Monza 410型无心磨床

    在机械加工领域，切削、磨削加工是应用最广泛的加工方法。其发展总趋势是高效、高精度、高柔性和强化环保意识。提高磨削加工效率一直是磨削领域所xx的重要目标。目前，磨削加工的应用研究方向是提高表面质量和高速、高效。

    1、高速高效磨削加工工艺

    高效磨削包括超高速磨削、高效深磨、缓进给磨削和砂带磨削。高效磨削的各种磨削工艺效率和磨削用量范围如表1所示。高效磨削技术的推广应用将大幅度提高生产效率和加工质量，并降低成本。

   （1）超高速磨削

    超高速磨削时，砂轮线速度大于150m/s。在超高速磨削加工过程中，保持其它参数不变，随着砂轮速度的大幅提高，单位时间内磨削区域的磨粒数增加，每颗磨粒切下的磨屑厚度变小，则超高速磨削时每颗磨粒切削厚度变薄。实验表明其截面积仅为普通磨削条件下的几十分之一，这导致每颗磨粒承受的磨削力大大变小，总磨削力也大大下降。超高速磨削时磨粒在磨削区上的移动速度和工件的进给速度均大大加快，加上应变率响应的温度滞后的影响，会使工件表面磨削温度有所降低，因而能越过容易发生磨削xx的区域，而极大扩展了磨削工艺参数的应用范围。超高速磨削可以大幅度提高磨削效率，延长砂轮寿命和改善表面粗糙度。超高速磨削可以对硬脆性材料实现磨削，对高塑性等难磨材料也有良好的磨削表现。同时由于超高速磨削缩短了加工时间，因而减少了能量的消耗，降低了噪声的污染。

   （2）高效深磨

    在高效深磨技术中，砂轮的速度为100～250m/s，进给速度为0.5～10m/min，切深为0.1～30mm。高效深磨是缓进给磨削和超高速磨削的结合。高效深磨可以通过一个磨削行程，同时完成车、铣、磨等多道工序组成的粗精加工过程，获得远高于普通磨削加工的金属去除率，表面质量也可达到普通磨削水平。

   （3）缓进给磨削

    缓进给磨削是采用增大磨削深度、降低进给速度、形成砂轮与工件有较大的接触面积和高的速度比，达到高的金属磨除率目的。缓进给磨削是一种能够快速磨去大量材料并加工出精密零件的加工方法。缓进给磨削与铣削过程相似，切削深度远远大于普通平面磨削。缓进给磨削深度一般在2.5～6.35mm之间。这样的磨削深度和砂轮与工件之间大的接触面积抑制了加工振动的产生，使所磨削的零件表面质量大大优于其他磨削工艺方法。

   （4）砂带磨削

    砂带磨削工艺是将环形砂带套在接触轮和张紧轮的外圆上。在张紧状态下，使高速旋转的砂带表面与工件的加工表面相接触，并在一定的压力作用下，产生的相对摩擦运动对工件表面进行磨削加工的一种工艺方法。砂带磨削效率是铣削的10倍，普通砂轮磨削的5至20倍。

    2、高速高效磨削设备

   （1）高速高效磨削用砂轮

    高速高效磨削砂轮的特点是耐磨性好、动平衡度和抗裂性高、阻尼特性和导热性良好。其机械强度能承受高速、超高速磨削时所产生的切削力。高速高效磨削砂轮可以用刚玉、碳化硅、CBN、金刚石磨料等制成。结合剂可以使用陶瓷、树脂或金属结合剂等。砂轮的结构必须有利于磨粒分裂，以保证砂轮在整个使用过程中保持锋利要达到砂轮自锐的目的，除了应尽量降低结合剂的比例外，还要优化磨粒的空间分布。在进行某些高速磨削过程中，要求保持高的磨削效率和良好的磨削质量。砂轮修整是决定磨削质量的关键因素之一，不同的修整方法具有不同的特点，应用中需考虑综合加工条件、工件材料、砂轮材料等因素，以选择{zj0}修整方案。

   （2）高速主轴

    高速高效磨削用主轴单元的性能，在很大程度上决定了高速磨床所能达到的{zg}磨削速度极限。因此，为实现高速高效磨削，对砂轮驱动和轴承转速往往要求很高。主轴的高速化要求主轴有足够的刚度、回转精度高、热稳定性好、可靠、功能消耗低、使用寿命长等。要满足这些要求，主轴的制造及动平衡、主轴的支撑、主轴系统的润滑和冷却以及系统的刚性等是非常重要的。为减小由于磨削速度的提高而增加的动态力，要求砂轮主轴及主轴电动机系统运行极其xx，且振动极小。

   （3）高速高效磨床

    高速高效磨削用的磨床具有很高的主轴转速和功率、高度自动化和可靠的磨削过程，还具有高精度、高阻尼、高抗振性和热稳定性等特点。高速高效磨床应尽可能组合多种磨削功能，以实现在一台磨床上能完成所有的磨削工序。其工作台要求有很高的进给速度和运动加速度。磨床支撑构件是砂轮架、头架、尾架、工作台等部件的支撑基础件，应具有良好的静刚度、动刚度和热刚度。

   （4）高速高效用磨削液

    在高速条件下，为了实现对磨削区的冷却，冲走切屑，喷注的磨削液必须有足够的动能，以冲破砂轮周围的高速气流，使磨削液抵达磨削区，因此，磨削液的流量、压力应比普通磨床成倍增加。选择正确的磨削液注入方法可以增加磨削液进入磨削区的有效部分，提高冷却和润滑效果，改善工件质量和减少砂轮磨损。磨削液的过滤系统应具有高过滤精度，以保证磨削工件的表面质量，提高磨削液的利用率，减少磨削液中残留杂质对加工质量及机床系统的不利影响。

    3、实现高速高效磨削的主要途径

    要想实现高速高效磨削，主要有以下几种方法：一是提高砂轮速度。砂轮速度的提高，减小了磨削力，降低比磨削能，改善了切屑的形成。当砂轮速度达到超高速后，工件表面的温度随着砂轮速度的提高而降低。二是提高工件速度。提高工件速度可以避开临界温度，进入高速高效磨削区，工件表面的温度急剧下降，不会出现热破坏温度，砂轮能很快离开已磨削过的磨削表面，大部分的热量进入切屑和冷却液中。三是合理选择砂轮。CBN磨料具有硬度高、抗磨损能力大、高化学稳定性的特点，是高速高效磨削的理想磨料。浓度大的砂轮有较多的动态切削刃和较薄的切屑，使材料切除率大时磨削力减小。电镀立方氮化硼砂轮具有大的浓度，有{zd0}的容屑空间，是{zj0}选择。

    无心磨削加工工艺本身对这类工件的磨削加工是不成问题的，而且一定会获得成功。因此，M&S公司只要有可能就一定会采用这种加工方法。
Shegda先生解释说：“最重要的是无心磨削的速度比较快。一般来说，这种工艺的本身具有较高的加工精度，因为机床不需要以非常小的增量级运行。因此我们能够{zd0}程度地控制公差尺寸。”

    无心磨削与其他外圆磨削工艺的一个区别是工件不受机械限制。外圆磨床一般是将工件夹持在{dj1}或卡盘之中，使工件对着砂轮旋转磨削，而无心磨床没有任何可夹持工件的“中心点”。它依赖于三个关键元件之间相互作用力磨削的原理，这三个元件分别是砂轮、调节轮和工件叶板。

    在无心磨削过程中，工件叶板用于支撑工件的外径。工件叶板安装在高速砂轮与直径较小的低速调节轮之间。为了使工件达到转动和磨削的目的，工件叶板必须安装到一个位置上，即工件的中心线应位于砂轮和调节轮的中心线上。

    车间作出了一次战略性的投资，以便进一步优化无心磨削工艺。该车间购置了一台Monza 410型CNC数控贯穿进给式无心磨床。在此之前，该车间只有经过改造的无心磨床。尽管这些经过改造的磨床日常的加工精度可保持在0.0001in的公差尺寸范围之内，但是要达到超精密公差的要求是不可能的，因为这些零件加工要求都是医疗和航空业向他们所提出的。为了能够承接更多的高精密加工零件，该车间又增添了一台Monza 310型贯穿进给式无心磨床，用于加工平头销钉、平头卷轴和直径达0.020in的微型医疗器械零件。

    Shegda先生说：“如果我们不得不在机床上为圆度、平直度或直径的尺寸精度而奋斗，那么我们就不能有效地处理这种要求苛刻的xx工件。Monza无心磨床使我们能够以比较精密的水平控制零件的几何精度，满足加工要求，降低工件加工的复杂程度。无论如何，这种性质的工作仍然不是能够那么容易完成的。但我们至少可以将零件本身存在的问题集中解决，而不是处理设备的局限性问题。”

    对于加工车间来说，新磨床的部分价值在于其具有快速调试设置功能。事实上，操作员一般可以在15~20min的时间内完成无心磨削加工工件的基本调试设置。是否能够在老式机床上和Monza无心磨床上快速地调试设置工件，对M&S公司而言是非常关键的，因为每台机床可能每天需要对工件进行6~8次的装卡调试。

    Shegda先生说：“如果根据我们的工作性质和与之相匹配的恒定调试装卡次数，对我们来说只花费1h来完成每一件事情是切合实际的。”

    M&S公司并不是过份地依赖于巧妙的安排，而是让Monza 410型贯穿进给式无心磨床去完成工作。由于这种机床具有“加强修正”的特性，因此它允许操作员在机床运行过程中进行调节和修正直径尺寸等操作。

    砂轮的圆度、类型、状况以及材料需要切削的加工量也是影响调试设置的重要因素。Shegda先生之所以想要配置贯穿进给式无心磨床的原因，就是希望在一个精密的工件加工过程中能够有“后备”尺寸。

    Shegda先生解释说：“对于保持尺寸的一致性方面，所能够做到的最糟糕事情就是停止使用贯穿进给式无心磨床。为了能够有效地达到0.000 01in的增量级精度，我们可以在Monza 410型无心磨床上精密地控制尺寸，而不必停止机床的运行。”

    除了了解无心磨床的基本知识和适当地评价执行工艺操作所需要的设备以外，加工车间的工作人员还必须懂得设备的合理配置，这对车间的利润率和工作的整体效益有很大的影响。

    即使车间认为外径磨削是{zh0}的加工手段，通过这种方法加工的圆度可以达到百万分之10~20in的水平，相对于其他方法而言，可以保持较高的精度，但这种方法并不一定适合于全部来料加工。Shegda先xx现，有些客户往往会错误地认为，他们只需要在顶针之间的那种磨削加工，但事实上，他们需要的是无心磨床的加工能力。例如，对于长度与直径之比较大的零件而言，采用外径磨削加工可能会产生一些问题。

对于长度与直径之比较大的工件，则采用无心磨床磨削加工

    Shegda先生解释说：“如果需要磨削加工的零件很长很细，那么采用外圆磨削就会比较困难。相反，采用无心磨床就会得心应手。假如一个零件的直径为0.250in，长度为10in，需要加工的外径总公差为0.0001in，那么在外圆磨床上加工将成为一场“恶梦”。如果该零件上面带有平头，我们可以采用贯穿进给式无心磨床，磨削加工就会简单容易得多，甚至可以在一台较大的横向进给式机床上加工。关键是该零件必须采用三面支持的形式：碳化物合金叶板位于低部，调节轮位于侧面，砂轮位于另一侧。只要这三个支持面都处于正常的位置，那么从理论上来说，磨削加工一个直通的圆棒应该不会有太大的问题。当然，理论毕竟与实际有很大的不同，但如果真正了解所加工的零件，那么一定能够获得非常高的公差尺寸精度。”

    追求具有更大挑战性的磨削加工，这表明需要采用这种工艺与硬态车削加工进行竞争和抗衡。对于无心磨削加工而言，主要的竞争不是来自于其他磨削加工车间，而是来自于其他具有竞争力的技术。

    Shegda先生解释说：“我们认为硬态车削加工是一个很强的‘竞争对手’，因为现在的加工车间可以有效地车削加工经过热处理的钢制工件，加工精度可达0.0005in，在许多情况下，甚至还可以达到更高的加工精度。为了发展和扩大业务，这种工艺实际上使我们可以向更挑剔和更具有挑战性的工作转移。现在，只有那些能够取得高精度和高质量的工作，以及符合时代的突破性技术才能取得成功。”