無心磨削成圓理論分析及常見缺陷排故

王山城

摘 要：無心外圓磨削（以下簡稱無心磨削）是一種能適應大批量生產的高效率磨削方法，磨削過程中工件中心不定，從磨削原理上講，沒有正確的調整以及工件磨削過程不充分，無心磨削是得不到真圓的。文章從磨削原理入手，對無心磨削的常見缺陷進行了分析，并提出了解決辦法。

關鍵詞：無心磨削；中心高；托板頂角；導輪傾角

1 無心磨削的基本原理

1.1 無心磨削的特點

1.1.1 工件兩端不打中心孔，不用頂針支承工件。工件“自由”地放置于定位夾具中，磨削過程中工件中心不定，工件由全部磨削面承受磨削力，磨削余量相對較少。

1.1.2 無心磨削不能磨軸向帶槽溝的工件。磨削帶孔的工件時，不能糾正孔的軸心線位置，工件的同軸度較低。

1.1.3 機動時間與上、下料時間重合，易于實現磨削過程自動化，生產效率高。

1.1.4 在無心磨削過程中，工件中心的位置變化大小取決于工件磨削前的原始誤差、工藝系統剛性、磨削用量及其他磨削工藝參數。

1.1.5 工件運動的穩定性、均勻性取決于機床傳動鏈、工件形狀、導輪及支承的材料、磨削用量及其他磨削工藝參數。

1.1.6 機床的調整時間較長，對調整機床的技術要求也較高。

1.1.7 無心磨削易實現強力磨削、高速磨削、寬砂輪及多砂輪磨削，并易實現磨削過程的自動化。

1.2 無心磨削過程

1.2.1 導輪轉速、傾角與工件轉速的關系。在無心磨削中，導輪的直徑尺寸和轉速都比磨削輪要小。工件與導輪之間的磨擦力較大，所以工件被導輪帶動并與導輪成相反方向旋轉，同時為了滿足貫穿法磨削的要求，導輪軸心線在垂直面內傾斜一個α角。通常精磨時取α=1°30′～2°30′；粗磨α=2°30′～4°

1.2.2 工件在磨削過程中的狀態。工件置于導輪及托板之間，以導輪工作面上的C點和托板工作面上的B點定位，借助于橫向進給運動使工件與磨削輪接觸進行磨削加工。磨削輪對工件的徑向作用力■g、切向作用力■g，合力■g=■g+■g。導輪對工件的法向作用力■b、切向作用力■b，合力■b=■b+■b。上述各力在工件磨削加工過程中始終保持著平衡狀態。

1.3 無心磨削的成圓分析

工件無心磨削的加工面就是定位基面，工件在磨削前的原始圓度誤差及磨削后的表面圓度誤差都會反映為定位誤差，影響工件的外圓精度。

2 無心磨削常見缺陷及消除措施

2.1 工件產生圓度誤差

影響工件圓度誤差的主要因素包括有力學、幾何學及具體加工條件等各方面。

2.1.1 工件中心高對圓度誤差的影響。從成圓理論分析可知，當工件中心高h=0時，無法改善奇次諧波，工件在這種條件下磨削產生棱圓。一般條件下，高次奇次諧波不易生成和殘留。最常見的棱圓度為三、五、七、九……等低次諧波。

工件中心高對橢圓度的影響，與棱圓度相反。

對棱圓度及橢圓度，一般存在一個最優中心高度。在該中心高度，奇次、偶次諧波同時得到改善，且受力條件較好。最優中心高度隨不同加工條件而異。

2.1.2 托板頂角對工件圓度誤差的影響。托板頂角與中心高一起決定了工件最易殘留的棱圓度諧波次數，而且某些角度對一定的單一奇次諧波消除能力最大。75°托板對消除七邊棱圓度有效。消除三、五邊棱圓度選取45°托板。60°托板對消除九邊棱圓度有效。因為60°托板生產中使用的最多，故九邊棱圓度在生產中很少出現。

2.1.3 其他影響因素

影響圓度誤差還有以下因素：（1）導輪未修圓或工作過久，已失去正確的幾何形狀，需要修圓導輪，修到無斷續聲即可；（2）磨削輪磨鈍，及時修整磨削輪；（3）托板太薄或頂面傾斜角過大時，及時更換托板；（4）磨削輪或導輪平衡不好，應仔細平衡兩輪并重新修整。

2.2 工件有錐度

2.2.1 前導板向導輪方向傾斜，引起工件前部直徑偏小；或后導板向導輪方向傾斜引起工件后部直徑偏小。調整前后導板，使與導輪母線平行，且在同一直線上。

2.2.2 磨削區域形狀不正確：磨削輪和導輪的表面已磨損時，需要重新修整磨削輪和導輪。

2.2.3 當導輪局部過度磨損或托板局部磨損太大，都可能引起工件軸線傾斜，從而產生錐度。

2.3 工件產生圓柱度誤差

工件有圓柱度誤差是因為在磨削過程中，工件中心的實際運動軌跡偏離理論運動軌跡直線，工件在水平面內轉動及導輪修整不正確等。應根據具體情況進行修整。

2.4 工件產生細腰形或腰鼓形

2.4.1 工件產生細腰形的原因及解決辦法如下：（1）前后導板均偏向于磨削輪一側，工件進入或退出磨削區域時呈傾斜狀態，磨削輪端角將工件中部磨去較多。調整前后導板至正確位置。（2）導輪修整呈中間凹下狀，切入法磨削時磨削輪修整成中間凸出，均導致工件呈細腰形。正確修調導輪和磨削輪，消除凹凸現象。

2.4.2 工件產生腰鼓形的原因及解決辦法如下：（1）前后導板均偏向于導輪，工件傾斜進入磨削區，使前端磨去較多；工件將退出磨削區時，使后端磨去較多。需正確調整前后導板。（2）前后導板均低于導輪外圓表面，工件進入磨削區時，會被導輪將其前端抬起，使工件向磨削輪傾斜進入；當工件退出磨削區時，也會使工件傾斜，尾部向磨削輪翹起，使工件兩端磨去較多，呈腰鼓形。應正確調修前后導板。（3）導輪表面修整成中間凸起或磨削輪表面修整成中間凹下（切入法磨削），均使工件磨成腰鼓形。正確修調兩輪，消除導輪和磨削輪表面的凹凸現象。

2.5 工件表面有缺陷

2.5.1 振紋

產生振紋的原因：磨削量過大，磨削區域過短。磨削區域的形狀主要取決于導輪所處的空間位置，導輪、砂輪的幾何形狀等幾個方面：（1）導輪在垂直面內的傾角。導輪在垂直面內的傾角是改變導輪所處空間位置的主要因素，選擇原則一般是：粗磨選用=230′～4；精磨選用=130′～230′。（2）導輪形狀不正確，就不能充分發揮磨輪全部有效寬度的磨削作用，在磨削過程中，工件與導輪的實際接觸線與理想的接觸線相差較大，引起工件中心過大的波動，產生磨削振紋。

我們用近似理想雙曲面代替導輪的理想雙曲面，并且近似認為導輪與工件的接觸線為直線，可得導輪理想雙曲面的方程式為：

X2+Z2-tg2α0（Y+h0/sinα0）2=a2（1）

式中：

α0：導輪修整角；ho：金剛石位移量；a：雙曲面的喉截面半徑。

從上面的方程式中不難看出，導輪雙曲面的形狀與導輪修整角a0、金剛石位移量h0有關，因此，合理調整α0及h0可獲得理想的雙曲面形狀。

2.5.2 表面擦傷。磨削表面的擦傷痕跡很淺，一般只有在較強燈光下才能看見。擦傷發生在精磨（t=0.005～0.02）條件下，且多發生在磨削區域后部。

采取下列措施，可解決工件表面擦傷問題：（1）在砂輪、導輪修整后，將托板表面沖洗干凈；（2）托板工作面要仔細修磨，修磨后要嚴格去磁，以防吸附鐵屑穢物；（3）使用的冷卻液要保持清潔；（4）選擇合適的磨削用量，精磨時磨量不宜過小。

3 結束語

因此，無心磨削對機床調整的技術要求較高，其調整和參數選擇也不是簡單的公式化，而是需要理論與實踐的有機結合，需要經過長期的生產實踐反復摸索和總結，這就要求我們在今后的工作中更深入的學習，以適應各種無心磨削加工的需要。

參考文獻

[1]王玉昆.無心外圓磨削原理[J].機械工業出版社，2009.

[2]李伯民，趙波.現代磨削技術[J].機械工業出版社，2003（1）.