球面零件磨削方法論述

董衛萍，孔繁錦，現坤，張磊

（中航西安飛機工業集團股份有限公司，陜西 西安 710089）

1 研究背景

飛機零件的機械加工中會經常使用到切削刃為球面形狀的各類工具，如球形扁鉆、球形锪鉆、球形立銑刀、研磨球等。扁鉆是加工大直徑內孔的孔類加工刀具，其具有結構簡單、制造成本低、使用方便等優點。但由于其特殊的球面切削刃結構，致使制造工藝復雜，生產周期長。而球面切削刃的磨削又是扁鉆制造、返修過程中的主要技術難點和瓶頸工序。傳統的仿形磨削方法加工效率低、難于保證刀具精度，且在磨削大直徑球面的過程中還存在砂輪爆裂的安全隱患。

針對扁鉆在制造、返修中遇到的諸多問題與困難，結合生產現場現有加工設備的實際情況，經過學習分析，研發出了一種在刃磨機床上磨削球面零件的方法。這種方法能夠獲得較高的尺寸精度和良好的表面質量，同時能夠有效防止砂輪爆裂，實現安全生產。本文以大球面扁鉆為例進行論述。

2 傳統球面零件磨削方法中存在的主要問題

傳統的球面零件磨削方法如圖1所示，先在砂輪上按樣板修出球面廓形，然后在鏟磨或刃磨機床上用砂輪靠磨零件得到球面廓形。

圖1 傳統球面零件磨削方法

對于大直徑球面，如按常規磨削方法在砂輪上修廓形磨球面，存在以下缺陷：（1）當R＞20mm時，會因為砂輪直徑D太大，砂輪線速度大于安全線速度35m/s，砂輪容易爆裂，不安全。（2）用砂輪靠磨球面時，由于砂輪廓形磨損快、磨損不均勻，導致球面尺寸不準確。

3 大直徑球面的磨削原理

在刃磨機床上，選用合適的砂輪，使砂輪軸線與球面軸線在水平面內相交成一定的角度，且二者做相對旋轉和進給運動，從而形成球面。外球面通過砂輪內孔口部磨削，內球面通過砂輪外徑端部磨削。

球面磨削是通過砂輪與零件相對運動軌跡形成球面，而且不同形狀球面磨削方法各有不同，下面分類介紹各種球面磨削方法。

3.1 與錐度外圓相切的球面的磨削方法

以大球面扁鉆為例，重點介紹與錐外圓相切的球面的磨削方法。錐度外圓斜角α=5.18°，球面R=25，運用球面形成原理，在刃磨機床上用砂輪內孔口部磨外球面R25，具體磨削方法，如圖2所示。

圖2 與錐度外圓相切的球面R的刃磨示意圖

相關參數計算方法及刃磨操作要領：

（1）參數計算公式：

（2）砂輪內孔直徑D的確定方法：D=AB=φ33.72mm。

（3）按D尺寸選圖2所示砂輪，車工按D值車砂輪內孔，按砂輪內孔d制作專用砂輪桿和螺釘，如圖3所示，安裝砂輪。

圖3 砂輪桿示意圖

（4）以扁鉆4#莫氏錐柄定位，安裝工件、旋轉工件中心線與砂輪中心線形成β角度。

（5）調整砂輪中心與工件中心絕對等高調整方法：用高度尺實測零件中心尺寸，換算砂輪中心尺寸，調整砂輪中心與零件中心等高。

（6）按圖2所示位置，工件球面部位涂紅丹粉、左右調整工件位置，必要時微調β角度，磨削時調整零件球心位置，并用樣板檢測，只有砂輪中心線正交到零件球心位置時，所得球面尺寸即為SR25。工件調整方法如下：如果砂輪只磨A區域，需要把零件按圖示位置向右移動；如果砂輪只磨B區域，需要把零件按圖示位置向左移動。

（7）批量生產，首件調試合格后，零件和砂輪相對位置固定不變，只進行正常砂輪進給磨削，當砂輪磨損不快時，只需要修砂輪端面。

3.2 與直外圓相切的球面的磨削方法

與直外圓相切的球面，其特點為：R=D1/2，磨削方法如圖4所示。

圖4 與直外圓相切的球面R的磨削方法

參數計算公式：

β=45°，AB=2Rsin45°，D=AB例 如：D1=Φ100mm，R=D1/2=50mm，β=45°AB=2Rsinβ=70.7mm，則可確定砂輪內孔直徑D=AB=φ70.7mm

3.3 球冠R的兩種磨削方法

球冠R的球面特點R＞D1/2，其磨削方法如圖5(a)、(b)所示。

對應參數計算公式：

方法選擇標準：當R較小時，按圖5(a)方法磨削；當R較大時，按圖5(b)方法磨削。

圖5 球冠R的兩種磨削方法

3.4 優弧球面的磨削方法

優弧球面的磨削方法，如圖6所示。

圖6 優弧球面的磨削方法

參數計算公式：

3.5 內球面的磨削方法

內球面的磨削方法及砂輪形狀如圖7所示，計算方法參照外球面計算公式。

圖7 內球面的磨削方法

4 應用價值

新方法磨削的球面R尺寸準確、球面缺陷小；砂輪磨削時與工件接觸面小、磨削力小，工件不容易退火；砂輪直徑小，磨削安全；砂輪磨損了只需要修砂輪端面，操作簡便，工作效率提高3～4倍。

該方法徹底解決了大直徑球面的磨削技術難題，為需要熱處理后磨削球面的此類產品提供了全新的加工思路與方法，且加工效率高、球面形狀完整、穩定，提升了企業的刀量具制造水平。