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采用無心磨床進(jìn)行定心磨削加工

專門從事外圓磨削加工的車間經(jīng)常需要轉(zhuǎn)換工種，將工件從內(nèi)徑、外徑磨床轉(zhuǎn)換到無心磨床上加工。如果能夠了解這種轉(zhuǎn)換背后的合理性，那么就能夠確定無心磨床究竟在什么地方能夠發(fā)揮其最大的作用了。

當(dāng)一個(gè)零件被送到磨削車間加工時(shí)，該零件已經(jīng)過了銑削、車削、熱處理和其他操作工序。每道工序都會(huì)給零件創(chuàng)造更多附加值，而且每道工序所花費(fèi)的時(shí)間可能會(huì)超過人們的預(yù)想。除此之外，還有來自于其他先進(jìn)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)壓力。然而，坐落在Pennsylvania州的M&S Hatboro磨削加工公司老板John Shegda先生對(duì)此信心十足，因?yàn)槟欠N工作對(duì)他來說只不過是“手到擒來”的事情，實(shí)際上這種競(jìng)爭(zhēng)主要來自于車削加工技術(shù)，目前他的加工車間正處于蒸蒸日上的大好形勢(shì)之中。自2006年以來，他的加工車間規(guī)模已擴(kuò)大了3倍，其大部分加工設(shè)備正在更新升級(jí)。

該車間最近獲得的成功，大部分應(yīng)歸功于其資源的正確配置。他們深知應(yīng)該在什么時(shí)候調(diào)配力量，將最新的無心磨削技術(shù)應(yīng)用于外圓磨削加工，以及應(yīng)該在什么時(shí)候采用其他方法。為了最大程度地提高工件的高精度加工水平和利潤，該車間對(duì)通常與外徑、內(nèi)徑相關(guān)的加工做了一些調(diào)整，將工件轉(zhuǎn)換到最新購置的貫穿進(jìn)給式無心磨床上加工。為了達(dá)到這個(gè)目的，該磨削加工的分包商不但演示了無心磨床最有效的加工水平，而且還演示了當(dāng)今無心磨床所具有的各種功能。

圖1   Monza 410型無心磨床，它可以使車間以較高的精度控制零件的幾何尺寸，以達(dá)到高端工作的加工要求。完成這道工序以后，下面的工作就比較簡(jiǎn)單了

由于人們對(duì)這種工藝的動(dòng)力學(xué)缺乏了解，因此無法了解高精密磨削技術(shù)所具有的驚人力量。然而Shegda先生摒棄了這種磨削觀念，從而使這種技術(shù)能夠發(fā)揮最大的作用。他和他的14名雇員以更具有邏輯性的方式來應(yīng)用這種類型的磨削技術(shù)。他們吸取了Meron Shegda先生留給他們的分析技術(shù)和磨削知識(shí)，于1957年開創(chuàng)了這項(xiàng)業(yè)務(wù)。自1990年以來，John Shegda先生和Mark Shegda先生開始掌管M&S公司。Meron Shegda先生是一名棋牌愛好者，他對(duì)游戲的興趣幫助他進(jìn)一步提高了他的分析能力，實(shí)踐證明這種能力對(duì)他創(chuàng)建這個(gè)企業(yè)十分有利。

John Shegda先生說：“我們所做的和所知道的一切都應(yīng)歸功于我的父親。他是我所知道的人們中最精明的一個(gè)人?！痹谀切┤兆永?，這家企業(yè)的工作完全依賴于他的思想，以及各種加工設(shè)備，其中包括CNC數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)機(jī)床和手工機(jī)械。該公司的業(yè)務(wù)范圍包括各種類型的外圓磨削加工，主要為醫(yī)療和航空工業(yè)提供服務(wù)。M&S公司可以為這些行業(yè)磨削加工出任何形式的零件，包括多個(gè)加工步驟、各種角度、錐度和半徑。他們的客戶約有500家，其中包括許多機(jī)加工車間，他們與M&S公司聯(lián)系，要求幫助他們?cè)俅渭庸?，修正某些零件的不圓度，并且還要求迅速交貨。

自從認(rèn)識(shí)到無心磨削技術(shù)的性能之后，M&S公司開始將其應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中。事實(shí)上，無心磨削技術(shù)使加工車間的信心進(jìn)一步提高，使他們能夠成功地按照高精密的圓度和公差尺寸要求完成加工任務(wù)。

根據(jù)要求完成復(fù)雜的工作是Shegda先生及其手下工作人員需要完成的任務(wù)。這些高精密加工工件大約在1~10000件，其圓度和同心度要求極高，精度可達(dá)到0.02in（1in=25.4mm）。

Shegda先生解釋說：“我們承接的大部分新型工件，其直徑和圓度的公差尺寸要求極高（一般為航空工業(yè)的零件），有些甚至是醫(yī)療行業(yè)的零件，形狀很小，其加工要求達(dá)到令人驚嘆的地步?！?/P>

精密技術(shù)和基本原則

無心磨削加工工藝本身對(duì)這類工件的磨削加工是不成問題的，而且一定會(huì)獲得成功。因此，M&S公司只要有可能就一定會(huì)采用這種加工方法。
Shegda先生解釋說：“最重要的是無心磨削的速度比較快。一般來說，這種工藝的本身具有較高的加工精度，因?yàn)闄C(jī)床不需要以非常小的增量級(jí)運(yùn)行。因此我們能夠最大程度地控制公差尺寸。”

無心磨削與其他外圓磨削工藝的一個(gè)區(qū)別是工件不受機(jī)械限制。外圓磨床一般是將工件夾持在頂尖或卡盤之中，使工件對(duì)著砂輪旋轉(zhuǎn)磨削，而無心磨床沒有任何可夾持工件的“中心點(diǎn)”。它依賴于三個(gè)關(guān)鍵元件之間相互作用力磨削的原理，這三個(gè)元件分別是砂輪、調(diào)節(jié)輪和工件葉板。

在無心磨削過程中，工件葉板用于支撐工件的外徑。工件葉板安裝在高速砂輪與直徑較小的低速調(diào)節(jié)輪之間。為了使工件達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)和磨削的目的，工件葉板必須安裝到一個(gè)位置上，即工件的中心線應(yīng)位于砂輪和調(diào)節(jié)輪的中心線上。

大約2年前，該車間作出了一次戰(zhàn)略性的投資，以便進(jìn)一步優(yōu)化無心磨削工藝。該車間購置了一臺(tái)Monza 410型CNC數(shù)控貫穿進(jìn)給式無心磨床。在此之前，該車間只有6臺(tái)經(jīng)過改造的無心磨床。盡管這些經(jīng)過改造的磨床日常的加工精度可保持在0.0001in的公差尺寸范圍之內(nèi)，但是要達(dá)到超精密公差的要求是不可能的，因?yàn)檫@些零件加工要求都是醫(yī)療和航空業(yè)向他們所提出的。為了能夠承接更多的高精密加工零件，該車間又增添了一臺(tái)Monza 310型貫穿進(jìn)給式無心磨床，用于加工平頭銷釘、平頭卷軸和直徑達(dá)0.020in的微型醫(yī)療器械零件。

Shegda先生說：“如果我們不得不在機(jī)床上為圓度、平直度或直徑的尺寸精度而奮斗，那么我們就不能有效地處理這種要求苛刻的高端工件。Monza無心磨床使我們能夠以比較精密的水平控制零件的幾何精度，滿足加工要求，降低工件加工的復(fù)雜程度。無論如何，這種性質(zhì)的工作仍然不是能夠那么容易完成的。但我們至少可以將零件本身存在的問題集中解決，而不是處理設(shè)備的局限性問題?！?/P>

對(duì)于加工車間來說，新磨床的部分價(jià)值在于其具有快速調(diào)試設(shè)置功能。事實(shí)上，操作員一般可以在15~20min的時(shí)間內(nèi)完成無心磨削加工工件的基本調(diào)試設(shè)置。是否能夠在老式機(jī)床上和Monza無心磨床上快速地調(diào)試設(shè)置工件，對(duì)M&S公司而言是非常關(guān)鍵的，因?yàn)槊颗_(tái)機(jī)床可能每天需要對(duì)工件進(jìn)行6~8次的裝卡調(diào)試。

Shegda先生說：“如果根據(jù)我們的工作性質(zhì)和與之相匹配的恒定調(diào)試裝卡次數(shù)，對(duì)我們來說只花費(fèi)1h來完成每一件事情是切合實(shí)際的?！?/P>

M&S公司并不是過份地依賴于巧妙的安排，而是讓Monza 410型貫穿進(jìn)給式無心磨床去完成工作。由于這種機(jī)床具有“加強(qiáng)修正”的特性，因此它允許操作員在機(jī)床運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)和修正直徑尺寸等操作。

砂輪的圓度、類型、狀況以及材料需要切削的加工量也是影響調(diào)試設(shè)置的重要因素。Shegda先生之所以想要配置貫穿進(jìn)給式無心磨床的原因，就是希望在一個(gè)精密的工件加工過程中能夠有“后備”尺寸。

Shegda先生解釋說：“對(duì)于保持尺寸的一致性方面，所能夠做到的最糟糕事情就是停止使用貫穿進(jìn)給式無心磨床。為了能夠有效地達(dá)到0.000 01in的增量級(jí)精度，我們可以在Monza 410型無心磨床上精密地控制尺寸，而不必停止機(jī)床的運(yùn)行?！?/P>

除了了解無心磨床的基本知識(shí)和適當(dāng)?shù)卦u(píng)價(jià)執(zhí)行工藝操作所需要的設(shè)備以外，加工車間的工作人員還必須懂得設(shè)備的合理配置，這對(duì)車間的利潤率和工作的整體效益有很大的影響。

即使車間認(rèn)為外徑磨削是最好的加工手段，通過這種方法加工的圓度可以達(dá)到百萬分之10~20in的水平，相對(duì)于其他方法而言，可以保持較高的精度，但這種方法并不一定適合于全部來料加工。Shegda先生發(fā)現(xiàn)，有些客戶往往會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為，他們只需要在頂針之間的那種磨削加工，但事實(shí)上，他們需要的是無心磨床的加工能力。例如，對(duì)于長度與直徑之比較大的零件而言，采用外徑磨削加工可能會(huì)產(chǎn)生一些問題。

圖2  對(duì)于長度與直徑之比較大的工件，則采用無心磨床磨削加工，例如下圖所示的那種零件

Shegda先生解釋說：“如果需要磨削加工的零件很長很細(xì)，那么采用外圓磨削就會(huì)比較困難。相反，采用無心磨床就會(huì)得心應(yīng)手。假如一個(gè)零件的直徑為0.250in，長度為10in，需要加工的外徑總公差為0.0001in，那么在外圓磨床上加工將成為一場(chǎng)“惡夢(mèng)”。如果該零件上面帶有平頭，我們可以采用貫穿進(jìn)給式無心磨床，磨削加工就會(huì)簡(jiǎn)單容易得多，甚至可以在一臺(tái)較大的橫向進(jìn)給式機(jī)床上加工。關(guān)鍵是該零件必須采用三面支持的形式：碳化物合金葉板位于低部，調(diào)節(jié)輪位于側(cè)面，砂輪位于另一側(cè)。只要這三個(gè)支持面都處于正常的位置，那么從理論上來說，磨削加工一個(gè)直通的圓棒應(yīng)該不會(huì)有太大的問題。當(dāng)然，理論畢竟與實(shí)際有很大的不同，但如果真正了解所加工的零件，那么一定能夠獲得非常高的公差尺寸精度。”

追求具有更大挑戰(zhàn)性的磨削加工，這表明需要采用這種工藝與硬態(tài)車削加工進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)和抗衡。對(duì)于無心磨削加工而言，主要的競(jìng)爭(zhēng)不是來自于其他磨削加工車間，而是來自于其他具有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。

Shegda先生解釋說：“我們認(rèn)為硬態(tài)車削加工是一個(gè)很強(qiáng)的‘競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手’，因?yàn)楝F(xiàn)在的加工車間可以有效地車削加工經(jīng)過熱處理的鋼制工件，加工精度可達(dá)0.0005in，在許多情況下，甚至還可以達(dá)到更高的加工精度。為了發(fā)展和擴(kuò)大我們的業(yè)務(wù)，這種工藝實(shí)際上使我們可以向更挑剔和更具有挑戰(zhàn)性的工作轉(zhuǎn)移?，F(xiàn)在，只有那些能夠取得高精度和高質(zhì)量的工作，以及符合時(shí)代的突破性技術(shù)才能取得成功?！?/P>