采用无心磨床进行定心磨削加工

fcdc2007

专门从事外圆磨削加工的车间经常需要转换工种，将工件从内径、外径磨床转换到无心磨床上加工。如果能够了解这种转换背后的合理性，那么就能够确定无心磨床究竟在什么地方能够发挥其最大的作用了。
8 u  Z( b7 f0 o! n当一个零件被送到磨削车间加工时，该零件已经过了铣削、车削、热处理和其他操作工序。每道工序都会给零件创造更多附加值，而且每道工序所花费的时间可能会超过人们的预想。除此之外，还有来自于其他先进技术的竞争压力。然而，坐落在Pennsylvania州的M&S Hatboro磨削加工公司老板John Shegda先生对此信心十足，因为那种工作对他来说只不过是“手到擒来”的事情，实际上这种竞争主要来自于车削加工技术，目前他的加工车间正处于蒸蒸日上的大好形势之中。自2006年以来，他的加工车间规模已扩大了3倍，其大部分加工设备正在更新升级。
  v: c5 u- l) X9 j# c$ W该车间最近获得的成功，大部分应归功于其资源的正确配置。他们深知应该在什么时候调配力量，将最新的无心磨削技术应用于外圆磨削加工，以及应该在什么时候采用其他方法。为了最大程度地提高工件的高精度加工水平和利润，该车间对通常与外径、内径相关的加工做了一些调整，将工件转换到最新购置的贯穿进给式无心磨床上加工。为了达到这个目的，该磨削加工的分包商不但演示了无心磨床最有效的加工水平，而且还演示了当今无心磨床所具有的各种功能。
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$ P; d  x) O! h2 m图1   Monza 410型无心磨床，它可以使车间以较高的精度控制零件的几何尺寸，以达到高端工作的加工要求。完成这道工序以后，下面的工作就比较简单了
由于人们对这种工艺的动力学缺乏了解，因此无法了解高精密磨削技术所具有的惊人力量。然而Shegda先生摒弃了这种磨削观念，从而使这种技术能够发挥最大的作用。他和他的14名雇员以更具有逻辑性的方式来应用这种类型的磨削技术。他们吸取了Meron Shegda先生留给他们的分析技术和磨削知识，于1957年开创了这项业务。自1990年以来，John Shegda先生和Mark Shegda先生开始掌管M&S公司。Meron Shegda先生是一名棋牌爱好者，他对游戏的兴趣帮助他进一步提高了他的分析能力，实践证明这种能力对他创建这个企业十分有利。
John Shegda先生说：“我们所做的和所知道的一切都应归功于我的父亲。他是我所知道的人们中最精明的一个人。”在那些日子里，这家企业的工作完全依赖于他的思想，以及各种加工设备，其中包括CNC数控机床、自动机床和手工机械。该公司的业务范围包括各种类型的外圆磨削加工，主要为医疗和航空工业提供服务。M&S公司可以为这些行业磨削加工出任何形式的零件，包括多个加工步骤、各种角度、锥度和半径。他们的客户约有500家，其中包括许多机加工车间，他们与M&S公司联系，要求帮助他们再次加工，修正某些零件的不圆度，并且还要求迅速交货。
+ ^# l6 J* b4 r) N自从认识到无心磨削技术的性能之后，M&S公司开始将其应用于实践当中。事实上，无心磨削技术使加工车间的信心进一步提高，使他们能够成功地按照高精密的圆度和公差尺寸要求完成加工任务。
根据要求完成复杂的工作是Shegda先生及其手下工作人员需要完成的任务。这些高精密加工工件大约在1~10000件，其圆度和同心度要求极高，精度可达到0.02in（1in=25.4mm）。
: E6 q" G1 z) r; V! tShegda先生解释说：“我们承接的大部分新型工件，其直径和圆度的公差尺寸要求极高（一般为航空工业的零件），有些甚至是医疗行业的零件，形状很小，其加工要求达到令人惊叹的地步。”
* [' q4 K/ m! j精密技术和基本原则
9 o" S1 s0 l: N8 G, t/ x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。因此我们能够最大程度地控制公差尺寸。”
1 d$ ~( W2 }/ Q4 A' V& `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顶尖或卡盘之中，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。
, ~" u! D; a; k- j8 q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。
0 |9 Z8 u* g2 G% u9 y大约2年前，该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6台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高端工件。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。
/ G+ B+ y9 Y6 _2 dShegda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。”
: i* I& z1 Q$ ?+ f9 S/ [1 x1 CM&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。
, v: d, W! n+ S1 A! `2 ^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。
- [% ~: m3 W" I8 w" MShegda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。”
$ p1 G- t# h. N4 F( A' z3 d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。
- [% d- _0 F; Y+ N8 B即使车间认为外径磨削是最好的加工手段，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先生发现，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。

图2  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，例如下图所示的那种零件

# z8 |4 }6 T. D& M' DShegda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。
' w0 Z* X* v6 uShegda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。为了发展和扩大我们的业务，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。”
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悍匪

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