旋輪外曲面數控磨削加工

林國福，褚翠霞，馮占彪，李鵬

(洛陽LYC軸承有限公司 a.風電軸承制造部；b. 031軸承廠，河南 洛陽 471039)

1 旋輪結構及加工方法選擇

某項目加工的旋輪外曲面為多個圓弧與直線段相切(圖1)，其圓跳動要求為0.01 mm，曲面弧頂直徑相互差要求為0.02 mm(一組3件)，表面粗糙度Ra要求達到0.8 μm。旋輪的外曲面車削、銑削加工無法達到產品精度的要求，選擇采用磨削加工；由于受支承的限制，旋輪無法在臥式磨床上加工，選用數控立磨機MG2100，其磨削直徑最小為Φ250 mm，最大直徑為Φ1 000 mm。

曲面磨削一般有切入成形法、范成成形法和擺頭成形法3種[1]。切入成形法是使用形狀與待加工產品的表面形狀一致的砂輪進行磨削的方法；范成成形法是砂輪軸與工件軸相垂直，使用碗形砂輪的端面與待加工曲面接觸進行磨削成形；擺頭成形法是砂輪和工件相對擺動進行磨削成形。由于范成成形法和擺頭成形法只能磨削單一圓弧曲面，因此選擇切入成形法磨削旋輪。切入成形磨削旋輪時，首先需利用圓弧金剛滾輪將砂輪修整為旋輪待磨削曲面的形狀，砂輪的寬度必須大于旋輪的寬度，以保證砂輪的剛度，然后將砂輪靠近旋輪外表面進行磨削。

圖1 旋輪外曲面形狀

2 旋輪外曲面磨削

2.1 修整砂輪

受時間、成本等因素的限制，定制專用的磨削砂輪不經濟，采取將砂輪修整成與旋輪一致的形狀。首先將一個外徑為Φ350 mm，高度為155 mm的砂輪用普通臥式車床車削至與旋輪輪廓大致一致的形狀(圖2b)，然后用砂輪夾裝夾砂輪，在數控立磨機上通過編程將砂輪面修整成為旋輪待磨削面的形狀(圖2c)。修整器為金剛滾輪，修整過程中磨頭的位移使砂輪素線形成曲線(圖3)。選用圓盤金剛滾輪的圓弧為R4，修整砂輪編制的程序為：

……

N020 G91 G01 X=R1490

(R1490為參數號，系統為SINUMERIK 840D)

N030 G64 Z=-14 F500

N040 G03 X=7.66 Z=-3.57 CR=6 F400

(修整R10的圓弧)

N050 G01 X=10.925 Z=-17.15 F500

(修整40°斜坡)

N060 G03 X=3 Z=-34.28 CR=26 F400

(修整R30的圓弧)

N070 G01 X=-34.815 Z=-55 F500

(修整30°斜坡)

N080 G03 X=-17.32 Z=-10 CR=16 F400

(修整R20的圓弧)

N090 G01 Z=-17 F1500

N0100 X=-10 F1000

……

圖2 砂輪修整流程圖

圖3 修整成形砂輪

加工程序中使用G91增量坐標編程[2]，直接將金剛滾輪R4的補償寫在程序中，保證磨頭砂輪和金剛滾輪接觸形成的軌跡與旋輪外曲面的形狀一致；G64為過渡補償[2]，使圓弧和直線的過渡更為圓滑自然。

2.2 磨削旋輪

砂輪修整合格后，將旋輪裝夾在機床上，找正、上磁，調整砂輪的z軸位置，保證砂輪的兩直線段與旋輪的兩直線段均能接觸，磨削旋輪實物如圖4所示。由于旋輪的寬度大，切入成形磨削的切削抗力較大，因此每轉的進給量應小于0.001 mm，以避免砂輪碎裂，保證旋輪外曲面的表面粗糙度。

圖4 旋輪磨削實物圖

3 加工效果

采用數控立磨切入成形法磨削旋輪，對旋輪頂弧半徑R為30 mm的一組(3件)旋輪進行數據檢測，結果見表1。

表1 旋輪的實際檢測數據

利用同樣的磨削方法加工其他4組旋輪(頂弧半徑分別為24，18，13和10 mm)，其精度均達到了產品設計要求。該加工方法智能化高，操作方便，而且加工精度高，有較好的推廣價值。