浅论细长轴磨削方法
摘要
细长轴刚性较差，在加工过程中因床及刀具事业者多因素等影响，工件易产生，弯曲腰鼓形，多角形，糖糊芦形等等缺陷，特别是磨削加工中一般尺寸占差，表面粗糙度又要求较高，又因磨削时工件一般要求谇火式调质等热处理要求，磨削时的切削热更容易引起工件变形等等，因此如何解决好上述的问题，便成了加工超细长轴关键问题。本论文介绍啦一种在普通外圆磨床上高效磨削高精度、低粗糙度细长轴的工艺。这种工艺适用于长径比L/D≥25的细长轴、难加工材料和较硬材质的超精磨削。
题。
关键词 磨削 细长轴 弯曲
引 言
在普通外圆磨床上超精磨削细长轴一直是老大难问题，特别是，当工件的长径比超过25(L/D＞25)时，尤为困难。细长轴的刚性差，磨削时在磨削力的作用下，细长轴的轴线产生弯曲变形，容易出现腰鼓形，多角形振痕和径向跳动登误差。因此磨削细长轴的关键是减小磨削力、提高工件支承的刚度，检修、调整好普通外圆磨床，合理地选择砂轮、磨削用量和工艺过程，就能满足细长轴的技术要求。
1 磨削前的几项准备工作
磨削细长轴时应对其操作和装夹方法加以改进，设法减少细长轴的变形，磨削前应该做好以下工作：
1.1 校 直
细长轴在粗车后，应该增加校直，细长轴的校直有热校和冷校两种方法，热校比冷校理想。校直后的弯曲度应控制在工件每
1.2 中心孔
中心孔是细长轴的基准点，中心孔的精度直接影响外圆的质量。细长轴经过热处理后，中心孔将会产生变形，应对中心孔进行研磨，使其60°锥孔和圆度达到标准要求。为了减少中心孔和顶尖之间的摩擦，磨削过程中还要经常添加润滑油。
1.3 检修机床
保证检修后的外圆磨床各项精度达到出厂时指标。
1.4 调整机床
主要是调整头架与尾架间的中心距离。将工件顶在两顶尖间，尾架和顶尖的顶紧程度应比一般磨削松一些，用手旋转工件，感觉不松不紧为好，这样可以防止细长轴因顶紧力而引起的弯曲变形，也可以减小细长轴磨削时因热变形而引起的弯曲。如果尾座顶尖是弹簧式的，可使弹簧顶尖压缩0.5～
1.5 检查工件
两顶尖顶住工件，先用百分表对细长轴的全长作径向跳动检查，特别是对中间弯曲度最大的地方，观察其跳动量方向是否一致。然后再用千分尺检查工件的磨削余量和各项尺寸。细长轴的磨削余量取较小值为宜。
2 砂轮及磨削用量的选择
2.1 砂轮的选择
合理选择砂轮，应该根据细长轴材料的不同，选择不同磨料、硬度、粒度的砂轮，这是很重要的。磨细长轴的砂轮硬度应稍软，以增加砂轮的自锐性。砂轮粒度应稍粗，以避免砂轮过早塞实而引起切削抗力增加（砂轮的选择见表1）。砂轮的形状一般应该选用较窄的砂轮，但最好使中间呈凹形（如图1）的砂轮，因为中凹形砂轮不但可减少砂轮与工件的接触面积，而且砂轮整体宽度不变，可以减少细长轴在旋转中产生自激振动。
表1 砂轮的选择
2.2 切削用量的选择
从表2中可以看出细长轴磨削的几个特点：
表2 切削用量的合理选择
a.修整砂轮的走刀量S、切深t均比一般磨削大，可使砂轮的表面比较粗糙，以增强切削性能。修磨砂轮时要选用尖角的金刚石，磨削过程中要经常修正砂轮，使砂轮保持锋利的状态。并且每修正砂轮一次转一次角度，以保证金刚石锋利并延长使用寿命。粗磨工件时用的砂轮要用较大的修正用量进行修正则可增加横向进给，使砂轮表面露出较大的磨粒刃口，这样磨粒不易钝化。精磨时最后一次修正必须在砂轮的有方进给，以使砂轮左角尖锐。为了减小切削力的径向分力，可将砂轮左角修正出一个小斜角，以改变切削力方向和减小径向分力。（如表2）
b.磨削时工件的转速较低，精磨时更低，这是为了减少细长轴因旋转而产生的振荡，而走刀量较大，以便将一部分切向力转化为轴向力，减少径向力；
c.合理选择磨削用量，由于车削造成的细长轴的弯曲使砂轮作间断磨削，因此最初的几次进给要慢而且小，为了减小磨削力，要才采用较小的磨削深度，磨削时切深t用双行程来达到。因工件转速低，工件表面与砂轮表面在单位时间内和单位面积上的接触就相应地减少，可用往复一次或数次来弥补。从磨削细长轴的全长来看，靠近轴的两端可用稍大纵向进给量，磨削中间部位时走刀可慢些。
2.3 合理使用中心架
加工精度要求较高，长度较长的细长轴可采用中心架支承，并且要选择高精度的中心架，因为中心架在磨削时起到支撑作用，因此可用说没有一个高精度的中心架，就不可能加工出高精度的产品。中心架的数量可根据细长轴的长度和直径确定。中心架的形式很多，图A是M131W型万能外圆磨床上所用的中心架构造。中心架的体架2用螺钉1固定在磨床工作台上，工件由垂直支持块5和水平撑块6支承着，水平撑块6可用捏手10经螺杆和套筒调整到需要的位置，垂直支持块5可用捏手9经螺杆8套筒7和双臂杠杆4调整到需要位置。垂直支持块和水平撑块由尼龙或硬木块制成。除了合理地选择中心架的数量之外，主要是在磨削过程中合理地调整中心架的垂直支持块和水平撑块：用涂色法来观察支块前端与工件表面接触与否；用手摸支块前端与工件表面是否接触；看火花，当工件、砂轮、支块三者位置一致时，用手调整支块，并观察火花是否增大。对于高精度、低粗糙度的细长轴磨削，应分粗、精磨。在精磨前应再进行一次砂轮修整，目的是要磨出大量的等高微刃(图2)，先是用锋利的金刚石笔(图3)，以很小而均匀的进给量精密地修整砂轮，然后用油石(用平面磨床磨平)或精车后的砂轮以很小而均匀的进给量进行细密地修整砂轮而获得。同时将工件放松，在两顶尖中心孔内放黄油，并放松中心架，使两支块不接触工件。然后再重新调整中心架的两个支块，方法如图4所示。百分表沿直径方向顶住工件，调整支块，当工件与支块接触，百分表立即有反应，这样我们就可控制支块的前后位置，防止工件受压太大产生弯曲变形
图2 磨粒上的微刃示意图
图3 金刚石笔及其合理安装
图4 中心架的合理使用
2.4 改进中心架的结构
一般中心架支块转动的丝杠螺距较大，每旋转一周进给量在1.25～
3 控制弯曲度的措施
图5 中心支架两支片的改进
细长轴的精度主要是由弯曲度、圆度、粗糙度等决定，而弯曲度和粗糙度是一个矛盾体：粗糙度在Ra0.2以上，砂轮的挤压力大，Py力也大，使工件产生弯曲，而细长轴磨削中的中心架调整又往往难以控制。因此，对于磨削高精度、低粗糙度的细长轴来说，的确是一个老大难问题。为此，可以应用万能表中的μA电流通与不通的测量原理，来测量工件与支片接触情况。先将中心支架的两支片做些改进(见图5)，在支片前端分别装上导电的铜块，再用电线
与万能表一端接(+)极，另一端接(-)极，(+)极与中心架相连，(-)极与尾架相通，当工件与支片相接时，万能表的旋转开关拨至100kΩ时，指针立即转动，表明整个电路相通了，其灵敏度很高，指针从0到最大读数值之间的摆动值为中心架支片上的移动量4μm，当万能表调整到10kΩ时，指针的摆动值为