第四章凸凹模型面成形磨削工艺

工件的装夹方式：
夹具如图所示 组成部分：正弦分度头、尾座、底座

工件定位、安装在夹具中的方式有： 心轴装夹、双顶尖装夹


利用正弦头右侧的分度头，可控制工件 的回转角度，要求一般精度时可直接在分度盘 上读取，要求精度高时，可在垫板与正弦圆柱 间垫量块调节。 加工时，被磨表面的尺寸是采用比较测 量法测定的，测定依据是夹具中性线，用比较 测量器、量块、百分表找到比较测量面，当被 加工面与比较测量面等高时（即百分表读数一 致时），加工也就完成了。


采用CNC连续轨迹坐标磨削,可采同一 CNC磨削程序加工代码,以不同磨削用量、顺 次磨削凸模、凹模和卸料板型孔,以保证间隙。 另外,坐标磨床,还可以用来进行精密测量 和划线作业。
(2)坐标磨削原理

坐标磨床的磨削运动,见图7-30。其中：


1)磨头上的砂轮自转磨削运动,由高频电动机或压缩空 气驱动形成气动磨头。 2)磨头,则由电动机通过变速机构直接驱动主轴转动, 形成绕主轴转动的公转,与磨头自转合成行星运动,以 磨圆孔。 3)磨头还需具有上、下磨削运动。由液压或气压-液压 驱动主轴套筒,使磨头作上、下往复运动。 所以,坐标磨床除可进行内、外型孔、型面磨削以外, 还可以磨削孔内的键槽、清角等。


2)工件加工(型)面若在10mm×10mm以内,则可沿投影 于屏幕上的工件型面(也放大50倍)与放大50倍的描图样, 对照并移动砂轮架纵、横滑板磨去余量(见图7-24上虚线 处 )。 若型面> 10mm×10mm,则可逐段磨削成形，如图7-24 所示:先按图上1―2段曲线磨出工件上的1-2段型面;调整 工作台带动工件向左移动1010mm,并按图上2’-3段曲线 磨出工件上的2-3段型面;最后,向左、向上分别使工件移 动10mm,按图上3’-4段曲线磨出工件上的3-4段型面。
二、成形砂轮磨削法（仿形法）：



成形砂轮磨削法（仿形法）的难点与关键点 是砂轮的修整。 常用的方法： 砂轮修整器修整（前图） 样板刀挤压 数控机床修整 电镀法
图3-19 修整砂轮角度的夹具 1—正弦尺座 2—金刚刀 3—滑块 4—齿条 5—齿轮 6—主轴 7—平板 8—侧板 9—正弦圆柱 10— 手轮 11—螺母 12—支座 13—底座


（如图）

样板刀挤压： 利用成形车刀挤压慢速旋转的砂轮将砂轮 修整成所需形状与尺寸。 此法的关键是利用电火花线切割机先加工 出成形车刀，然后再用车刀对慢速旋转的砂轮 挤压，修整出所需砂轮。


数控机床修整： 将砂轮安装在数控机床主轴上，金刚刀固定在刀 架（车床）或工作台（铣床）上，利用数控指令使金 刚刀相对于砂轮进给修整出成形砂轮。 电镀法： 此法与金刚石锉刀的制造方法相同，先加工钢的 轮坯，再用电镀法在轮坯表面镀一层金刚砂。 这种方法比较简单，但所得砂轮的耐用度比较低， 精度也不高。


具体工艺措施如下： 绘制放大图样时，比例和尺寸尽可能精细;线条 宜很细,一般需在精密绘图机上进行,线条细度为 0.05~0.08mm,手工绘制时,则为0.1~0.2mm。 同时,绘制放大图的材料要求随空气温度影响小, 变形小,图形精度高;牢固、易于保存。常用材料 与性能见表7―16。

磨削方法：

1、轨迹法：光曲磨床主要采用砂轮沿工件加工(型)面 连续展成磨削成形。其工艺过程为: 1)将工件的型面,放大50倍，采用精密绘图机绘制在 “描图样”上,并夹在屏幕4上；M9017A光曲磨床的 投影屏幕尺寸为500mm× 500mm，因此,其上只能 看到小于10mm×10mm的工件加工(型)面的轮廓。 若工件尺寸超过此尺寸范围，则可对型面进行分段,如 每段均放大50倍,并重叠绘制在同一幅描图上,见图724。并夹在屏幕上。
成形磨削加工精度可达IT5，粗 糙度Ra0.1μm；成形磨削可加工 淬硬件及硬质合金材料
成形磨削按加工原理可分为： 成形砂轮磨削法（仿形法） 夹具磨削法（范成法） 成形砂轮磨削法（仿形法）： 将砂轮修整成与工件型面完全吻合的相反型 面，再用砂轮去磨削工件。


夹具磨削法（范成法）： 加工时将工件装夹在专用夹具上，通过有 规律地改变工件与砂轮的位置，实现对成型面 的加工，从而获得所需的形状与尺寸。
三、夹具磨削法：


此法的核心是依据成形面的复杂程度选用 不同的夹具，使工件相对于高速旋转的砂轮移 动，从而加工出所需形面。 加工平面或斜面可用正弦精密平口虎钳和 正弦精密磁力台。 加工具有一个回转中心的工件可用正弦分 中夹具。 加工具有多个回转中心的工件可用万能夹 具。
(1)正弦精密平口钳和正弦精密磁力台 两种夹具的结构如 图3-22所示,都可用于加工平面或斜面,都具有正弦尺机 构,在底座与正弦圆柱间垫块规可使夹具体倾斜，以带动 工件倾斜指定的角度，最大倾斜角度为45°。 (2)正弦分中夹具 正弦分中夹具主要用于加工具有一个回 转中心的工件，如图3-24所示。 (3)万能夹具 万能夹具可加工具有多个回转中心的工件, 如图3-27所示。

3)为使磨削出的工件型面之间能光顺、平滑、 精确地连接,常采用按几何元素来进行分割,使 合理地进行分段磨削，见表7-13。

(2)切入法 即采用成形砂进行切入式磨削,成形砂轮的型 面须与工件加工(型)面完全吻合、精确一致。 因此在光曲磨床上采用切入法时亦需使用金刚 石和相关夹具精密修整砂轮成形。
第四章 凸、凹模型面成形磨削工艺

成形磨削工艺多用于模具刃口形状以及 凸、凹模拼块型面的成型加工，它们的 外轮廓为多条直线与圆弧所组成。如图
一、成形磨削概述

进行磨削时，需将外形轮廓分为若干直 线或圆弧段，然后，按一定顺序逐段磨 削成形，以达到图样的尺寸、形状及其 精度要求，这样的加工方式称为成形磨 削。
砂轮修整器修整： （1）砂轮角度的修整:在磨削工件的斜面时，采用角 度砂轮，角度砂轮是由平砂轮修整而成的圆锥部分， 修整时，砂轮由磨头带动传动，角度修整器上的金刚 刀相对砂轮轴线倾斜一定的角度来回往复移动对砂轮 修整，直至修成所需的锥面。（采用修整砂轮角度的夹具） （2）圆弧砂轮的修整 修整圆弧砂轮工具的结构虽有多种，但其原理都相同。



3）两凸圆弧面相连接时，当先磨削半径较大 的凸圆弧面；两凹圆弧面相连接时，当先磨削 半径较小的凹圆弧面。 4）应先磨削形状简单、操作方便的面。
五 成形磨削实例

1、单向正弦电磁夹具磨削实例
2、正弦分度磨削
采用正弦分中夹具装夹工件进行成形磨 削的方式。 适用于磨削具有一个回转中心的凸圆弧 面、多角体、分度槽等工件，工件一般 不带凸台。
图3-22 正弦精密平口钳和正弦精密磁力台 a)正弦精密平口钳1—底座 2、4—钳口 3—工件 5—夹紧螺栓6—正弦圆柱 7—块规组 b) 正弦精密磁力台1—磁性平台 2—正弦圆柱3—块规组 4—底座 a)正弦精密平口钳 1—底座 2、4—钳口 3—工件 5—夹紧螺栓 6—正弦圆柱 7—块规组 b)正弦精密磁力台 1—磁性平台 2—正弦圆柱 3—块规组 4—底座

二、坐标磨削工艺与机床



1、坐标磨基本原理与应用： （1)坐标磨削应用： 常用坐标磨床为立式、单柱坐标磨床。坐标磨床 的进给系统常采用机械传动由直流电机或直流伺服系 统驱动。因此，可进行连续轨迹磨削；需要时，还可 以作X、Y、Z坐标点位数控。 所以，坐标磨的控制常采用：手动和数控(NC)程 序控制两种方式。
图3-27
四、成形磨削的顺序
模具凸模、凹模拼块一般由多圆弧面和 多角度平面相互平滑、光顺的连接成封 闭的柱状、型孔等，即构成凸模、凹模 的刃口。（后图） 成型磨削时，根据工件形状与技术要求， 采用分段磨削，并在实际加工中，有时 会仿形法、范成法混合使用。

根据长期的实践与分析，在进行凸凹模拼 块成形磨削时应遵循下列规则： 1）先确定、磨削水平与垂直方向的基准 面；再顺次磨削与基准面相平行的加工 面，以及精度高或较大的加工面。 2）当平面与凹圆弧面相连接时，需先磨 削凹圆弧面，再顺次磨削平面；当平面 与凸圆弧面相连接时，需先磨削平面， 再顺次磨削凸圆弧面。


(2)工件装夹、定位可靠、精确 其定位方法和顺序为: 1)将放大图的十字中心线,对准机床光屏上的中心标记; 即表明十字中心线已与机床工作台的纵、横运动方向 平行。 2）将装夹工件的专用夹具的测量边、精确对准放大 图样的十字中心线或分割线。 3）当工件尺寸小于10mm×10mm时，可直接用工件 外形精确对准放大图基准线进行定位。

当工件尺寸大,需分段磨削 时,工件的定位方法与顺序 为:见图7-25，先使工件上 的拼合面b,对准放大图上 的拼合线b';此后,移动工作 台,使 工件外形基准面a,对 准放大图上a‘中心线;再用 尺寸为A的量块垫入机床 纵向滑板,以控制机床纵向 的移动距离。
数控成型磨削与坐标磨削工艺

一、数控成型磨削工艺与机床
2）多回转中心定位磨削

多回转中心定位磨削会降低磨削精度
4、成形磨削工艺计算：


成形磨削之前需根据凸模与凹模拼块设计图进 行磨削工艺设计和工艺计算，并作出磨削工艺 图。 成形磨削工艺设计和工艺计算的主要内容有： 1）根据磨削规则，分析工件形状与尺寸精度 要求进行合理的分段，并确定各段的磨削顺序。

坐标磨削精度与质量： 1)最大磨削速度：Vmax=100000r/min； 2)定位精度：在30mm长度内为0.8um；在全行程内为 2.3um。 3)NC连续轨迹磨削的形状精度：在全行程内为7.5um。 4)表面粗糙度为：一般磨削加工时达Ra(0.8~o.4)um；精 细加工时达：Ra0.2um。 所以，坐标磨削主要应用精密冲裁模的凸模、凹模与卸料 板型孔的精密加工。
3、万能夹具成形磨削工艺方法示例：
（1）回转中心定位磨削工艺： 1）万能回转夹具的X、Y滑座上，根据工 件形状及其尺寸要求，安装精密平口虎 钳或正弦磁力夹具，工件定位安装在夹具 中。然后，根据工艺尺寸计算图将工件 的O点调整到夹具的回转中心，转动不同 角度，进行相应平面的磨削。

安装于万能夹具X-Y导轨滑座上的平口虎钳、磁 力夹具，以及直接安装于滑座上的联接方式。

光学曲线磨削工艺
光学曲线磨床大系统：放大镜、成像系统 组成。 （2）照明系统：透射照明和反射照明组 成。 2、工件装夹与磨削装置： 包括床身、工作台、砂轮架、以及手柄 等传动操作机构。 工作台可作纵、横、垂直升降和回转运 动，主要用作调整工件加工面的位置。 砂轮架也有纵横滑板，以作磨削进给运 动。
1.数控成形磨床的形式与组成 数控成形磨床见图7-26。 组成部分主要有:床身1、立柱2、 砂轮架(磨头)3,工作台及其上的 纵、横滑板4,以及数控系统5等。


2、数控成形磨削原理与工艺
成形磨削运动与磨削工艺原理如下: 砂轮架(磨头)、装在立柱的导轨上，作垂直方向的进给 运动；工作台纵滑板,装在床身导轨上,作纵向(X轴)往复 磨削运动；工作台横滑板装在纵滑板的导轨上,作横向(y 轴)进给运动。 X 、 y 、z轴运动,均采用精密滚珠丝杠副,由伺服电 动机传动,并采用数字控制系统。
光曲磨削工艺条件与机床


光曲磨的应用、加工精度与质量： 主要应用于精密、小型冲裁磨的凸模与凹 模拼块的精密成型磨削加工。具体说,可用磨 削平面、圆弧面或非圆弧面成形磨削加工。 光曲磨削的成形磨削尺寸精度≤0.01mm; 光曲磨削型面表面粗糙度R0.8~1.6um。
因此,保证、改善光曲磨的加工精度和表面质 量以适应精密冲模的更高要求,甚为必要。


2）根据凸模、凹模拼块设计图样上各加工面 与加工基准面之间及相互之间的尺寸关系，计 算各段的加工基准，如圆弧面的回转中心。 3）作成形磨削工艺尺寸图。使能按工艺尺寸 图，顺次进行分段磨削成形。
常用成形磨削机床
成形磨削装备有以下几种： 1、平面磨床+正弦分中（度）夹具、修 正砂轮夹具、各种正弦夹具。 2、平面磨床上固装精密缩放仿形修正砂 轮机构。 3、固装有万能夹具的专用成形磨削机床。