无心外圆磨削加工原理

无心外圆磨削加工原理无心外圆磨床它没有床头箱和尾架，而是由托板和导轮支持工件，用砂轮进行磨削。托板的上表面倾斜30°~ 50°，使工件靠切削力紧紧压在导轮上，导轮轴线相对于砂轮轴线有一倾斜角度α（1~5°）。导轮低速转动靠摩擦力带动工件旋转。由于倾斜角的存在，导轮与工件接触点处的速度V 导方向是斜的，它可分为两个速度分量：一个是V工使工件旋转，另一个是V进，使工件产生轴向进给运动。V进=V导sinα.V工=V导cosα.式中：V导——导轮的圆周速度（m/s）.V工——工件的圆周速度(m/s) .V进——工件的轴向进给速度（m/s） .一般情况下，V导选0.166~0.5m/s。由于导轮轴线与砂轮轴线有一倾斜角α，工件与导轮不是线接触。为使工件与导轮保持线接触，导轮的形状就不应是圆柱形，而应将其做成双曲面形。为此修正砂轮时，金刚石笔的运动应根据角α加以调整。由于无心外圆磨床磨削工件时不用顶尖支撑，所以工件磨削长度不受顶尖限制，又因磨削时工件被支持在导轮和砂轮之间，不会被磨削力顶弯，所以可磨削细长工件。无心磨削生产效率高，易于实现自动化，因此，多用于成批大量生产中磨削销轴等小零件或磨削细长光轴。无心磨床不能磨削断续表面（如有长键槽的圆柱面），因为这样导轮就无法使工件旋转

《无心磨床的理论和实战》国防工业出版社

关于无心外圆磨削质量问题的分析

周伏玲

辽宁省大连市【摘要】本文通过对无心外圆磨削质量问题的剖析，指出影响无心外圆磨削质量的主要因素，并对不圆度、圆柱度及工件的表面缺陷等原因进行了分析，并进一步寻求解决影响无心外圆磨削质量的措施和途径，为同类产品及同行们提供可借鉴的工艺途径和解决问题的思路。

【关键词】无心外圆磨削；不圆度误差；圆柱度；表面缺陷

About unintentionally cylindrical grinding quality question analysis

Zhou Fuling

【Abstract】This article through to the cylindrical grinding quality question’s analysis, pointed out unintentionally the influence unintentionally cylindrica l grinding quality the primary factor, and to out of roundness, cylindricity an d work piece reasons and so on surface defect has carried on the analysis, and further seeks the solution influence unintentionally cylindrical grinding quali ty the measure and the way, and the colleagues provides the craft way which for the similar products may use for reference and solves the question mentality. 【Keywords】Unintentionally cylindrical grinding; Out of roundness error; Cylin dricity; Surface defect

在生产中，尤其是大批生产中小型回转体工件时，如录音机芯轴、注射器芯、轴承套圈、滚柱、滚针、活塞销、柱塞、常见的家用电器等，其精加工常用无心外圆磨床来实现。这是因为磨削时工件上不必打中心孔，通磨时，加工时间与辅助时间重合，成批连续加工时，切入磨只需较少的辅助时间，所以，生产率比一般的外圆磨床高，生产成本低，同时，在切削宽度上全部由托板刚性支承，工件不易发生变形，可使被加工工件保持较小的表面粗糙度。然而，机器零件经机械加工后的质量不仅仅只靠表面粗糙度来维持，还要用尺寸精度、几何形状精度、工件表面间相对位置精度等项质量指标加以衡量，无心外圆磨削同样也不例外。与无心外圆磨削过程相关的质量问题主要有以下几方面。

1.工件的不圆度误差对质量的影响

1.1工件中心高是影响磨削后不圆度误差的主要几何因素。

1.1.1工件中心高h对棱圆度的影响。众所周知，从成圆理论知，当h=0时，各奇次谐波μni=1（μi=1）。也即是，工件件中心高h=0，无法改善奇次谐波。在h=0的附近，有某些

奇次谐波μni＞1，故工件在这些条件下磨削，棱圆度反而恶化了。随着h的提高，μni

向小于1的方向变化，工件棱圆度得以改善。工件棱圆度与中心高的关系见图1。

1.1.2工件中心高h对椭圆度的影响。工件中心高对椭圆度的影响，从某种意义上说，与棱圆度恰好相反。在h=0附近，椭圆度可以得到迅速改善。提高工件中心高度，增加，椭圆度不易改善，且易产生较高次的偶次谐波。同时，中心高度过高，受力不稳，易发生振动，椭圆度会恶化。

因此，对于棱圆度及椭圆度这对矛盾的统一体，就要寻找一个使两者平衡的解决方法。

1.1.3最优中心高度。一般而言，椭圆度比棱圆度容易改善，且不易恶化。因此，为了提高磨削生产率与磨削精度，可采用"多次调整法"。在粗磨时，采用较高的中心高度，以改善棱圆度为主；精磨时，将中心高度降低一些，以改善椭圆度为主，同时进一步改善棱圆度。在实践中，磨削中等尺寸工件φ47mm精度等级G级的滚动轴承套圈外圆时，粗磨可采用h=20～30mm，在粗磨余量0.15～0.30mm后，一般棱圆度可达1道以下，椭圆度也不会超过1～1.5道。精磨时，高度降至h=10～15mm左右，再磨除0.10mm左右余量，则不圆度误差可达0.0 02～0.004mm。

在实践中，应根据实际生产条件来选择一次或多次调整法来磨削外圆，对于无心外圆磨削而言，多次调整法可以更为全面地反映出其优越性，更适应无心磨削的特点。若为单件小批量生产，更宜采用一次调整法来修正不圆度。

1.2导轮速度对工件不圆度误差的影响。在无心磨床导轮传动链工作正常条件下，导轮速度在一定范围内变化时，对工件不圆度误差影响不大。但导轮速度过高会引起系统振动，从而使磨削精度迅速下降。在实践中，笔者曾多次发现，由于导轮速度过高而使工件不圆度误差增大的实例。降低导轮转速后，情况随即好转，这一点应引起生产者注意。

1.3工件惯性对工件不圆度误差的影响。惯性大的工件比惯性小的工件其不圆度误差容易改善。在托板顶角ψ=60°，中心高h=3～15mm条件下，对于长度均为30mm，直径分别为φ9 mm、φ14mm、φ20mm的工件进行试验，发现工件直径越小，其惯性小，不圆度误差越不易改善，如图2所示。因此，在实践中，在保证工件运动稳定的前提下，操作者们通常对刚性小、惯性小工件的中心高度选用的比刚性大、惯性大工件的中心高度还要高。

1.4机床精度对工件不圆度误差的影响。在实际生产中，笔者调查中发现，要达到0.001mm 以下的不圆度误差十分困难，这主要是受到机床精度的限制，同时，无心磨床的振动、传动链的稳定性、磨轮及导轮的修整质量，都会直接影响到磨削质量。导轮运动环节的松动、间隙过大，会造成工件运动的不均匀而形成不圆度误差。适当地减少主轴轴承间隙，提高动压轴承刚性，可采用新液体静压轴承作为主轴轴承，以使得不圆度误差下降到0.3～0.5μ左右。对于磨削要求较高的工件，可选用精密级或高精度无心磨床。

2.工件的圆柱度对质量的影响工件的圆柱度误差是工件轴向截面内的几何形状误差，包括工件锥度、凹度及凸度等。产生这些误差的主要原因，是在磨削过程中工件实际中心线偏离理论中心线所致，当这两条线在水平面内相交成一定角度时，就会形成锥度。当这个角度在工件运动过程中不断地、连续地变化时，就会形成凹度或凸度。

2.1锥度对工件质量的影响。工件在加工过程中，有时前端面直径小于后端面直径，一般称这种锥度为前锥度，反之为后锥度。一般而言，磨削区域形状不正确是造成锥度的主要原因之一。由于导轮不正确，而使工件可能产生锥度。当导轮局部过度磨损，或者因其他原因引起的导轮局部形状不正确及托板局部磨损太大，都可能引起工件轴线倾斜，从而产生锥度。如图3所示。因此，修磨或更换导轮，以防工件出现锥度。

2.2凹度及凸度。工件产生凹度、凸度及工件轴向局部凹度、凸度的原因，主要是无心磨床前后侧导板倾斜不平及导轮形状不正确引起的。前后侧导板对磨削精度的影响往往容易被疏

忽。在实践中，特别是磨削较长工件时，更要注意侧导板的调整。在发现前后侧导板工作面与工件运动方向不平行时，应根据机床托架定向槽对侧导板安装基面进行铲刮。侧导板磨损后应及时修磨，使侧导板工作面与定向槽平等。一般地，对于中等尺寸无心磨床，其不平行度允许差为0.01～0.02mm/全长。

3. 工件的表面缺陷对质量的影响无心磨削工件表面缺陷很多，主要有振纹、磨削面及倒角处磨伤、表面擦伤、表面螺旋状磨痕、烧伤等。

3.1振纹对工件质量的影响。振纹即明暗相间的轴向条纹痕迹。一般情况下，振纹发生在工件一端或一端较明显而另一端较轻微的情况下，有时振纹也横贯工件全长。发生振纹的主要原因是工艺系统振动。实践中，可能引起振动的原因还有：工件调整中心高过高；工艺系统刚性不足；磨轮没有及时修整或修整质量达不到要求；修整器夹座刚性不足，修整金刚石或其他修整工具过钝；磨轮过硬；磨轮平衡质量不好或磨轮使用一个阶段后失去了原有平衡精度；磨削量过大，磨削区域过短；机床主轴间隙过大，传动链精度不高；外源振动。针对这些原因，在磨削时，应格外引起操作者的注意。

3.2外圆及倒角处磨伤对工件质量的影响。

3.2.1倒角处磨伤对工件质量的影响。倒角处磨伤较易为肉眼所发现，此处磨伤一般都很深，常发生在工件进口与出口处。

3.2.1.1前后侧导板调整不正确，工件引导方向不正。在工件进入或离开磨削区域时，工件的一端与磨轮接触而被磨伤。

3.2.1.2磨轮形状不正确，没有适当的喂料区域，工件余量较大时，进入磨削区域倒角处被磨伤，因此，在粗磨时，倒角磨伤较多。

3.2.1.3导轮前端面比磨轮前端面高。当工件进入磨削区域时，受导轮侧向压力作用突然与磨轮相接触而被磨伤。

3.2.1.4操作者手推或上料机构推动工件方向不正确，而引发的倒角处磨伤。

3.2.1.5工件较重，磨量过小，在进入磨削区域时，未能立即被带动起来而被磨伤，因而磨削细长工件时，倒角处磨伤也会反映到前端面附近或后端面附近的外圆上。

3.2.2外圆处磨伤对工件质量的影响。外圆磨伤大都发生在工件的一端，一般外圆磨伤深度为0.003～0.02mm，严重的可达0.10～0.20mm，大都在磨削区域内易发生此类缺陷。

3.2.2.1导轮表面修整缺陷，表面不平；导轮未能及时修整或表面存有异状突起物，如在磨削滚动轴承套圈在抛光后修磨时，常将抛光油膏带到无心磨工序而附在导轮表面上，而当这些导轮突起点与工件相接触时，突然将工件推向磨轮，致使外圆表面被磨伤。

3.2.2.2工件磨量过小，中心高较高，托板顶角过大，工件惯性较小，导轮表面被淤塞以及导轮与工件摩擦系数下降等原因，引起工件运动的不稳定，工件与导轮之间发生较大的滑动，导轮控制工件运动能力降低，工件回转速度不均匀或工件短时间内停止转动而被磨伤。

3.2.2.3外圆表面擦伤。试验证明，精磨擦伤主要是工件与托板摩擦引起的。在磨削过程中，部分脱落的磨粒、结合剂、磨屑及冷却液中的油脂混合在一起，形成一种油膏状物质，附着在托板上，磨削光洁的表面在磨削区域的后部与托板摩擦而擦伤。

3.2.2.4磨轮修整后，磨削一开始，砂粒最易脱落，最易引起工件擦伤。为防止精磨擦伤，可使用稍钝的磨轮进行最后磨削。

3.2.3解决工件表面擦伤的措施。

3.2.3.1使工件在托板左上角部分（从操作者方向看）接触，加大托板与磨轮间的间隙C，以便于磨屑等通过。如图4所示。一般C0值可取托板厚度的1/3左右。

3.2.3.2在磨轮、导轮修整后，将托板表面冲洗干净。磨轮不宜修整过粗。托板工作面要仔细修磨。修磨后要严格去磁，以防吸附铁屑秽物。精磨时可以采用硬度较低的托板。

3.2.3.3使用的冷却液要保持清洁。在冷却装置系统中，最好使用滤清器、磁性分离器或涡

旋分离器，以净化冷却液。选用恰当的磨削用量，精磨时，磨量不宜过小。

3.3磨削表面螺旋状磨痕。螺旋状磨痕一般发生在精磨及半粗磨条件下，粗磨时因工件表面粗糙，不易看到这种缺陷。出现这种情况，主要是因为磨削区域过短，工件未经充分磨削所致；磨轮后部没有修整成一定角度，或侧导板调整不当，工件在出口处被磨轮后部磨削而产生；磨量过大，磨削过程不充分，也会引起螺旋状磨痕。

3.4磨削表面烧伤。表面烧伤是属于表面组织物理层的变化。严重的烧伤可用肉眼观察到被烧灼的痕迹。产生这一缺陷的原因主要是，磨削用量过大或磨削浓度不均匀；磨轮过硬；冷却液不充分。如果所磨削的外圆表面为机器的工作面时，由于其要承受较大的负荷及要求耐磨，因而不允许存在烧伤。例如，作为机器装配表面的滚动轴承外圆，只要不存在肉眼可见的烧伤即可。

4.结束语通过对无心外圆磨的质量问题的剖析，可以看出，无心外圆磨的加工虽然有较多的引起质量的问题，但只要抓住问题的关键，采取相应的措施，仍能加工出合格的产品。