加工中心配珩磨刀精珩內(nèi)孔的技術(shù)研究

周 丹，付 猛，王淑玲，沈國標(biāo)

（1.空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 珠海；2.珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海）

引言

近幾年，為了減少碳排放，國家對(duì)許多工業(yè)產(chǎn)品的性能、能耗提出了更高要求，相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造精度需求也越來越高。為此，產(chǎn)品零件中涉及摩擦副的結(jié)構(gòu)特征，特別是轉(zhuǎn)軸與孔的配合特征，多具有極高的尺寸與表面質(zhì)量要求。珩磨是利用安裝在珩磨刀桿上的油石，在軸線進(jìn)給過程中，對(duì)零件內(nèi)孔表面進(jìn)行低速磨削和摩擦拋光的精加工工藝技術(shù)[1]。這種技術(shù)能夠快速地去除一定的加工余量，且有效地提高零件內(nèi)孔表面粗糙度、圓柱度及尺寸精度。盡管珩磨是一種非常有效的內(nèi)孔精加工工藝技術(shù)，然而現(xiàn)實(shí)卻是除了汽車、泵等專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)外，一般機(jī)械加工廠極少配置珩磨機(jī)來精加工內(nèi)孔，這主要是因?yàn)殓衲C(jī)通用性差、運(yùn)用點(diǎn)少、購買經(jīng)濟(jì)性低。本文介紹了一種利用通用的加工中心配合珩磨刀桿以替代專用珩磨機(jī)，實(shí)現(xiàn)零件內(nèi)孔的精密珩磨加工的技術(shù)方法，特別適合研發(fā)階段或者小量零件生產(chǎn)過程中運(yùn)用。

1 珩磨工藝簡介與特點(diǎn)

珩磨工藝是內(nèi)孔磨削加工的一種特殊形式，珩磨時(shí)，工件安裝在珩磨床工作臺(tái)上或夾具中，帶磨料珩磨刀插入已經(jīng)加工好的半精件內(nèi)孔中，由機(jī)床主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)并做軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。珩磨不僅能去除較大的加工余量，而且還能提高工件內(nèi)孔的尺寸、幾何形狀精度和降低表面粗糙度。多數(shù)情況下，珩磨刀桿與機(jī)床主軸之間或珩磨頭與工件夾具之間是浮動(dòng)的，這樣加工時(shí)珩磨頭以工件孔壁作導(dǎo)向，珩磨后的工件內(nèi)孔與其它特征之間位置關(guān)系基本不變，且工件的最終珩磨精度受機(jī)床本身精度影響小。

2 加工中心配珩磨刀精珩內(nèi)孔的技術(shù)方案與實(shí)驗(yàn)效果

如圖1 所示，為本司某型號(hào)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)法蘭，材質(zhì)為HT250。因?yàn)樵摲ㄌm內(nèi)孔是和軸配合的重要特征，其要求的內(nèi)孔圓柱度小于0.005 μm，表面粗糙度小于Ra0.27，且需要控制法蘭內(nèi)孔與端面垂直度小于0.005 μm。

圖1 某轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)上法蘭示意圖

2.1 法蘭內(nèi)孔加工工藝設(shè)計(jì)

如上法蘭常規(guī)的工藝設(shè)計(jì)是先開粗加工法蘭整體外形輪廓結(jié)構(gòu)，同時(shí)內(nèi)孔與端面留余量，再使用專用平面磨床加工法蘭端面，最后使用專用內(nèi)孔磨床或珩磨機(jī)床以端面為基準(zhǔn)磨內(nèi)孔，以保證法蘭內(nèi)孔與端面基準(zhǔn)垂直度。然而事實(shí)上，因?yàn)樵摲ㄌm內(nèi)孔深度達(dá)到70 mm，且內(nèi)孔直徑也僅有22.008 mm，僅使用內(nèi)孔磨床加工內(nèi)孔往往存在內(nèi)孔圓柱度超差、表面粗糙度不良的質(zhì)量問題，為此一般需要在內(nèi)孔磨后再增加珩磨拋光工序，以提升內(nèi)孔精加工質(zhì)量。該常規(guī)工藝不僅工序復(fù)雜，且需要使用到平面磨床、內(nèi)孔磨床、珩磨機(jī)床多種精加工設(shè)備，加工成本高，周期長。為了解決上訴問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了加工中心配珩磨刀精加工法蘭內(nèi)孔的技術(shù)方案，不僅通用性高、成本低，且工序簡單，可大幅縮短研發(fā)試制周期。

2.2 加工中心配珩磨刀的珩磨工藝硬件配置與技術(shù)方案

2.2.1 機(jī)床選擇

選用珠海格力電器股份有限公司研發(fā)的通用數(shù)控立式加工中心（格力GA-V5080），該設(shè)備主軸功率為18KW，重復(fù)定位精度可達(dá)±0.003 μm，滿足精密加工設(shè)備對(duì)主軸剛性及旋轉(zhuǎn)精度的要求。

2.2.2 浮動(dòng)刀柄設(shè)計(jì)

浮動(dòng)刀柄內(nèi)置徑向浮動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，徑向浮動(dòng)量為±0.5 mm。刀柄上端與機(jī)床接口為標(biāo)準(zhǔn)BBT40 結(jié)構(gòu)，下端安裝夾持直徑為φ15 的夾套，用于夾持帶連接桿的珩磨頭。

2.2.3 珩磨刀具設(shè)計(jì)

珩磨刀具是由粗珩、半精珩、精珩等6 把珩磨刀構(gòu)成的刀組，如圖2 所示。每把珩磨刀與刀柄接口柄直徑固定設(shè)計(jì)為15，按需要加工的精度不同，分別鍍有不同粒度規(guī)格的金剛石磨粒，且可通過脹心方式手動(dòng)微調(diào)珩磨條直徑，以控制零件加工最終內(nèi)徑尺寸。

圖2 珩磨刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.4 珩磨工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

珩磨工藝參數(shù)主要涉及珩磨刀的主軸轉(zhuǎn)速、往復(fù)進(jìn)給速度、每把珩磨刀余量設(shè)置及其油石磨粒粒度規(guī)格設(shè)計(jì)[2]，本方案設(shè)計(jì)的珩磨刀加工工藝參數(shù)如表1所示。

表1 加工中心配珩磨刀工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

2.2.5 加工冷卻

為了降低珩磨過程產(chǎn)生的高溫及磨屑的影響，一般情況下，都需要借助冷卻液來冷卻與潤滑。目前廣泛運(yùn)用的冷卻液有油溶性及水溶性之分，前者滲透性好，排屑性、潤滑性、防腐性強(qiáng)，然而燃點(diǎn)低，易產(chǎn)生高溫起火，且生成的廢棄液環(huán)保性差；后者安全性好，冷卻性優(yōu)，但是滲透性、潤滑性相對(duì)較低，最終加工的零件內(nèi)孔表面光潔度略低[3]。

實(shí)際運(yùn)用中可以根據(jù)自身需求選擇合適的冷卻液，本方案選擇的是水溶性冷卻液。

2.2.6 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上訴加工中心配珩磨刀精珩內(nèi)孔的技術(shù)方案，完成一個(gè)研發(fā)試制批次的法蘭內(nèi)孔連續(xù)珩磨試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果較好，達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，具體結(jié)果數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 加工中心配珩磨刀珩磨上法蘭結(jié)果

3 推廣運(yùn)用

如圖3 所示為本司某冰箱用活塞壓縮機(jī)氣缸座，根據(jù)設(shè)計(jì)使用要求，其軸孔與缸孔必須保證微米級(jí)的尺寸與圓柱度要求，且軸孔與缸孔之間軸線垂直度在延伸200 mm 的范圍內(nèi)小于0.05 mm。一般量產(chǎn)工藝是先對(duì)氣缸座軸孔與缸孔進(jìn)行半精加工（軸孔與缸孔垂直度用專用工裝保證，滿足精件的要求），再使用專用珩磨機(jī)進(jìn)行精密珩磨加工（不改變軸孔與缸孔原有垂直度），該方案可以保證氣缸座量產(chǎn)加工的效率與質(zhì)量。然而在研發(fā)試制階段就投入珩磨機(jī)床及專用工裝，成本高，風(fēng)險(xiǎn)較大。如果使用一般的內(nèi)圓磨床分別磨削加工氣缸座的軸孔與缸孔，不僅裝夾比較復(fù)雜，且極容易改變軸孔與缸孔本身的垂直度，造成零件加工質(zhì)量異常。為此我們基于上訴法蘭內(nèi)孔精密加工技術(shù)方案與經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了該氣缸座的珩磨工裝與珩磨刀，利用“加工中心配珩磨刀精珩內(nèi)孔”的方式，完成了該氣缸座的軸孔（圖4）與缸孔（圖5）精密加工。

圖3 某冰箱用活塞壓縮機(jī)氣缸座

圖4 氣缸座軸孔珩磨設(shè)計(jì)

圖5 氣缸座缸孔珩磨設(shè)計(jì)

經(jīng)驗(yàn)證，利用“加工中心配珩磨刀精珩內(nèi)孔”的加工方式，完全可以取代專用珩磨機(jī)加工，很好實(shí)現(xiàn)了活塞壓縮機(jī)氣缸座軸孔與缸孔的精加工，特別是軸孔與缸孔精加工前后的垂直度控制的非常好，具體如表3 所示。

表3 加工中心配珩磨刀珩磨氣缸座軸孔與缸孔數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種加工中心配珩磨刀的內(nèi)孔精密加工工藝技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了本司某型號(hào)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)法蘭內(nèi)孔的精密加工，同時(shí)推廣運(yùn)用于某型號(hào)活塞壓縮機(jī)氣缸座精密加工，充分證明了該技術(shù)方案的可行性與實(shí)用性。該技術(shù)方案可以替代專用珩磨機(jī)床，特別適合研發(fā)階段，小量樣機(jī)零件的試制，節(jié)約設(shè)備采購成本。