平面磨床磨削R圆弧面的技术改造

平面磨床磨削R圆弧面的技术改造
张晓红;陆文金;奚霞;栾家齐
【摘要】文章主要讨论利用平面磨床经过技术改造后磨削双螺杆挤出机机筒的外侧两个半圆表面,控制两个半圆尺寸和中心距公差,并保证两个半圆的圆柱度及对基准孔的同轴度要求和表面粗糙度要求.
【期刊名称】《江苏科技信息》
【年(卷),期】2019(036)012
【总页数】3页(P55-57)
【关键词】机筒;半圆表面;中心距;半圆摆动夹具
【作者】张晓红;陆文金;奚霞;栾家齐
【作者单位】南京机电职业技术学院,江苏南京 211135;南京机电职业技术学院,江苏南京 211135;南京机电职业技术学院,江苏南京 211135;南京机床附件厂,江苏南京 210007
【正文语种】中文
【中图分类】TG58
0 引言
双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的，由于具有良好的加料性能、混炼塑化性能、排气性能、挤出稳定性等特点，目前已经广泛应用于挤出制品的成型加工，双螺杆挤出机由传动装置、加料装置、机筒和螺杆等几个部分组成，其中，
机筒是双螺杆挤出机的关键零部件之一，在工作时要承受高压、高温度，并要求耐磨、耐腐蚀，故选用强度较高的合金材料制成。

机筒与挤出机螺杆配合实现对塑料的粉碎、软化、熔融、塑化、排气和压实，并向成型系统连续均匀输送脱料，机筒安装在挤出机的机壳内，由多节组成，而螺杆和每个机筒的内孔之间装配时必须保证间隙一致，因机筒是薄壁零件，在工作时所受的内部压力较大，易产生变形，因此要求机筒的外壁面与机壳的内孔配合适当，进而减少机筒的工作变形。

所以机筒的尺寸和形位公差要求较高，具体如图1所示。

图1 双螺杆挤出机机筒尺寸
从图1中可知，该件内孔尺寸为Ф63H7，孔的圆柱度为0.03 mm，两孔轴线平
行度要求控制在0.03 mm以内，而两孔对2-R38-00.039的同轴度控制在Ф0.03 mm以内，两孔的表面粗糙度要求Ra0.4，2-R38-00.039表面粗糙度要求为
Ra0.8，要实现图纸要求，必须选择合适的加工方法。

由于该零件为薄壁类的工件，必须先粗后精。

粗加工时由于切削力的影响会造成工件变形，所以先粗加工两端面，然后加工两平面及2-R38-00.039圆弧面，最后粗镗两内孔，粗加工后均留有精加工余量［1］。

经过粗加工后的机筒进行淬火处理，硬度达HRC57～59，精加工工序安排先磨削两内孔至尺寸Ф63H7，保证两孔轴线平行度，次磨两平面，保证平面对内孔的跳动要求，最后磨两侧面，控制对孔中心轴线的对称度及表面粗糙度，剩下的2-
R38-00.039圆弧面精加工则是本件加工的最大难点，内部没有合适的工艺装备。

1 加工设备选择及比较
（1）磨削两圆弧面采用数控磨床，利用直线和圆弧逼近的方法，两个平面和两个半圆弧面可以一次装夹加工完成。

（2）制造专用数控磨床来磨削两圆弧面，用数控伺服控制的十字拖板和数据转台来实现工件的轴向和横向移动以及数控转台，实现工件的回转，一次装夹可以完成
两圆弧表面的磨削，但设备造价高，制造周期长，设备选用率低。

（3）采用普通设备进行技术改造，如平面磨床工作台上安装专用夹具装夹工件，实现圆弧摆并与工作台的纵向、横向移动相配合，达到磨削两个圆弧面的目的，虽生产效率较低，但是完全能达到图纸的精度要求［2］。

坐标数控磨床、专用设备、平面磨床改造这3种方案都能满足机筒的两圆弧面的加工能力要求，坐标数控磨床只需增加简单的工装，装夹快速方便，辅助时间短，一次装夹便可完成两个半圆和两个侧面的磨削，但是设备一次性投入大，利用率不高，经济性差。

设计专机来加工，投入少于购买数控磨床的费用，但是制造周期长且适用于大批量工件的生产，对于批量不大的零件采用专机，其后果会造成设备的闲置。

而在M7130的麻床上稍作改动，只增加专用摆动夹具，虽然工件装夹比较麻烦，加工时间稍长，生产效率较低，但一次性投入少且在专用夹具拆下后，不影响平面磨床的功能，所以此方案最可行［3］。

2 平面磨床的改造方案
（1）平面磨床是一种机械加工常用机床，其加工应用范围较广，根据磨削方法和机床布局的不同，平面磨床主要有4种类型：卧轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴矩台平面磨床和立轴圆台平面磨床。

其中前两种用砂轮的周边磨削，后两种磨床用砂轮的端面磨削。

这4种平面磨床中，用砂轮端面磨削的平面磨床与用周边磨削的平面磨床相比较，由于端面磨削的砂轮直径往往比较大，能一次磨出工件的全宽，磨削面积较大，所以生产率较高，但端面磨削时砂轮和工件表面是成弧形线或面接触，接触面积大，冷却困难，且切屑不易排除，所以加工精度低，表面粗糙度较大，而砂轮周边磨削，由于砂轮和工件接触面较小，发热量省，冷却和排屑条件较好，可获得较高的加工精度和较小的表面粗糙度，另外，采用卧轴矩台的布局形式时，工艺范围较广，除了用砂轮周边磨削水平面外，还可用砂轮的端面磨削沟槽、台阶等的垂直侧平面。

（2）根据本工件圆弧面磨削要求，选择卧轴矩台平面磨床，工作时其工件由矩形电磁吸附在工作台上，工作台作纵向往复直线运动，砂轮旋转并作横向运动完成平面磨削工作，磨削精度较高。

机筒两圆弧面磨削方式主要有两种方式（见图2）。

其中图2右侧视图，砂轮的轴线与工件摆动的中心线垂直，工件的轴线与平面磨床工作台纵向往复运动方向同向。

砂轮在工件R表面方向进行磨削，工件在圆周方向转动，从而实现R表面的圆周
磨削，此种方法的缺点是从一开始磨削便是工件和砂轮的线接触，随着磨削的进行，砂轮表面会形成圆弧型，使砂轮的耐用度降低并影响R表面的轮廓度和表面粗糙度，图2左侧视图，砂轮旋转轴线与工件的回转轴线平行，而磨削原理与外圆磨
床相似，砂轮外圆与工件半圆相切，砂轮作旋转运动，而工作作半圆摆动，同时砂轮轴向移动，便可完成机筒的R圆弧面的磨削，而砂轮在磨削过程的磨损均匀，
耐用度大大高于图2右侧视图的磨削，所以选择左边方案为佳［4-7］。

（3）工件摆动的夹具设计。

夹具设计是平磨改选方案能否成功的关键，而工件的正确装夹方式决定了夹具的结构形式（见图3）。

图2 砂轮与工作圆弧面磨削方法
图3 夹具装配结构
该结构是利用工件的内孔作为定位基准孔，用芯轴穿在孔内，芯轴两端磨成圆锥面，用涨紧套涨紧并固定工件，芯轴的两端安装在夹具的左右两个支承板上，其中左端的支承板设计成活动结构，便于折装工件，右端支撑板设置可调节限位档块使工件摆角度控制在180°，工件摆动由液压马达通过一对齿轮副来实现。

工件摆动到位后，利用单点开关触发信号，使电磁阀换向，液压马达旋转方向改变，工作回摆，实现工件来回摆动，完成磨削加工。

（4）从M7130平面磨床的液压系统主油路分离引出一路压力油，增加电磁换向
阀和调速阀，电磁换向阀控制液压马达的正反转，调速阀控控制液压马达的转速，
从而调节工件磨削速度，对机床电气部分增添继电器等控制元件组成的一个循环单元即可。

（5）夹具安装校正及工件装夹。

将磁性表盘吸在平面磨床磨头外侧，利用磨架轴向的来回运动校正芯轴的上母线，侧母线与磨架的平行度控制在0.02 mm以内，打开磁性工作台开关，将夹具牢固地吸在平磨工作台上，卸下左支承板，将工件一孔装入夹具芯轴，并使右端套入弹性定心涨紧套内，装上左涨紧套后，固定左支承析，为防止两平面不垂直于工作台面，将芯轴上安装好的拨叉插进工件另一孔内。

并锁紧左右两涨紧套螺母。

此时工件被正确安装在夹具上。

（6）工件加工。

启动平磨液压泵和磨头电机，按下液压马达启动按钮，通过涨紧套的涨紧力及另一孔的拨叉的作用，工件随芯轴作180°的范围内摆动，利用装在芯轴上的摆杆碰单点开关触发信号，使电磁阀换向，液压马达改变旋转方向，工件回摆，实现工件的R面磨削，砂轮进给依靠垂直进轮实现进给［8-10］。

为了便于掌握垂直进给量，两涨紧套有一段长10 mm，直径Ф76外圆作为磨削2R380-0.039尺寸的测量参照基准。

在磨削半圆弧加工痕迹后，用自制跨模式测量表座跨在半圆张表面，纵向移动跨模百分表，在外圆测量基准上将表针校零，然后将跨模表针移至粗磨后的半圆弧外表面，便可知剩余磨量，磨削完成后，再次装夹磨销另一端R面。

3 结语
对于一些特殊曲面加工，在通用机床无法达到加工要求时，虽然可以选用更高端的数控机床或制造专用机床来解决加工问题，但是设备一次性投入较大，特别是批量较小时，单件加工成本较高，而利用普通设备进行技术改造，不但不影响普通机床的正常使用功能，同时又能解决特殊曲面的加工，达到图纸要求，这不失为一条既节约成本又能满足工艺要求的好途径。

参考文献
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