立式珩磨机珩磨头设计（三维建模CAD图纸）

立式珩磨机珩磨头（三维建模CAD图纸） 立式珩磨机珩磨头设计(三维建模CAD图纸) 摘 要 珩磨加工是一种具有广泛前途的切削技术, 它不仅是一种能提高表 面粗糙度的加工,而且成为能够快速可靠地去除一定的余量、提高 表面粗糙度和精度的一种半精加工和精加工的工艺方法.珩磨不需要特 殊的条件就能使零件获得精确的尺寸、几何精度、良好的表面质量和高 的使用寿命,因而很快地推广应用于船舶、轴承、军工和工程机械等制 造业中。由于近几年对大型零件的需求不断增加,进而对珩磨头的结构 设计提出了新的需求。本毕业设计正是从实际使用出发,进行珩磨机珩 磨头的设计。 本设计是对珩磨头的结构设计,首先通过实习认识了解珩磨机的工 作原理,清楚其结构组成;然后重点观察现有珩磨头的结构,对特定型 号的珩磨机掌握其运动参数的选择原则、油石个数的选择及分布原理、 涨锥的设计技术要求以及进给机构的运动装置等; 最后了解现有珩磨头 结构的缺点,确定对大孔加工所用珩磨头的总体。 其次利用设珩磨头结构的设计原理对各个具体零件进行详细的设 计,然后对个别零件进行校核,使设计出的结构可确保磨削可靠运行, 在此基础上完成了本毕业的写作。 最后绘制整套的装珩磨头结构的 装配图和零件图。 通过对本课题珩磨头的结构设计, 使书本知识和理论与实际生产相 结合,加强了对机械零件、机械制造工艺学以及现代磨削技术等相关专 业知识的理解, 使自己能运用书本知识设计出基本符合生产要求的零部 件。在论文中我充分地运用了大学期间所学到的知识。进行了研究,巩 固和深化,达到了预期的设计意图。 关键词:珩磨头;涨锥;进给机构;油石; THE?STRUCTURE?DESIGN?OF?THE?HEAD?OF?A? MACHINE?HONING? ABSTRACT? Honing? processing? is? a? kind? of? extensive? promising? cutting? technology,It? is? not? only? a? kind? of? surface? roughness? can? improve? the? processing?method,?and?be?able?to?quickly?remove?certain?allowance?reliable,? improving? the? surface? roughness? and? the? precision? of? a? half? finishing? and? finishing? process?method.?Honing? don't? need? special? conditions? can? make? parts?get?precise?dimensions,?geometric?accuracy? and?good?surface?quality? and?high?service?life?,? so?quickly?applied?on?ships,?bearing,?military,?and? engineering?machinery? and?other?manufacturing? industries.?Because?of? the? large?parts?in?recent?years,?and?the?increasing?demand?for?honing?the?structure? design?head?puts?forward?new?requirements.?The?graduation?design?is?starting? from?the?actual?use,?honing?head?design?machine?honingThis?design? is? the?structure?design?of?head?honing,first,? through? internships?understanding the?working?principle? of?honing,?clear?machine? and? its? structure? is? composedThen? the? key? observe? the? structure? of? the? existing?honing,and?master?the?models?of?the?motion?parameters?selection? for? head? of? honing? machines? principle? in? particular,? the? selection? and? oil?stone?number?distribution?principle,?the?design?technology?requirements? up?cone?and?the?movement?to?institutions?into?devices??Finally?understand?the? shortcomings?of?existing?honing?, determine?the?head?of?structure?of? large? hole?processing?the?overall?scheme?of honing?head?usedSecondly?using?the?design?principle?of?the?head?detailed?design?each? structure?of? specific?parts.?Then,?checking? the? individual?parts?of?designed? structure?can?ensure?grinding reliable?operation.?Based?on?this?completed?this? graduation? thesis?writingFinally? draw? full? sets? of? outfit? honing? the? head? structure?of?spare?parts?and?assembly?drawingThrough?this?project?structure?design?of?honing?head, make?text?book? knowledge? and? theory? combining?with? practical? production,? Strengthening? the? understanding? of? the? mechanical? parts,? mechanical? manufacturing? technology? and? modern? grinding? technology? and? related? professional? knowledge? understanding.?Make?me? to? use? the? book? knowledge? designed? with?production?requirements?of?the?basic?components?Make?me?to?use?the? book? knowledge? to? design? the? basic? components? with? production requirements.?In?the?paper,?I? fully?using?university?period? the?knowledge? I? have? learned,then? Studied,? strengthening? and? deepening,? to? achieve? the? expected?design?intentKEY? WORDS:?Honing?head??feeding?institutions? Rise?cone? oil?ston; 目 录 第一章 前言 5? 1.1 课题研究的目的及意义 5? 1.2 国内外研究状况6? 1.3 课题研究基本设计思路和研究手段. 2? 1.4 论文结论和成果形式9? 第二章 精整加工技术 5? 2.1 精整加工的范畴及特点. 5? 2.2精整加工机理6? 第三章 普通珩磨 7? 3.1 珩磨加工原理. 7? 3.2 珩磨加工的特点 10? 3.3 珩磨的切削过程 11? 3.4 珩磨头的结构形式12? 第四章 珩磨头的结构设计. 22? 4.1 珩磨油石的选择 22? 4.2 珩磨头基体结构设计 24? 4.3 涨锥的设计 28? 4.4 导向装置的设计 30? 4.5 手动进给机构的设计 30? 第五章 珩磨用量的选择33? 5.1 切削速度 V与网文夹角. 33? 5.2 油石工作压力的选择 36? 5.3 扩涨进给速度的选择 37? 5.4 工作行程的调整与计算38 5.5 加工余量的选择 39? 5.6 珩磨前工序要求 40? 5.7 珩磨液的选择40? 第六章 珩磨头结构薄弱零件的校核 42? 6.1 零件 3圆柱销扭转强度的校核 42? 6.2 零件 11 六角头沉头螺钉的强度校核 43? 结束语 46? 致谢47? 参考文献48? 第一章 前言 1.1 课题研究的目的及意义 本课题要求设计珩磨机珩磨头的结构,随着科学技术的迅速发展, 国民经济各部门所需的多品种、多功能、高精度、高质量、高度自动化 的技术装备的开发与制造,促进了先进制造技术的发展。磨削尤其是珩 磨加工技术是先进制造技术的重要领域, 是现代机械制造业中实现精密 加工、超精密加工最有效、应用最广泛的工艺技术之一。 该课题的目的在于:一、锻炼自己的综合分析和解决本专业的一般 工程技术问题的独立工作能力,以深化对知识的了解,并开阔眼见。 二、树立正确的设计思想,设计构思和创新思维,掌握工程设计的 一般程序规范和方法。 三、使自己熟练使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书等工 具,加强数据处理,编写技术文件等方面的实际操作能力。 四、养成向老师、工人、和技术人员虚心学习的基本工作态度。 意义: 随着科学技术的迅速发展, 国民经济各部门所需求的多品种、 多功能、高精度、高品质、高度自动化的技术装备的开发和制造,促进 了先进自找技术的发展。磨削加工技术是先进制造技术中大的重要领 域,是现代机械制造业中实现精密加工、超紧密加工最有效、应用最有 效的基本工艺技术。资料表明磨削加工约占机械加工的? 30%?40%。在 金属切削机床的 11个大类中, 磨床的品种规格是最为繁多的一的一类。 因此此作为一名即将毕业的大学生, 我认为有必要深入了解这一有 效的基本加工工艺,加深、巩固专业知识,为以后的再深造作好准备。 1.2 国内外研究状况 国内:磨削加工技术是利用磨粒去除材料的加工方法。用磨料去除 材料的加工是人类最早使用的生产工艺方法。18?世纪中期出现第一台 外圆磨床,用石英石、石榴石等天然磨料敲凿成磨具,进而用天然磨料 和粘土烧结而成,随后又研制成功平面磨床,应用磨削技术逐渐形成。? 1901?年以后,相继发明人工熔炼的氧化铝刚玉、碳化硅磨料。20?世 纪 40年代末期,人造金刚石问世。1957年研 制成功立方氮化硼。 超硬磨料人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮的 应用及磨削技术的发展,使磨削加工精度及效率不断提高,磨削加工应 用范围不断扩大。解放前,我国磨床工业及磨料工业几乎一片空白。上 海亚中机械厂(今上海第三机床厂)于?1944?年制造出我国第一台外圆 磨床。解放后,我国相续建立了现代化的磨床、磨料、磨具制造厂及专 业研究所,造就了一大批从事磨床设计制造、磨床磨具研究、制造专业 的专科学技术队伍。1995年以前,试制并生产了黑、绿色碳化硅和白、 棕色的刚玉,陆续开发了各种磨具。1963?年成功合成出我国第一颗人 造金刚玉,1966年投入批量生产。接着 1967?年研制成功立方氮化硼,? 1974年投入批量生产。我国对高速磨削的研究已有多年历史,在 70年 代末期便进行了 80mm/s、120?mm/s的磨削工艺实验;前几年,也计划 开展 250mm/s的磨削研究。 国外:当今高速高效磨削、超高速磨削在欧洲、美国和日本等一些 工业发达国家发展很快,比如德国的 Aachen大学、美国的 Connecticut? 大学等,有的在实验室完成了速度为 250?mm/s、350?mm/s、400? mm/s? 的实验。据报道,德国?Aachen大学正在进行目标为 500mm/s的磨削试 验研究。在磨削方面,日本已有 200mm/s的磨床在工业中应用。 1.3 课题研究基本设计思路和研究手段? 1.基本设计思路 根据设计题目的要求,查阅相关资料,抓住一个月的实习机会,了 解观察现有珩磨机珩磨头的结构, 了解其不足之处并与自己的设计要求 相结合,培养感性认识,并整理实习笔记,为后期设计奠定基础。充分 利用学校现有资源,在工程训练中心观察现有超声珩磨机珩磨头的结 构,并向老师请教其工作原理及相关零部件的性能、工作要求等。 实习后整理资料,拟定设计步骤,第一步:弄清楚设计要求,第二 部: 由珩磨加工特点及原理??珩磨油石??珩磨头的结构形式等基本 资料弄清楚之后, 再从油石的选择珩磨基体设计??涨锥设计??导向 装置设计??油石的选择??油石座的设计??进给机构的设计开始 设计;第三步:选择珩磨用量,切削用量??网纹交叉角??油石工作 压力??扩涨进给速度??加工余量及越程量等;第四步:对设计结构 的薄弱零件进行校核。? 2.拟采用的途径(研究手段) 1.查阅图书相关资料。 2.根据相关主题通过搜索引擎取得相关资料。 3.通过工业期刊阅览室参阅相关期刊4.向老师请教一些难点,疑点。 5.在设计过程中与同学们讨论遇到的问题。? 6.分时段分任务完成。 第?1?周~第?4?周:查阅资料,整理有关珩磨机珩磨头的结构的所有 资料,包括珩磨的发展、应用及现状;珩磨机珩磨头的具体结构等,并 撰写实习报告和开题报告。 第?5?周~第?6?周:查找各种有关珩磨机珩磨头的结构的外文文献, 选取最接近的文献进行翻译,同时加深对珩磨机珩磨头的结构的理解。 第 7周~第 10周:接受计资料和手册中期检查,查找相关设,根据 给定的设计参数, 按照有关的设计要求和顺序进行具体结构尺寸参数计 算及其他有关参数的选配,绘制部分零件图及总成草图。 第?11?周~第?13?周:对设计草图进行修改,进行相关校核,完成设 计图纸及初稿。 第 14周~第 15周:检查上交说明书和图纸。 1.4 论文结论和成果形式? 1、打印文档:设计说明书一份;? 2、给定文献的外文翻译;? 3、设计图纸:装配图两张,零件图图纸两张;? 4、电子文档:? 1)总装图和零件图;? 2)设计说明书和指定外文翻译的电子文档。 第二章 精整加工技术 2.1 精整加工的范畴和特点 1.精整加工的范畴 精整加工是指精加工后从工件上去除极薄的材料层, 以提高工件加 工精度和降低表面粗超度的加工方法,精整加工主要包括:超精加工、 珩磨加工、超声波珩磨加工等。? 2.精整加工的特点 精整加工可以获得比一般机械加工更高的加工精度。 其特点是使用 高品质微粒磨料制成的固结磨具油石。微粒保证高的加工精度,要求磨 料粒度、模具硬度和组织保持良好的一致性,要求模具尺寸形状保持较 高的准确性。为了实现各切削刃军作微小的切削和高效的切削,要求磨 具和工件有较大的接触面积,因此精整加工要求有良好的降温、冷却和 排屑条件。 一般精整加工因固结磨粒磨具的接触面积大, 为了防止其发热和变 形、切屑堵塞磨具,固切削速度远低于磨削速度。为了不降低加工表面 质量和加工效率, 一般速度可选小于 100m/min,最高不大于 300?m/min。。 精整加工具有特殊的加工形式。为了获得良好的加工效果,模具与 工件的相对运动比较复杂。诸如交叉切削运动(如珩磨加工)和相对振 动切削运动(超精加工)。 精整加工所需的磨具不需修整。 而是通过压力进给切削可通过各种 加压方式进行控制,使其从粗加工到精加工得到自动周期性修锐。 超精加工、珩磨所用油石微刃切削力均匀,可以获得低粗糙的加工 表面。现超声波振动磨削及珩磨可以加工凹部及工件内表面异形孔,多 角形等表面。 2.2 精整加工机理 精整加工是一种选择压力作用点的加工方法。 当工具与工件在一定 宽度上接触,施加压力后,自动的选择局部突出的地方加工,故仅切除 承受压力处的材料, 这加工方法使工具与工件分布随着对方引导而同时 逐步提高精度,即使工件多少存在误差,由于加工过程中工具上的误差 点也被切除,提高了加工精度,故与一般强制加工方法不同,可获得较 高的加工精度。由于切削层小,其加工时间需较长的加工时间。 就精整加工精度而言, 用细粒度的磨条以一定的压力压在旋转的工 件上,并在轴向作往复振荡进行微量切削的光整加工方法。超精加工一 般安排在精磨工序之后进行,其加工余量很小(一般为 5~8微米),常 用于加工各种内外圆柱面、圆锥面、平面、球面等,如曲轴、轧辊、滚 动轴承套圈和各种精密零件等。工件经超精加工后,表面粗糙度可达? R0.08~0.01?微米,表面加工纹路由波纹曲线相互交叉形成,从而易于 形成油膜,提高润滑效果,因此耐磨性较好。由于切削区温度较低,表 面层有轻度塑性变形,所以表面带有低残余压应力。超精加工常用的磨 条粒度一般为?W0.5~W28; 常用的切削液为 80%左右的煤油加 20%左 右的机油,并经严格过滤;磨条压力一般为?0.05~0.3?兆帕;磨条振幅 一般为?1~6?毫米;工件圆周速度一般不超过?700?米/分。若需要提高 零件的形状精度及去掉磨削变质层,必须去掉余量? 0.03?毫米左右,此 时采取将超精加工分为粗精两阶段,粗加工时用较粗粒度的磨条、较大 转速和磨条压力,精加工时取较小的值。 第三章 普通珩磨 珩磨是指用镶嵌在珩磨头上的油石(又称珩磨条)对精加工表面进 行的精整加工。又称镗磨。主要加工直径 5~500 毫米甚至更大的各种 圆柱孔,孔深与孔径之比可达 10 或更大。在一定条件下,也可加工平 面、外圆面、球面、齿面等。珩磨头外周镶有 2~10 根长度约为孔长 1 /3~3/4的油石,在珩孔时既旋转运动又往返运动,同时通过珩磨头 中的弹簧或液压控制而均匀外涨,所以与孔表面的接触面积较大,加工 效率较高。珩磨后 孔的尺寸精度为 IT7~4 级,表面 粗糙 度可达 Ra0.32~0.04 微米。珩磨余量的大小,取决于孔径和工件材料,一般 铸铁件为 0.02~0.15 毫米,钢件为 0.01~0.05 毫米 。珩磨头的转 速一般为 100~200 转/分,往返运动的速度一般为 15~20 米/分。为 冲去切屑和磨粒,改善表面粗糙度和降低切削区温度,操作时常需用大 量切削液,如煤油或内加少量锭子油,有时也用极压乳化液。 珩磨加工是有一种珩磨头, 具有一带一通道并沿其长度方向延伸的 细长体,它至少包括一侧面开口部分,一可作径向运动的磨具组件位于 侧面开口的通道部分, 它具有一有磨粒制成的径向外表面和一具有相对 于珩磨体轴线成锐角取向的各隔开表面的径向内侧部分。 在磨具组件和 珩磨体上的相互可啮合表面阻止之间产生相对轴向运动但不阻止之间 的相对径向运动,操作器元件位于通道中可以在其中作轴向运动,该操 作元件具有相对珩磨体轴线成锐角取向的表面部分, 其位置可与磨组件 上的内表面中的相应表面产生面与面间的滑配合, 从而操作器元件相对 磨具组件在一个方向的轴向运动将产生该磨具组件径向向外的运动。 3.1 珩磨加工原理 1. 珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的一条或多条油石, 由涨开机 构(有旋转式和推进式两种)将油石沿径向涨开, 使其压向工件孔壁, 以便产生一定的面接触。 同时使珩磨头旋转和往复运动, 零件不动; 或 珩磨头只作旋转运动, 工件往复运动, 从而实现珩磨。 图一珩磨运动及 其切削轨迹。 2. 在大多数情况下, 珩磨头与机床主轴之间或珩磨头与工件夹具 之间是浮动的 。这样, 加工时珩磨头以工件孔壁作导向。因而加工精 度受机床本身精度的影响较小, 孔表面的形成基本上具有创制过程的 特点。所谓创制过程是油石和孔壁相互对研、互相修整而形成孔壁和油 石表面。其原理类似两块平面运动的平板相互对研而形成平面的原理。 珩磨时由于珩磨头旋转并往复运动或珩磨头旋转工件往复运动, 使加工面形成交叉螺旋线切削轨迹, 而且在每一往复行程时间内珩磨 头的转数不是整数, 因而两次行程间, 珩磨头相对工件在周向错开一 定角度, 这样的运动使衡磨头上的每一个磨粒在孔壁上的运动轨迹不 会重复。 此外, 珩磨头每转一转, 油石与前一转的切削轨迹在轴向上有 一段重叠长度, 使前后磨削轨迹的衔接更平滑均匀。 这样, 在整个珩磨 过程中, 孔壁和油石面的每一点相互干涉的机会差不多相等。 因此, 随 着珩磨的进行孔表面和油石表面不断产生干涉点, 不断将这些干涉点 磨去并产生新的更多的干涉点, 又不断磨去, 使孔和油石表面接触面 积不断增加, 相互干涉的程度和切削作用不断减弱, 孔和油石的圆度 和圆柱度也不断提高, 最后完成孔表面的创制过程。 为了得到更好的圆 柱度,在可能的情况下,珩磨中经常使零件掉头, 或改变珩磨头与工件 轴向的相互位置。 需要说明的是: 由于珩磨油石采用金刚石和立方氮化硼磨料, 加 工中油石磨损很小, 即油石受工件修整量很小。 因此, 孔的精度在一定 程度上取决于珩磨头上油石的原始精度。 所以我们用金刚石和立方氮化 硼油石时, 珩磨前要很好地修整油石, 以确保孔的精度。 图 3-1 3.2 珩磨加工的特点 1.加工精度高: 特别是一些中小型的光通孔, 其圆柱度可达0.001mm 以内。一些壁厚不均匀的零件,如连杆,其圆度能达 0.002mm。对于大孔 孔径在 200mm 以内,圆度也可达 0.005mm, 如果没有环槽或径向孔等, 直线度在 0.01mm 以内也是有可能的。 珩磨比磨削加工精度高, 磨削时 支撑砂轮的轴承位于被珩孔之外, 会产生偏差, 特别是小孔加工, 磨 削比珩磨精度更差。 珩磨一般只能提高被加工件的形状精度, 要想提高 零件的位置精度, 需要采取一些必要的措施。 如用面板改善零件端面与 轴线的垂直度 面板安装在冲程臂上, 调它与旋转主轴垂直, 零件靠 在面板上加工即可。 2. 表面质量好:表面为交叉网纹,有利于润滑油的存储及油膜的保 持。有较高的表面支承率(孔与轴的实际接触面积与两者之间配合面积 之比),因而能承受较大载荷,耐磨损,从而提高了产品的使用寿命。 珩磨速度低(是磨削速度的几十分之一),且油石与孔是面接触,因此 每一个磨粒的平均磨削压力小,这样工件的发热量很小,工件表面几乎 无热损伤和变质层, 变形小。 珩磨加工面几乎无嵌砂和挤压硬质层。磨 削比珩磨切削压力大, 磨具和工件是线接触, 有较高的相对速度。 因而 会在局部区域产生高温, 会导致零件表面结构的永久性破坏。 3. 加工范围广:主要加工各种圆柱形孔:光通孔。轴向和径向有 间断的孔,如有径向孔或槽的孔、键槽孔、花键孔。盲孔。多台阶孔等。 另外, 用专用珩磨头, 还可加工圆锥孔, 椭圆孔等, 但由于珩磨头结 构复杂, 一般不用。 用外圆珩磨工具可以珩磨圆柱体, 但其去除的余量 远远小于内圆珩磨的余量。几乎可以加工任何材料,特别是金刚石和立 方氮化硼磨料的应用。同时也提高了珩磨加工的效率。 3.3 珩磨的切削过程 1. 定压进给珩磨:定压进给中, 进给机构以恒定的压力压向孔壁, 分三个阶段。 第一个阶段是脱落切削阶段, 这种定压珩磨, 开始时由于孔壁粗 糙, 油石与孔壁接触面积很小, 接触压力大, 孔壁的凸出部分很快被 磨去。 而油石表面因接触压力大, 加上切屑对油石粘结剂的磨耗, 使磨 粒与粘结剂的结合强度下降, 因而有的磨粒在切削压力的作用下自行 脱落, 油石面即露出新磨粒, 此即油石自锐。 第二阶段是破碎切削阶段, 随着珩磨的进行, 孔表面越来越光 , 与油石接触面积越来越大, 单位面积的接触压力下降, 切削效率降低。 同时切下的切屑小而细, 这些切屑对粘结剂的磨耗也很小。 因此, 油石 磨粒脱落很少, 此时磨削不是靠新磨粒, 而是由磨粒尖端切削。 因而磨 粒尖端负荷很大, 磨粒易破裂、崩碎而形成新的切削刃。 第三阶段为堵塞切削阶段, 继续珩磨时油石和孔表面的接触面积 越来越大, 极细的切屑堆积于油石与孔壁之间不易排除, 造成油石堵 塞, 变得很光滑。因此油石切削能力极低, 相当于抛光。若继续珩磨, 油石堵塞严重而产生粘结性堵塞时, 油石完全失去切削能力并严重发 热, 孔的精度和表面粗糙度均会受到影响。此时应尽快结束珩磨。 2. 定量进给珩磨: 定量进给珩磨时, 进给机构以恒定的速度扩张 进给, 使磨粒强制性地切入工件。 因此珩磨过程只存在脱落切削和破碎 切削, 不可能产生堵塞切削现象。因为当油石产生堵塞切削力下降时, 进给量大于实际磨削量, 此时珩磨压力增高, 从而使磨粒脱落、破碎, 切削作用增强。用此种方法珩磨时, 为了提高孔精度和表面粗糙度,最 后可用不进给珩磨一定时间。 3. 定压--定量进给珩磨: 开始时以定压进给珩磨,当油石进入堵 塞切削阶段时,转换为定量进给珩磨,以提高效率。 最后可用不进给珩磨, 提高孔的精度和表面粗糙度。 3.4 珩磨头的结构形式 珩磨头的结构对加工质量和生产效率有很大的影响。 对珩磨头的要 求是:油石能在径向均匀的涨缩,对加工表面的压力能调整并保持在一 定的调整范围;油石座具有一定的刚度,当被加工孔的形状误差(如圆 度圆柱度误差)使油石的压力增加时,油石在半径方向上不至于发生位 移和歪斜;珩磨到最后尺寸时,油石能迅速缩回,以便珩磨头从孔内退 出。 1.通用珩磨头 通珩磨头通常用来加工中等孔径,由磨头体、油石、油石座、导向 条、弹簧、锥体涨芯组成。当涨芯锥体移动时,油石便可涨开或收缩。 珩磨头为棱圆柱体,珩磨油石条数一般为奇数。油石座直接与进给涨锥 接触,中间不用定销与过渡板,结构简单,进给系统刚性好。 磨头的外径尺寸应以被加工孔径为准,当油石处于收缩状态时,磨 头外径比被加工孔径小,以便磨头进入或退出工件孔;当油石处于最大 涨开位置时, 磨头的外径至少应等于被加工孔的最终要求尺寸加上油石 的极限磨耗量。 有时在磨头体圆周上嵌有导向条,它与油石相间排列。当磨头进入 工件孔时起定心作用。此外,它还能防止油石因磨耗不均而导致磨头偏 心。导向条在圆周上的外径应比被加工孔的尺寸小 0.1-0.5mm,但比油 石收缩时的外径大,并与油石圆周同轴。 2.小孔珩磨头 珩磨直径为 2-30mm 的小孔时,磨头与油石座成为一体,使涨芯与磨头 体在整个长度上为接触面,以增强刚度。 1.油石珩磨头适用于加工直线度要求较高、 孔径为 2-30mm 的珩磨 头由两根导向条与一根切削油石组成。两根导向条非对称分布,宽度大 的导向条用来承受油石产生的径向力和切向力的合力 (合力通过它的支 撑面中间), 防止珩磨头变形。窄导向条起辅助支撑的作用,使珩磨头 与孔的接触状态稳定,以提高加工精度。导向条的材料用硬质合金或人 造金刚石。根据孔径大小,导 图 3-2 向条可以做成镶嵌式或用电镀法将金刚石微粉镀在磨头体上, 也可 镀上粗粒度的金刚石,然后用立方氮化硼砂轮或油石将其磨钝,使其失 去切削能力。 2).开轴瓦式珩磨头。 由两个半圆性轴瓦构成,适用于加工直线度要求较高、有间断表面 的孔。 珩磨头的径向扩涨进给是通过楔形涨芯作用于两个半圆轴瓦的斜 面上,缩回是靠轴向两端的两个 o形弹簧圈的弹力。它可用普通磨料油 石粘接于磨头表面, 也可以用几根金刚石油石用低熔点的焊条焊接于磨 头表面。油石长度为一般珩磨头所选用油石长度的两倍。此磨头用于在 磨床上修磨它的切削表面,加工精度稳定,切削效率比单油石珩磨孔高 10%左右,使用寿命长。 3).可调整的整体珩磨头, 在大量生产中用着这种准珩磨头来加工高精度的孔。 孔的形状误差 可达 0.5 微米以下,尺寸误差可控制在 2-3 微米内,表面粗超度 Ra 达 0.2 微米。 磨头体为一整体套筒,两边对称开俩不两条轴向槽,在其表面上镀 上 0.3-0.5mm 厚度的金刚石磨粒,磨头内孔为 1:50 锥孔。利用锥孔中 的锥形涨芯使整个磨头体长生弹性变形而调整到预定的尺寸。 早加工过 程中没有涨缩运动,因此可以看作是一种成型工具。 使用这种珩磨头的机床,一般多为立式多轴多工位珩磨机。珩磨头 与主轴间是刚性联接,工件夹具设计成浮动形式。 珩磨头的运动与一般珩磨头运动不同,磨头一方面作旋转运动,一 方面径向快速接近工件,轴向工作进给(进给速度为 1-1.5m/min),快 速退回。一个工作循环即可完成。 3.大孔珩磨头 主要用于大孔径的珩磨加工,图 3-2 为大孔条式珩磨头,凸环 图 3-3 大孔条式珩磨头 的外径接近珩磨孔径。以支撑油石座和承受珩磨切削力,具有较好的刚 性。 4.特殊珩磨头 1.盲孔珩磨头(如图 3-3) 盲孔式珩磨头是珩磨加工工艺中必须使用的一种工具, 与珩磨油石配合 使用,能大大提高零件的加工精度和生产效率,具有精度高、可测量等 特点。 可完成一般珩磨工艺和平台网纹珩磨技术等工作, 产品规格有φ8 到φ400 不等,也可根据用户要求制作各种非标准规格。 超硬材料珩磨油石是机械制造业中装在特种磨床---珩磨机上加工 各种发动机缸体孔、缸套(含薄壁缸套)、连杆孔以及其它高精密孔等 工件的一种先进工具,它是采用超硬材料(人造金刚石或立方氮化硼) 和金属结合剂,混合、压制、烧结而成,具有磨消效率高、磨耗小、使 用方便、经济效益好等特点,可以满足高精度珩磨工艺和平台网纹珩磨 技术的要求,已在汽车、拖拉机、冰箱压缩机、 缝纫机、气动液压件 等行业广泛使用。 2).锥孔珩磨头 (如图 3-4 锥形轴 5与磨头体 4通过键 2带动而一起旋转, 同时磨头体又带动 油石座与油石作旋转往复运动(锥形心轴不作往复运动)。因油石座与 油石是沿锥形心轴的锥面上移动的,并且要求锥形心轴在轴向无窜动, 因此,工件孔的锥度精度取决于锥形心轴的锥度。 图 3-4 盲孔珩磨头 1-油石;2-导向条;3-扩涨锥心; 4-磨头体;5-弹簧 图 3-5 锥孔珩磨头 1-弹簧;2-键;3-油石和油石座; 4-磨头体;5-锥形芯; 第四章 珩磨头结构的设计 4.1 珩磨油石的选择 珩磨油石需根据工件的材质、硬度、珩磨孔径的尺寸、珩磨精度 和表面粗超度、油石的工作压力及切削效率等选用。珩磨油石必须保 证粒度、硬度均匀,不允许混入粗磨料和杂质,并且要求具有一定的 弹性和抗压性能。 珩磨油石的性能及选用也根据磨料、硬度、粒度、结合剂、组织 及浓度等因素考虑。 1).磨料的选用。 磨料是锐利、坚硬的材料,用以磨削较软的材料表面。磨料有天 然磨料和人造磨料两大类。按硬度分类有超硬磨料和普通靡磨料两大 类。磨料的范围很广,从较软的家用去垢剂、宝石磨料到最硬的材料 金刚石。磨料是制造每一种精密产品所必不可少的材料。许多天然磨 料,已被人造磨料所代替。 表 4-1 常用的天然磨料 除金刚石外,天然磨料的性能都不太稳定,不过仍有其使用价 值。金刚石是硬度最高的磨料,产地以南非为主,占世界总产量的 95%,其馀为巴西、澳大利亚、圭亚那和委内瑞拉等地。工业用金刚 石从灰白色到黑色不等,经碾碎后可制砂轮、砂带、抛光轮和研磨粉 等。 磨料的重要性能之一是它的硬度,它必须比待加工材料更硬,常用摩 氏硬度计测定各种磨料的硬度。磨料的另一重要性能是韧性或体积强 度。可改变原料的混合量、纯度、粒度和晶体结构等来控制这一性 能,以适合于各种应用。 表 4-2 常用的人造磨料 表?4?3? 磨 料 工 件 材 质 刚 玉 系 列 棕刚玉 (A) 白刚玉 (WA) 单晶刚玉(SA)微晶刚 玉(MA) 碳素钢、合金钢、高速钢、不锈 钢、渗碳钢、淬火钢、镀铬钢、 镀镍钢、碳氮共渗钢 碳 化 硅 系 列 绿碳化硅GC 黑碳化硅C 灰铸铁、硼铸铁、高磷铸铁、球 墨铸铁、铝合金、黄铜、青铜、 硬质合金、 陶瓷材料及其它非金 属材料 因此要求所选磨料应具有以下基本性质:?较高的硬度,一般应 高于被加工材料;?适当的强度,在磨粒切刃还锋利时能承受切削力 而不碎裂,当切刃磨钝到一定程度时能局部碎裂而露出新的锋利刃 口;?高温稳定性,在磨削温度下能保持其固有的硬度和强度;?化 学惰性,与被加工材料不易产生化学反应。 查《金属切削手册》第二册 P12-137 页,表 12-88 知应选用人造金 刚石。 2).粒度的选用。 颗粒的大小。通常球体颗粒的粒度用直径表示,立方体颗粒的粒 度用边长表示。对不规则的矿物颗粒,可将与矿物颗粒有相同行为的 某一球体直径作为该颗粒的等效直径。实验室常用的测定物料粒度组 成的方法有筛析法、水析法和显微镜法。?筛析法,用于测定 250~ 0.038mm 的物料粒度。实验室标准套筛的测定范围为 6~0.038mm;? 水析法,以颗粒在水中的沉降速度确定颗粒的粒度,用于测定小于 0.074mm物料的粒度;?显微镜法,能逐个测定颗粒的投影面积,以确 定颗粒的粒度,光学显微镜的测定范围为150~0.4μm,电子显微镜的 测定下限粒度可达 0.001μm或更小。 磨料粒度对加工表面质量和加工效率影响很大,选择时应先考虑 在满足加工表面质量的要求如表面粗糙度、网纹等前提下,尽量选 取粗的粒度。以提高珩磨加工效率。对于珩磨加工,一般珩选用 100#~180#,半精珩或粗精合一选用 180#~280#,精珩或抛光选 用 w40 以下。 查机械工程手册》第二册 P2-168 页,表 2.7-3 粒度号及对应工 称尺寸和适用范围(GB2477-83)及《金属切削手册》第二册 P12-137 表 12-83,油石粒度选择原则,综合得出选用 表 4-4 粒度号 公称尺寸 表面光洁度 适用范围 W20 20-14 11 以上 精磨、螺 纹磨、珩磨、 超精加工、超 精密磨削、高 精密磨削、精 密磨削、制造 研磨膏、研磨 剂等。 3).硬度的选用。 油石的硬度是指表层磨粒受外力作用下从磨具表面脱落的难易程 度,它与金属材料的硬度概念有本质的区别。油石的硬度是磨粒和结合 剂桥受外力的综合反应。在磨削过程中,磨粒逐渐磨损变钝,磨削力增 加,使结合剂桥形变、裂纹以至断裂,被磨钝的磨粒自动脱落,露出新 的锋利的磨粒,这也叫做油石的自锐。油石自锐和钝化,是通过一定硬 度级的油石与特定的工件材料在即定的工艺条件下进行磨削时所表现 出来的磨削现象。 当珩磨硬度较高的材料时,油石磨粒容易磨钝,需要被磨钝的磨粒 较快地自动脱落,以油石自锐,所以应采用较软硬度油石。反之,珩磨 硬度较低的材料时, 磨粒不易磨钝, 把持磨粒的结合剂不易过早的破裂, 所以就要采用较硬的油石,使磨粒一直坚持到磨钝为止。如果油石硬度 选择过硬, 在磨削过程中会出现堵塞和粘屑现象。 如果油石选择的过软, 则磨粒未能发生磨削作用时,结合剂桥就断裂或破碎,造成油石使用寿 命降低。 油石硬度选择应根据被加工零件的硬度、珩磨效率和珩磨余量等 条件合理选用,同时应考虑油石的自锐性和使用寿命。一般加工材料 硬度高,珩磨余量大或大孔径珩磨时应选用较软的油石,而材料硬度 低,表面粗糙度值低时,应选用较硬的油石。精油石中夹杂有粗颗粒 磨料或夹有铁杂质而经高温烧成出现低熔点铁斑时,实质已产生了高硬 度点. 这是一种特殊的硬度不均匀的表现,用它来加工时 ,工件易产生 划痕 ,降低表面光洁度,超精油石要求结构比较松,以减少加工中发热 和粘铁屑。而松组织必须带来低硬度和低强度硬度过高 加工时油石易 发生断裂组织过松 不但强度降低 且加工效率和耐用度也会降低再则 硬度越低,硬度的均匀性也越差.显然与超精油石要求有较高的硬度均 匀性相矛盾.虽然国家从二十世纪六十年代以来投资数千万元来攻克超 精油石的质量和硬度均匀性等关键技术 使具有适应性强、超精性能稳 定、耐磨率高、自锐性好、加工后工件波纹度稳定、粗糙度极低等优 良特性,但至今仍未见到任何成功报导。对于超精油石的硬度均匀性 绝大多数人认为 同一块油石理想的洛氏硬度最大值与最小值之差为 3---5 度。这个要求确实是很高的 据了解 日本厂商生产的超精油石 洛氏硬度之差最好的则在 5 --7 度 一般说 硬度均匀性控制在 10 度 左右是可能的 3---5 度不易达到差值过大对加工质量有显著影响。 表 4-5 工件材质 粗珩磨油石硬 度 精珩磨油石硬 度 结合剂类型 淬硬合金钢 K~M D~J 树脂 F~H D~G 陶瓷 未淬硬合金钢 N~Y D~L 树脂 H~M D~H 陶瓷 铸铁类 M~R J~N 陶瓷 在保证自锐条件下,要求有较高的耐用度。硬度应准确、均一, 在一组油石内各点硬度偏差要求在一小级内。精密珩磨用油石则要求 小于 半小级。如果硬度过头,则使用寿命低,表面粗糙度高。一般硬 度选用 J-N 为宜。珩磨软材料应选用高硬度油石;珩磨韧性大的材料 宜选用软一些;珩磨孔有槽、横向孔、空刀时,为保证孔的正确几何 形状,油石可选硬一些。珩磨油石硬度选择表。 查《机械工程手册》第二册,表 2.8-3 珩磨油石硬度选择:选取硬 度为 ZY2。4.结合剂。 结合剂主要依据其自身的性能而定。超硬磨料磨具结合剂主要 有:树脂结合剂、陶瓷结合剂及金属结合剂。树脂结合剂(B)结合剂 本身弹性好,有抛光作用,高温下结合剂易烧毁。树脂磨具自锐性能 良好,不易堵塞;一次修整后很少再修整,磨削效率高,磨削粗糙度 低,磨削温度低,由于树脂结合剂磨具的优越性能,其在超硬磨料磨 具中使用广泛。树脂金刚石磨具用于硬质合金刀具及钢结硬质合金工 件及部分非金属材料的半精磨、精磨。树脂立方氮化硼磨具主要用于 高钒高速钢刀具的刃磨,工具钢、模具钢,不锈钢,耐热合金刚工件 的半精磨、精磨等。陶瓷结合剂(V)陶瓷结合剂强度较高,耐热性能 好,切削锋利,磨削效率高,磨削过程中不易发热和堵塞,热膨胀量 小,易控制加工精度,且容易修整。陶瓷结合剂磨具一般用于粗磨、 半精磨,接触面积较大的成型磨削,超硬磨料烧结体的磨削等。金属 结合剂(M)金属结合剂分青铜结合剂和电镀结合剂两种。青铜结合剂 刚性好、强度高,耐磨性好、使用寿命长、形状保持性好,能承受较 大的负荷。但其自锐性差,容易堵塞发热、修整困难。青铜结合剂金 刚石磨具主要用于玻璃、陶瓷、石材、混凝土、半导体材料和超硬材 料等金属材料的粗、精磨和切割,少量用于硬质合金的粗磨和成形磨 削及各种材料的珩磨。CBN磨具可用于金属材料的成型磨削和各种合金 刚的珩磨。 珩磨油石的结合剂主要有四种:陶瓷 (A) 、树脂 (S) 、青铜 (QT) 、 电镀金属(D)。 陶瓷结合剂性能稳定、不受温度的影响,但脆性大。普通磨料均 可采用这种结合剂。 青铜的结合强度较高,可承受大负荷,寿命长,但只适合磨脆性 材料,一般用于人造金刚石磨料的结合剂。 电镀金属接合剂与青铜结合性能相似。 因此选择青铜作为结合剂。 5).组织和密度的选择。 珩磨油石的组织不作特殊要求,按砂轮厂规定制造。金刚石和立 方氮化硼磨料作的油石,要规定其浓度。常用 150%、100%、%75、50% 四种浓度。高浓度的油石形状保持性好。 6). 珩磨油石的数量和宽度。 (1)油石数量的选择。 珩磨头上油石的数量,应根据工件的孔径、孔的结构形式和油石 在孔的珩磨过程中能否正常工作来确定。在保证珩磨头刚性的情况 下,油石数量增多,可以避免工件形状对加工精度的影响,还能提高 珩磨效率。但也要考虑切削液能否充分注入和切屑是否易于排除。当 工件孔中有键槽或有径向孔时,这时的油石宽度必须大于键槽宽度和 径向孔的直径,在此时珩磨头的油石数量就应相应减少。 2珩磨油石的规格的选择 珩磨油石的规格主要是指油石的形状和尺寸长x宽x高,一般情 况为了使油石安装稳定选用截断面为长方形的油石,当珩磨大直径孔 时,可选用截面为正方形的油石,以便延长油石使用寿命。油石长度 的选择。油石长度z的选择与工件孔的长度L有关,油石过短会降低珩 磨效率,油石过长则影响孔的圆柱度。油石长度选择可参考公式 Z1 /3~ 3/4L。 在不影响珩磨头刚性的条件下,尽可能采用多根油石,并适当减 少油石宽度,如果能保持油石宽度占孔周长的0.15-0.28,可获得较高 的珩磨效率,并能减少孔的变形。当工件孔有几处薄壁时,应避免各 条油石同时处于各局部薄壁位置。当工件有单、双槽或横向孔时,油 石的根数最好采用 5 根以上的奇数,或油石的宽度远大于槽宽,为槽 宽或径向孔径的两倍以上。金刚石和立方氮化硼油石的宽度为普通油 石宽度的 1/3--1/2, 查《机械工程手册》第二册,表 2.8-6 珩磨油石的数量和宽度的 选择如下表 3-6。 表 4-6 珩磨头直径 油石数量 油石宽度 <20 1-4 1-6 20-50 2-6 3-10 50-150 3-8 5-15 150-250 5-10 9-20 >250 >8 >12 综合考虑各种因素最终选择:油石数量为 9;油石宽度为 15mm;油 石长度为 275mm。 4.2 珩磨头基体结构设计 它是珩磨头的主体或基础件, 应具有足够的强度和珩磨油石的利用 率,并要求浇珩磨液容易进入工件。 1.基体的外径尺寸。 应根据被加工工件孔径的大小来确定,被加工孔径小于 25mm 时, 基体外径应比被加工孔的基体尺寸小 0.2-0.8mm; 被加工孔径小于 25mm 时,有导向条的珩磨头外径可略小一些。若珩磨头基体外形做成棱圆柱 形,其基体直径可略大一些。 所以珩磨头基体的外径尺寸选取 350mm 2. 珩磨头基体工作部分长度。 取决于加工孔的长度。深孔珩磨油石长度一般大于 150mm,宜采用 二、三节涨锥。 综合考虑后选取珩磨头基体工作部分长度为 338mm。 3).油石槽数 n。 槽数太多会降低基体强度,槽数太少,会降低生