外圓表面磨削加工中外圓磨床及磨削方法
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責任編輯:東莞市寶紅精密技術有限公司
發表時間:2017-12-05
用磨料磨具(砂輪、砂帶、油石和研磨料)作為工具進行切削加工的機床,統稱磨床。以磨削回轉體外表面為主的磨床稱為外圓磨床,主要類型有萬能外圓磨床、普通外圓磨床、無心外圓磨床等,其中以萬能外圓磨床的應用最為普遍。下面重點介紹M1432A型萬能外圓磨床的結構組成、切削運動、磨削方法及應用。
1.萬能外圓磨床
M1432A型萬能外圓磨床是普通精度級萬能外圓磨床。它主要用于磨削IT7~IT6級精度的圓柱形、圓錐形的外圓和內孔表面,還可磨削階梯軸的軸肩和尺寸不大的端平面等。磨削表面粗糙度Ra值一般可達0.8~0.2μm。M1432A型萬能外圓磨床的通用性較好,但磨削效率不高,適用于單件小批生產,常用于工具車間和機修車間。
(1)機床的組成及主要技術規格。圖8-23所示為M1432A型萬能外圓磨床的外形圖,其主要組成部分如下。
M1432A型萬能外圓磨床
圖8-23 M1432A型萬能外圓磨床
1-床身2-頭架3-工作臺4-內磨裝置5-砂輪架6-尾座7-腳踏操縱板
1)床身。床身1是磨床的支承部件,其上裝有砂輪架、頭架、尾座及工作臺等部件,使它們在工作時保持準確的相對位置,床身的內部用作液壓油的油池。
2)頭架。頭架2用于安裝和夾持工件,并帶動工件旋轉完成圓周進給運動。頭架可在水平面內逆時針方向轉動(調整范圍為0°~90°),以加工錐度較大的圓錐面。
3)工作臺。工作臺3裝在床身頂面前部的縱向導軌上,臺面上裝有頭架2和尾座6,被加工工件支承在頭架和尾座頂尖上,或用頭架上的卡盤夾持。工作臺由液壓傳動沿床身導軌往復移動,使工件實現縱向進給運動。工作臺由上下兩層組成。上工作臺可相對于下工作臺在水平面內轉動很小的角度(±10°),用以磨削錐度較小的圓錐面。
4)砂輪架。砂輪架5安裝在床身頂面后部的橫向導軌上,用于支承并傳動高速旋轉的砂輪主軸。當需要磨削短圓錐時,砂輪架可在水平面內±30°范圍調整位置。
5)內磨裝置。內磨裝置4裝在砂輪架上,主要由支架和內圓磨具兩部分組成。內圓磨具是磨內孔用的砂輪主軸部件,它做成獨立部件,安裝在支架的孔中,可以很方便地進行更換。通常每臺萬能外圓磨床都備有幾套尺寸與極限轉速不同的內圓磨具,供磨削不同直徑的內孔時選用。
6)尾座。尾座6和頭架的前頂尖一起支承工件。尾座在工作臺上可左右移動調整位置,以適應裝夾不同長度工件的需要。
M1432A型萬能外圓磨床的主參數是最大磨削直徑。外圓磨削直徑為Φ8~Φ320mm,最大外圓磨削長度有1000mm、1500mm、2000mm三種規格;內孔磨削直徑為Φ30~Φ100mm,最大內孔磨削長度為125mm;外圓磨削砂輪主軸的轉速為1670r/min;內圓磨削砂輪主軸的轉速有10000r/min和15000r/min兩級。
(2)磨削方法及所需運動。圖8-24為M1432A型萬能外圓磨床幾種典型加工示意圖。其基本磨削方法有兩種:縱向磨削法(縱磨法)和切入磨削法(切入磨法)。
M1432A型萬能外圓磨床典型加工示意圖
圖8-24 M1432A型萬能外圓磨床典型加工示意圖
a)縱磨法磨外圓柱面b)扳轉工作臺用縱磨法磨長圓錐面
c)扳轉頭架用縱磨法磨內圓錐面d)扳轉砂輪架用切入磨法磨短圓錐面
1)縱向磨削法。即工作臺作縱向往復運動的磨削方法。磨削時共需三個表面成形運動:砂輪的旋轉主運動ns;工件的縱向進給運動fa;工件的圓周進給運動nw。每單次行程或每往復行程終了時,砂輪還需作周期性的橫向進給fr,從而逐漸磨去工件徑向的全部磨削余量。這種磨削方法精度高,表面粗糙度值小,生產率低,適用于單件小批量生產及零件的精磨。
2)切入磨削法。即用寬砂輪進行橫向切入磨削的方法。磨削時只需兩個表面成形運動:砂輪的旋轉主運動ns;工件的圓周進給運動nw。因砂輪寬度比工件的磨削寬度大,工件不需作縱向進給運動,但砂輪要以緩慢的速度連續或斷續地沿工件徑向作橫向進給運動fr,直至磨到工件尺寸要求為止。由于切入磨削法砂輪寬度大,一次行程就可完成磨削過程,所以磨削效率高。但磨削過程中砂輪與工件的接觸面積大,磨削力大,磨削熱集中,磨削溫度高,勢必會影響工件的表面質量,所以加工時必須考慮充分的冷卻。切入磨削法主要用于批量生產,適合磨削剛性好的工件上較短的外圓表面。
M1432A型萬能外圓磨床,除有上述表面成型運動和砂輪架的橫向進給運動fr外,還有砂輪架的快進、快退以及尾座套筒的伸縮運動等。
(3)磨床的傳動。M1432A型萬能外圓磨床有機械傳動和液壓傳動兩個系統。
液壓傳動具有傳動平穩、無爬行,無級調速方便,易實現自動化,換向精度高等優點,所以在磨床的工作臺驅動、橫向快退及切入進給等方面廣泛采用液壓傳動。M1432A型萬能外圓磨床工作臺的縱向往復運動、砂輪架的快進、快退和周期性自動切入進給、尾座套筒的伸縮運動均采用液壓傳動。
砂輪主軸的旋轉運動(主運動)、工件的圓周進給運動則為機械傳動。其中外圓磨削砂輪是由主電動機(4kW,1440r/min)經V帶輪直接傳動旋轉,實現主運動;內圓磨具砂輪是由內圓磨具電動機(1. 1kW,2840r/min)經可更換的平帶輪傳動旋轉,可得到兩種轉速,實現主運動;頭架主軸的轉動是由頭架上雙速電動機(0. 55/1. 1kW,700/1360r/min)經三級V形帶(塔輪)傳動旋轉,可獲得6種轉速,實現工件的圓周進給運動。
除上述的機械和液壓傳動外,砂輪架的橫向進給及工作臺的縱向移動也可以手動操縱。
2.無心外圓磨床
圖8-25所示為無心外圓磨床的外形圖。
(1)無心磨削原理無心磨削一般在無心磨床上進行。圖8-26為無心磨削的原理示意圖。在無心外圓磨床上磨削回轉體零件的外圓表面時,工件不是支承在頂尖或夾持在卡盤上,而是放在砂輪和導輪之間,由托板支承,以工件自身外圓為定位基準,砂輪和導輪的旋轉方向相同。導輪是用摩擦系數較大的樹脂或橡膠作粘結劑制成的剛玉砂輪,它無切削能力。
無心外圓磨床
圖8-25 無心外圓磨床
1-支座2-床身3-砂輪修整器4-砂輪架5-導輪修整器6-轉動體7-座架8-微量進給手柄9-回轉底座10-滑板11-快速進給手柄
無心外圓磨削原理
圖8-26 無心外圓磨削原理
當砂輪以轉速ns旋轉時,工件就有與砂輪相同的線速度回轉的趨勢,但是由于受到導輪摩擦力對工件的制約作用,結果使工件以接近于導輪線速度(導輪線速度遠低于砂輪)回轉。從而在砂輪和工件之間形成很大的相對速度,由此而產生磨削作用。改變導輪的轉速,便可以調整工件的圓周進給速度。
無心磨削時,工件的中心必須高于導輪和砂輪的中心連線(即具有h距離),使工件與砂輪、導輪間的接觸點不在工件同一直徑上,從而使工件上某些凸起表面在多次轉動中能逐次磨圓。實踐證明:h越大,越易獲得較高圓度,磨圓過程也越快。但h也不能太大,否則導輪對工件的向上垂直分力可能引起工件跳動,從而影響加工質量。一般h取工件直徑的(0.15~0. 25)倍。
(2)無心磨削方法。無心外圓磨削方法主要有縱磨法(貫穿法)和橫磨法(切入法)兩種,如圖8-27所示??v磨削法加工時,一件接一件地連續對工件進行磨削,生產率高,它適用于磨削不帶凸臺的圓柱形工件,磨削表面長度可大于或小于砂輪寬度。橫磨法工件無軸向運動,導輪做橫向進給運動,它適用于磨削有階梯的工件或成形回轉體表面,但磨削表面長度不能大于砂輪寬度。
無心磨削方法
圖8-27 無心磨削方法
a)縱磨法b)橫磨法
1-磨削砂輪2-導輪3-托板4-擋塊5-工件
(3)無心磨削特點。在無心外圓磨床上磨削外圓表面時,工件不需鉆中心孔,裝夾工件省時省力,可連續磨削;由于有導輪和托板沿全長支承工件,因而剛度差的工件也可用較大的切削用量進行磨削,所以無心外圓磨削生產率較高。
由于工件定位面為外圓表面,消除了中心孔誤差,消除了外圓磨床工作臺運動方向與前后頂尖連線的不平行以及頂尖的徑向圓跳動等誤差的影響,所以磨削出來的尺寸精度和幾何精度都比較高,表面粗糙度值也較小。
但無心外圓磨床調整費時,只適于成批及大量生產中。又因工件的支承與傳動特點,只能用來加工尺寸較小,形狀比較簡單的工件。此外,無心磨床不能磨削不連續的外圓表面(如帶有長的鍵槽),也不能保證被加工面與其他面間的位置精度。
3.普通外圓磨床
普通外圓磨床和萬能外圓磨床在結構上的區別是:普通外圓磨床的砂輪架和頭架都不能繞垂直軸線調整角度,主軸頭架也不能轉動,沒有內圓磨具。因此,普通外圓磨床的工藝范圍較窄,只能磨外圓柱面和錐度較小的錐面。但由于主要部件的結構層次少、剛性好,它可采用較大的切削用量,因此生產率較高。