斜角无心外圆磨削方法

1.本发明属于无心磨削技术领域，具体特别是涉及一种斜角无心外圆磨削方法。


背景技术：

2.在磨削加工批量较大的小型航空零部件外圆表面时，我们通常使用无心磨床。无心磨床又称无心外圆磨床，是不需要采用工件的轴心定位而进行磨削的一类磨床，与普通外圆磨床相比具有以下优点：可连续加工，无需退刀，装夹工件等间短，生产率高；托架和导轮定位机构比普通外圆磨床顶尖、中心架机构支承刚性好，切削量可以较大，并有利于细长轴类工件的加工，易于实现高速磨削和强力磨削；无心磨床工件靠外圆在定位机构上定位，磨削量是工件直径上的余量，故砂轮的磨损、进给机构的补偿和切入机构的重复定位精度误差对零件直径尺寸精度的影响，只有普通外圆磨床的一半；不需打中心孔，准备工序简单，节省原料且易于实现上、下料自动化；宽砂轮无心磨床通过式机构、可采用加大每次的加工余量，在切入磨时可对复杂型面一次性磨削或多砂轮磨削，生产率高，适用范围广。
3.因此，在磨削加工批量较大的细长杆产品中，无心磨加工是一种较为经济的磨削方式，但是同时，无心磨床由于其结构原因，存在以下缺点：无心外圆磨床无法保证磨削表面与非磨削表面的相对位置精度，磨削周向断续的外表面时圆度较差；磨削表面易产生奇数次棱圆度，如较大时往往会造成测量尺寸小于最大实体尺寸的错觉，而影响装配质量和工作性能；由于无心磨床磨削效率较高，散热区域较小，在连续工作时容易导致零件表面烧伤。
4.使用现有结构的杯型砂轮进行磨削时，存在两次磨削的问题，在磨削过程中，传统杯型砂轮回转轴线与工件轴线垂直布置，在磨削细长圆柱工件过程中前端和后端将进行两次磨削，增加磨削误差，影响磨削精度。如果将现有杯形砂轮直接倾斜磨削，磨削区域与工件轴线不平行，实际磨削区域小，影响磨削表面质量。
5.使用传统平行砂轮无心磨床磨削时也容易产生烧伤，导致无心磨加工零件经常产生烧伤现象。在使用无心磨加工时，为避免零件烧伤，我们一直采取小余量多次磨削方法，大大降低磨加工效率。另外由于结构原因，无心磨磨削表面易产生奇数次棱圆度，在磨削时，磨屑易粘附和堵塞砂轮，造成工件与砂轮的相对运动不稳定，极易造成钛合金的圆度不合格，使得一些精密零件无法使用无心磨加工。
6.综上，以上对细长杆磨削的方法存在加工精度低、磨削损伤大的问题，需要解决。


技术实现要素：

7.本发明目的是为了解决现有细长杆磨削方法存在加工精度低、磨削损伤大的问题，本发明提供了一种斜角无心外圆磨削方法。
8.斜角无心外圆磨削方法，该方法基于杯形砂轮、回转工作台、无心磨床和支撑件实现，且该杯形砂轮的磨削面为斜面，磨削方法包括：
9.s1、将待加工圆柱空心工件放置在无心磨床的导轮上，支撑件嵌入在待加工圆柱
空心工件的空心内，支撑件的两端固定在空间位置调整装置上，空间位置调整装置使支撑件所支撑的待加工圆柱空心工件的轴线与导轮的轴线保持平行；还将杯形砂轮固定在回转工作台的回转轴上，并使得杯形砂轮的磨削面与待加工圆柱空心工件接触形成一条磨削切入线，且磨削切入线与待加工圆柱空心工件的轴线平行；
10.所述杯形砂轮的轴线与待加工圆柱空心工件的轴线共面，并形成夹角θ；
11.s2、待加工圆柱空心工件在导轮的驱动下实现自转，控制杯形砂轮的进给深度，并使杯形砂轮沿待加工圆柱空心工件的长度方向上进行移动，实现对待加工圆柱空心工件的表面进行磨削，且在磨削过程中使得待加工圆柱空心工件的轴线与导轮的轴线保持实时平行，磨削切入线与待加工圆柱空心工件的轴线保持实时平行，从而完成对待加工圆柱空心工件的加工。
12.优选的是，杯形砂轮的磨削面与其杯形砂轮的旋转平面不共面。
13.优选的是，杯形砂轮的磨削面的宽度为1毫米至5毫米。
14.优选的是，支撑件由柔性支撑部和钢丝线形成的一体件，且钢丝线贯穿柔性支撑部，并从柔性支撑部伸出；
15.钢丝线的两端作为支撑件的两端。
16.优选的是，柔性支撑部由聚四氟乙烯材料制成。
17.优选的是，s2中、对待加工圆柱空心工件的表面进行磨削的过程中，杯形砂轮的磨削面上各磨粒与待加工圆柱空心工件的接触弧长l为：
[0018][0019]
其中，rg为杯形砂轮的上任取一点磨粒到杯形砂轮轴线间的距离；ωg为待加工圆柱空心工件的回转速度；ωr为杯形砂轮的回转速度；r为待加工圆柱空心工件的半径；d为杯形砂轮的切深。
[0020]
优选的是，杯形砂轮的磨削面的外径d和杯形砂轮的磨削面的内径e与θ间满足如下关系：
[0021]
其中，d和e均为直径。
[0022]
本发明带来的有益效果是：
[0023]
本发明所述的斜角无心外圆磨削方法能够实现外圆的高面形精度磨削，加工效率高，加工损伤小，成本低。具体如下：
[0024]
本发明通过空间位置调整装置更好的将工件限制在固定的预设位置，并使得待加工圆柱空心工件的轴线与导轮的轴线保持实时平行，并使得磨削切入线与待加工圆柱空心工件的轴线实时平行，待加工圆柱空心工件与导轮同步转动，使工件能准确转动，从而提供加工精度；
[0025]
本发明加工损伤小，主要体现在杯形砂轮磨削过程中，磨削力平面与材料去除平面共面，即：杯形砂轮的轴线与待加工圆柱空心工件的轴线共面，故在磨削过程中，产生的中位裂纹会被去除，仅存留少量侧向裂纹。
[0026]
本发明磨削面为斜面的杯形砂轮在单位时间内能够实现大切深磨削，加工效率高。
附图说明
[0027]
图1是杯形砂轮1与回转工作台、无心磨床和支撑件4之间的相对位置关系图；
[0028]
图2是杯形砂轮1的结构示意图；其中，图2a为图2b在a-a方向上的剖视图，图2b为杯形砂轮1的三维结构示意图；
[0029]
图3是杯形砂轮1对待加工圆柱空心工件2进行磨削的工作原理示意图；
[0030]
图4是杯形砂轮1所在坐标系的原理示意图。
具体实施方式
[0031]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]
参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的斜角无心外圆磨削方法，该方法基于杯形砂轮1、回转工作台、无心磨床和支撑件4实现，且该杯形砂轮1的磨削面为斜面，磨削方法包括：
[0034]
s1、将待加工圆柱空心工件2放置在无心磨床的导轮3上，支撑件4嵌入在待加工圆柱空心工件2的空心内，支撑件4的两端固定在空间位置调整装置5上，空间位置调整装置5使支撑件4所支撑的待加工圆柱空心工件2的轴线与导轮3的轴线保持平行；还将杯形砂轮1固定在回转工作台的回转轴上，并使得杯形砂轮1的磨削面与待加工圆柱空心工件2接触形成一条磨削切入线，且磨削切入线与待加工圆柱空心工件2的轴线平行；
[0035]
所述杯形砂轮1的轴线与待加工圆柱空心工件2的轴线共面，并形成夹角θ；
[0036]
s2、待加工圆柱空心工件2在导轮3的驱动下实现自转，控制杯形砂轮1的进给深度，并使杯形砂轮1沿待加工圆柱空心工件2的长度方向上进行移动，实现对待加工圆柱空心工件2的表面进行磨削，且在磨削过程中使得待加工圆柱空心工件2的轴线与导轮3的轴线保持实时平行，磨削切入线与待加工圆柱空心工件2的轴线保持实时平行，从而完成对待加工圆柱空心工件2的加工。
[0037]
本实施方式中，待加工圆柱空心工件2为细长工件，杯形砂轮1为自制杯形砂轮，并将杯形砂轮1的磨削面设置为斜面，现有技术中并未存在该种结构的砂轮，工作时，杯形砂轮1的轴线与待加工圆柱空心工件2的轴线共面，并形成一定角度θ，同时保证使得杯形砂轮1的磨削面与待加工圆柱空心工件2接触形成一条磨削切入线，且磨削切入线与待加工圆柱空心工件2的轴线实时平行。
[0038]
具体应用时，待加工圆柱空心工件2达到米数量级，使用传统无心磨会使工件转动不稳定，本发明通过空间位置调整装置5更好的将工件限制在固定的预设位置，并使得待加工圆柱空心工件2的轴线与导轮3的轴线保持实时平行，并使得磨削切入线与待加工圆柱空心工件2的轴线实时平行，待加工圆柱空心工件2与导轮3同步转动，使工件能准确转动，从而提供加工精度，待加工圆柱空心工件2在预设位置自转。
[0039]
加工效率主要体现在杯型砂轮的磨削特点方面，本发明磨削面为斜面的杯形砂轮
1的磨削区域类似于传统杯型砂轮，在单位时间内能够实现大切深磨削，加工效率高，且相较于传统杯形砂轮的优势是磨削过程只进行一次磨削，不会引入两次磨削的误差，具有更高的磨削精度。同时，斜面的杯形砂轮保证磨削区域与工件轴线平行，利于将工件表面损伤去除，从而实现更好的磨削表面质量。
[0040]
本发明加工损伤小，主要体现在杯形砂轮1磨削过程中，磨削力平面与材料去除平面共面，即：杯形砂轮1的轴线与待加工圆柱空心工件2的轴线共面，故在磨削过程中，产生的中位裂纹会被去除，仅存留少量侧向裂纹。
[0041]
进一步的，杯形砂轮1的磨削面与其杯形砂轮1的旋转平面不共面。
[0042]
更进一步的，杯形砂轮1的磨削面的宽度为1毫米至5毫米。
[0043]
更进一步的，支撑件4由柔性支撑部和钢丝线形成的一体件，且钢丝线贯穿柔性支撑部，并从柔性支撑部伸出；
[0044]
钢丝线的两端作为支撑件4的两端。
[0045]
本优选的实施方式中，支撑件4结构简单便于实现。
[0046]
更进一步的，柔性支撑部由聚四氟乙烯材料制成。
[0047]
具体参见图3，更进一步的，s2中、对待加工圆柱空心工件2的表面进行磨削的过程中，杯形砂轮1的磨削面上各磨粒与待加工圆柱空心工件2的接触弧长l为：
[0048][0049]
其中，rg为杯形砂轮1的上任取一点磨粒到杯形砂轮1轴线间的距离；ωg为待加工圆柱空心工件2的回转速度；ωr为杯形砂轮1的回转速度；r为待加工圆柱空心工件2的半径；d为杯形砂轮1的切深。
[0050]
更进一步的，杯形砂轮1的磨削面的外径d和杯形砂轮1的磨削面的内径e与θ间满足如下关系：
[0051]
其中，d和e均为直径。
[0052]
具体应用时，验证满足上述关系的具体过程为：
[0053]
参见图4，以杯形砂轮1的下端面所在平面的原点o为圆心建立笛卡尔坐标系o-xyz，y轴垂直于xoz所在的平面，xoz所在的平面为杯形砂轮1的下端面所在的平面，在待加工圆柱空心工件2在坐标系o-xyz下，获得待加工圆柱空心工件2的外表面方程；
[0054][0055]
待加工圆柱空心工件2的外表面与杯形砂轮1下端面接触时y＝0，且待加工圆柱空心工件2的外表面与杯形砂轮1下端面的交线方程为：
[0056][0057]
由于x2≥0，根据公式2，可得出
[0058]
进而通过公式3可得出，
[0059]
由于且z轴所在位置为杯形砂轮1的下端面，而当时，磨削切入线与杯形砂轮1的磨削面的内径边缘并不接触，不能进行磨削；所以只有当时，磨削切入线才能与杯形砂轮1的磨削面的内径接触进行磨削，也即：
[0060]
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。