超细长杆磨削工艺研究.pdf

2 0 1 2年 1 月 第 4 O卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE T00L HYDRAUL I CS J a n 2 0 1 2 Vo 1 4 0 No 2 D OI 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 0 2 0 0 5 超细长杆磨削工艺研究 方红 李虎 周林 钱志强 中国工程物理研 究院机械制造工艺研究所 四川绵阳 6 2 1 9 0 0 摘要 介绍一种超细长杆 长径比 1 0 0 1 磨削工艺 采用合适的装夹工装 解决了超细长杆磨削的装夹 问题 设计 超细长杆调心跟随装置 解决了超细长杆磨削过程 中由于重力及外力产生变形的问题 并成功地加工出了满足要求的超细 长杆零件 关键词 超细长杆 装夹装置 跟随装置 中图分类号 T G 5 8 0 6 9 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 2 0 1 2 2 Re s e a r ch o n Gr ind in g Te ch nics o f S up e r Lo ng t h in Ba r F A N G H o n g L I H u Z H O U L in Q I A N Z h iq ia n g I n s t it u t e o f Ma ch in e r y Ma n u f a ct u r in g T e ch n o l o g y C h in a A ca d e m y o f E n g in e e r in g P h y s ics Mia n y a n g S ich u a n 6 2 1 9 0 0 C h in a Ab s t r a ct A g ri n d in g t e ch n ics o f s u p e r l o n g t h in b a r wit h r a t io o f l e n g t h t o d ia me t e r o f 1 0 0 1 wa s in t r o d u ce d C l a mp in g p r o b l e m wa s s o l v e d b y a p p r o p ri a t e cl a mp in g s e t u p d u ri n g g r in d in g L o n g t h in b ar d e f o r ma t io n co u r s e d b y g r a v it y a n d g r in d in g f o r ce w a s e l imin a t e d t h r o u g h a u s t a b l e f o l l o w in g d e v ice S u p e r l o n g t h in b ar w a s m a ch i n e d s u cce s s f u l l y Ke y wo r d s S u p e r l o n g t h in b a r C l a mp in g s e t u p F o l l o win g d e v ice 在生产过程中 需要加工一种超细长杆 如图 1 所示 该杆 直径 为 6 1 0 m m 长 径 比 1 0 0 1 该零 件 的直线度要求极高 0 1 m m 同时尺寸精度要求高 0 0 3 m m II I 暑 厂 E 誉 一 一 一 件 一一 一 一 十 一 一l 图 1 细长杆 通常 在磨削细长轴时 采用两端用顶尖顶起 同时使用 中心架 的方式装夹 采用该 方法可 以保证一 般细长轴的加工要求 但对于长径 比较大的细长轴 磨削时在磨削力和轴向顶紧力的作用下 工件易产生 变形 出现腰鼓形 竹节形 多角形振痕等缺陷 长 径比越大 刚性越差 加工质量也越难保证 需要采 取其他装夹方法来 加工 1 反拉装夹工装 通过以上分析知道 磨削细长轴的关键是减小磨 削力 防止工件受热伸长对加工精度的影响 提高工 件的支撑刚度及选择装夹方法 由于细长杆无法采 用顶尖定位 所 以根据其容 易 变形和热伸展的特点 采用两端反拉夹持的装夹定位 方法 装夹工装如图2所示 1 一拉杆 2 一弹簧 3 一垫块 4 一尾座螺杆 5 一尾座 6 一螺钉 I 7 一端盖 8 一滚针轴承 9 一外套 l O 一联结轴l 1 一圆锥滚子轴承 1 2 一 向心推 力 轴承l 卜螺母l 4 一螺 钉 I I l 5 一 卡头l 6 一工 件1 7 一 磨 床 卡头 图 2 反拉夹具 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 2 3 作者简介 方红 1 9 6 4 一 男 高级技师 研究方向为精密加工 E m a i l z h o u l i n 9 6 1 0 0 1 9 3 1 6 3 e o m 第 2期 方红 等 超细长杆磨削工艺研究 1 3 使用夹具时 装入尾座 以联结轴莫氏锥 4 定 位 这样夹具与头架 砂轮架 中心高度保 持一致 消除 了 由于夹 具与 头架 砂轮 架 中心 高不 一 致所 产 生的形位误差 去掉了尾座弹簧和机床液压系统作 用于尾座的压力 使尾座处于无力状态 靠尾座螺 杆和垫块长度对弹簧压缩量进行调节 以控制作用 于工件的拉力 螺杆旋人 弹簧反拉力减小 螺杆 旋出 弹簧反拉力加大 所以在加工时 可以直接 对零件作用反向拉力 其最大的优点是可以提高工 件的刚度 补偿磨削时工件材料因热塑性变形而产 生的伸长和弯曲 2调心跟随装置 由于细 长杆 长度 过 长 受 重 力 以及磨 削 力 的影 响 细长杆中心部位以及磨削部位都会产生变形 造 成细长杆鼓肚 采用中心架可以解决部分问题 但是 采用中心架会造成中心架两端尺寸不一致 无法满足 细长杆直径公差要求 根据多年的磨削经验 无心外圆磨床在磨削细长 杆零件时 可以很好地保持零件外径尺寸的一致性 无心外圆磨床的磨削原理如图3所示 工件由托板支 撑 包 围在砂 轮 1 2和托 板 之间 砂轮 1向下 的磨 削力将工件牢牢地固定在托板和砂轮2上面 保证了 工件尺寸 的一致性 图 3无心外磨不意 图 根据无心磨床的原理 认为可以将此原理应用到 细长杆的磨削中 由于在普通外圆磨床上无法像无心 磨床一样安装两个砂轮 因此考虑将图3中两个砂轮 替换为两个支撑滚轮 而将托板替换为砂轮 这样 就可以保证在磨削过程中工件始终固定在支撑滚轮上 面而不会因为重力和磨削力产生变形 因此要解决的 问题就是如何将滚轮加入到普通磨床上 同时对支撑 滚轮有两个要求 1 滚轮在细长杆磨削过程中始终跟随砂轮移 动 2 当细长杆直径尺寸发生变化时 支撑滚轮 要保持与细长杆外圆接触 才能起到支撑作用 综合上面的分析 并根据磨削特点以及机床的结 构特点 设计了一种磨床跟刀装置 如图4所示 图4 细长杆磨削装置 其工作原理如下 1 跟刀装置基座安装于磨床砂轮座上 装置 跟 随砂 轮运动 2 跟刀装置与基座采用 V型导轨连接 通过 调节螺母来控制跟刀装置的前后移动量 3 跟刀装置上面两个支 撑轴承 1 2与外 圆砂 轮形成了封闭区域 将细长杆牢牢固定在这个区域之 间 4 磨削时 砂轮产生的径 向推力 由支撑轴承 提供反力抵消 这样 保证了磨削过程中细长杆不会 因为砂 轮的磨 削力变形 5 当一轮磨削完成后 细长杆直径变小 这 时候需要调整砂轮与细长杆轴心线的位置 砂轮座在 细长杆直径方向移动一个量 由于跟刀装置安装在砂 轮座上面 跟刀装置也会同砂轮 向外移动同一个量 这时调整跟刀装置上面的支撑轴承 使之与砂轮进给 量保持一致 使细长杆始终处于三点支撑状态 3小 结 采用反拉夹持装置 解决 了细长杆装夹 以及细长 杆热变形 的影响 采用基于无心磨床原理的跟刀装 置 解决了细长杆由于自重以及磨削力产生的变形问 题 成 功