无心磨削工艺.ppt

1、A,1,无心磨削工艺,A,2,一、无心磨工艺基础 二、典型零件加工 三、新方法概述,A,3,一、无心磨工艺基础 1、工艺介绍 2、成圆理论 3、机床调整 4、方法分类 二、典型零件加工 三、新方法概述,A,4,无心磨削：无心磨削是一种高生产率的精密加工方法。其使用待加工的表面作为定位表面，由于定位表面的误差，造成在加工过程中工件不定中心自由地在磨削轮、导轮之间，并以支承板支撑。,A,5,无心磨削主要可以分为:无心外圆磨削、无心内圆磨削。 可以加工工件的外圆面、内圆面、内外圆锥面，也可以对螺纹以及其他型面进行加工。,无心磨削是一种适应大批量生产的高效磨削方法。 加工精度可达IT6IT7级 圆度可

2、达0.5-1m 圆柱度误差能达到1.5 m 表面粗糙度可达Ra 0.2-0.8 m. 适于小型零件的大批量生产，典型零件主要有轴承套圈外圈，阀芯，活塞销等。,A,6,活塞销,阀芯,轴承外圈,A,7,原理 以贯穿法磨削形式为例： 导轮是由橡胶接合剂做成，砂轮跟导轮的转向是相同的，砂轮的圆周速度比导轮要快,大概是导轮速度的7080倍。导轮跟工件之间的摩擦力大于砂轮跟工件之间的摩擦力，那么在加工时，工件就会被导轮带动，按着跟导论相反的方向回转，就会使回转方向跟砂轮相逆，砂轮磨削工件。,A,8,无心外圆磨削是外圆磨削的一种特殊形式，是工件不定回转中心的磨削，为一种生产率很高的精加工方法。磨削时，工件置

3、于砂轮和导轮之间，靠托板支承，工件被磨削的外圆面作定位面。,无心外圆磨削,A,9,无心内圆磨削,工件支承在滚轮和导轮上，压紧轮使工件紧靠导轮，并由导轮带动旋转，实现圆周进给运动。工件支承在滚滚轮和导轮上，压紧轮使工件紧靠导轮，并由导轮带动旋转实现圆周进给运动，磨削轮除完成旋转主运动外，还作纵向进给运动和周期的横向进给运动。加工循环结束时，压紧轮沿箭头方向摆开，以便装卸工件。,A,10,无心磨工艺系统,A,11,A,12,砂轮的和导轮的最大外径以及宽度由机床决定。 砂轮的磨料、粒度、硬度、组织、结合剂的选择与一般外圆磨削基本相同，但是比一般外圆磨削稍硬，直径小的砂轮稍硬些，导轮要比砂轮稍硬，粒度

4、稍细。导轮一般为树脂材料，宽度一般与砂轮等同。,砂轮、导轮,A,13,辅助设备,A,14,大型工件的送料机构,A,15,小型工件的送料机构,A,16,无心磨削的特点： 无心磨削的特点主要是跟普通外圆磨削相比较 工件自由的放置于定位夹具中，磨削过程中工件中心不定。 工件两端不打中心孔，不需要顶尖支承工件，磨削余量相对较小，无夹持 力工件无变形。 工件运动是由砂轮导轮共同作用的。 能配上自动上下料机构，易于实现生产过程的自动化，生产率很高。 对于薄壁套类零件的生产尤其适合，不适合生产轴向有沟槽的零件。磨削带 孔的零件时，不能纠正孔的轴心线位置，不能保证同轴度。,A,17,无心磨削的成圆机理,无心磨

5、削的成圆理论主要包括： 几何成圆理论 静态成圆理论 动态成圆理论 准动力学成圆理论。,其中几何成圆理论是无心磨削圆度误差产生与控制的基本理论。 准动力学成圆理论，几何成圆和动态成圆理论的有机统一。,A,18,几何成圆理论,A,19,我们首先研究一个表面波峰的的加工误差，然后推至整个全轮廓。 假设工件表面有一个波峰，那么当这个波峰与导轮在2点相接触的时候，工件中心Ow就会沿托板斜面方向移动至Ow，于是产生定位误差。 同理，当这个波峰运动到与托板的接触点3的时候，工件中心就会沿接触点的法线方向移动至Ow,A,20,我们首先研究一个表面波峰的的加工误差，然后推至整个全轮廓。 假设工件表面有一个波峰，

6、那么当这个波峰与导轮在2点相接触的时候，工件中心Ow就会沿托板斜面方向移动至Ow，于是产生定位误差。 同理，当这个波峰运动到与托板的接触点3的时候，工件中心就会沿接触点的法线方向移动至Ow,A,21,两个定位误差都可以相应的换算成在加工方向上的误差F2、F1。,A,22,在实际加工的时候，工件表面也不会只存在一个波峰，事实上工件表面是存在很多的波峰（波谷可以视为负的波峰），那么工件的表面可以表示为一条的曲线，将这条曲线傅里叶级数展开。,A,23,假设圆心不动，那么在1点需要切除的量为,A,24,在导轮接触点,在托板接触点,但是我们需要考虑托板和导轮的影响,实际切削量=切削点处加工误差+托板处和

7、导轮处定位误差折算到加工方向上,A,25,A,26,磨圆系数Ai称为第i次谐波的磨圆系数。 Ai的取值范围决定了的我们磨圆的质量。只有满足一定条件才会使第一次磨削量1和第m次磨削量满足如下关系：,A,27,A,28,由于在磨圆参数Ai有参数托板倾斜角和切削角（即磨削中心高h），通过调整这些参数使磨圆系数达到要求即可。,对于满足所有次的谐波，Ai都满足要求的条件是不存在的。但是高次谐波不易生成或者生成的不圆度误差很小，我们主要是依据低次谐波来计算Ai值，用来调整机床。,A,29,无心磨削易出现低次棱圆和高次椭圆 棱圆 椭圆,A,30,i=220、无心磨削几何区域稳定图,最佳几何参数,参数选择落在

8、空白区域较宽广的地方。,A,31,分析示例：=30，参数选择 计算知，在小切削角时，低次（3、5、7、9）棱圆的磨圆系数略大于-0.9，而处于不稳定状态的谐波次数很大，要大于30。 当切削角很大时，虽然低次棱圆的磨圆系数很大，远大于-0.9，但处于低次的偶谐波处于不稳定状态，i=12、14、20等，因此采用大角度磨削易产生一定的椭圆度。 我们在调整机床时，要选择合适的机床几何参数，尽量选择在稳定图上的宽阔的区域。,A,32,要尽量减小工人操作时候的不可避免的误差对于加工精度的影响,A,33,极端情况分析： 如果工件与导轮磨削轮的圆心等高，托板为水平支撑的情况。,A,34,其它形式的无心磨削也可

9、以用类似的理论分析,A,35,静态成圆理论 静态成圆理论就是在几何成圆理论的基础上引入了系统静刚度因素磨量残留系数Ko,A,36,Ko即每次磨削时只是磨削了理论磨削量的（1-Ko）倍。但是磨削时，工件回转圈数达到一定的量时对于加工是有利的，所以Ko不是越小越好，也就是机床刚度并不是越大越好，理论上存在一个最优值。,A,37,动态成圆理论 动态成圆理论就是在几何成圆理论和静态成圆理论的基础上将机床的振动，转速，刚度等因素考虑在内发展而来。 无心磨削工艺系统主要由砂轮、导轮、托板，工件组成。所以在研究无心磨削系统时，常将其简化为四自由度的振动系统,A,38,动态理论是选择工件转速，导轮材料，机床结

10、构刚度的依据,A,39,其他方面机床的调整 在无心磨床加工时，砂轮的形状并不能是严格的圆柱形，否则的话，工件将很难进入磨削区域，并且极易磨伤工件。因此砂轮的修整不仅要考虑工件的表面粗糙度的要求，还要将砂轮修整成一定的形状，以实现喂料、预磨、精磨、无进给磨，以及退料等过程。 正确的砂轮形状应在砂轮的前部（工件进入处）和后部（工件退出处）呈圆锥形，一般不大于30。以便使工件逐渐的切入，不会使入口磨量太大而使工件划伤，也不会使工件在脱离磨削区域时划伤工件，影响工件的表面粗糙度和几何精度。合理的砂轮几何形状应使火花集中在主要磨削区域，工件进入精磨以及无进给光磨后，火花逐渐减少，在磨削出口处无火花。,补

11、充：磨削火花是评价磨削过程的重要指标。,A,40,导轮的修整,A,41,A,42,砂轮修整 修整砂轮和导轮 粗磨时，砂轮的走刀速度要快，以获得锋利的切削刃，精磨时砂轮的走刀速度应当慢，以得到砂轮的等高性和微刃性。导轮必须在高速下修整，两轮修整时必须要有足够的冷却液。 无心磨削的磨削温度大概在1000，易出现磨削烧伤，使表面硬度降低，出现表面裂纹，所以磨削时候要大量使用冷却液。 磨削区域的火花是一个重要调整指标。根据火花的情况调整导轮架，或者修整砂轮导轮。,A,43,影响加工质量的其他因素 导轮的倾角、转速 托板的厚度、高度、长度 导板的安装精度 其他类似普通磨削的影响因素，如砂轮粒度、锋利程度

12、、磨削用量、磨削液 工件易出现的质量问题 圆度误差 锥度 圆柱度误差，细腰形、腰鼓形 粗糙度差 鱼鳞斑、直线白色线条,A,44,无心磨削其他加工方法,贯穿磨削法,A,45,切入磨削法,A,46,A,47,内圆磨削法,A,48,复合磨削法,A,49,一、无心磨工艺基础 二、典型零件加工 三、新方法概述,A,50,如图所示：为一个圆柱销工件，材料为45钢热处理淬硬4852HRC，磨削余量为0.20.25mm，要求用贯穿磨削法磨削至尺寸为 ，表面粗糙度为Ra0.4m，外圆圆柱度公差为0.003mm。,技术要求 材料45钢，热处理淬硬4852HRC,A,51,根据工件的材料和加工技术要求，进行如下分析

13、,工装的选择： 选择常见的M1080型无心外圆磨床。,M1080磨床工艺参数,A,52,2、砂轮的选择和调整 工件采用M1080型无心磨床磨削所选的磨削轮的特性为A60-80JPV双面凹砂轮（这里最好自己了解下），导轮特性为A80120PR砂轮。修整砂轮用金刚石笔，因为工件技术较高，砂轮需要多次修整。 磨削前,需要调整和修整导轮。先调整导轮在垂直面的倾角 =4， 再调整导轮修整器滑座在水平面的角度=350；根据导轮和工件直径及查修整导轮时金刚石滑座的回转角度表，工件安装中心高度h=10mm，计算出金刚石偏移量h1=9mm，将导轮调整至修整速度，修整导轮，并用磨削轮修整器粗修整磨削轮。,A,53

14、,3、装夹方法 工件不需要特别的装夹，但需要调整好托板和导板的位置，其方法如下： 调整托板时，将工件放在托板和导轮之间，查修整导轮时金刚石滑座的回转角度表，取h=10mm，计算出托板安装高度H=219mm。 调整导轮一侧前、后导板时，可取一个待磨工件放在托板上，将工件靠着前导板推向导轮，检查导板的位置是否正确，前导板应比导轮表面退后0.8，调整好托板和导板后即可安放工件。,A,54,4、磨削方法 采用贯穿磨削法磨削，分配好粗精磨余量，工件的磨削余量为0.20.25mm，分三次粗磨，每次磨削余量为0.05mm，留精磨余量0.05mm左右，粗磨前应该试磨工件，启动磨削轮和导轮，待砂轮运转35min

15、后试磨工件，横向进给0.020.05mm。仔细观察磨削火花的分布情况，以判断磨削是否正常，若火花是均匀变化的，且在磨削区后半区域，火花渐渐减少直至不见，则表明磨削正常，符合要求。,A,55,5、磨削步骤,A,56,一、无心磨工艺基础 二、典型零件加工 三、新方法概述,A,57,无心磨削的主要发展趋势为 高速 宽砂轮 高精度 自动化 闭环系统,A,58,现在出现了一种新型无心磨削技术 , 该技术采用超声椭圆振动板取代导轮 , 并与托板及砂轮共同支撑和控制工件的运动 . 通过对粘结在金属板表面上的压电陶瓷施加高频交流电压 , 使金属板端面产生高频椭圆振动并以此控制工件 的旋转速度 .,A,59,两

16、者的比较,. 与传统方法相比 , 新方法采用超声椭圆振动板取代导轮以支撑和控制工件的旋转速度 . 在新的加工方法中 , 没有安装与导轮相关的附加装置或设备 , 简化无心磨床的结构 , 使桌式无心磨床的生产制造成为可能 . 而且 , 这种方法能有效避免由导轮造成的圆度误差及导轮主轴造成的旋转误差 , 提高工件旋转精度 .,A,60,原理,. 采用新型无心磨削法时 , 工件由超声椭圆振动板及托板支撑 , 该振动板由P Z T 粘结在弹性金属板上构成 . 由波形发生器产生相位差为 的两个交流 ( A C ) 信号 , 通过功率放大器放大后施加在 P Z T 上 . 通过合成弹性金属板上弯曲和纵向两个

17、方向的振动 , 在板的端面产生超声椭圆振动 . 同时 , 工件的旋转运动由工件与金属板之间的摩擦力控制 , 因此 , 工件圆周速度与金属板端面接触处椭圆振动的线速度相同 .,A,61,A 至 D4 个独立电极被分别布置在 P Z T 上 . 如果将施加在 P Z T上的两个交流电压的频率设置成相同或接近于 L 1、B 4 振型的谐振频率 , 金属板将同时在两种振型下被激振 .,A,62,输入信号参数与测量面处椭圆振动的关系,A,63,超声椭圆 振动板具有良好的性能 , 且其端面的超声椭圆振动能精确控制工件旋转 .对于加工微细零件十分有效,A,64,无心超精研,无心超精研是无心磨削的超精密加工方

18、法之一，所使用的刀具是油石。可以比较经济的去除磨削表面变质层，降低表面粗糙度，改善圆度误差和波纹误差得到合适的表面残余压应力，得到需要的工作表面母线形状,A,65,无心超精研,在超精研时，两个同向旋转的导辊支撑工件，使工件定位并驱动工件运动，细粒度的油石以一定的压力作用在工件被加工表面上，并且作往复振荡或角度摆动,A,66,无心超精研,带挡边的导辊C1和不带挡边的导辊C2分别在o1x1y1z1和o2x2y2z2坐标系中以相同的角速度W绕各自轴线O1X1和O2X2旋转。滚子W在承受导辊C1上挡边推动力的作用而随oxyx坐标系沿o3x3轴正向前进的同时，有依赖其滚动表面与两导辊接触线上的摩擦力驱动绕ox以角速度Ww转动。油石弹性的压在滚子上并在o3x3轴方向做高频率低振幅的往复振动，从而实现超精研加工。,A,67,参考文献,1无心磨削的理论与实践 夏新涛 ，李航 ，郝刚 著 2钱安宇. 无心磨削的成圆理论J. 轴承,1979,02:1-19+63. 3南建平. 浅议无心外圆磨削的特点和方法J. 鄂州大学学报,2010,02:24-28.