高精度台阶轴端面磨削的工艺分析与研究
发布时间：2024-04-25 15:00:39 来源：文档文库
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／Ｊｎ Ｔ Ｔ￣ ．—— 鱼 高精度台阶轴端面磨削的工艺分析与研究 赵兴龙，徐 敏，岳剑龙，赖文峰 （西安航空动力控制科技有限公司，陕西西安７１００７７） 摘要：磨削作为一种精密加工方法，主要用于保证工件尺寸和形状所要求的精度及表面完整性。 以某高精度台阶轴零件端面的磨削为例，介绍了外圆磨床中直轴磨床与斜轴磨床的区别，分析了２种磨 削机床的磨削方式；对高精度台阶轴端面在不同切削工况下磨削得到的零件表面质量、磨削产生的花纹 和端面的凹凸变化进行了研究，总结了在外圆磨床和端面外圆磨床上，采用纵向磨削与切入磨削的磨削 方式磨削端面的过程及出现内凹的情况，认为在外圆磨床上使用纵向磨削将砂轮架偏转一定的角度，或 在端面外圆磨床上将砂轮水平方向的磨削母线修整为与工件端面有适当的夹角，都可以加工出零件端面 的内凹，并可满足产品的图样要求。 关键词：外圆磨床；内凹端面；切削试验；切入进给；表面花纹 中图分类号：Ｖ ２６ 文献标志码：Ａ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｈｉｇｈ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｓｔｅｐｐｅｄ Ｓｈａｆｔ ＺＨＡＯ Ｘｉｎｇｌｏｎｇ，ＸＵ Ｍｉｎ，ＹＵＥ Ｊｉａｎｌｏｎｇ，ＬＡＩ Ｗｅｎｆｅｎｇ （Ｘｉ ａｎ Ａｅｒｏ—Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ ａｎ ７１００７７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｉｔ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｉｎ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｔｅｐ ｓｈａｆｔ ｐａｒｔｓ ｇｒｉｎｄｉｎｇ，ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｎｄ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｓｈａｆｔ ｆｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ，ｔｈｅｎ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｔｅｐ ｓｈａｆｔ ｅｎｄ ｆａｃｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｕｔｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐａｒｔｓ，ｗｅ ｃａｎ ｇｅｔ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ａ ｃｈａｎｇｅ ｔＯ ｔｈｅ ｄｅｃｏｒａｔｉｖｅ ｐａｔｔｅｒｎ，ｃｏｎｃａｖｅ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｘ．Ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｇｒｉｎｄｅｒ ｔｏ ｕｓｅ ｔｈｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ａｎｄ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｇｒｉｎｄｅｒ，ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌ ｄｒｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｂｕｓ— ｂａｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｅｎｄ ｆａｃｉｎｇ ａ ｐｒｏｐｅｒ ａｎｇｌｅ．Ｉｔ ｃａｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｅ ｅｎｄ ｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃａｖｅ ｐａｒｔ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｇｒｉｎｄｅｒ，ｃｏｎｃａｖｅ ｅｎｄ ｆａｃｅ，ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｅｓｔ，ｃｕｔ ｆｅｅｄ，ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ 随着科学技术的发展，对机械零件的精度和表 动力的机械元件，支承转动零件并与之一起回转，以 面质量要求也越来越高，零部件加工都将磨削作为 最终工序，以保证图样要求。在外圆磨床或端面外 圆磨床上，磨削端面会出现内凸或内凹的现象，而在 一传递运动、转矩或弯矩，在整个传动系统中占据着重 要位置。磨削加工常作为产品的最终加工工序，其 加工效果的好坏直接影响到成品的质量、生产效率 和加工成本等。３８ＣｒＭｏＡ１Ａ是一种高级氮化钢， 般情况下，适量的内凹是允许或被要求的，内凸则 国内外学者对零件的磨削进行了多方面的研 是不允许出现的口］。 主要用于具有高耐磨性、高疲劳强度和热处理后尺 寸精确的氮化零件，或各种受冲击载荷不大而耐磨 性高的氮化零件。本文所要加工的零件如图１所 示，材料为３８ＣｒＭｏＡＩＡ，已进行了氮化热处理，氮化 层厚度为０．３５～０．５ ｍｍ，氮化后表面硬度为５８～ ６５ ＨＲＣ，中心硬度为３８～４２ ＨＲＣ，氮化热处理前 究，包括研究了磨削产生的残余应力、表面粗糙度和 磨削的表面完整性，得到了采用较小的进给量和切 削深度，可以使表面粗糙度、残余应力和加工硬化减 小的结论，但是针对零件端面磨削却鲜有研究；因 此，本文运用切削试验的方法，对某一加工产品在不 以零件中心孔定位已对零件进行了磨削加工，氮化 后进行精磨削加工，磨削余量为０．０５～０．０８ ｍｌＴｌ， 最终应保证图样要求。 同工况切削试验中的切削参数和砂轮架角度进行了 对比分析，通过合理选择和优化，得到的数据可为工 程中零件端面磨削工艺的选择提供参考和依据。 ２ 外圆磨床与端面外圆磨床的加工方式 在外圆磨削过程中，工件安装在２个顶尖的中 心之间，砂轮旋转是引起切削旋转的主要原因 ］。 １产品零件及材料分析 随着航空发动机技术的不断更新和提升，对零 件的要求也越来越高，齿轮类零件作为传递运动和 外圆磨床是加工工件为圆柱形、圆锥形或其他形状 《新技术新工艺》加工工艺与设备 ｌ ７
新技术新工艺２０１５年 第９期 ３ 在外圆磨床上进行内凹端面的磨削 在外圆磨床上进行端面的磨削一般采用纵磨 法，即磨削时，砂轮的高速旋转为主运动，工件的旋 转运动、工作台的往复纵向运动和砂轮的横向周期 性间歇进给为进给运动，每次纵向走一定的磨削量 用于磨削端面后，砂轮作一次横向进给，外圆上的磨 图１产品图样要求加工的零件 削余量经多次横向进给后被磨去。在外圆磨床上， 素线展成的外表面和轴肩端面的设备，用于成批轴 当砂轮的旋转轴线与工件的旋转轴线为水平相交状 类零件的端面、外圆及圆锥面的精密磨削（见图 态时，会磨出内凹端面，在加工时会出现３种情况： ２ａ）；而端面外圆磨床是外圆磨床的一种变形机床， １）工件的旋转轴线逆时针偏转一定的角度（见图 是斜砂轮架斜向切人进给的磨床，砂轮轴线与工件 ４ａ），砂轮保持水平；２）砂轮架顺时针偏转一定的角 轴线成一定夹角，主要用于磨削带肩胛的轴类零件 度（见图４ｂ），Ｔ件保持水平；３）二者同时偏转一定 的端面和外圆（见图２ｂ），宜于大批量磨削带肩的轴 的角度（见图４ｃ）。 类工件，有较高的生产效率。 ａ）工件偏转 ｂ）砂轮架偏转 孳 ｃ）二者喇时倔转 图４外圆磨床磨削内凹面的加工方法 ａ】外圆膊屎 ｂ）端面外圆艚屎 ３．１ 工件的旋转轴线偏转 图２外圆磨床与端面外圆磨床的加工方式 为了保证设计图样的内凹要求，当Ｔ件的旋转 端面外圆磨床是外圆磨床的一种，它与普通外 轴线逆时针偏转一定的角度（见图５ａ），砂轮保持水 圆磨床在机械结构上的最大区别是端面外圆磨床砂 平时，应将砂轮端面修整至碗状，零件通过两端中心 轮架与工作台导轨构成一定的角度，其作用是在磨 孔安装在２个顶尖的中心之间，工件端面内缘的任 削工件端面时，砂轮主轴系统能够受力［３］。这种磨 意一点ａ与砂轮接触时，由于工件的旋转轴线相对 床的布局形成和运动联系与外圆磨床相似，只是砂 砂轮轴线存在偏转角度ａ，所以工件外缘任意一点ｂ 轮架与头架、尾架的中心连线倾斜一角度（通常为 旋转时相对于砂轮有轴向偏移，外缘ｂ点运动至ｂ １０。、１５。、２３。、２６。、３Ｏ。和 点时离砂轮最近（见图５ｂ），偏移了距离Ｌ，但仍与 ４５。），数控端面外圆磨床 砂轮有长度Ｌ 的距离。随着工作台的纵向进给，当 ＣＮＣ￥２１尾架中心连线倾 ｂ 点与砂轮接触时，ａ点处已被磨削了一定的深度， 斜３０。。为避免砂轮架与 所以磨削出的端面是内凹面（见图５ｃ）。若磨削出 工件或尾架相碰，砂轮安 现的花纹为逆时针纹，说明头架高于尾架；若磨削出 装在砂轮架的右边，从斜 现的花纹为顺时针，说明尾架高于头架。为了保证 零件端面的表面粗糙度满足要求，尽量不要出现顺 向切入，一次磨削工件外 圆和端面。端面外圆磨床图３ 直轴磨床和斜轴磨床 时针花纹，因为在同样的磨削条件下，顺时针花纹的 是斜轴磨床，普通外圆磨 实际坐标轴示意图 表面粗糙度值高于逆时针花纹＿４］。在外圆磨床上使 用此种方法磨削内凹面，调整机床操作简单，能够保 床是直轴磨床。直轴磨床和斜轴磨床实际坐标轴如 证零件端面的表面粗糙度满足要求；但所调整的内 图３所示，直轴磨床的砂轮架丝杠沿ｘ轴方向，与 凹量较少，内凹量为Ｏ～０．０１ ｍｍ，当零件端面较大 工作台丝杠Ｚ轴方向垂直。而斜轴磨床的实际坐标 时，内凹量可有所增加。 轴是Ｕ轴和Ｖ轴（与Ｚ轴重合），砂轮架丝杠沿Ｕ轴 ３．２砂轮架顺时针偏转 方向，与工作台丝杠 （Ｚ）轴方向不垂直，而形成一 为了保证设计图样的内凹要求，砂轮架顺时针 个夹角 。当砂轮架沿己，轴运动一段距离Ａ后，就相 偏转一定的角度（见图６ａ），工件保持水平，砂轮无 当于砂轮架沿Ｘ轴运动了Ａｃｏｓ０，沿 （Ｚ）轴运动了 须将砂轮端面修整至碗状［５］，零件通过两端中心孔 Ａｓｉｎ０ 安装在２个顶尖的中心之间，点ａ在工件端面的外 ８ Ｉ 《新技术新工艺》加工工艺与设备
加工工艺 ， 设备 ｍｍ，这个小端面水平方向上的磨削母线与工件旋 转轴线垂直时，磨出的端面是平面，不会产生内凹， 这是因为虽然砂轮磨削面上任意点从工件端面外缘 线位置运动到水平位置的过程中会使工件端面产生 内凹外凸；但是随着工件的旋转，这些外凸点运动到 水平位置上时又都被磨削母线上的砂轮点所磨去， 磨削面的凹凸是由砂轮端面水平磨削母线相对与工 件旋转轴的偏转角度所决定的，水平磨削母线与工 件旋转轴线垂直，磨削出的平面就是垂直于工件旋 转轴线的平面 ］。因此，要实现＿丁件端面内凹，需将 砂轮的水平磨削母线修整为与工件旋转轴线有适当 的夹角 ，此时通过三角函数可得工件端面的内凹 量 一叫・ｔａｎ（９０－ｆ１）。首件加工完成后，经过测量 再进行微量的调整，此方法在端面外圆磨床上应用 三５：ｌ ａ）二Ｉ二件偏转 ｂ）二Ｉ二件旋转 ｃ）磨削内凹丽 图５工件偏转砂轮水平磨削内凹面 缘线处，点ｂ在工件端面内缘线处（见图６ｂ）。当ａ 点运动至ｂ点的位置时，砂轮圆周上任意点旋转形 成的平面与工件的旋转轴线不垂直（存在夹角ａ）， 运动轨迹如图６ｂ所示。运动轨迹坐标分析如图６ｃ 所示，ＸｂＹ平面与Ｔ件轴线垂直，Ｚ轴与工件轴线 平行。ＸｂＺ平面为水平面，从ａ点运动到ｂ点，相对 ＸｂＹ平面在Ｚ轴方向上有一个偏移量ｎ，当工作台 横向进给距离／／－后，工件端面的外缘才与砂轮接触， 所以Ｔ件端面被磨成内凹面。应尽量保证头架与尾 架两头一样高，此时零件的端面应为射线状花纹。 在外圆磨床上使用此种方法磨削内凹面，机床的砂 方便，机床调整容易操作。 轮架需有可调整角度的功能，且机床操作较为复杂， 需进行多次调整，且调整的内凹量较大（为０～０．０３ ｍｍ） ａ）端圃外圆磨床的膊削方式 ｂ）．＝＝Ｅ＝件端丽的内凹量 图７端面外圆磨床磨削内凹面 ５ 结语 综上所述，可以得出如下结论。 １）在外圆磨床上采用纵磨法磨削端面时，将工 ａ】砂轮聚偏转 ｂ）运动轨迹 ｃ）运动轨迹 标分析 件的旋转轴线逆时针偏转一定的角度，将砂轮修成 碗状，可磨削出内凹端面。应按测量结果多次调整 机床，其操作容易，磨削花纹为网纹状，该种方法应 用较为广泛。 图６砂轮架偏转工件水平磨削内凹面 ３．３砂轮架与工件同时偏转 综合上述２种情况，可在砂轮架与＿丁件同时偏 转一定角度时磨削内凹面，但是以砂轮架与ｌＴ件同 时偏转的方法磨削内凹面，机床调整找正困难，使用 不方便，在生产现场很少应用。 ２）在外圆磨床上采用纵磨法磨削端面时，将砂 轮架顺时针偏转一定角度，可磨削出内凹端面；但有 些设备不支持此种功能，并且操作困难。 ３）在外圆磨床上采用纵磨法磨削端面时，将工 件的旋转轴线与砂轮架同时偏转一定角度，也可以 磨削出内凹端面，该种情况应用较少。 ４）在端面外圆磨床上磨削端面时，将砂轮水平 方向的磨削母线修整为与工件端面有适当的夹角， 可使端面产生内凹，该种方法应用也较为广泛。 ４在端面外圆磨床上进行内凹端面的磨削 端面外圆磨床结构本身就是砂轮轴心线与工作 台成一斜角，修整砂轮与图６ａ所示形式相同后，磨 削端面时，采用纵磨法和斜向切入法都可进行内凹 端面的磨削。磨削与图６所示原理相同，所以磨削 出的也是内凹面；但是使用该种方法需要进行大量 参考文献 ［１］肖伟敬，汪军，付慰平，等．砂轮性能对齿轮磨削效率及 磨削烧伤的影响［Ｊ］．机械传动，２０１３（７）：１４９—１５１． 的修砂工作，磨削的过程中，砂轮磨损快，需多次重 复对刀，不适合高精度或批量生产ｌ＿６］。 对于端面外圆磨床，实际加工中往往将砂轮修 整出一个小端面（见图７ｂ），小端面的宽度Ｂ为１～２ Ｅ２］钟建琳，沈山山，米洁．外圆磨削过程稳定性预测研究 ＦＪ］．制造业自动化，２０１４（１ ３）：４８—５１． 《新技术新工艺》加工工艺与设备 『
新技术新工艺２０１５年 第９期 精轧钢筋孔型轧辊的铣削和使用 刘运桥，宋春宝，杨艳军，赵 礼，褚文龙 （河北钢铁集团承德钢铁有限公司，河北承德０６７１０２） 摘 要：承德钢铁有限公司自２００９年开始研究轧制ＰＳＢ８３０精轧钢筋，其使用特点是在钢筋的任意 截面处都能用带有内螺纹的连接器联接或拧上螺帽进行锚固，所以精轧钢筋外形是重要的研究内容，外 形轧制的难点在于轧辊肋槽的铣削。通过实践摸索，根据精轧螺纹外形尺寸要求，确定了刀具的外形尺 寸和角度，计算了刀具的运行轨迹，并精确地计算出了刀具的回转半径、Ｚ轴起点位置和铣刀长度，依此 给出了速度修正值，使轧辊肋槽的铣削顺利完成。该工艺改变了传统肋槽的铣削方法，缩短了调整时间， 提高了小时产量，为精轧钢筋的批量成功轧制提供了保障。 关键词：精轧钢筋；孔型轧辊；铣削方法；轧辊材质 中图分类号：ＴＧ ３３５．１９ 文献标志码：Ａ Ｔｈｅ Ｕｓｅ ａｎｄ Ｍｉｌｌｉｎｇ ｏｆ Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ Ｒｏｌｌ Ｐａｓｓ ＬＩＵ Ｙｕｎｑｉａｏ，ＳＯＮＧ Ｃｈｕｎｂａｏ，ＹＡＮＧ Ｙａｎｊｕｎ，ＺＨＡＯ Ｌｉ，ＣＨＵ Ｗｅｎｌｏｎｇ （Ｃｈｅｎｇｄｅ Ｂｒａｎｃｈ Ｈｅｂｅｉ Ｉｒｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ，Ｃｈｅｎｇｄｅ ０６７１０２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈｅｎｇｄｅ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｓｔａｒｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｒｅｂａｒ ｒｏｌｌｉｎｇ ｏｆ ＰＳＢ８３０ ｓｉｎｃｅ ２００９．Ｉｔｓ ｃｈａｒ— ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｉｓ ｕｓｉｎｇ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ｉｎｎｅｒ ｔｈｒｅａｄ ｏｒ ｓｃｒｅｗ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ ｓｃｒｅｗ ｎｕｔ ｆｏｒ ｆｉｘｉｎｇ ｉｎ ｂａｒ ｏｆ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃ— ｔｉｏｎ，ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｒｅｂａｒ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｉｎ ｒｏｌｌ ｒｉｂ ｇｒｏｏｖｅ ｍｉｌｌｉｎｇ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｎｇｉｎｅｅｒ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｓｔ ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｒｅａｄ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ，ｗｅ ｄｅｔｅｒ— ｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｉｎ ｓｉｚｅ ａｎｄ ａｎｇｌｅ．Ｗｉｔｈ ｔｏｏｌ ｔｒａｉ ｅｃｔｏｒｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｗｅ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｏｆ ｇｙｒａｔｉｏｎ ｒａ ｄｉｕｓ，Ｚ ａｘｉｓ ｓｔａｒｔｉ 