無心磨削成圓理論分析及常見缺陷排故分析

戴永鎮

（廈門虹鷺鎢鉬工業有限公司，福建 廈門 361021）

1 引言

無心磨削是一種高效率的磨削加工方法，通常在無心磨床上進行操作，其作用是磨削工件的外圓，無心磨屬于周磨法。無心磨床主要由砂輪、導輪和托板組成，按照結構可以分為臥式無心磨床、傾斜式無心磨床以及立式無心磨床。其中傾斜式無心磨床通常應用于薄壁輕型零件和重型零件的磨削加工過程中，立式無心磨床通常應用于低于中心的情況。在進行無心磨削的過程中，工件要被放置在砂輪與導輪之間，不用頂尖定心和支承，由托板進行支撐，由導輪帶動旋轉。

2 無心磨削技術概述

無心磨削技術誕生于1917年，隨著無心磨削技術的誕生，不但大幅度提升了零件的尺寸精度和圓度，還大幅提升了零件的生產質量和生產效率。無心磨削技術為大批量生產提供了良好的條件，實現了可互換零件的生產制造。目前，無心磨削技術在汽車生產領域的應用最為廣泛，滿足了汽車制造業對零件的產量和精密度的需求。無心磨削技術需要在無心磨床上進行相關操作，無心磨床的誕生促進了無心磨削技術的迅猛發展。無心磨床的結構省去了對工件裝夾和驅動的需求，不但大幅提升了裝夾工件和拆卸工件的速度，還提升了磨削的精度和生產力。無心磨床主要由砂輪、導輪和托板組成，按照結構可以分為臥式無心磨床、傾斜式無心磨床以及立式無心磨床。無心磨削技術主要分為三種類型，包括橫向進給方式、貫穿進給方式以及切向進給方式[1]。其中，橫向進給方式主要應用在多直徑工件的磨削過程中；貫穿進給方式主要應用在細長圓柱形工件、無中心孔的短軸和套類工件的磨削過程中；切向進給方式主要應用于帶軸肩或凸臺的工件，以及圓錐體、球體或其他回轉體工件的磨削過程中。目前，隨著無心磨削技術的不斷發展，無心磨床也在不斷優化升級，開發出了很多實用性極強的輔助功能。

3 無心磨削技術的原理

3.1 無心磨削技術的特點

第一，在應用無心磨削技術的過程中，不用在工件的兩端打中心孔，也不需要使用頂針來對工件進行支撐，工件由托板進行支撐。在此過程中，工件的位置變化、大小和工件的原始誤差、磨削用量以及磨削工藝參數等因素有關。在磨削帶孔工件的過程中，不能夠糾正孔與軸的軸心線位置，工件的同軸度精度較低。第二，在應用無心磨削技術的過程中，無心磨床的傳動鏈不是決定工件運動穩定性與均勻性的唯一因素，還與工件的質量和形狀、導輪的制作材料、導輪的表面狀態，磨削用量以及相關的工藝參數有關。第三，通過無心磨削技術的應用，可以有效實現機動時間與上、下料時間的重合，推動磨削過程的自動化發展，進而提升生產的效率[2]。另外，無心磨削技術比較適用于大批量的生產，對于小批量的生產而言，沒有明顯的經濟性優勢，因為在調整機床的過程中，比較消耗時間。第四，通過無心磨削技術的應用，可以有效實現強力磨削、高速磨削、寬砂輪及多砂輪磨削。另外，在應用無心磨削技術的過程中，工件由全部磨削面承受磨削力，有效提升了支撐的剛性。在相同的條件下，比應用普通外圓磨削技術的磨削余量要小，如圖1所示。

圖1 無心磨削示意圖

3.2 無心磨削的過程

首先，在應用無心磨削技術的過程中，導輪的直徑尺寸和轉速比磨削輪的直徑尺寸和轉速要小。此時，工件與導輪之間的摩擦力是比較大的，因此，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。其次，在應用無心磨削技術的過程中，工件被放置在導輪與托板之間，借助于橫向進給運動使工件與磨削輪接觸進行磨削加工。另外，磨削砂輪是專用于無心磨床的一種砂輪，磨削砂輪與導輪和托板要進行相互作用，以此來完成工件的磨削過程。砂輪有剛玉砂輪、金剛石砂輪等，不同的目數可以磨削出不同表面粗糙度的工件表面，砂輪目數越高，磨削出的工件表面粗糙度值越低。磨削過程中，一般有粗磨和精磨，粗磨的磨削量較精磨大。

3.3 無心磨削的成圓分析

對于工件的無心磨削而言，工件的加工面就是定位基面，工件在進行磨削之前的原始圓度誤差與進行磨削之后的表面圓度誤差都會反映為定位誤差，進而對工件的外圓精度產生影響。

4 無心磨削常見的缺陷以及排故措施

4.1 工件產生的圓度誤差

工件中心高是使工件產生圓度誤差的主要幾何因素，工件的圓度誤差主要包括棱圓度誤差和橢圓度誤差，在實際的生產過程中，工件會存在一個最佳的中心高，最佳中心高會隨著工件的不同而產生變化。首先，工件的圓度誤差會受到其原始形狀的影響，工件原始形狀的誤差越大，工件成圓時的圓度誤差也就越大。其次，在無心磨床磨削的過程中，托板的頂端為斜面，工件的中心高于磨削輪與導輪中心的連線[3]。如果工件的中心高度不夠，就會使工件逐漸壓向托板，此時就會增加導輪的分力，從而增大工件與托板之間的摩擦力，進而影響工件磨削的過程，形成棱圓度誤差；如果工件的中心高過大，就會使工件受力不穩，進而使工件在磨削過程中產生振動，形成橢圓度誤差。另外，如果工件振動嚴重的話，還會導致磨削無法運行。在實際的生產過程中，工件的橢圓度誤差比工件的棱圓度誤差容易改善。如果是在粗磨的過程中，應該使用較高的中心高，以此來對工件的棱圓度誤差進行有效改善；如果是在精磨的過程中，就可以將工件的中心高降低一些，以此來對工件的橢圓度誤差進行有效改善，同時也可以進一步對工件的棱圓度誤差進行改善；當工件精度要求較高的時候，通常會在工件的中心高為0或者負值的情況下進行磨削。另外，除了工件的中心高之外，導輪未經過修圓處理或者工作時間過長也會使工件產生圓度誤差，針對這一問題，就要及時對導輪進行修圓處理。

4.2 工件存在錐度

第一，當前導板向導輪的方向發生傾斜的時候，就會縮小工件的前部直徑；當后導板向導輪方向發生傾斜的時候，就會縮小工件的后部直徑。針對這一問題，要及時對前后導板進行相應調整，使前后導板與導論的母線保持平行狀態。第二，當磨削區域的形狀不正確的時候，如磨削輪和導輪的表面出現嚴重磨損的時候，此時，就要及時對磨削輪和導輪進行修正或更換。第三，當托板出現局部磨損的時候，就會導致工件的軸線發生傾斜，進而產生錐度，此時就要及時更換托板。

4.3 工件的表面存在缺陷

第一，工件的表面存在振紋。磨削量過大或磨削的區域過短是導致工件出現振紋的主要原因。針對這一問題，就要科學合理地調整導輪的修整角和金剛石的位移量[4]。第二，工件的表面存在擦傷。在實際的生產過程中，只有在強光的條件下才能夠有效觀察到工件的表面擦傷，另外，工件的表面擦傷通常出現在磨削區域的后部。針對這一問題，一方面，要在修整砂輪與導輪之后，加強托板表面的清洗工作，仔細修磨托板的工作面，同時對托板的工作面實施消磁的處理；另一方面，要結合實際的生產需求來選擇磨削用量，在進行精磨的過程中，磨削用量不宜過小。另外，在生產的過程中，盡量使用清潔的冷卻液。

5 結語

綜上所述，無心磨削是一種高效率的磨削加工方法，需要較高的機床調整技術來加以支持，因此，要將相關的理論和實踐進行有效結合，以此來促進無心磨削加工技術的發展。