决的也是此种螺旋纹。螺旋纹见如下图23 ，图 0 1 阿23j 们l 。的螺旋纹 f i g2 - 3 t h e m a r k o n t h ep a r t f i g2 4 t h eb i g f i g u r e o f t h e m a r k 3 拉毛 拉毛是指工件表面出现的一些沟纹深些且宽些的痕迹，是磨削过程中砂 粒在工件表面留f 的划瘦，这种划痕常沿砂轮与工件相对运动方向很有规律地排 列着，电有突然出现两个的划痕，也有密密麻麻分布的划痕。在低粗糙度辟削 中拉毛会严匿影响工件的外观。在磨削过程中产乍的拉毛如图25 ： 倒25 挝毛 f i g2 - 5 t h ec o m m ao np a n 24 影响表面质量的因素分析 采用头脑风暴法对影响套筒外圆加工质量的因素从人、机、料、法、环五方 面进行了分析，因测昔方法是做尺寸精度分析时讨论的问题，这里不做分析。分 析结果作出凶果图如下： 影 响 表 面 质 量 的 因 素 幽2 - 6 影响表面质量的因素分析因果幽 f i g2 - 6 t h ec a u s eo f i n f l u c n ts u r f a c eq u a l i t y 第2 章表面质量加t 分析 2 5 主要因素的确认 对以上因果图中的影响加工表面质量的各项因素进行确认，凡是不能确定是 否对表面n - r 质量产生影响的因素作为实验目标，通过实验分析来确定结果。以 下为要因确认表： 表2 1 要因确认表 t a b l e2 1m a i nc a u s ee n s u r i n g 是否 因素调查分析 要因 工件的加工难度大，远远超出了我厂以前的加工件 ( 一) 操作者的技术能力的能力：所使用的机床为新从瑞士进口的数控外圆是 人 磨床，这对我们来说也是新生事物 操作者的责任心每一个职工都知道此工件的重要性，都极负责任否 此工件加工所使用的机床为瑞士s t u d e r 的高精度 ( 二) 机床精度、性能数控外圆磨床，为2 0 0 5 年购买，其各项精度验收完 否 机床 全符合使用要求。 砂轮的动平衡砂轮的动平衡已控制在0 2u 以内，完全符合要求 否 材料成分 - t 件的材料理化室检验符合要求否 ( 三) 热处理热处理过程稳定，各项指标经检验达到图纸要求 否 材料 材料的稳定性 热处理合理，工件变形符合要求否 ( 四) 温度厂房环境温度稳定 否 环境 环境震动厂房良好，不存在振动 否 砂轮厂家不同厂家的砂轮的性能和质量差别会很大是 磨料 砂轮的磨料对工件材料不适应，是产生螺旋纹及拉 毛的主要原因 砂 硬度 砂轮的软硬直接影响到粗糙度的高低、螺旋纹及拉、 轮 组织 毛的产生是 牌砂轮的组织小粗糙度低，但容易产生螺旋纹及拉毛， 砂 号而组织大，粗糙度不易达到 粒度 砂轮的粒度低，不易产生螺旋纹，但拉毛就会严重， ( 五) 粗糙度不易达到 工 艺轮金 型号 方刚安装方式 金刚笔的三个因素直接影响着砂轮表面修整后的状 是 法笔 态，从而影响磨削效果 锋利程度 修修整速度此三因素会影响砂轮磨削时的表面状态，从而影响是 北京t , l k 人学t 稃硕f j 论文 整 修整量 磨削效果 修整次数 砂轮转速 j f 件转速 这些磨削参数之间是相互制约的，不能拿出某一项 单独说，精加工余量大，拉毛少，但砂轮钝化易产 磨 线速比 生螺旋纹；背吃刀量大拉毛少，但因砂轮受力加大， 削精加工余量 螺旋纹增多；光刀次数多粗糙度低、螺旋纹少，但是 参 背吃刀量 易产生拉毛。这些参数之间如果相互之间配制不合 数 理，就会导致粗糙度、螺旋纹、拉毛不能同时达到 走刀速度 要求。 光刀次数 冷却液的牌号对磨削工件是否适应也是影响磨削质 冷却液牌号 是 量的一个原因 溶解程度冷却液溶解不好回直接影响其磨削性能是 冷却液中的砂粒是产生大拉毛的主要原因，而且清 ( 六) 清洁程度 是 洁程度对冷却液的磨削性能也回有影响 冷 却 冷却位置 影响加j r 时冷却液的冷却、润滑效果，从而影响工 液 流量、流速 件的磨削效果 是 冷却液的浓度高润滑效果好，不容易产生拉毛，但 浓度过高冷却效果不好，又容易产生螺旋纹。合适 冷却液浓度是 的浓度对工件的粗糙度、拉毛及螺旋纹都有较大的 影响 2 6 制订对策 通过对3 3 个末端因素进行分析，发现共2 5 项因素会对工件加工的表面质量 的产生影响。以下为对2 5 项因素的统计： 表2 - 2 要因统计表 t a b l e2 1t h em a i nc a u s es t a t i s t i c s 因素 工艺方法 冷却液人总计 项数1 8612 5 比例 7 2 2 4 4 1 0 0 通过上表可以确定工艺方法和冷却液是影响工件加工表面质量因素中的主要原 因。冷却液的问题比较容易解决；工艺方法中的砂轮牌号的选择、金刚笔的选择、 修整参数的选择、磨削参数的选择都要通过大量的实验、长时间才能确定。工艺 第2 章表面质量加t 分析 方法是本课题解决工件加工表面质量问题的重点及难点所在。以下为针对加工难 点所制定的对策表： 表2 3 要因对策表 t a b l e2 3t h em a i nc a u s em e t h o d 要因对策 ( 一) 砂轮厂家、牌号通过实验选择正确的砂轮厂家、牌号 工艺金刚笔、修整参数通过实验选择正确的金刚笔及修整参数 方法 磨削参数通过实验选择正确磨削参数 冷却液牌号通过实验确认 ( 二) 溶解程度将冷却也送理化室化验，如不符合采取措施 冷 清洁程度采取措施改善冷却液的清洁程度 却 冷却位置 液 流量、流速通过实验确定 冷却液浓度 ( 三) 操作者的技术能力通过培训提高操作者的技术能力 人 2 7 本章小结 本章对l b r 3 7 0 尾座套筒外圆磨削的基本情况做了介绍，主要包括以下几 方面： 1 加工所用机床； 2 外圆2 j n - r _ 所属的低粗糙磨削的基本原理介绍； 3 评定外圆加工表面质量的标准介绍； 4 影响外圆加工表面质量的因素分析； 5 确定影响外圆加工表面质量的主要因素并制定相应的解决措施，制定对 策表。 经本章的详细分析后，为以后具体解决l b r 3 7 0 尾座套筒外圆磨削问题打下 了良好的基础，制定出良好的解决方法。 第3 章表面质量加工对策实施 在上一章t l ，详细的介绍了低租糙度加工的基本i c i 理，对影响低粗糙度加工表 面质量的因素进行了详细的分析在确认主要冈索后对应主要因素制定了对策 表。在奉年中主要对具体的对策实施过程进行详细的介绍分析。 31 砂轮的选择 31 1 砂轮的基本特性”1 砂轮是山，l ：多极硬的摩料经过结合剂黏结而成的切削_ l 具。砂轮足由磨粒、 结合剂及气孔三要素组成。其特性包括磨料、粒度、结台剂、碗度、组织、强度、 形状、尺寸等八个方面。每一种砂轮根据其奉身的特性，都有定的适应范崮。 所以在縻削加l 时，必缬割据具体条件，如j 件的材料、热处理方法等选川合适 的砂轮，下面简单介绍砂轮的特性： 镕自 删3 - l 砂轮特性幽 f i g3 一】t h es t r u c t u r e o f g r i n d i n g w h e e l 1 磨料 磨料是组成砂轮的最重要的核心材料，它直接起切削作用。常用的辟料有天 然和人造的两种。凡然的闪价格昂贵很少采用，所以目前制造砂轮用的磨料 要 足各种人造磨科。常用的磨料包括刚上类磨料、碳化硅类磨料、超硬类磨料。通 常钢材类材料用刚玉类磨料磨削。刚玉类磨料的手要成分足氧化铝( a i ：0 3 ) + f 山 若畦介绍与低粗糙度磨削有关的磨料： ( 1 ) 白刚玉( 代号w a ) ，呈r 色，适于磨淬硬铡、高速铡等； ( 2 ) 铬刚玉( 代号p a ) ，旱粉色，适于淬硬钢、知圭铡刚等精磨，1 i 【_ 性比广j 刚玉高。 幽3 - 2 自刚玉砂轮 f i g3 - 2p u r ea l u m i n i u mo x i d e o 3 - 3 【 m 哆1r f i g3 - 3 t h e p i n k p u r ea l u m i n i u mo x i d e 2 粒度 粒度是指磨料颗粒的火小即粗细的程度。砂轮的粒度对磨削的表面质量有很 大影响。 3 结合剂 结台剂是将磨粒粘固成各种砂轮的粘结材料。结合剂的种类及其性质将影响 北京i 业人学i 柞坝f j 论文 砂轮的强度、耐冲击性、耐热性、耐腐蚀性等。常用的结合剂有陶瓷结合剂( 代 号v ) ，树脂结合剂。 4 硬度 砂轮的硬度是指结合剂粘结磨料的牢固程度，也是指磨粒在磨削力作用下， 从砂轮表面上脱落下来的难易程度。砂轮硬就是磨粒粘得牢，不易脱落；砂轮软， 就是磨粒粘得不牢，容易脱落。 5 砂轮的组织 砂轮的组织是表示砂轮的松紧程度。砂轮的松紧程度与磨粒、结合剂、和气 孔三者的体积比例有关。组织号从l 一1 2 ，组织号越大表示砂轮越疏松。 3 1 2 实验用砂轮的确定 l b r 3 7 0 尾座套筒的材料为1 5 c r m o ，热处理方式渗碳淬火，淬火硬度5 6 - - 6 2 h r c ，工件刚性良好。根据工件的特性我们选定实验用砂轮见表2 4 ： 表3 - 1 实验用砂轮 t a b l e3 - 1e x p e r i m e n tg r i n d i n gw h e e l 序号砂轮牌号牌号说明 产地 l 彤4 4 6 k v 白刚玉、4 6 粒度、k 硬度、陶瓷结合剂、组织号6国产四砂 2w a 6 0 k v 白刚玉、6 0 粒度、k 硬度、陶瓷结合剂、组织号6国产四砂 3w a 8 0 k v 白刚玉、8 0 粒度、k 硬度、陶瓷结合剂、组织号6国产四砂 4w a 8 0 k v 白刚玉、8 0 粒度、k 硬度、陶瓷结合剂、组织号6n o r t o n 5f a 8 0 k v 铬刚玉、8 0 粒度、k 硬度、陶瓷结合剂、组织号6 n o r t o n 6w a l 0 0 k v 白刚玉、1 0 0 粒度、k 硬度、陶瓷结合剂、组织号6国产四砂 7p a l 2 0 j v 珞刚玉、1 2 0 粒度、j 硬度、陶瓷结合荆、组织号6国产四砂 8w a l 2 0 k v 白刚玉、1 2 0 粒度、k 硬度、陶瓷结合剂、组织号6国产四砂 9w a l 2 0 j v 白刚玉、1 2 0 粒度、j 硬度、陶瓷结合剂、组织号6国产四砂 1 0p a l 2 0 j v 珞刚玉、1 2 0 粒度、j 硬度、陶瓷结合剂、组织号6 n o r t o n l l p a l 2 0 i v 珞刚玉、1 2 0 粒度、i 硬度、陶瓷结合剂、组织号6 n o r t o n 1 2 p a l 5 0 k v 珞刚玉、1 5 0 粒度、k 硬度、陶瓷结合剂、组织号6 n o r t o n 1 3 p l a l 8 0 k v 珞刚玉、1 8 0 粒度、k 硬度、陶瓷结合剂、组织号6国产四砂 1 4 p a l 8 0 l v 珞刚玉、1 8 0 粒度、l 硬度、陶瓷结合剂、组织号6国产四砂 以上的砂轮并不是在实验之前一次就选择好的，而是在实验过程中及以后的 加工过程中逐渐调整和选择的。开始因为了加深对砂轮基本性能的理解，根据书 上的参考将身边能找到的砂轮基本都试了一遍。因我厂以前加工的工件的粗糙度 最高也就到r a 0 2u ，所以原有砂轮为四砂产的w a 4 6 k v 、w a 6 0 k v 。四砂的p a l 8 0 k v 、 第3 章表血质量加t 对策实施 p a l 8 0 l v 、w a 8 0 k v 、w a i o o k v 、w a l 2 0 j v 、p a l 2 0 j v 是根据参考书上的推荐及与四 砂的技术人员沟通后，结合自己加工经验逐步选择实验的。n o r t o n 的砂轮是在 实验进入后期从w a 8 0 k v 、p a l 8 0 k v 、p a l 2 0 j v 、p h l 2 0 i v 逐步调整过来的( 因n o r t o n 的定货周期长3 个月左右，所以前期的实验以四砂产的砂轮为主) 。 砂轮的形状尺寸的选定：磨削工件所使用的s t u d e r $ 4 0 数控外圆磨床可以 安装5 0 m m 及6 3 m m 宽两个规格的砂轮，砂轮的动平衡调整的过程中发现6 3 m m 宽 的砂轮因重量过大等原因动平衡不易调整，很难调整到加工要求的o 2 以内，而 且加工过程中动平衡不稳定，这会影响工件加工的表面质量。最终决定选用5 0 m 宽的砂轮。所以以上所实验的砂轮的尺寸规格为5 0 0 x 2 0 3 x 5 0 ，即砂轮直径5 0 0 m m 、 法兰盘孔直径2 0 3 m m 、砂轮宽度5 0 m m 。 3 1 3 实验实施 根据参考书上超精磨削推荐的磨削参数【5 - s ，我们基本选定参数的中间值作 为砂轮选择实验的磨削参数，具体如下： 砂轮的线速度：2 5 m s 工件旋转的线速度：0 2 m s 精加工余量：0 0 2 m m 背吃刀量0 0 0 2 m m 走刀速度：l o o m m m i n 光刀次数：1 2 次 修整采用的瑞士产w l n t e r t h u r 单点式修整器 砂轮的修整量：0 0 0 2 5 m m 4 砂轮的修整速度：l o o m m m i n 对工件磨削后的粗糙度、螺旋纹、拉毛的评价标准如下： 1 粗糙度以m a h r 的轮廓仪测出的实际粗糙度数值作为评价依据，粗糙度取 图纸要求的j i s 标准的r y 值； 2 螺旋纹根据其严重程度制定1 0 个评价等级，从。到9 ，o 为没有螺旋纹， 数字越高越严重，9 为最严重等级。评级标准见表3 2 。 表3 - 2 螺旋纹标准 t a b l e3 2t h em a r ks t a n d a r d 等级 螺旋纹评价标准等级螺旋纹评价标准 o 在阳光下没有 5 用镜象砂纸打后较强 1 在阳光下有轻微 6 用镜象砂纸打后较强 2 在阳光下有较强 7 直接看轻微 3 在阳光下有很强 8直接看较强 4用镜象砂纸打后轻微 9 直接看很强 北京t 业人学t 手罕硕f ：论文 3 拉毛根据其拉毛数量的多少制定1 0 个评价等级，从0 到9 ，0 为合格品， 有3 个以内拉毛，9 为拉毛最严重情况。评级标准见表3 - 3 。 表3 3 拉毛标准 仉山l e3 - 3t h ec o m m as t a n d a r d 等级拉毛评价标准等级 拉毛评价标准 o3 个以内5 2 0 一2 5 个 l4 - 7 个6 2 5 3 0 个 2 7 - 1 0 个 7 3 0 4 0 个 3 1 0 - 1 5 个 8 4 0 一5 0 个 4 1 5 - 2 0 个 9 5 0 以上 砂轮实验过程中记录数据见表3 4 ： 表3 - 4 砂轮实验数据 t a b l e3 - 4 t h eg r i n d i n gw h e e ld a t a 序号砂轮牌号 粗糙度( u )螺旋纹拉毛 l w a 4 6 k v ( 四) 7 3 6 8 9 2w a 6 0 k v ( 四)6 8 379 3w a 8 0 k v ( 四)6 5 l78 4w a 8 0 k v ( n o r )6 8 867 5 p a 8 0 k v ( n o r ) 5 9 35 5 6 w a i o o k v ( 四) 5 5 l 67 7 w a l 2 0 k v ( 四) 5 3 1 56 8 w a l 2 0 j v ( 四) 5 0 l 38 9p a l 2 0 j v ( 四) 4 5 l 25 l op a l 2 0 i v ( 四)4 3 1l8 1 1p a12 0 j v ( n o r )4 3 234 1 2p a12 0 i v ( n o r )3 4 324 1 3 w a l 5 0 k v ( 四) 3 9 464 1 4p a15 0 k v ( n o r )3 4 153 1 5 p a l 8 0 k v ( 四) 3 3 172 1 6p a l 8 0 l v ( 四)3 5 l9l 第3 表面庙量加t 埘第虫施 31 4 实验数据分析 下面我们对表3 4 中所记录的实验数据进行系统的分析，作出如下折线图， 见图3 - 4 ： 多参毋辫，麓黟爹f r 面( u ) 一目 ht 一目榭t * 一矗i 赫磊镕1 陶3 4 砂轮的实验的数据分析 f i g3 4 t h ed a t a o f g r i n d i n g w h e e l a n a l y s i s 通过对图3 _ 4 进行分析发现，螺旋纹最轻的二种砂轮： 表3 - 5 螺旋纹最轻的砂轮 f a b l e3 - 5 t h eg n n d i n g w h e e lo f h a v i n g l e s s m a r k 序号砂轮牌号租糙度( u )螺旋纹拉毛 p a 2 0 i v ( 四) p a l2 0 j v ( 四) p a l 2 0 1 v ( n o r ) 在实验中发现螺旋纹和拉毛可以作为评价砂轮与工件足否适应的一个重要 的指标，其中又以螺旋纹为重。如果磨削过程中螺旋纹比较严重的化即使调整其 他参数也不u r 能将螺旋纹去掉，但如果拉毛很严重的情况下也是不可能通过其他 参数进行改变的。根据以卜经验结合卜衷选定以后进行其他参数实验的砂轮为： n o r t o n 广p a l 2 0 i v 即铬刚玉1 2 0 粒度t 硬度的砂轮。 通过以上实验总结以下经验： 一砂轮粒度对表面质量的影响 在做砂轮选择实验的初期，国产的四砂砂轮是我厂的唯一的砂轮供货厂家， 他们对于我们的实验也丁以了积极的配合，所以四砂的砂轮实验是最全面的从 l l i，0 4 甜到1 8 0 # 进行r 全岍的实验，下山j 就以此为基础进行分析。 哀3 - 6 砂轮粒度寅驰数据 t a b l e3 - 6t h ed a mo f g r a i n 一 序号砂轮牌号 粗糙鹰( u ) 螺旋纹拉毛 w a 4 6 k v ( 四) w a 6 0 k v ( 四) w a $ 0 k v ( 四) w a l 0 0 k v ( ! j y l 5w a l 2 0 k v ( 叫)5 6 6p a l 5 0 k v r n o r l03 9 46 3 7 p a i8 0 k v ( 删) 02 9 37 2 w 4 6 “w a 6 0 k vw , 8 0 k v1 0 0 k v 1 2 0 “1 5 0 k vp 1 8 0 k v + # i 糙废( u ) + 螺旋绽拉毛 陶3 - 5 砂轮 t 度对表面质量的影响 f i g3 - 5 t h e i n f l u e n c e t h e g r a i ns i z e t os u r f a c eq u a l i t y 从图3 - 5 可以看出： i 随着砂轮粒度的增大，粗糙度稍有降低，曲线旱持续下降的趋势： 2 随着砂轮粒度的增人，拉毛呈明显下降的趋势，即砂轮 口度弓越大拉毛 越少： 3 随着砂轮粒度的的增人螺旋纹逐渐减少，在剑1 2 0 9 砂轮时达到最低点， 而后义逐渐增加。这与普通磨削时砂轮的状况完全小旧，普通磨削随着砂轮粒度 的增加螺旋纹会有明缸的增加。 通过对以上图形进行分析n j 以得出以f 结论：对于此工件1 2 0 9 砂轮是对粗 糙崖、螺旋纹、拉毛综合性能最好的粒度号，这与前面选择的实验砂轮的粒度j 第3 币表面质蔚加t 对策实施， 一致。 经验总结： 1 粗粒度与细粒度砂轮 在低粗糙度的磨削中，粗粒度( 6 0 # 一- - 8 0 # ) 砂轮经过精细修整和采用微量磨 削也可以获得较低的粗糙度，这是因为粗粒度砂轮经过金刚笔的精细修整后，砂 轮表面的每个磨粒都形成许多等高性好的微刃，在磨削中，磨粒的微刃切入工件 的深度很浅，它起着主导作用，而不是磨粒的切刃起主导作用，因此尽管砂轮粒 度不同，但经过精细修整后的砂轮表面都形成良好的等高性微刃，所以在微量切 削条件下，它们所加工出的工件表面粗糙度差异不大。 2 粗粒度与细粒度砂轮对拉毛的影响 在低粗糙度的磨削中，粗粒度( 6 0 # 8 0 # ) 砂轮经