高速磨削的技术关键

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1、高速磨削的技术关键    1.高速主轴    高速磨削时对砂轮主轴的基本要求与高速铣削时相似，各种主轴的类型、构造及其优缺点    与高速铣不同之处在于砂轮直径一般大于铣刀的直径。由于制造和调整装交等误差，更换砂轮或者修整砂轮后甚至在停车后重新起动时，砂轮主轴必须进行动态平衡。所以高速磨削主轴须有连续自动动平衡系统，以便能把由动不平衡引起的振动降低到最小程度，保证获得低的工件表面粗糙度。    目前市场上有许多不同的动平衡系统产品，主要有下列两类：机电动平衡系统和电液动平衡系统。    （1）机电动平衡系统如图38所示，

2、它由两块内装电子驱动元件并可在轴上相对转动的平衡重块3，紧固法兰2和信号无线传输单元1组成。整个平衡系统构成一个完整的部件，装在磨床主轴4内，如图39所示。进行动平衡时，主轴的动不平衡振幅值由振动传感器测出，动不平衡的相位则通过装在转子内的电子元件测量。相应的电子控制信号驱动两平衡块1作相对转动，从而达到平衡的目的。这种平衡装置的精度很高，平衡后的主轴残余振动幅值可控制在0.1～1μm。该系统的平衡块在断电时仍保持在原位置上不动，所以停机后重新起动时主轴的平衡状态不会发生变化。    电液平衡系统的原理如图40所示，振动

3、传感器装在主轴箱上，带有喷口的法兰装在主轴端部，一个具有三个或四个空腔的平衡环固定在转子上。进行平衡时，控制系统根据振动不平衡的幅值和相位向相应的空腔喷射液体。该液体一般为磨削用的冷却润滑液，万一空腔有泄漏也不会影响机床正常工作。主轴停止转动后，喷入空腔的液体仍然保留在原来的地方，主轴重新起动时，平衡状态不会发生变化。为了维持主轴和砂轮一直处于最佳平衡状态，则可启动自动平衡程序，对主轴进行连续自动平衡。图38 机电动平衡系统    1—信号无线输送单元2—紧固法兰3—内装电子驱动元件的平衡重块4—磨床主轴图39 装有机电

4、动平衡系统的砂轮主轴图40 电液支平衡系统1—法兰盘 2—砂轮 3—对中法兰 4—SK40锥柄 5—四腔平衡环6—电压式振动传感器 7—喷嘴 8—带有喷射系统的法兰 9—高频磨轴????    高速磨削的另一个特点是主轴功率损失随转速的提高呈超线性增长，如图41所示。当切削速度由80m/s提高到180m/s时，主轴的无功功率从不到20%增至90%以上；构成无功功率的三个分量中，由冷却润滑液引起的损耗占最大比重。主要原因在于提高切削速度时，砂轮与冷却润滑液之间的摩擦急剧加大，另外把冷却润滑液的质量加速到更高的速度也需安消耗

5、能量。由于高速范围内电机驱动是以恒功率方式工作，因而当主轴转速提高时，主轴的输出转矩相应减少。同时主轴的无功功率急剧增加，使主轴可用的切削转矩大幅度减少。因此，在提高主轴转速时，必须考虑主轴是否还有足够的转矩用于切削。换言之，主轴功率不高时，即使提高主轴转速也不能提高材料切除率。为此必须设法降低无功功率。实验证明，无功功率不但与转速有关，而且还与砂轮的直径有关。图42是用不同砂轮直径时，各种切削速度下的无功功率。当切削速度为400m/s时，若采用直径为350mm的砂轮，无功功率损耗为17kW，而用直径为275mm的砂轮，

6、功率损耗可降至13.5kW。也就是说，采用较小的砂轮时，可以有更多份额的功率用于磨削过程。图41 磨床主轴无功功率与磨削速度的关系图42不同主轴直径ds下无功功率与主轴转速的关系    2.高速磨床结构    高速磨床除具有普通磨床的一般功能外，还须满足如下的特殊要求：    1）尽可能组合多种磨削功能，实现在一台磨床上能完成全部的磨削工序。    2）高动态精度、高阻尼、高抗振性和热稳定性。    3）高度自动化和可靠的磨削过程。    提高生产率一般有两种途径：一是降低切削过程的时间；二是缩短辅助时间。在工件形比较简

7、单且加工步骤较少时，提高切削速度，减少切削时间是一种十分有效的措施。但当工件形状复杂，加工步骤很多时，除了减少切削时间外，还须缩短辅助时间才能达到提高生产率的目的。    图43案是德国Schaudt公司生产的高速曲轴磨床（型号CR41CBN）。主轴箱装在十字滑台上，滑台的导轨为液体静压支承，以提高支承面的阻尼和刚性。滑台由液体静压丝杠驱动，以降低摩擦阻力和提高滑台的动态特性。工件轴由伺服电机驱动并装有精密角度编码测量系统，构成了数控的C轴。磨床主轴为电主轴，可进行无级变速。所用的砂轮磨料为立方氮化硼，切削速度可达165

8、/s。在该磨床上加工曲轴时，曲轴毛坯不必进行车、铣等粗加工，精锻或精铸后的曲轴坯可直接由磨削加工到最终尺寸。图43高速数控曲轴磨床结构    由于该磨床的X、Z和C轴为数控联动，故加工连杆轴颈时，只需由X和C轴联动插补即可，而不必像普通磨床那样，磨削连杆轴颈时需把曲轴装夹在偏心夹具上，在加工不同方位曲拐时，只需主轴箱