球面和截球面的磨削加工,看似挺復雜,但只要根據(jù)球面成形原理,通過計算和選擇相應的磨削工藝條件,即可磨好各種球面工件。
圖1所示為SR460mm大直徑球面副工件,外球面的材料為40Cr合金鋼,淬火后的硬度為52~56HRC;內(nèi)球面的材料為HT200灰鑄鐵。工件球面配合精度要求較高。
(1)磨削條件的選擇與工藝計算。磨床為立磨頭并在垂直方向能扳轉(zhuǎn)角度的導軌磨床或其他磨床,夾具為能裝夾工件并能自動旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)工作臺(見圖2)。選用砂輪特性為WAF36J6V、直徑為150mm的碗形砂輪。外球面用樣板檢測球面的輪廓度;磨內(nèi)球面時,用紅丹粉和外球面工件配測接觸面積的狀況,要求達到75%以上。
計算砂輪主軸中心線與工件中心線的夾角α,如圖3所示。在△AOB中,sin(α1/2)=AB/(2R)=150/920=0.163,α1/2=9°23′。在△BOC中,sin(α2/2)=BC/(2R)=140/920=0.152,α2/2=8°45′。則α=α1/2+α2/2=9°23′+8°45′=18°8′。
圖1 大直徑球面副工件
圖2 回轉(zhuǎn)工作臺與工件的安裝
1.工作臺 2.回轉(zhuǎn)工作臺 3.工件 4、5.齒輪 6.減速箱 7.電動機
圖3 計算α角示意圖
(2)磨削球面。把外球面工件安裝在回轉(zhuǎn)工作臺上,找正工件中心與回轉(zhuǎn)工作臺中心同軸。再把立磨頭主軸中心線順時針扳轉(zhuǎn)18°8′。然后把砂輪中心調(diào)整到工件中心右側(cè)垂直平面內(nèi),并移動縱向工作臺,使砂輪圓周端面與工件右側(cè)球面接觸,開始試磨。如果出現(xiàn)單向磨削弧狀紋理,就說明砂輪和工件在垂直面內(nèi)未對正中心,應調(diào)整砂輪架橫向位置,使之達到交叉網(wǎng)紋,這時砂輪橫向位置就正確了。球面磨光后,用樣板檢測球面輪廓度,這時可能出現(xiàn)3種情況:①工件外圓處有間隙,說明球面半徑R小了,這時應向左移動縱向工作臺,予以消除。②工件內(nèi)圓處有間隙,說明球面半徑R大了,這時應向右移動縱向工作臺,予以消除。③樣板與球面全接觸,說明外球面的輪廓度正確合格。這時只需垂直進刀把工件球面磨好。
磨內(nèi)球面時,同樣把工件安裝在回轉(zhuǎn)工作臺上,只移動縱向工作臺,使砂輪端面與工件左側(cè)內(nèi)球面接觸,開始試磨,用外球面工件進行檢測配磨,檢查其接觸面積。當發(fā)現(xiàn)有間隙的情況時,縱向工作臺的調(diào)整方向與磨外球面相反。經(jīng)過調(diào)整縱向工作臺反復垂直吃刀配磨,直到用紅丹粉涂色和用外球面工件檢查,使接觸面積達到70%以上為止。
如果工件是多件,在第一件磨好后,只做垂直退刀,卸下工件,安裝第二件,再做垂直吃刀即可,磨床縱、橫向工作臺不必再調(diào)整。
圖4所示為球面軸承,材料為40Cr,淬火后的硬度為58HRC,磨好端面和內(nèi)孔后,需要磨削外球面。磨削外球面時,選用特性為WAF60K6V的杯形或碗形砂輪,砂輪工作內(nèi)徑DK≥50mm。為了便于裝夾工件,做一個以工件內(nèi)孔和端面定位的心軸,心軸的一端為莫氏錐柄,以便于插裝在萬能外圓磨床頭架主軸錐孔內(nèi)。
磨球面時,把工件裝在心軸上,并插裝在磨床頭架主軸錐孔內(nèi),然后把頭架逆時針扳轉(zhuǎn)90°。把杯形或碗形砂輪裝在內(nèi)圓磨具砂輪軸上,并對砂輪端面和內(nèi)孔進行修整,使其徑向和端跳動減小。移動磨床砂輪輪架,使其砂輪旋轉(zhuǎn)中心(橫向)對正工件球面中心,縱向移動縱向工作臺,對球面進行試磨。觀察球面磨削紋理,最好出現(xiàn)網(wǎng)狀交叉紋理,這就說明砂輪旋轉(zhuǎn)中心與球面中心在橫向?qū)φ?。否則就得調(diào)整(微調(diào))砂輪架橫向位置予以消除單向弧形紋。砂輪橫向?qū)φ行暮?,就可正式用移動縱向工作臺進行吃刀磨削球面了。在磨削過程中,用外徑千分尺測量球徑尺寸,如有余量,繼續(xù)用移動縱向工作臺吃刀,直到使球面直徑達到要求為止。
外球面的磨削方法,一是用成形砂輪磨削,此方法操作簡便、生產(chǎn)效率高,但修整成形砂輪麻煩,由于砂輪磨損,工件質(zhì)量難以保證。二是用杯形砂輪在萬能外圓磨床或內(nèi)圓磨床進行磨削,它是利用砂輪和工件軸線斜交并回轉(zhuǎn)來磨削的,這種方法不需要特殊設備和砂輪成形修整工具,即使砂輪磨損了,對球面也沒有什么影響。
采用后一種方法磨削時,需要計算杯形砂輪內(nèi)徑DK和磨床頭架扳轉(zhuǎn)的角度α,如圖5所示。
(1)計算杯形砂輪內(nèi)徑DK。計算公式為
式中,DK為杯形砂輪內(nèi)徑(mm);D為球面直徑;K為大于或小于半圓的數(shù)值,當工件球面大于半圓時K為正值,小于半圓時K為負值,等于半圓時K為0。
(2)由sinα=DK/D,計算頭架扳轉(zhuǎn)的角度α。
需要注意的是:調(diào)整機床時,必須使砂輪旋轉(zhuǎn)中心線與球面中心相交于O點,這時在球面上的磨削紋理為交叉網(wǎng)紋,否則就會出現(xiàn)單向弧狀紋。即中心線未相交于球面中心O點,應調(diào)整砂輪架的橫向位置。采用縱向工作臺移動吃刀,千萬不要橫向吃刀。這種磨削方法對砂輪內(nèi)徑尺寸DK 要求不嚴格。
內(nèi)球面的磨削方法與外球面的磨削方法和相關(guān)計算公式相同,機床調(diào)整方法也一樣,就是磨床頭架扳轉(zhuǎn)的方向相反。磨削時采用的砂輪形狀為平行砂輪,如圖6所示。
圖4 球面軸承
圖5 磨削外球面
圖6 磨削內(nèi)球面
根據(jù)球面成形原理,除在各種磨床上增加附加工裝磨削外,還可以在臥、立式車床、銑床上進行磨削直徑不同規(guī)格的球面,這是被實踐證明可行的。