无心磨削工艺解读

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1、SME 无心磨削工艺 SME 一、无心磨工艺基础 二、典型零件加工 三、新方法概述 SME 一、无心磨工艺基础 1、工艺介绍 2、成圆理论 3、机床调整 4、方法分类 二、典型零件加工 三、新方法概述 SME 无心磨削：无心磨削 是一种高生产率的精密 加工方法。其使用待加 工的表面作为定位表面 ，由于定位表面的误差 ，造成在加工过程中工 件不定中心自由地在磨 削轮、导轮之间，并以 支承板支撑。 SME l无心磨削主要可以分为:无心外圆磨削、无心内圆磨削。 l可以加工工件的外圆面、内圆面、内外圆锥面，也可以对螺纹以及其他型 面进行加工。 l 无心磨削是一种适应大批量生产的高效磨削方法。 加工精度

2、可达IT6IT7级 圆度可达0.5-1m 圆柱度误差能达到1.5 m 表面粗糙度可达Ra 0.2-0.8 m. 适于小型零件的大批量生产，典型零件主要有轴承套圈外圈，阀芯 ，活塞销等。 SME 活塞销 阀芯 轴 承 外 圈 SME 原理 以贯穿法磨削形式为例： 导轮是由橡胶接合剂做成， 砂轮跟导轮的转向是相同的，砂 轮的圆周速度比导轮要快,大概 是导轮速度的7080倍。导轮跟 工件之间的摩擦力大于砂轮跟工 件之间的摩擦力，那么在加工时 ，工件就会被导轮带动，按着跟 导论相反的方向回转，就会使回 转方向跟砂轮相逆，砂轮磨削工 件。 SME 无心外圆磨削是外圆磨削的一种特殊形式，是工件不定回转中心

3、的磨削， 为一种生产率很高的精加工方法。磨削时，工件置于砂轮和导轮之间，靠 托板支承，工件被磨削的外圆面作定位面。 无心外圆磨削 SME 无心内圆磨削 工件支承在滚轮和导轮上，压紧轮使工件紧靠导轮，并由导轮带动旋转， 实现圆周进给运动。工件支承在滚滚轮和导轮上，压紧轮使工件紧靠导轮 ，并由导轮带动旋转实现圆周进给运动，磨削轮除完成旋转主运动外，还 作纵向进给运动和周期的横向进给运动。加工循环结束时，压紧轮沿箭头 方向摆开，以便装卸工件。 SME 砂轮修 整器 砂轮主 轴 导轮主 轴 刀板托 架 砂轮电 机 砂轮手 轮 导轮手 轮 导轮架 砂轮架 电气操 作箱 静压节 流阀 导轮修 整器 无心磨

4、工艺系统 SME SME 砂轮的和导轮的最大外径以及宽度由机床决定。 砂轮的磨料、粒度、硬度、组织、结合剂的选择与一般外圆磨削基本相同 ，但是比一般外圆磨削稍硬，直径小的砂轮稍硬些，导轮要比砂轮稍硬， 粒度稍细。导轮一般为树脂材料，宽度一般与砂轮等同。 砂轮、导轮 SME 辅助设备 SME 大型 工件 的送 料机 构 SME 小型 工件 的送 料机 构 SME 无心磨削的特点： 无心磨削的特点主要是跟普通外圆磨削相比较 u工件自由的放置于定位夹具中，磨削过程中工件中心不定。 u 工件两端不打中心孔，不需要顶尖支承工件，磨削余量相对较小，无夹持 力工件无变形。 u 工件运动是由砂轮导轮共同作用的

5、。 u 能配上自动上下料机构，易于实现生产过程的自动化，生产率很高。 u 对于薄壁套类零件的生产尤其适合，不适合生产轴向有沟槽的零件。磨削 带 孔的零件时，不能纠正孔的轴心线位置，不能保证同轴度。 SME 无心磨削的成圆机理 无心磨削的成圆理论主要包括： 几何成圆理论 静态成圆理论 动态成圆理论 准动力学成圆理论。 其中几何成圆理论 是无心磨削圆度误 差产生与控制的基 本理论。 准动力学成圆理论 ，几何成圆和动态 成圆理论的有机统 一。 SME 几何成圆理论 SME 我们首先研究一个表面波峰的的加工误差，然后推至整个全轮廓。 假设工件表面有一个波峰，那么当这个波峰与导轮在2点相接触的时 候，工

6、件中心Ow就会沿托板斜面方向移动至Ow，于是产生定位误 差。 同理，当这个波峰运动到与托板的接触点3的时候，工件中心就会沿接 触点的法线方向移动至Ow SME 我们首先研究一个表面波峰的的加工误差，然后推至整个全轮廓。 假设工件表面有一个波峰，那么当这个波峰与导轮在2点相接触的时 候，工件中心Ow就会沿托板斜面方向移动至Ow，于是产生定位误 差。 同理，当这个波峰运动到与托板的接触点3的时候，工件中心就会沿接 触点的法线方向移动至Ow SME 两个定位误差都可以相应的换算成在加工方向上的误差F2、F1。 SME 在实际加工的时候，工件表面也不会只存在一个波峰，事实上工件表面是 存在很多的波峰（

7、波谷可以视为负的波峰），那么工件的表面可以表示为 一条的曲线，将这条曲线傅里叶级数展开。 SME 假设圆心不动，那么在1点需要切除的量为 SME 在导轮接触点 在托板接触点 但是我们需要考虑托板和导轮的影响 实际切削量=切削点处加工误差+托板处和导轮处定位误差折算到加工方 向上 SME SME 磨圆系数Ai称为第i次谐波的磨圆系数。 Ai的取值范围决定了的我们磨圆的质量。只有满 足一定条件才会使第一次磨削量1和第m次磨削 量满足如下关系： SME SME 由于在磨圆参数Ai有参数托板倾斜角和切削角（即磨削中心高h） ，通过调整这些参数使磨圆系数达到要求即可。 对于满足所有次的谐波，Ai都满足要

8、求的条件是不存在的。但是高次谐 波不易生成或者生成的不圆度误差很小，我们主要是依据低次谐波来计 算Ai值，用来调整机床。 SME 无心磨削易出现低次棱圆和高次椭圆 棱圆 椭圆 SME i=220、无心磨削几何区域稳定图 最佳几何参数 参数选择落在空白 区域较宽广的地 方。 SME 分析示例：=30，参数选择 计算知，在小切削角时，低次（3、5、7、9）棱圆的磨圆系数略大于-0.9，而处 于不稳定状态的谐波次数很大，要大于30。 当切削角很大时，虽然低次棱圆的磨圆系数很大，远大于-0.9，但处于低次的偶谐 波处于不稳定状态，i=12、14、20等，因此采用大角度磨削易产生一定的椭圆 度。 我们在

9、调整机床时，要选择合适的机床几何参数，尽量选择在稳定图上的宽阔的 区域。 SME 要尽量减小工人操作时候的不可避免的误差对于加工精度的 影响 SME 极端情况分析： 如果工件与导轮磨削轮的圆心等高，托板为水平支撑的情况。 SME 其它形式的无心磨削也可以用类似的理论分析 SME 静态成圆理论 静态成圆理论就是在几何成圆理论的基础上引入了系统静刚度因素磨量残留系 数Ko SME Ko即每次磨削时只是磨削了理论磨削量的（1-Ko）倍。但是磨削时，工件 回转圈数达到一定的量时对于加工是有利的，所以Ko不是越小越好，也就 是机床刚度并不是越大越好，理论上存在一个最优值。 SME 动态成圆理论 动态成圆

10、理论就是在几何成圆理论和静态成圆理论的基础上将机床的振 动，转速，刚度等因素考虑在内发展而来。 无心磨削工艺系统主要由砂轮、导轮、托板，工件组成。所以在研究无 心磨削系统时，常将其简化为四自由度的振动系统 SME 动态理论是选择工件转速，导轮材料，机床结构刚度的依据 SME 其他方面机床的调整 在无心磨床加工时，砂轮的形状并不能是严格的圆柱形，否则的话，工件将 很难进入磨削区域，并且极易磨伤工件。因此砂轮的修整不仅要考虑工件的 表面粗糙度的要求，还要将砂轮修整成一定的形状，以实现喂料、预磨、精 磨、无进给磨，以及退料等过程。 正确的砂轮形状应在砂轮的前部（工件进入处）和后部（工件退出处）呈圆

11、锥形，一般不大于30。以便使工件逐渐的切入，不会使入口磨量太大而使工 件划伤，也不会使工件在脱离磨削区域时划伤工件，影响工件的表面粗糙度 和几何精度。合理的砂轮几何形状应使火花集中在主要磨削区域，工件进入 精磨以及无进给光磨后，火花逐渐减少，在磨削出口处无火花。 补充：磨削火花是 评价磨削过程的重 要指标。 SME 导轮的修整 SME SME 砂轮修整 修整砂轮和导轮 粗磨时，砂轮的走刀速度要快，以获得锋利的切削刃 ，精磨时砂轮的走刀速度应当慢，以得到砂轮的等高性和微刃性。导轮必 须在高速下修整，两轮修整时必须要有足够的冷却液。 无心磨削的磨削温度大概在1000，易出现磨削烧伤，使表面硬度降低

12、，出 现表面裂纹，所以磨削时候要大量使用冷却液。 磨削区域的火花是一个重要调整指标。根据火花的情况调整导轮架，或者 修整砂轮导轮。 SME 影响加工质量的其他因素 导轮的倾角、转速 托板的厚度、高度、长度 导板的安装精度 其他类似普通磨削的影响因素，如砂轮粒度、锋利程度、磨削用量、磨削 液 工件易出现的质量问题 圆度误差 锥度 圆柱度误差，细腰形、腰鼓形 粗糙度差 鱼鳞斑、直线白色线条 SME 无心磨削其他加 工方法 l贯穿磨削法 SME l切入磨削法 SME SME l内圆磨削法 SME l复合磨削法 SME 一、无心磨工艺基础 二、典型零件加工 三、新方法概述 SME 如图所示：为一个圆柱

13、销工件， 材料为45钢热处理淬硬 4852HRC，磨削余量为0.2 0.25mm，要求用贯穿磨削法磨削 至尺寸为 ，表面粗糙度 为Ra0.4m，外圆圆柱度公差为 0.003mm。 技术要求 材料45钢，热处理 淬硬4852HRC SME 根据工件的材料和加工技术要求，进行如下分析 工装的选择： 选择常见的M1080型无心外圆磨床。 磨孔直径通磨5-80mm 切入磨5-80mm 磨削长度通磨250mm 切入磨190mm 导轮回转角度垂直面内-2-5；水平面内0-3 砂轮与导轮中心连 线到托架安装面的高 度 210mm 手轮刻度每格进给量0.005mm 砂轮规格P500*200*305mm 导轮规

14、 格PSA300*200*127mm 砂轮转速1300r/min M1080磨 床工艺参 数 SME 2、砂轮的选择和调整 工件采用M1080型无心磨床磨削所选的磨削轮的特性为A60-80JPV双面 凹砂轮（这里最好自己了解下），导轮特性为A80120PR砂轮。修整砂轮 用金刚石笔，因为工件技术较高，砂轮需要多次修整。 磨削前,需要调整和修整导轮。先调整导轮在垂直面的倾角 =4， 再调整导轮修整器滑座在水平面的角度=350；根据导轮和工件直径及查 修整导轮时金刚石滑座的回转角度表，工件安装中心高度h=10mm，计算 出金刚石偏移量h1=9mm，将导轮调整至修整速度，修整导轮，并用磨削轮 修整器

15、粗修整磨削轮。 SME 3、装夹方法 工件不需要特别的装夹，但需要调整好托板和导板的位置，其方法如下： 调整托板时，将工件放在托板和导轮之间，查修整导轮时金刚石滑座的回 转角度表，取h=10mm，计算出托板安装高度H=219mm。 调整导轮一侧前、后导板时，可取一个待磨工件放在托板上，将工件靠着前 导板推向导轮，检查导板的位置是否正确，前导板应比导轮表面退后0.8， 调整好托板和导板后即可安放工件。 SME 4、磨削方法 采用贯穿磨削法磨削，分配好粗精磨余量，工件的磨削余量为0.20.25mm， 分三次粗磨，每次磨削余量为0.05mm，留精磨余量0.05mm左右，粗磨前应 该试磨工件，启动磨削

16、轮和导轮，待砂轮运转35min后试磨工件，横向进给 0.020.05mm。仔细观察磨削火花的分布情况，以判断磨削是否正常，若火 花是均匀变化的，且在磨削区后半区域，火花渐渐减少直至不见，则表明磨 削正常，符合要求。 SME 5、磨削步骤 1修整导轮倾导轮倾 角，=4 2修整导轮，导轮修整器滑座在水平角度=350，金刚 石偏移量h1=9mm 3粗修整磨削轮 4修整托板，工件安装中心高h=10mm，托板安装高度 H=219mm 5调整导板，前导板比后导板表面退后0.02mm，后导板 与导轮周围齐平 6试磨 7粗磨，分三次粗磨，每次磨削余量为0.05mm，留精磨余 量0.05mm左右，检查圆 柱度误差不大于0.003mm，表 面粗糙度Ra0.80.4m 8精修整磨削轮，必要时调整导轮，并调整托板和导板 9精磨外圆至尺寸要求。 SME 一、无心磨工艺基础 二、典型零件加工 三、新方法概述 SME 无心磨削的主要