无芯磨床加工曲轴消除加工棱圆研究

摘要：在曲轴精密外圆磨床中，无芯磨床加工曲轴的应用非常普遍，不但提高了加工精度，而且大幅度提高了磨床的加工效率。文章通过对无芯磨床的介绍，对无芯磨床加工曲轴消除加工棱圆进行了分析。随着机械产品质量的不断提高，磨削工艺也将不断发展和完善。

关键词：无芯磨床；主轴径磨削；加工棱圆；机械产品质量；通磨法 文献标识码：A

中图分类号：TG581 文章编号：1009-2374（2016）02-0026-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.02.012

无芯磨床是一种较为特殊的磨床，它不需要采用工件的轴心也可以进行磨削。无芯磨床由三个部分组成，分别是磨削砂轮、调整轮和工作支架。无芯的磨削最常用的办法是纵磨的方法，又叫贯穿法或者叫通磨法。因这种方法的生产效率相比有芯磨床有非常大的提高，加工的精度更高，更加容易实现强力磨削和磨削过程自动化等优点而被广泛应用。三个部分都起着不同的作用，磨削砂轮的工作是磨削；调整轮起着控制工件旋转的作用，并且使工件发生进刀速度；工作支架的作用则是在磨削过程中支撑着工作。这三个部分有着不同的几种配合的方法，但是除了研磨之外，几种方法的工作原理都基本相同。我们现在用的摆动跟踪磨床可以担任曲轴加工的各项磨削的任务。这样就可以在一次加工中主轴劲和连杆的轴劲磨削，也可以将淬火的圆角进行磨削。另外，这种无芯磨床在工艺上还可以与其他的工作相结合。在工作的时候，根据机床类型的组合，借助高速运行的机床也可以对轴颈、凸缘和曲轴进行磨削。

1 无芯磨床的部分组成

磨削过程中的工件的定位由三部分组成，即砂轮、导轮和托板。轴承套圈的中心位置随着工作在转动，在径向的平面内是不固定的。对于无芯磨床轴承圈具有一定的要求，其中包括对材料的选择。

1.1 砂轮的选择

对于材料的选择，磨抗张强度的材料较高时，选用的磨料则要求韧性比较大。在使用磨硬度较低，延伸率较大的材料时，选用较为脆薄的磨料。选用磨硬度较高的材料时，则可以选用硬度高的磨料。在粒度的选择方面，则用粗粒砂轮磨削较为合适，这样生产率较高，但这时的工件比较粗糙。用细粒度砂轮磨削的时候，生产的效率较低，但是这样磨出的工件比较精良。

对于工件尺寸的选择。由切削力和内应力所引起的变化也比较大。磨削的余量也应该取得大一些。在注意工件形状较为复杂或者技术的要求较高的零件也应选择较为大的磨削的余量。在轴承的套圈进行磨削加工的过程中，高精度的套圈磨削余的量也要增加一些。

在硬度上的选择。在磨削软材料时要选择较硬的砂轮。磨削硬材料的时候则要选择软砂轮。端面磨就比圆周磨削的时候，砂轮的硬度要软些。刚性较差的工件，磨硝的余量也就大些。

1.2 侧导板的选择

对于侧导板，侧导板则是定位装置设备当中延长的部分，这样就直接影响到了工件进入和离开磨削区域时导向是否正确。当前后的侧导板工作方向不平行时，将直接影响到工件的圆柱度的大小。

1.3 固定支架型托架

现在较新的固定支座托架结构，左支座用螺钉固定则连接在托架体上。用调整螺钉的方式可以来固定右边的支架。这样的托架刚性比较强，适用于宽砂轮强力磨削。托架体的底部定位和中间4个螺钉固定在工作台上。托架的前后两端分别放在左支座和连接右支架上，其上面分别固定进出砂轮的左的导板和右边的导板。

固定支座型托架主要有以下优点：（1）托架体通过平台和支座连接，刚性较强，托架体用6个螺钉固定且集中在磨削区，设计比较合理，固定牢靠；（2）左边的支座用螺钉固定在托架体上，连接可靠，底面有导向键可调整位置。右支架为销轴连接，通过两个螺钉同时紧固，顶紧点位于右支架宽度中间，受力较合理，定位好；（3）托板较长，压紧均匀牢固，适宜强力磨削。导板较长，右导板加厚，与右支架采用螺钉连接，刚性能够增强。

2 无芯磨床的工作原理

用无芯磨削的方法来磨削工作的旋转表面的磨床，一般情况下指的是外圆磨床。在无芯的外圆磨床上，工件是不必用顶尖定心和支承的。在工作的时候，将工件放在砂轮与导轮之间，这样就由托板和导轮支承。砂轮放在主轴端部，宽度较大，无芯的外圆磨床则装在主轴的中部，砂轮的最大宽度可到900mm。砂轮和导轮同时运行，不过砂轮的运行速度比较快，而导轮的速度比较慢，这样就带动了旋转来估圆周的运行。在磨削的过程中，调整导轮轴线导致的倾斜会实现轴向进给，这种情况适用于圆柱形工件、无中心孔的工作中。在开始使用磨削的时候，可以用导轮或砂轮架的移动来实现径向进给，这样适用于磨削或凸台的工作以及圆锥件等其他形状的工作。无芯的磨床的生产效率比较高，加上各种装料更易于自动化，在生活中获得了大量应用，因为这种方法操作简单，所以可以由技术不太熟练的工人来操作。无芯的磨床的精度有几个等级，一般为：圆度2微米，尺寸精度4微米，高精度无芯磨床可分别达到0.5微米和2微米。这里还有无芯的内圆磨床和无芯的螺纹磨床等。一般情况下，这种磨床的生产方式具有非常高的精度，主要原因是机床不必以非常小的增量来运行，这样就可以有效地控制公差的尺寸。无芯磨削和其他的方法一个非常重要的差别是不受机械的限制。外圆的磨床是将工作夹持在顶尖之中，使工作能够对砂轮进行旋转。相比之下，无芯磨床则没有任何的中心点。这种方法依赖于三个关键的元件之间的相互配合，而这三个元件则是砂轮、调节轮和工件叶板。在无芯磨床工作中，工件的叶板则用于固定工件的外径。工件叶板被安装在砂轮和调节轮之间。为了使工件能够达到削磨的目的，工件叶板上必须安装在一个合适的位置上。最好的方法就是将工件的中心线设置在砂轮和调节轮的中心线上。

3 消除曲轴棱圆的方法

很多原因造成磨床加工的曲轴起棱，所以在施工时要尝试先修整砂轮和导轮，看支板是不是磨损过大，如果是就用平面磨床把支板磨平（45。），不要磨成月牙形，尽量平整，支板过高，导轮速度过快也会使产品出现菱形。这些都不能解决的话就要调整导轮的角度了，还有现在无芯磨床普遍存在的共震问题也是产品出现菱形的原因。

首先调好前面和后面的导板角度，也就是说的导板和导轮的平行，不要角度调扭曲了，调好后就进刀磨削工件，看磨削的状态，再调试磨削区域，磨削区域不应调试很前面，也不应调试在最后面。最好的磨削区域状态是工件离出料区1厘米左右，导轮的倾斜角度的大小只和磨削速度有关，倾斜角度大磨削速度就快，相反就慢（在变不到速的情况下才调导轮倾斜角度，有变速齿轮或是无极变速的情况下就不用）。这种情况可能是导板角度没调试好，磨削区域没调好，导轮的修正角度一般在2。～2.5。这个区间，然后调好导板和磨削的区域。在磨削的过程中需要削止推轴和两个止推面，还包括两个成型的圆角。这种情况下，即使使用窄砂轮来进行强力的冷却，也很难避免出现磨削烧伤。对于这种情况，一种解决方案就是成形磨削。主要含义是：在成形磨削时，产生烧伤的主要原因是热量大量积累，冷却液就无法进入而造成退火烧伤，严重影响发动机的运行稳定性。根据烧伤所形成的原因，我们可以从选择合适的砂轮、选择合理的磨削余量和改善冷却条件三个方面着手。

砂轮修整质量的好坏关系到磨床加工零件质量的好坏，因为CBN涂层造价昂贵，其修整不能按普通砂轮一样进行大切削量的修整，因此大部分先进的CBN磨床都采用超声波监控、微量修整的方式，每次的修整量为0.015mm，可根据需求的零件形状调整砂轮修整的形状，如锥度、凹凸状等。磨削技术之所以发展得很快，是因为它在机械制造中起非常重要的作用。通过以上的介绍，我们也知道了很多有关无芯磨床工作原理和消除曲轴棱圆的方法，这些都是值得借鉴的方法和经验。正是因为这种优点，使得无芯磨床在实际生产中广泛应用，除了我们介绍的内容外，在有关厂家的生产中，精确加工的工序也全部采用了这种方法。一条无芯磨床完整的生产线应用到了机床的60%以上。当然，无芯磨床的技术也不是完美的，还需要进一步提高这种技术。从目前的情况来看，无芯磨床的砂轮、侧导板和托架都有提高的空间。比如在材料方面，在材料符合的条件下，可以进一步降低材料的成本，从而使无芯磨床的技术获得更加广泛的推广。另外，我国的磨床技术还不够先进和完善，无芯磨床的发明也是一个较好的发展阶段。从这个角度来看，磨床削尖的技术还需要进一步提高。

4 结语

当前工业发展前景广阔，但是磨床削尖技术不够完善，不足以应对市场的需求，所以作为工程人员要不断推进技术创新，不断取得技术突破，设计出更加精密的仪器，因为只有那些能够取得高精度和高质量的工作才能符合时代的发展，在竞争激烈的市场环境下免遭淘汰。在曲轴精密外圆磨床中，现代先进的曲轴磨床集合了多种先进的设计与工艺，不但提高了加工精度，而且大幅度提高了磨床的加工效率。本文以无芯磨床的加工方式为例，进行研究探讨，总结了磨床的高效加工

方法。

目前，国际上主流的曲轴外圆高速磨床大多采用带测头自动补偿功能的CBN随动磨床，随着CBN材料刀具的逐步使用以及加工逻辑的优化与提升，曲轴高速磨削不再是梦想，因此多种高速磨削的设计原理及逻辑结构是值得深入学习和研究的。现代优化设计的摆跟踪为曲轴的加工形成了多种解决的方案，我们可以根据加工的方式和要求的产量以及每一种型号的无芯磨床的设计来安装各种各样的平台和砂轮架。通过解析及研究不难发现，新型磨床大胆采用的采样技术及逻辑，让高速切削磨床从众多磨床生产模式中脱颖而出，成为磨床技术的转折点。从夹具、控制逻辑到反馈信号的使用，让整台机床的功能更完整，使运行更精密、更高效。

参考文献

[1] 晏初宏.机械设备修理工艺学[M].北京：机械工业出版社，1999.

[2] 周泽华.金属切削原理[M].上海：上海科学技术出版社，1996.

[3] 龚仲华.数控机床故障诊断与维修500例[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4] 胡蓬辉.一种新型无芯磨床通磨托架结构[J].工艺与装备，2011，（12）.