专利名称：一种圆锥面磨削方法
技术领域：
本发明属于圆锥面磨削技术领域，涉及外圆锥面的磨削，特别涉及一种外圆锥面高面形精度磨削方法。
背景技术：
圆锥面是一种较常见的基本表面，在机械零件、密封组件以及光学器件中得到了广泛应用。公知的圆锥面磨削方法还存在着不足。例如在普通外圆磨床或万能外圆磨床上采用平型砂轮的圆柱面或将平型砂轮的圆柱面修成适当圆锥面并采用横向磨削法加工圆锥面时，需要使砂轮工作表面宽度大于被磨削圆锥面母线宽度，由于在全宽范围内砂轮的一部分不起磨削作用，因此砂轮的磨损是非均匀的；当磨削余量沿工件轴向分布不均匀时也会使砂轮产生非均匀磨损，砂轮的非均匀磨损直接导致了被加工表面的面形误差。在普通外圆磨床或万能外圆磨床上采用平型砂轮圆柱面并采用纵向磨削方法加工圆锥面时，材料去除主要集中在砂轮圆柱面靠近边缘部分，因而靠近圆柱面边缘部分磨损较快，即使刚修整过的砂轮圆柱面是平直的，随着磨削过程的持续进行，砂轮圆柱面靠近边缘部分也将因过快磨损而逐渐倒圆，因此也存在砂轮非均匀磨损问题。采用纵向磨削方法加工圆锥面时，工件需要做回转运动和纵向往复移动才能使砂轮工作表面完全覆盖被加工表面，由于工件往复移动速度较低，砂轮需要相当多的转数才能完全遍历工件被加工表面一次，除了砂轮工作表面的非均匀磨损影响面形精度以外，沿径向的均匀磨损也会影响磨削生成表面的面形精度。尤其在加工钛合金、碳化钨、碳化硅、氮化硅氧化铝等难加工材料时，砂轮磨损更加严重，为了使磨削得以进行，往往需要对砂轮进行频繁修整，频繁修整砂轮不仅降低加工效率，而且加快砂轮损耗。采用纵向磨削方法加工圆锥面时，砂轮与工件的接触宽度不是恒定不变的，例如当砂轮磨削工作表面前缘越出被加工圆锥面两端时砂轮与工件仅为局部接触，因此磨削时磨削力不是恒定不变的，而且磨削力作用点的位置是随着工件纵向进给运动而时刻变化的，这势必使工件和机床产生变形，进而影响工件面形精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种圆锥面磨削方法，该方法克服了上述公知的圆锥面磨削方法的不足，能够实现外圆锥面高面形精度磨削。理论和实验研究表明，采用回转工作台带动工件回转和端面宽度比较窄的杯形砂轮的端面做切入磨削且杯形砂轮回转轴线与工作台回转轴线不共面时，杯形砂轮磨削工作表面的中径圆周绕回转工作台的回转轴线向过回转工作台回转轴线的平面的旋转投影为一封闭、光滑、非多项式曲线。当对杯形砂轮中径、杯形砂轮回转轴线相对于回转工作台回转轴线的倾斜角度、过杯形砂轮磨削工作表面中径圆周最低点和杯形砂轮回转轴线的平面与过杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心和回转工作台回转轴线的平面的夹角、杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心到回转工作台回转轴线的距离这四个参数适当取值时，杯形砂轮磨削工作表面的中径圆周绕回转工作台回转轴线向过回转工作台回转轴线的平面 的旋转投影上存在着一段曲率极小的曲线段，这段曲线可以看成以此曲线段两端点为端点 的一段线段的高度近似。由于实际磨削生成表面的径向轮廓线是杯形砂轮磨削工作表面的 中径圆周绕回转工作台回转轴线向过回转工作台回转轴线的平面的旋转投影的一部分，因 此采用回转工作台带动工件回转和端面宽度比较窄的杯形砂轮的端面做切入磨削来加工 圆锥面是可行的。本发明采用如下技术方案来实现采用一个杯形砂轮、一个回转工作台、一个直线移动平台和一个距离调整机构。回 转工作台将工件夹持在回转工作台中心并带动工件绕回转工作台的回转轴线回转。杯形砂 轮安装在砂轮轴上，该砂轮轴带动杯形砂轮绕其回转轴线做回转运动。杯形砂轮磨削工作 表面的宽度为1 5毫米，杯形砂轮中径为40 600毫米。该直线移动平台带动杯形砂轮 远离或靠近回转工作台以便杯形砂轮能够做快进运动、进给运动和后退运动。杯形砂轮回 转轴线与回转工作台回转轴线不共面。通过该距离调整机构改变杯形砂轮磨削工作表面中 径圆周的圆心与回转工作台回转轴线相对距离。杯形砂轮回转轴线相对于回转工作台回转轴线的倾斜角度、过杯形砂轮磨削工作 表面中径圆周最低点和杯形砂轮的回转轴线的平面与过杯形砂轮磨削工作表面中径圆周 的圆心和回转工作台回转轴线的平面的夹角以及杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心 到回转工作台回转轴线的距离需要设定。根据被加工圆锥面的径向轮廓倾角、、内半径&和外半径民以及所用杯形砂轮磨 削工作表面中径Dw四个参数计算得到所需要设定的杯形砂轮回转轴线相对于回转工作台 回转轴线的倾斜角度a、过杯形砂轮磨削工作表面中径圆周最低点和杯形砂轮回转轴线的 平面与过杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心和回转工作台回转轴线的平面的夹角3 以及杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心到回转工作台回转轴线的距离Rd。给定Y、Rp R2和Dw后，a、P和Rd可分别由下式确定
权利要求
1.一种圆锥面磨削方法，采用一个回转工作台、一个杯形砂轮、一个直线移动平台和一个距离调整机构，其中回转工作台将工件夹持在回转工作台中心并带动工件绕回转工作台的回转轴线回转，杯形砂轮磨削工作表面宽度为I 5毫米,杯形砂轮中径为40 600 毫米，杯形砂轮安装在砂轮轴上，该砂轮轴带动杯形砂轮绕其回转轴线做回转运动，直线移动平台带动杯形砂轮远离或靠近回转工作台以便杯形砂轮做快速运动、进给运动和后退运动，通过该距离调整机构改变杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心与回转工作台回转轴线相对距离，杯形砂轮回转轴线与回转工作台回转轴线不共面，其特征是杯形砂轮回转轴线相对于回转工作台回转轴线的倾斜角度、过杯形砂轮磨削工作表面中径圆周最低点和杯形砂轮回转轴线的平面与过杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心和回转工作台回转轴线的平面的夹角以及杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心到回转工作台回转轴线的距离需要设定。
2.根据权利要求I所述的一种圆锥面磨削方法，其特征在于，根据被加工圆锥面的径向轮廓倾角Y、内半径R1和外半径R2以及所用杯形砂轮中径Dw计算得到所需要设定的杯形砂轮回转轴线相对于回转工作台回转轴线的倾斜角度α、过杯形砂轮磨削工作表面中径圆周最低点和杯形砂轮的回转轴线的平面与过杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心和回转工作台回转轴线的平面的夹角β以及杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心到回转工作台回转轴线的距离Rd。
3.根据权利要求2所述的一种圆锥面磨削方法，其特征在于，α、β和Rd分别由下列四个方程组之一计算得到(I)方程组I :^ Rd = ^jDl ^R1+I^fCOS β =° '丨COS YIRi⑵方程组2 α = Y+D2w sm2Rd(3)方程组3O!/Vl + 4(tan4 f + tan2
4.根据权利要求I和2所述的一种圆锥面磨削方法，其特征在于，当磨削圆锥面刚好完成时，杯形砂轮回转轴线相对于回转工作台回转轴线的倾斜角度、过杯形砂轮磨削工作表面中径圆周最低点和杯形砂轮回转轴线的平面与过杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心和回转工作台回转轴线的平面的夹角以及杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心到回转工作台回转轴线的距离等于设定值。
全文摘要
一种圆锥面磨削方法，属于圆锥面磨削技术领域。其特征是采用回转工作台带动工件回转和端面宽度比较窄的杯形砂轮的端面做切入磨削，杯形砂轮回转轴线相对于回转工作台回转轴线的倾斜角度、过杯形砂轮磨削工作表面中径圆周最低点和杯形砂轮回转轴线的平面与过杯形砂轮磨削作用面中径圆周的圆心和回转工作台回转轴线的平面的夹角以及杯形砂轮磨削工作表面中径圆周的圆心到回转工作台回转轴线的距离需要根据被加工圆锥面内半径、外半径和径向轮廓倾角以及所用杯形砂轮中径来设定。本发明的效果和益处是能够实现外圆锥面的高面形精度磨削，加工效率高，成本低。
文档编号B24B5/14GK102601691SQ20121010080
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月6日 优先权日2012年4月6日
发明者康仁科, 郭东明, 霍凤伟 申请人:大连理工大学