车床珩磨技巧：金刚石笔修整珩轮表面避免波纹问题

珩磨加工能获得很光洁的表面，其表面粗糙度值可达Ra0.2μm甚至更低，同时能获得很高的尺寸精度和形状精度。

1.珩磨加工的形式和特点

珩磨有两种形式：一种是用珩轮加工外圆和内孔，一种是用珩磨工具（简称珩磨头）珩磨内孔。

（1）双珩轮珩磨外圆 图5-25所示是用双珩轮珩磨外圆的情况。加工时，工件安装在前、后顶尖之间，并使工件按n₁方向转动。两个相反方向安装的珩轮，在可调节弹簧的作用下与工件紧密接触，通过摩擦力被工件带动，并以转速n₀自转。同时，珩轮按f方向作纵向往复进给运动，这样n₁、n₀与f就综合成珩磨加工的切削运动。工件经过珩磨后，其表面粗糙度值一般可达到0.2μm。

用双珩轮珩磨工件外圆时，除了工件的旋转运动外，珩轮还有三种运动，即旋转运动、往复直线运动和加压力的径向运动。旋转运动和往复直线运动是珩轮的主运动，这两种运动的组合，使珩轮上的磨粒在被磨过表面上的切削轨迹形成交叉而不重复的网纹（图5-26），从而获得表面粗糙度值较小的加工表面。

图5-25 双珩轮珩磨外圆

图5-26 珩轮在加工表面形成的轨迹

图5-27 改装车床进行珩磨加工

1—车床溜板 2—螺母 3—丝杠 4—滑板（左、右各一个） 5—珩磨架 6—调节螺钉 7—弹簧 8—支承轴 9—螺钉 10—珩磨轮

珩磨工件外圆时，需要对车床进行改装。将车床的中滑板和丝杠拆下，装上一根丝杠3和两块滑板4（图5-27），摇动丝杠3可使两滑板4同时向中心移近或离开。在两滑板4上各装上一只珩磨架5，并使两珩磨轮10的旋转中心与车床主轴的旋转中心各成45°角（一个左转45°，一个右转45°），其角度由支承轴8上的导向槽及螺钉9来保证。珩磨轮中心线与车床主轴轴线高度公差为±0.1mm。调节螺钉6可使珩磨轮10接触工件的表面。装配时，应使两珩磨轮的中心与车床主轴轴线对称。

（2）单珩轮珩磨外圆和端面 珩磨工件除了双珩轮磨削外，还有单珩轮形式，如图5-28所示。加工时，将珩磨装置固定在车床刀架上（大体积珩磨装置可参考图5-27所示固定方法）。

用单珩轮珩磨工件前，应在车床上用金刚石笔按工作状态对珩轮工作表面进行修整。珩磨时，由于工件轴线与珩轮轴线交叉成α角，珩轮工作型面对工件就产生了两个分速度（图5-29），从而产生了滑动摩擦速度。珩轮以弹性压向工件表面，并左右往复进给。这样，在工件带动珩轮转动及珩轮的往复进给下，综合成珩磨加工的磨削运动。滑动摩擦速度的大小与α角有关，α角增大，摩擦速度也随之增大，摩擦效果就好。

图5-28 单珩轮珩磨工件

a）珩轮圆柱面珩磨外圆 b）珩轮端面珩磨外圆 c）珩轮端面珩磨工件端面

采用单珩轮，当被珩磨表面出现螺旋状花纹时，如果是由车床、工件或珩磨装置的振动引起的，则需要调整车速或减小珩磨轮的α角（图5-29）。为了预计工件珩磨时是否会出现波纹，可采用选用适当尺寸珩轮的方法，即在加工前，初步确定工件直径和准备选用的珩轮直径后，再利用表5-5进行核对，看所确定的珩轮直径是否在无波纹区工件直径的范围内。若不在此范围内，则工件珩磨后将出现波纹。

图5-29 珩轮在工作型面产生两个分速度

表5-5 根据工件直径选用珩轮直径 （单位：mm）

例如，已知工件直径为150mm，准备选用ϕ70mm的珩轮，预计珩轮直径是否在无波纹区范围内。

图5-30 珩轮各部尺寸

从表5-5查出，选用ϕ70mm的珩轮，工件直径ϕ150mm不在无波纹区范围内，即珩磨时工件会出现波纹。若选用ϕ90mm的珩轮，则工件直径在无波纹区范围内，工件将不会出现波纹。

使用珩轮珩磨轴类工件外圆时，由于珩轮的旋转中心与被磨轴轴线相交成α角，所以珩轮外圆面应呈凹圆弧形（图5-30），其凹圆弧半径R用下式计算

式中 d──被珩磨轴件直径（mm）。

珩轮直径D=1.2～1.5d。

珩轮宽度b=0.5d。

（3）珩轮珩磨内孔 用珩轮珩磨内孔的情况如图5-31所示。受珩轮结构的限制，一般适合珩磨ϕ80mm以上的内孔。

图5-31 珩轮珩磨内孔

a）双珩轮珩磨内孔 b）单珩轮珩磨内孔

（4）珩磨头珩磨内孔 生产中，常采用图5-32所示的珩磨头珩磨内孔。珩磨头使用颗粒很细的磨石（也称磨条）和适当的切削液，利用可胀缩的珩磨头，以一定的压力，使磨石对工件作旋转和往复的综合运动（工件固定不动）。在运动过程中，磨石从工件表面切除一层极薄的金属。

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图5-32 珩磨头珩磨内孔

图5-33 珩磨头在加工表面获得的网状细纹

a）珩磨螺旋线轨迹 b）螺旋线展开图

利用珩磨的方法加工内孔，可获得高的尺寸精度和形状精度，表面粗糙度值可达到Ra0.25～0.2μm。

1）珩磨头的结构形式。珩磨圆柱孔的珩磨头，在车床上一般以铰接形式与主轴相连接，其四周平均分布着4～6块磨石。工作时，主轴带着它在孔内不断地旋转和往复运动。通过珩磨头内部的机构，控制磨石的胀缩，磨石胀开时，就磨削工件上的金属。珩磨头作旋转和往复运动时，磨石表面的磨粒沿工件加工表面不断地来回运动，时左时右。磨粒在工件表面这样运动的结果，形成了一条螺旋形的曲线。左、右螺旋线交叉重叠的结果，是在工件表面形成复杂的网状细纹（图5-33），这种网状细纹很光洁。

图5-34所示是一种简易珩磨头，在磨杆上固定一个主体，主体上每隔90°开一个20mm×20mm的方孔，把中硬的弹簧和20mm×20mm×150mm的磨石装入各方孔内。加工时，将该工具随磨杆一起伸入工件孔内，以40r/min的速度旋转，以1.03mm/r（最后一次走刀可适当减小）的速度往返走刀，并加注L-AN68全损耗系统用油（90%）与煤油（10%）的混合油。

图5-35所示珩磨头通过万向接头连接在车床主轴上。珩磨时，弹簧推动连杆，使平行四边形的连杆机构胀开，油石即对珩磨孔壁产生一定的压力，压力的大小用螺母来调节，限位套用来限定珩磨头的外径尺寸。

图5-36所示是用安装在车床刀架上的珩磨头珩磨内孔的情况，工件装夹在主轴上作旋转运动，磨石1放在磨头本体3的四个槽内。为防止磨石在工作时滑出槽，在槽两端用两块挡片4进行固定。每根磨石的背面装有弹性、尺寸完全相同的两根弹簧2。磨削时，由于弹簧的作用，磨石就能自动地作径向进给，且浮动性较好。整个磨头装在刀柄6的端部，并用紧定螺钉8锁紧在刀柄上。刀柄的另一部分做成扁方形，以便装夹在刀架上。磨头本体3的外径比工件的内径小4～5mm。磨石槽的深度只要保证磨石压缩弹簧到极限位置时，能使磨头顺利地伸进工件的孔内即可。

图5-34 简易珩磨头

图5-35 珩磨工件孔的珩磨头

图5-36 使用安装在刀架上的珩磨头珩磨内孔

1—磨石 2—弹簧 3—本体 4—挡片 5—螺钉 6—刀柄 7—工件 8—紧定螺钉

工作前，用手按住磨石压缩弹簧，移动刀架，将磨头伸进孔内。磨削时利用车床的走刀机构，使磨头作往复直线运动。磨头往复运动处于工件两端极限位置时，增加1/3磨条长的超越行程。

珩磨头的结构有多种形式，无论采用哪种形式，都必须具备两个基本条件：珩磨头上的磨石对所加工工件表面的压力能自由调整，并能保持在一定的范围内；珩磨过程中，磨石在工件半径方向上可以自由、均匀地胀缩。

2）珩磨加工使用的磨石。为了保证珩磨质量，应对磨石的磨料、粒度、硬度和结合剂进行选择。珩磨高碳淬火钢、高速工具钢等强度大的工件时，使用白刚玉磨料的磨石；珩磨铸铁、黄铜等性能脆、强度低的工件时，使用碳化硅磨石。

磨石的粒度是指磨料颗粒的粗细和大小。磨石是用粒度很细的磨粒制成的，其粒度的粗细对珩磨出来的工件表面的光洁性有直接影响。一般来说，珩磨时选择的磨石粒度越粗，切削金属越快，生产率就越高，但得到的加工表面的光洁性越差。

磨石的硬度，应与所珩磨金属的硬度成适当的反比，即磨硬的金属时要选择较软的磨石。加工软金属时，磨石表面的磨粒不容易磨钝，选择的磨石硬度就应该偏高一些。例如：珩磨淬火的合金钢和高速工具钢时，磨石的硬度应选择软和中软级；珩磨未经淬火的钢时，磨石的硬度应选择中软级；珩磨特别软的金属时，为了防止切屑堵塞磨石表面，磨石的硬度只能选择得偏软一些；珩磨铸铁时，应选择中硬级磨石。此外，珩磨小孔时，应该适当增加磨石的硬度，这样才能保证孔具有正确的几何形状。

制造磨石的结合剂有陶瓷结合剂和树脂结合剂等。树脂结合剂（如环氧树脂）是一种有机结合剂，用它制成的磨石强度比较高，且有一定的弹性。在珩磨过程中，树脂结合剂的磨石磨损均匀，寿命长，容易打碎，加工出来工件的表面光洁性比用陶瓷结合剂加工出的要高。

实际加工中，往往会遇到现有的磨石不是偏硬便是偏软的现象，使工作无法进行。这里介绍几种处理磨石硬度的方法，以供参考。

假如现有的磨石硬度偏软，可以用人造树脂进行浸润，以提高其硬度。具体方法是：先用容器将液态人造树脂在30～50℃的温度下进行预热，然后把要处理的磨石放入容器内浸润，浸润时间应根据磨石的粒度、组织的紧密程度及需要提高到哪一级硬度等条件而定。浸润后取出磨石，在室温下晾一定时间，然后在炉内进行硬化处理。炉内的温度逐渐加热到160～180℃，并在该温度下保温1h；最后，将磨石在炉内自然冷却到室温即可。

当现有磨石的硬度偏高时，可以把磨石放在浓度为30%的氢氧化钠（NaOH）或氢氧化钾（KOH）溶液中煮沸一定时间，其硬度便可降低一级或数级。碱溶液的浓度和在溶液中煮沸的时间，应根据磨石的粒度和需要降低的硬度级数而定。处理时，先把磨石放在碱溶液槽内加热煮沸一定时间，然后取出放在流动的热水中清洗，最后在洁净的水中煮1～2h取出干燥。

3）珩磨中的切削用量。珩磨钢材时，珩磨头的旋转速度选择40～60m/min比较合适；珩磨铸铁时，以60～70m/min为宜；珩磨铝合金、青铜等非铁金属时，则应选择70～90m/min。使用图5-36所示的珩磨头时，是将工件安装在车床主轴上作旋转运动，主轴可转得快一些，线速度可选为80～85m/min。

珩磨头的往复速度可在10～25m/min的范围内加以选择。珩磨铸铁和青铜时，选择的往复运动速度应略高一些，粗珩磨的往复运动速度以15～20m/min为宜，精珩磨时则应为20～25m/min。珩磨钢材和铝合金时，往复运动的速度应该偏低一些，可选用8～12m/min。使用图5-36所示的珩磨头时，往复运动速度为7～9m/min，磨条的工作压力为0.8MPa。

4）珩磨余量的确定。珩磨是一种精整加工方法，能够去除前道工序留下的加工痕迹。珩磨余量的大小与前道工序的加工质量有很大关系。一般来说，车孔以后留下的珩磨余量为0.05～0.08mm，铰孔以后留下的珩磨余量为0.02～0.04mm，精磨以后留下的珩磨余量为0.01～0.02mm。

2.珩磨锥形深孔

被珩磨工件如图5-37所示，采用精车后铰孔再珩磨的方法进行加工。珩磨时，工件装夹车床溜板上，要保证工件锥孔轴线与车床主轴轴线同轴。

珩磨装置如图5-38所示。锥度导向心轴1左端的尾部装入车床主轴锥孔内，以联接螺母2紧固，右端连接支承盘4用中心架支承。磨石座12嵌入锥度导向心轴1的滑槽内，由心轴外圆导向。心轴1长而刚性差，所以在精加工心轴时，采用了超定位装夹，即先装好支承盘4，再装夹心轴，这样就抵消了由螺纹联接产生的同轴度误差。磨石11下面有一铁板，放入磨石座内，铁板与磨石座上均锪有两个平底窝孔，放入两个小弹簧10，这就是径向磨削力的来源。各片上弹簧弹力的大小要尽可能一致，并符合磨削力要求。弹性大时生产率高，但磨石损耗得快，孔的表面光洁性稍差；弹性小时磨石损耗慢，表面光洁性也较高，但生产率低。所以，弹簧弹力的大小应根据试验选用。

图5-37 被珩磨锥形深孔工件

图5-38 珩磨锥形深孔工件的装置

1—锥度导向心轴 2—联接螺母 3—丝母 4—支承盘 5—拉杆 6—圆螺母 7—拉杆盘 8—拉杆轴 9—推力轴承 10—弹簧 11—磨石 12—磨石座

磨削相对运动，一个是心轴1的旋转，另一个是拉杆轴8的轴向运动。心轴滑槽的底面与轴的轴线平行，支承盘4的孔是向心长孔，拉杆盘7连接拉杆的铰链中心，其形成直径的大小与磨石运动到锥度小端的直径相等，以避免在大端时拉杆5与工件孔相碰。这样，磨石座12除了在小端位置外，在其他任何位置上都存在着向心拉力的分力，以利于磨石座与心轴1的接触，使运动保持平稳。由于拉杆5及拉杆盘7要随心轴旋转，所以在拉杆盘与拉杆轴之间，加了铜套以减少摩擦。另外，在拉杆盘7的左、右端面加了推力轴承9，以便拉杆盘灵活转动，有效地降低了对拉杆抗弯强度的要求。支座紧固在溜板上，珩磨时由溜板带动工件作轴向移动。