磨床磨削加工精密技术
磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。
大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工,少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工,如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。
正在精磨轧辊的大型磨床
磨床能加工硬度较高的材料,如淬硬钢、硬质合金等;也能加工脆性材料,如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削,也能进行高效率的磨削,如强力磨削等。
十八世纪30年代,为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工,英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的,它们结构简单,刚度低,磨削时易产生振动,要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。
1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床,是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上,箱形床身提高了机床刚度,并带有内圆磨削附件。1883年,这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。
1900年前后,人造磨料的发展和液压传动的应用,对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展,各种不同类型的磨床相继问世。例如20世纪初,先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。
自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。到了1920年前后,无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床,珩磨机和超精加工机床等相继制成使用;50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床;60年代末又出现了砂轮线速度达60~80米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床;70年代,采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。
精密与超精密磨削的机理
精密磨削一般使用金刚石和立方氮化硼等高硬度磨料砂轮, 主要靠对砂轮的 精细修整,使用金刚石修整刀具以极小而又均匀的微进给(1O一15 mm/min),获 得众多的等高微刃, 加工表面磨削痕迹微细, 最后采用无火花光磨, 由于微切削、 滑移和摩擦等综合作用,达到低表面粗糙度值和高精度要求。超精密磨削采用较 小修整导程和吃刀量修整砂轮,靠超微细磨粒等高微刃磨削作用进行磨削u J。 精密与超精密磨削的机理与普通磨削有一些不同之处。 1)超微量切除。应用较小的修整导程和修整深度精细修整砂轮,使磨粒细微破碎 而产生微刃。一颗磨粒变成多颗磨粒,相当于砂轮粒度变细,微刃的微切削作用 就形成了低粗糙度。 2)微刃的等高切削作用。微刃是砂轮精细修整而成的,分布在砂轮表层同一深度 上的微刃数量多,等高性好,从而加工表面的残留高度极小 。 3)单颗粒磨削加工过程。磨粒是一颗具有弹性支承和大负前角切削刃的弹性体, 单颗磨粒磨削时在与工件接触过程中,开始是弹性区,继而是塑性区、切削区、 塑性区, 最后是弹性区, 这与切屑形成形状相符合。 超精密磨削时有微切削作用、 塑性流动和弹性破坏作用, 同时还有滑擦作用。 当刀刃锋利, 有一定磨削深度时, 微切削作用较强;如果刀刃不够锋利,或磨削深度太浅,磨粒切削刃不能切人工 件,则产生塑性流动、弹性破坏以及滑擦。 4)连续磨削加工过程。工件连续转动,砂轮持续切人,开始磨削系统整个部分都 产生弹性变 形,磨削切人量(磨削深度)和实际工件尺寸的减少量之间产生差值即弹性让刀 量。此后,磨削切 人量逐渐变得与实际工件尺寸减少量相等,磨削系统处于稳定状态。最后,磨削 切入量到达给定值, 但磨削系统弹性变形逐渐恢复为无切深磨削状态 引。
能做镜面磨削的精密磨床
随着高精度、高硬度机械零件数量的增加,以及精密铸造和精密锻造工艺的发展,磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。
磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类,主要类型有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等。
外圆磨床是使用的最广泛的,能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。万能外圆磨床还带有内圆磨削附件,可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。不过外圆磨床的自动化程度较低,只适用于中小批单件生产和修配工作。
内圆磨床的砂轮主轴转速很高,可磨削圆柱、圆锥形内孔表面。普通内圆磨床仅适于单件、小批生产。自动和半自动内圆磨床除工作循环自动进行外,还可在加工中自动测量,大多用于大批量的生产中。
平面磨床的工件一般是夹紧在工作台上,或靠电磁吸力固定在电磁工作台上,然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨床;无心磨床通常指无心外圆磨床,即工件不用顶尖或卡盘定心和支承,而以工件被磨削外圆面作定位面,工件位于砂轮和导轮之间,由托板支承,这种磨床的生产效率较高,易于实现自动化,多用在大批量生产中。
大型曲轴磨床
工具磨床是专门用于工具制造和刀具刃磨的磨床,有万能工具磨床、钻头刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲线磨床等,多用于工具制造厂和机械制造厂的工具车间。
砂带磨床是以快速运动的砂带作为磨具,工件由输送带支承,效率比其他磨床高数倍,功率消耗仅为其他磨床的几分之一,主要用于加工大尺寸板材、耐热难加工材料和大量生产的平面零件等。
专门化磨床是专门磨削某一类零件,如曲轴、凸轮轴、花键轴、导轨、叶片、轴承滚道及齿轮和螺纹等的磨床。除以上几类外,还有珩磨机、研磨机、坐标磨床和钢坯磨床等多种类型。