用普通磨床加工超精度、低粗糙度零件

1 前言
在大型工程機(jī)械制造廠磨削表面粗糙度Ra0.02--0.04μm、精度h4--h5的軸頸時(shí)，都是在昂貴的高精度磨床上進(jìn)行。但一般工程機(jī)械修造廠卻沒(méi)有高精度磨床，要磨削出這樣的低的表面粗糙度，如此高的軸頸精度是非常困難的。我們?cè)诂F(xiàn)有設(shè)備M131W普通外圓磨床上進(jìn)行大量試驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行必要的檢測(cè)、刮研和調(diào)整，通過(guò)修整和精細(xì)的平衡砂輪，在磨粒上合適整出更多的等高微刃，就完全可以實(shí)現(xiàn)超高精度、低粗糙度的磨銷，能有效地磨削出精度h4--h6，粗糙度Ra0.02--0.04μm的零件。該法簡(jiǎn)單，方便易行，效果頗佳。
　　2 超精磨削機(jī)理
超精磨削是靠砂輪工作面上可以修整出大量等高的磨粒微刃這一特性而得以進(jìn)行的。這些等高微刃能從工作表面上切除微薄的、尚具有一些微量缺陷以及微量形狀和尺寸誤差和余量。因此，運(yùn)用這些等微刃具是大量的，如果磨削用量適當(dāng)，在加工面上有可能留下大量的極微細(xì)的切削痕跡，所以可得到很低的表面粗糙度。此外，還由于在無(wú)火光花光磨階段，仍有很明來(lái)的磨擦、滑擠、拋光和壓光等作用，故使加工秘得的表面粗糙度進(jìn)一步降低。
圖1所示為磨粒上的微刃示意圖。在普通外圓磨床上進(jìn)行超精磨削，即要磨削出表面粗糙度Ra0.04μm以下時(shí)，要得到這些大量的等高微刃就必須鴰用鋒利的金鋼石筆（圖2），以很小很均勻的進(jìn)給量精密地修整砂輪，然生再用油石或精車后的砂輪以很小而均勻的進(jìn)給量再進(jìn)行細(xì)密的修整。一般情況下，可用精度46#--80#的砂輪，經(jīng)過(guò)精、細(xì)兩次修整，進(jìn)行超精磨削，即可獲得理想的效果。

　 3 對(duì)普通磨床的檢修
　 a為了在變通磨床上磨削出粗糙度Ra0.02--0.04μm的工件，應(yīng)對(duì)舊變通磨床進(jìn)行如下項(xiàng)目檢測(cè)，不符合精度要求的，則要進(jìn)行刮研檢修。
　 （1）檢修床導(dǎo)軌
　　1）檢測(cè)和何等刮床身V形導(dǎo)軌：在垂直平面內(nèi)的不直度，在1m長(zhǎng)度上，不得超過(guò)0.01mm；在水平面內(nèi)的不直度，在1m長(zhǎng)度上，不得超過(guò)0.01mm；與滑鞍座導(dǎo)軌的不垂直度，在250mm長(zhǎng)度上，不得超過(guò)0.02mm；接觸點(diǎn)要求12--14點(diǎn)（25×25）mm。
　　2）檢測(cè)的何等刮床身平面導(dǎo)軌：V形導(dǎo)軌的不平等度，在1m長(zhǎng)度上，不得超過(guò)0.02mm；在垂直平面內(nèi)的不直度，在1m長(zhǎng)度上，法得超過(guò)0.01mm；接觸斑點(diǎn)要求12--14點(diǎn)（25×25）mm。
　 （2）檢修滑鞍座導(dǎo)軌
　　1）檢測(cè)和何等刮滑鞍座V形導(dǎo)軌；在垂直平面內(nèi)的不直度，全部長(zhǎng)度上不得超過(guò)0.01mm；接觸斑點(diǎn)要求10--12點(diǎn)（25×25）mm。
　　2）檢測(cè)和何等刮滑板鞍座平導(dǎo)軌：V形導(dǎo)軌的不平行度，在全部長(zhǎng)度上不得超過(guò)0.02/1000mm；接觸斑點(diǎn)要求10--12點(diǎn)（25×25）mm。
（3）調(diào)整砂輪主軸與軸瓦的間隙
在砂輪主軸軸徑上涂色與軸瓦轉(zhuǎn)研，用刮刀刮研軸瓦表盛面，接觸斑點(diǎn)應(yīng)達(dá)到點(diǎn)12--14點(diǎn)（25×25）mm，此后進(jìn)行安裝調(diào)整，將砂輪主軸與軸瓦的間隙調(diào)整到0.0025--0.005mm。這樣，可以克服在磨削中工件中出現(xiàn)棱圓的弊病。
（4）平衡砂輪主軸電機(jī)與砂輪
由于砂輪主軸電機(jī)的振動(dòng)對(duì)工件表面粗糙度的影響很大，所以砂輪主軸電機(jī)需要經(jīng)過(guò)平衡，砂輪應(yīng)進(jìn)行兩次平衡；用金剛石筆修整砂輪后進(jìn)行一次粗平衡，再用油石或粗車后的砂輪經(jīng)細(xì)密的修整后做一次精平衡。
4 精、細(xì)兩次何等整砂輪
為使磨削出的工件能達(dá)到表面粗糙度Ra0.02--0.04μm，采用下述兩 種方法之工進(jìn)行精，細(xì)兩 次修整砂輪。
（1）用金鋼石筆精修，再用精車后的砂輪細(xì)修輪，可以滿足表面粗糙Ra0.4--0.8μm的要求，要磨削出Ra0.02--0.2μm就非常困難。但是，如果用金剛石筆精修后，再用精車后的砂輪細(xì)修，則完全可以達(dá)到這種要求。
用圖2秘示的金鋼石筆精修后，再用磨削長(zhǎng)度和工件近似的心軸進(jìn)行錐度調(diào)整，這樣，就可以用精車后的砂輪修整砂輪了。
細(xì)修時(shí)可采用TL60#ZR1--ZR2的砂輪，直徑φ100mm左右。先將砂輪夾緊在一根心軸上，再在精密車床上精車外圓，以消除偏擺。之后在磨床進(jìn)行細(xì)修砂輪，即用砂輪精磨砂辦公輪。
修整砂輪時(shí)靠頭架帶著轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速要低，經(jīng)貿(mào)部為80--100r/min，進(jìn)給時(shí)要小，往復(fù)一次經(jīng)貿(mào)部為0.002mm，工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度低于0.3m/min，需經(jīng)多次往復(fù)合適整。修整砂輪和被修整砂輪旋轉(zhuǎn)方向相同，即兩者接觸點(diǎn)的線速度方向相反。冷卻液要充分，以便把浮動(dòng)的砂粒沖掉，防止磨削過(guò)程中有浮砂拉毛工件表面。
砂輪經(jīng)過(guò)精、細(xì)兩次修整后，在砂輪的磨粒上可修整出更多的等高微刃，砂輪修整完畢后，再用毛刷去掉被修整砂輪表面的砂粒。磨削前，對(duì)冷卻液要進(jìn)行嚴(yán)格的過(guò)濾。磨削時(shí)，冷卻液要充分，防止燒傷工件表面。
（2）用金鋼石筆精修，再用油石細(xì)修
先用銳利的單顆粒金剛石筆精修，大砂輪磨粒上可修出較多的等高微刃，再用油石（或砂條）進(jìn)行細(xì)修，即在精修的基礎(chǔ)上，在砂輪磨粒上修整出更多的等高微刃。
用金剛石筆精修時(shí)，砂輪修整器的安裝要正確（圖2）。但進(jìn)給量每次不得大于0.005mm，縱向進(jìn)給量建議用最低值。在修整砂輪過(guò)程中，要注意聽(tīng)聲音，以聽(tīng)到均勻的沙沙聲為最佳。若聽(tīng)到忽高忽低、漸高漸低、甚至發(fā)出嘟嘟的不正常的響聲時(shí)，就應(yīng)該檢查工作臺(tái)是否爬行，冷卻液是否充裕，金剛石筆是否鋒利。經(jīng)過(guò)金剛石筆精修后，再用油石進(jìn)行細(xì)修。油石要在幸而磨床上用砂輪磨平。細(xì)修時(shí)，油石必須與砂輪圓周表面平等，輕微接觸，緩慢地縱向移動(dòng)2-3次即可。
經(jīng)過(guò)精、細(xì)修整后，可用手指順著砂輪的旋轉(zhuǎn)方向，輕輕地靠近砂輪工作表面，并作縱向移動(dòng)，此時(shí)若有平整光滑感如接觸鏡面似的感覺(jué)即可；若有磨粒刺手的感覺(jué)時(shí)，可用剪去2/3刷毛的漆刷輕輕刷去砂輪表面的浮屑。
為防止砂輪端面不平或振動(dòng)而拉毛工件的表面。砂輪兩端應(yīng)修整成如圖3所示的形狀。

　　5 磨削用量
表1為用M131W型普通磨床進(jìn)行超精度磨削時(shí),保證有效地達(dá)到表面粗糙度Ra0.02μm的經(jīng)驗(yàn)?zāi)ハ髁俊?
工作線速度m/min 4--10
磨削時(shí)工作臺(tái)縱向進(jìn)給速度(mm/min)50--100
磨削深度(mm) 0.0025--0.005
　　磨削時(shí)橫向進(jìn)給次數(shù) 1--2
　　無(wú)火花光磨時(shí)工作臺(tái)往復(fù)次數(shù) 4-6
　　半徑上的磨削余量(mm) 0.003--0.006
　　可達(dá)到的表面粗糙度(μm) Ra0.02--0.04
6 磨削注意事項(xiàng)及可能出現(xiàn)的問(wèn)題
(1)磨削時(shí)要注意砂輪與要件的接觸情況
當(dāng)工件表面接觸砂輪時(shí),可聽(tīng)到咝咝的連續(xù)聲,工件表面的水跡可被放置的砂輪帶走,同時(shí)可見(jiàn)微弱的火花,昆時(shí)即可加大冷卻液,冷卻液的濃度比普通磨削用的皂化液稍高,但要求過(guò)濾清潔,而后進(jìn)行進(jìn)給。每次進(jìn)給量為每雙行程0.005mm，磨削到最后，直至無(wú)火花為止。此時(shí)將橫向進(jìn)給手輪向進(jìn)給方向按住，使砂輪微微向工件奪進(jìn)，但不作進(jìn)給，即等于對(duì)工件進(jìn)行一次拋光，這樣不保證了工件表面粗糙度可達(dá)Ra0.02μm。
（2）防止工件膨脹
在夏季磨削時(shí)，機(jī)床照明燈有能靠近工件，以防止燈炮散熱致使工件膨脹而影響磨削質(zhì)量。
（3）工什表面拉毛
這是冷卻液不干凈或砂輪表面有浮砂造成的，要嚴(yán)格近濾冷卻液或?qū)⒏∩八⒌簟?
（4）有局部燒傷
這是由于冷卻液不充分，進(jìn)給量過(guò)大，或砂輪用鈍所致。
（5）工件表面局部有波紋
加工完畢，工件表面絕大部分很好，但局部有微細(xì)的波紋。這可能是主軸松動(dòng)、電機(jī)振動(dòng)或其它原因造成的，需根據(jù)具體情況，采取相應(yīng)措施加以解決