数控快速点磨削技术及其应用研究

摘要:介绍了快速点磨削技术的发展现状及工艺特征,分析和研究了快速点磨削机理和材料去除机制。研究结果表明,砂轮的磨损机制不同于一般外圆磨削,磨削过程具有较高的绿色加工性能,通过合理控制磨削参数和磨削条件,该项技术可应用于一些难加工材料和复杂回转表面的高质量磨削加工。由此提出了在这些领域开展应用研究的重点内容,以及推广和开发此项技术的意义。

引言

快速点磨削(quick—pointgrinding)工艺是由德国Junker公司于1994年开发的一种集CNC、CBN超硬磨料、超高速磨削三大先进技术于一体的高效率、高柔性先进加工工艺,主要用于轴类零件的加工。它采用薄层CBN或人造金刚石超硬磨料砂轮,是新一代数控车削和超高速磨削的极佳结合,是目前超高速磨削最先进的技术形式之一^［1］。快速点磨削技术已在国外汽车工业、工具制造业中得到应用。我国部分汽车制造企业目前也针对特定零件引进了这一工艺和相应设备,并取得了明显的效益。但由于国外对此项技术的垄断,国内企业并没有真正掌握其关键工艺技术,因而其应用领域很小。国内目前还不能生产配套砂轮及相关附件,全部设备依赖进口。国外有关快速点磨削的机理、规律、磨削质量控制及点磨削工艺等的系统理论与实验研究及相关技术信息也鲜见报道,因此该项新工艺的许多关键技术及理论、新的应用领域均有待于进一步开发和研究。

1快速点磨削的技术特征

快速点磨削的磨削过程不同于一般意义上的超高速磨削,其技术特征如下:

(1)在磨削工件外圆时,砂轮与工件轴线并不是始终处于平行状态,而是在水平方向旋转一定角度,以实现砂轮和工件在理论上的点接触,如图1所示。Junker公司的数控快速点磨削机床,根据工作台进给方向及台肩方位,在垂直方向砂轮轴线与工件轴线的点磨变量角α为土0．5°^[2] ,通过数控系统控制点磨变量角大小以及在X、Y方向的联动速度。

(2)快速点磨削砂轮采用超硬磨料CBN或人造金刚石超薄砂轮,厚度为4～6mm,砂轮安装采用三点定位安装系统快速完成,重复定位精度高,并可在机床上自动完成砂轮的动平衡。

(3)砂轮速度可达100～160m/s。为获得高磨除率,同时不使砂轮产生过大的离心力,工件也以高速相对旋转(Junker公司的点磨机床,其工件转速最高可达12000r/min),因此实际磨削速度是砂轮和工件两者速度的叠加,可达200～250m/s。

(4)与一般磨削方式不同,由于砂轮倾斜,故形成“后角”,在磨削外圆时,材料去除主要靠砂轮侧边完成,而周边起光磨作用

(5)Junker公司数控快速点磨削机床采用了多项专利技术^[3] ,如砂轮三点定位安装系统、砂轮主轴电平衡自动控制系统、精密导轨系统及砂轮在线修整技术等,以保证机床的加工性能。

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