珩磨工艺参数的优化设计.pdf

珩磨工艺参数的优化设计 黄振林 1 林燕文 2 1 广东工业大学 华立学院 广州 5 1 1 3 2 5 2 肇庆技师学院 广东 肇庆 5 2 6 0 2 0 1前言 珩磨是一种低速磨削法 同时又是一种高效磨削方 法 1 随着超硬磨料 金刚石和C B N材料在珩磨中的 广泛应用 几乎目前工业上应用的所有材料 包括各种钢 材 硬质合金 铸铁 高合金钢 涂层 陶瓷以及玻璃等 都 可采用珩磨法进行高精度 高效加工 2 在大批量生产中 珩磨加工具有成本低 精度高等特点 珩磨加工正逐步成 为现代制造单元中必须的重要组成部分 3 珩磨头同时进行直线往复和回转运动 工件表面上 留有一定角度的规则交叉网纹 这种网纹是珩磨加工特 有的 对于发动机汽缸等需要经常在摩擦状态下工作的 零部件来说 珩磨后工件表面网纹与活塞的运动方向成 某一角度 有利于润滑油的储存及油膜的保持 故机械耐 磨性好 所以 发动机汽缸最终精加工都采用珩磨而不采 用内圆磨削 因此 获得良好的加工表面质量是珩磨加工 中必须保证的 而良好珩磨加工表面质量的关键是合理 的珩磨工艺参数 2珩磨加工过程 珩 磨 过 程 如 图1 所示 油石数目为n 油 石的工作长度L可按 下式计算 L L w 2 Lo Ls 1 式 中 L w为 工 件 长 度 m m L s为 油 石 长 度 m m L o为 油 石 越 程 量 m m 一般为 1 5 1 3 L s 珩磨加工效率和质量与合 成切削速度及网络交叉角有关 其关系式为 t a n Vf Vr 2 式中 2 为网络交叉角 Vf为油石往复速度 m m i n Vr 为油石圆周速度 m m i n 对于一个具体的加工工件而言 可调整的工艺参数 有网纹交叉角 珩磨圆周速度和往复速度以及油石的行 程等 珩磨速度由下式给出 Vr d N 1 0 0 0Vf 2 F L 1 0 0 0 3 式中 d为工件小径 m m N为珩磨头转速 r m i n F为 珩磨头往复行程数 次 m i n 3珩磨加工工艺参数的设计 珩磨加工参数的设计 既要考虑加工方式 又要考虑 珩磨轨迹的合理分布 加工中应避免加工轨迹的重复出 现 保持珩磨轨迹在加工表面上的完整分布 为保证珩磨 加工表面质量 根据珩磨加工运动规律 可进行珩磨加工 轨迹的重复性分析和完整性分析 3 1珩磨轨迹重复性分析 如图1 油石一个往复行程后 沿工件圆周方向相对 油石原位置有一个相对位移 S d 2 L c o t 4 1 首先判断往复行程数F与珩磨头转速N的关系 当 F k N 或N k F k 1 2 3 5 时 则每根油石将重复自身的运动轨迹 无法形成均匀的 网纹状加工表面 不宜选用 2 当F N时 珩磨过程中 油石的往复运动次数大于 旋转运动次数 即一个往复运动行程过程中 油石尚未旋 转一周 多见于短孔零件的珩磨加工 当F N时 油石旋转 次数大于往复次数 即油石旋转一周时 尚未完成一个往 复行程 为保证每根油石轨迹一个往复行程不与其它 n 1 根油石的前次行程运动轨迹相重复 应满足不等式 S d n k k 0 1 2 n 6 3 2珩磨轨迹的完整性分析 如果珩磨后内圆表面不存在未加工部分 则叫做珩 磨轨迹的完整性加工 1 当满足条件L r c o t d n b 7 式中 b为油石的宽度 则n根油石之间可以保证运动轨 迹的相互完整性 即相邻油石运动轨迹之间不存在未加 工部分 如图2 a 2 当不满足式 7 时 即L r c o t d n b 8 则相邻油石加工轨迹之间留有未加工部分如图2 b 未 加工面积将由后续珩磨过程完成 而由于s的存在 在一 个往复行程后 油石当前位置一定介于前次行程时的两 根油石位置之间 如图1中c 介于c e之间 进一步可作 如下分析 若满足条件 摘要 珩磨是精密加工的重要手段 是现代制造单元中的重要组成部分 珩磨工艺参数的优化设计 是良好珩磨加工 表面质量重要基础 文中提出了珩磨工艺参数优化设计程序 以便确定合理的珩磨加工参数 关键词 珩磨 工艺参数 优化设计 中图分类号 T G 5 8 0 6 7文献标识码 A文章编号 1 0 0 2 2 3 3 3 2 0 0 7 0 5 0 0 5 6 0 2 D 设计计算 D E S IG N A N D C A L C U L A T IO N 5 6机械工程师 2 0 0 7 年第 5 期 珩磨中不宜设计使用的运动参数表 珩磨主轴转速 r m i n 1 1 1 2 1 6 0 2 2 4 3 1 5 油石往复速度 m m i n 1 4 2 6 3 0 0 4 2 6 5 3 6 8 6 8 4 8 8 4 8 8 6 9 4 1 7 5 2 6 1 6 8 6 8 9 7 8 1 7 6 2 1 2 4 8 1 7 5 2 1 6 4 2 L s c o t s k d n b k 0 1 2 n 1 9 则每根油石的下次往返行程轨迹与它当前位置对应并与 之右侧邻近的前次往复行程运动轨迹相交 便可保证珩 磨轨迹的完整性 以图1为例 油石c 的珩磨轨迹与c的 珩磨轨迹相交 珩磨轨迹亦完整 若满足式 1 0 条件 则每根油石的下次往复行程轨 迹与它当前位置对应并与之左侧邻近的前次往复行程轨 迹相交 保证了珩磨轨迹的完整性 如图1中 油石c 的 珩磨轨迹与e的珩磨轨迹相交 L s c o t k 1 d n s b k 0 1 2 n 1 1 0 3 在珩磨加工中 若油石第二次往复行程的珩磨轨 迹便使被加工表面获得完整性珩磨加工 则油石的第二 次轨迹应与它当前位置邻近的前次左右两侧两根油石珩 磨轨迹都相交 此时s应同时满足式 9 和式 1 0 即 L r c o t b k d n s k 1 d n L s c o t b k 0 1 2 n 1 1 1 4 如果相邻油石加工轨迹之间留有未加工部分 如 图2 b 且s较小 那么珩磨表面达到完整加工的最少行 程次数x为X s d n L r c o t b 1 2 整理得出X d n L s c o t b s 1 3 即一个零件表面完整加工的最短加工时间t m i n为 t m i n d n L r c o t b s f 1 4 式中 f为油石往复行程频率 表达式为 f Vf 2 L 1 0 3 6 0 1 5 从上述分析可以看出 油石长度L r 油 石 越程 量 L 0 工 作 行 程L 网 纹 交 叉 角2 珩 磨 圆 周 速 度Vr以 及往复速度Vf均可以合理调整 避免加工轨迹的重 复循环 保证被加工表面珩磨轨迹均匀完整 以最短 时间完成工件的加工 从而设计出合理的珩磨加工 参数 根据给定工件以及其加工参数的确定和设计 框图如图3所示 4分析结果 根据图3的框图 已知被加工工件尺寸和加工要 求便可以设计合理的加工参数 根据如下机床条件 进 行工艺参数的设计 避免珩磨加工中不合理工艺参数 的应用 机床 M 4 2 1 5型立式珩磨机 珩磨头往复速度 3 1 8 m m i n 珩磨头主轴转速 1 1 2 1 6 0 2 2 4 3 1 5 r m i n 工件小径 d 8 5 9 0 m m 工件长度L 1 1 5 m m 油石长度L s 7 2 m m 油 石宽度b 6 m m 油石数目n 5 油石越程量L 0 1 8 m m 给定工件 尺寸和工具参 数 因此图3 中的一些变量 已经确定 为 保证珩磨加工 轨迹的均匀完整性 计算出加工中不宜设计使用的运动 参数组合 表中示出根据上述条件得到的结果 5结语 建立珩磨加工工艺参数的优化设计依据 便可以设计 出相应的参数选择程序 在实际生产中 可根据具体加工 条件 应用参数优化设计程序 确定出合理的珩磨加工参 数 对珩磨加工工艺参数进行设计 是实际珩磨生产中必 不可少的过程 它从工艺上保证了工件的加工表面质量 参考文献 1 赵汝嘉 机械加工工艺手册 M 北京 机械工业出版社 2 0 0 3 2 机械工程手册编辑委员会 机械工程手册 M