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外圆表面磨削加工中外圆磨床及磨削方法


   用磨料磨具(砂轮、砂带、油石和研磨料)作为工具进行切削加工的机床,统称磨床。以磨削回转体外表面为主的磨床称为外圆磨床,主要类型有万能外圆磨床、普通外圆磨床、无心外圆磨床等,其中以万能外圆磨床的应用最为普遍。下面重点介绍M1432A型万能外圆磨床的结构组成、切削运动、磨削方法及应用。
    1.万能外圆磨床
    M1432A型万能外圆磨床是普通精度级万能外圆磨床。它主要用于磨削IT7~IT6级精度的圆柱形、圆锥形的外圆和内孔表面,还可磨削阶梯轴的轴肩和尺寸不大的端平面等。磨削表面粗糙度Ra值一般可达0.8~0.2μm。M1432A型万能外圆磨床的通用性较好,但磨削效率不高,适用于单件小批生产,常用于工具车间和机修车间。
    (1)机床的组成及主要技术规格。图8-23所示为M1432A型万能外圆磨床的外形图,其主要组成部分如下。
M1432A型万能外圆磨床
    图8-23    M1432A型万能外圆磨床
    1-床身2-头架3-工作台4-内磨装置5-砂轮架6-尾座7-脚踏操纵板
    1)床身。床身1是磨床的支承部件,其上装有砂轮架、头架、尾座及工作台等部件,使它们在工作时保持准确的相对位置,床身的内部用作液压油的油池。
    2)头架。头架2用于安装和夹持工件,并带动工件旋转完成圆周进给运动。头架可在水平面内逆时针方向转动(调整范围为0°~90°),以加工锥度较大的圆锥面。
    3)工作台。工作台3装在床身顶面前部的纵向导轨上,台面上装有头架2和尾座6,被加工工件支承在头架和尾座顶尖上,或用头架上的卡盘夹持。工作台由液压传动沿床身导轨往复移动,使工件实现纵向进给运动。工作台由上下两层组成。上工作台可相对于下工作台在水平面内转动很小的角度(±10°),用以磨削锥度较小的圆锥面。
    4)砂轮架。砂轮架5安装在床身顶面后部的横向导轨上,用于支承并传动高速旋转的砂轮主轴。当需要磨削短圆锥时,砂轮架可在水平面内±30°范围调整位置。
    5)内磨装置。内磨装置4装在砂轮架上,主要由支架和内圆磨具两部分组成。内圆磨具是磨内孔用的砂轮主轴部件,它做成独立部件,安装在支架的孔中,可以很方便地进行更换。通常每台万能外圆磨床都备有几套尺寸与极限转速不同的内圆磨具,供磨削不同直径的内孔时选用。
    6)尾座。尾座6和头架的前顶尖一起支承工件。尾座在工作台上可左右移动调整位置,以适应装夹不同长度工件的需要。
    M1432A型万能外圆磨床的主参数是最大磨削直径。外圆磨削直径为Φ8~Φ320mm,最大外圆磨削长度有1000mm、1500mm、2000mm三种规格;内孔磨削直径为Φ30~Φ100mm,最大内孔磨削长度为125mm;外圆磨削砂轮主轴的转速为1670r/min;内圆磨削砂轮主轴的转速有10000r/min和15000r/min两级。
    (2)磨削方法及所需运动。图8-24为M1432A型万能外圆磨床几种典型加工示意图。其基本磨削方法有两种:纵向磨削法(纵磨法)和切入磨削法(切入磨法)。
M1432A型万能外圆磨床典型加工示意图
    图8-24    M1432A型万能外圆磨床典型加工示意图
    a)纵磨法磨外圆柱面b)扳转工作台用纵磨法磨长圆锥面
    c)扳转头架用纵磨法磨内圆锥面d)扳转砂轮架用切入磨法磨短圆锥面
    1)纵向磨削法。即工作台作纵向往复运动的磨削方法。磨削时共需三个表面成形运动:砂轮的旋转主运动ns;工件的纵向进给运动fa;工件的圆周进给运动nw。每单次行程或每往复行程终了时,砂轮还需作周期性的横向进给fr,从而逐渐磨去工件径向的全部磨削余量。这种磨削方法精度高,表面粗糙度值小,生产率低,适用于单件小批量生产及零件的精磨。
    2)切入磨削法。即用宽砂轮进行横向切入磨削的方法。磨削时只需两个表面成形运动:砂轮的旋转主运动ns;工件的圆周进给运动nw。因砂轮宽度比工件的磨削宽度大,工件不需作纵向进给运动,但砂轮要以缓慢的速度连续或断续地沿工件径向作横向进给运动fr,直至磨到工件尺寸要求为止。由于切入磨削法砂轮宽度大,一次行程就可完成磨削过程,所以磨削效率高。但磨削过程中砂轮与工件的接触面积大,磨削力大,磨削热集中,磨削温度高,势必会影响工件的表面质量,所以加工时必须考虑充分的冷却。切入磨削法主要用于批量生产,适合磨削刚性好的工件上较短的外圆表面。
    M1432A型万能外圆磨床,除有上述表面成型运动和砂轮架的横向进给运动fr外,还有砂轮架的快进、快退以及尾座套筒的伸缩运动等。
    (3)磨床的传动。M1432A型万能外圆磨床有机械传动和液压传动两个系统。
    液压传动具有传动平稳、无爬行,无级调速方便,易实现自动化,换向精度高等优点,所以在磨床的工作台驱动、横向快退及切入进给等方面广泛采用液压传动。M1432A型万能外圆磨床工作台的纵向往复运动、砂轮架的快进、快退和周期性自动切入进给、尾座套筒的伸缩运动均采用液压传动。
    砂轮主轴的旋转运动(主运动)、工件的圆周进给运动则为机械传动。其中外圆磨削砂轮是由主电动机(4kW,1440r/min)经V带轮直接传动旋转,实现主运动;内圆磨具砂轮是由内圆磨具电动机(1. 1kW,2840r/min)经可更换的平带轮传动旋转,可得到两种转速,实现主运动;头架主轴的转动是由头架上双速电动机(0. 55/1. 1kW,700/1360r/min)经三级V形带(塔轮)传动旋转,可获得6种转速,实现工件的圆周进给运动。
    除上述的机械和液压传动外,砂轮架的横向进给及工作台的纵向移动也可以手动操纵。
    2.无心外圆磨床
    图8-25所示为无心外圆磨床的外形图。
    (1)无心磨削原理无心磨削一般在无心磨床上进行。图8-26为无心磨削的原理示意图。在无心外圆磨床上磨削回转体零件的外圆表面时,工件不是支承在顶尖或夹持在卡盘上,而是放在砂轮和导轮之间,由托板支承,以工件自身外圆为定位基准,砂轮和导轮的旋转方向相同。导轮是用摩擦系数较大的树脂或橡胶作粘结剂制成的刚玉砂轮,它无切削能力。
无心外圆磨床
    图8-25    无心外圆磨床
    1-支座2-床身3-砂轮修整器4-砂轮架5-导轮修整器6-转动体7-座架8-微量进给手柄9-回转底座10-滑板11-快速进给手柄
无心外圆磨削原理
    图8-26    无心外圆磨削原理
    当砂轮以转速ns旋转时,工件就有与砂轮相同的线速度回转的趋势,但是由于受到导轮摩擦力对工件的制约作用,结果使工件以接近于导轮线速度(导轮线速度远低于砂轮)回转。从而在砂轮和工件之间形成很大的相对速度,由此而产生磨削作用。改变导轮的转速,便可以调整工件的圆周进给速度。
    无心磨削时,工件的中心必须高于导轮和砂轮的中心连线(即具有h距离),使工件与砂轮、导轮间的接触点不在工件同一直径上,从而使工件上某些凸起表面在多次转动中能逐次磨圆。实践证明:h越大,越易获得较高圆度,磨圆过程也越快。但h也不能太大,否则导轮对工件的向上垂直分力可能引起工件跳动,从而影响加工质量。一般h取工件直径的(0.15~0. 25)倍。
    (2)无心磨削方法。无心外圆磨削方法主要有纵磨法(贯穿法)和横磨法(切入法)两种,如图8-27所示。纵磨削法加工时,一件接一件地连续对工件进行磨削,生产率高,它适用于磨削不带凸台的圆柱形工件,磨削表面长度可大于或小于砂轮宽度。横磨法工件无轴向运动,导轮做横向进给运动,它适用于磨削有阶梯的工件或成形回转体表面,但磨削表面长度不能大于砂轮宽度。
无心磨削方法
    图8-27    无心磨削方法
    a)纵磨法b)横磨法
    1-磨削砂轮2-导轮3-托板4-挡块5-工件
    (3)无心磨削特点。在无心外圆磨床上磨削外圆表面时,工件不需钻中心孔,装夹工件省时省力,可连续磨削;由于有导轮和托板沿全长支承工件,因而刚度差的工件也可用较大的切削用量进行磨削,所以无心外圆磨削生产率较高。
    由于工件定位面为外圆表面,消除了中心孔误差,消除了外圆磨床工作台运动方向与前后顶尖连线的不平行以及顶尖的径向圆跳动等误差的影响,所以磨削出来的尺寸精度和几何精度都比较高,表面粗糙度值也较小。
    但无心外圆磨床调整费时,只适于成批及大量生产中。又因工件的支承与传动特点,只能用来加工尺寸较小,形状比较简单的工件。此外,无心磨床不能磨削不连续的外圆表面(如带有长的键槽),也不能保证被加工面与其他面间的位置精度。
    3.普通外圆磨床
    普通外圆磨床和万能外圆磨床在结构上的区别是:普通外圆磨床的砂轮架和头架都不能绕垂直轴线调整角度,主轴头架也不能转动,没有内圆磨具。因此,普通外圆磨床的工艺范围较窄,只能磨外圆柱面和锥度较小的锥面。但由于主要部件的结构层次少、刚性好,它可采用较大的切削用量,因此生产率较高。
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