無芯磨床加工曲軸消除加工棱圓研究

許朝雄

摘要：在曲軸精密外圓磨床中，無芯磨床加工曲軸的應用非常普遍，不但提高了加工精度，而且大幅度提高了磨床的加工效率。文章通過對無芯磨床的介紹，對無芯磨床加工曲軸消除加工棱圓進行了分析。隨著機械產品質量的不斷提高，磨削工藝也將不斷發展和完善。

關鍵詞：無芯磨床；主軸徑磨削；加工棱圓；機械產品質量；通磨法 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG581 文章編號：1009-2374（2016）02-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.012

無芯磨床是一種較為特殊的磨床，它不需要采用工件的軸心也可以進行磨削。無芯磨床由三個部分組成，分別是磨削砂輪、調整輪和工作支架。無芯的磨削最常用的辦法是縱磨的方法，又叫貫穿法或者叫通磨法。因這種方法的生產效率相比有芯磨床有非常大的提高，加工的精度更高，更加容易實現強力磨削和磨削過程自動化等優點而被廣泛應用。三個部分都起著不同的作用，磨削砂輪的工作是磨削；調整輪起著控制工件旋轉的作用，并且使工件發生進刀速度；工作支架的作用則是在磨削過程中支撐著工作。這三個部分有著不同的幾種配合的方法，但是除了研磨之外，幾種方法的工作原理都基本相同。我們現在用的擺動跟蹤磨床可以擔任曲軸加工的各項磨削的任務。這樣就可以在一次加工中主軸勁和連桿的軸勁磨削，也可以將淬火的圓角進行磨削。另外，這種無芯磨床在工藝上還可以與其他的工作相結合。在工作的時候，根據機床類型的組合，借助高速運行的機床也可以對軸頸、凸緣和曲軸進行磨削。

1 無芯磨床的部分組成

磨削過程中的工件的定位由三部分組成，即砂輪、導輪和托板。軸承套圈的中心位置隨著工作在轉動，在徑向的平面內是不固定的。對于無芯磨床軸承圈具有一定的要求，其中包括對材料的選擇。

1.1 砂輪的選擇

對于材料的選擇，磨抗張強度的材料較高時，選用的磨料則要求韌性比較大。在使用磨硬度較低，延伸率較大的材料時，選用較為脆薄的磨料。選用磨硬度較高的材料時，則可以選用硬度高的磨料。在粒度的選擇方面，則用粗粒砂輪磨削較為合適，這樣生產率較高，但這時的工件比較粗糙。用細粒度砂輪磨削的時候，生產的效率較低，但是這樣磨出的工件比較精良。

對于工件尺寸的選擇。由切削力和內應力所引起的變化也比較大。磨削的余量也應該取得大一些。在注意工件形狀較為復雜或者技術的要求較高的零件也應選擇較為大的磨削的余量。在軸承的套圈進行磨削加工的過程中，高精度的套圈磨削余的量也要增加一些。

在硬度上的選擇。在磨削軟材料時要選擇較硬的砂輪。磨削硬材料的時候則要選擇軟砂輪。端面磨就比圓周磨削的時候，砂輪的硬度要軟些。剛性較差的工件，磨硝的余量也就大些。

1.2 側導板的選擇

對于側導板，側導板則是定位裝置設備當中延長的部分，這樣就直接影響到了工件進入和離開磨削區域時導向是否正確。當前后的側導板工作方向不平行時，將直接影響到工件的圓柱度的大小。

1.3 固定支架型托架

現在較新的固定支座托架結構，左支座用螺釘固定則連接在托架體上。用調整螺釘的方式可以來固定右邊的支架。這樣的托架剛性比較強，適用于寬砂輪強力磨削。托架體的底部定位和中間4個螺釘固定在工作臺上。托架的前后兩端分別放在左支座和連接右支架上，其上面分別固定進出砂輪的左的導板和右邊的導板。

固定支座型托架主要有以下優點：（1）托架體通過平臺和支座連接，剛性較強，托架體用6個螺釘固定且集中在磨削區，設計比較合理，固定牢靠；（2）左邊的支座用螺釘固定在托架體上，連接可靠，底面有導向鍵可調整位置。右支架為銷軸連接，通過兩個螺釘同時緊固，頂緊點位于右支架寬度中間，受力較合理，定位好；（3）托板較長，壓緊均勻牢固，適宜強力磨削。導板較長，右導板加厚，與右支架采用螺釘連接，剛性能夠增強。

2 無芯磨床的工作原理

用無芯磨削的方法來磨削工作的旋轉表面的磨床，一般情況下指的是外圓磨床。在無芯的外圓磨床上，工件是不必用頂尖定心和支承的。在工作的時候，將工件放在砂輪與導輪之間，這樣就由托板和導輪支承。砂輪放在主軸端部，寬度較大，無芯的外圓磨床則裝在主軸的中部，砂輪的最大寬度可到900mm。砂輪和導輪同時運行，不過砂輪的運行速度比較快，而導輪的速度比較慢，這樣就帶動了旋轉來估圓周的運行。在磨削的過程中，調整導輪軸線導致的傾斜會實現軸向進給，這種情況適用于圓柱形工件、無中心孔的工作中。在開始使用磨削的時候，可以用導輪或砂輪架的移動來實現徑向進給，這樣適用于磨削或凸臺的工作以及圓錐件等其他形狀的工作。無芯的磨床的生產效率比較高，加上各種裝料更易于自動化，在生活中獲得了大量應用，因為這種方法操作簡單，所以可以由技術不太熟練的工人來操作。無芯的磨床的精度有幾個等級，一般為：圓度2微米，尺寸精度4微米，高精度無芯磨床可分別達到0.5微米和2微米。這里還有無芯的內圓磨床和無芯的螺紋磨床等。一般情況下，這種磨床的生產方式具有非常高的精度，主要原因是機床不必以非常小的增量來運行，這樣就可以有效地控制公差的尺寸。無芯磨削和其他的方法一個非常重要的差別是不受機械的限制。外圓的磨床是將工作夾持在頂尖之中，使工作能夠對砂輪進行旋轉。相比之下，無芯磨床則沒有任何的中心點。這種方法依賴于三個關鍵的元件之間的相互配合，而這三個元件則是砂輪、調節輪和工件葉板。在無芯磨床工作中，工件的葉板則用于固定工件的外徑。工件葉板被安裝在砂輪和調節輪之間。為了使工件能夠達到削磨的目的，工件葉板上必須安裝在一個合適的位置上。最好的方法就是將工件的中心線設置在砂輪和調節輪的中心線上。

3 消除曲軸棱圓的方法

很多原因造成磨床加工的曲軸起棱，所以在施工時要嘗試先修整砂輪和導輪，看支板是不是磨損過大，如果是就用平面磨床把支板磨平（45。），不要磨成月牙形，盡量平整，支板過高，導輪速度過快也會使產品出現菱形。這些都不能解決的話就要調整導輪的角度了，還有現在無芯磨床普遍存在的共震問題也是產品出現菱形的原因。

首先調好前面和后面的導板角度，也就是說的導板和導輪的平行，不要角度調扭曲了，調好后就進刀磨削工件，看磨削的狀態，再調試磨削區域，磨削區域不應調試很前面，也不應調試在最后面。最好的磨削區域狀態是工件離出料區1厘米左右，導輪的傾斜角度的大小只和磨削速度有關，傾斜角度大磨削速度就快，相反就慢（在變不到速的情況下才調導輪傾斜角度，有變速齒輪或是無極變速的情況下就不用）。這種情況可能是導板角度沒調試好，磨削區域沒調好，導輪的修正角度一般在2。～2.5。這個區間，然后調好導板和磨削的區域。在磨削的過程中需要削止推軸和兩個止推面，還包括兩個成型的圓角。這種情況下，即使使用窄砂輪來進行強力的冷卻，也很難避免出現磨削燒傷。對于這種情況，一種解決方案就是成形磨削。主要含義是：在成形磨削時，產生燒傷的主要原因是熱量大量積累，冷卻液就無法進入而造成退火燒傷，嚴重影響發動機的運行穩定性。根據燒傷所形成的原因，我們可以從選擇合適的砂輪、選擇合理的磨削余量和改善冷卻條件三個方面著手。

砂輪修整質量的好壞關系到磨床加工零件質量的好壞，因為CBN涂層造價昂貴，其修整不能按普通砂輪一樣進行大切削量的修整，因此大部分先進的CBN磨床都采用超聲波監控、微量修整的方式，每次的修整量為0.015mm，可根據需求的零件形狀調整砂輪修整的形狀，如錐度、凹凸狀等。磨削技術之所以發展得很快，是因為它在機械制造中起非常重要的作用。通過以上的介紹，我們也知道了很多有關無芯磨床工作原理和消除曲軸棱圓的方法，這些都是值得借鑒的方法和經驗。正是因為這種優點，使得無芯磨床在實際生產中廣泛應用，除了我們介紹的內容外，在有關廠家的生產中，精確加工的工序也全部采用了這種方法。一條無芯磨床完整的生產線應用到了機床的60%以上。當然，無芯磨床的技術也不是完美的，還需要進一步提高這種技術。從目前的情況來看，無芯磨床的砂輪、側導板和托架都有提高的空間。比如在材料方面，在材料符合的條件下，可以進一步降低材料的成本，從而使無芯磨床的技術獲得更加廣泛的推廣。另外，我國的磨床技術還不夠先進和完善，無芯磨床的發明也是一個較好的發展階段。從這個角度來看，磨床削尖的技術還需要進一步提高。

4 結語

當前工業發展前景廣闊，但是磨床削尖技術不夠完善，不足以應對市場的需求，所以作為工程人員要不斷推進技術創新，不斷取得技術突破，設計出更加精密的儀器，因為只有那些能夠取得高精度和高質量的工作才能符合時代的發展，在競爭激烈的市場環境下免遭淘汰。在曲軸精密外圓磨床中，現代先進的曲軸磨床集合了多種先進的設計與工藝，不但提高了加工精度，而且大幅度提高了磨床的加工效率。本文以無芯磨床的加工方式為例，進行研究探討，總結了磨床的高效加工

方法。

目前，國際上主流的曲軸外圓高速磨床大多采用帶測頭自動補償功能的CBN隨動磨床，隨著CBN材料刀具的逐步使用以及加工邏輯的優化與提升，曲軸高速磨削不再是夢想，因此多種高速磨削的設計原理及邏輯結構是值得深入學習和研究的。現代優化設計的擺跟蹤為曲軸的加工形成了多種解決的方案，我們可以根據加工的方式和要求的產量以及每一種型號的無芯磨床的設計來安裝各種各樣的平臺和砂輪架。通過解析及研究不難發現，新型磨床大膽采用的采樣技術及邏輯，讓高速切削磨床從眾多磨床生產模式中脫穎而出，成為磨床技術的轉折點。從夾具、控制邏輯到反饋信號的使用，讓整臺機床的功能更完整，使運行更精密、更高效。

參考文獻

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（責任編輯：周 瓊）