成型磨削加工
出处：按学科分类—工业技术 江苏科学技术出版社《模具工实用技术手册第2版》第720页（6431字）
(一)精密平面磨床成型磨削
成型磨削是模具零件成型表面精加工的一种主要方法，具有精度高和生产效率高等优点。
模具零件的几何形状，一般都是由若干平面、斜面和圆柱面组成，即其轮廓由直线、斜线和圆弧等简单线条所组成。成型磨削的基本原理，就是把构成零件形状的复杂几何形线，分解成若干简单的直线、斜线和圆弧，然后进行分段磨削，使构成零件的几何形线互相连接圆滑、光整，达到图面的技术要求。
成型磨削可以在成型磨床、平面磨床、万能工具磨床和工具曲线磨床上进行。但采用平面磨床加附件，是用得比较广泛的一种成型磨削。常用平面磨床国内的有MM7112、MM7120A，国外的有618、818等。其精度要求是：砂轮轴的轴向圆跳动≤0．005mm；砂轮轴中心线对工作台的平行度，在200mm测量长度上应小于0．01mm；砂轮轴定心锥面的圆跳动≤0．005mm。台面纵向液压速度2m／min～24m／min。
常用的成型磨削有两种方法：
(1)成型砂轮磨削法
即利用砂轮修整工具，将砂轮修整成与工件形面相吻合的相反面，然后用此砂轮磨削工件，获得所需要的形状与尺寸。
(2)夹具磨削法
即将工件装在成型磨削夹具上，在加工过程中，利用夹具使工件按要求倾斜角度或回转，磨出成型面。
在模具零件制造中，上述两种方法可以综合使用。
1．成型磨削时砂轮的选择(表5．5－15)
表5．5－15 成型磨削时砂轮的选择
2．成型砂轮的修整
在模具成型磨削加工中，普遍采用金刚石笔修整成型砂轮。图5．5－7为卧式砂轮圆弧修整夹具，可修整各种半径的凸凹圆弧面，正弦分度盘可随主轴一起转动，可控制回转角度。旋转螺杆可使支架沿滑板上下移动，可调整金刚石刀尖至工具回转中心的距离。当金刚石刀尖低于夹具的旋转中心线时，砂轮被修整成凸圆弧；高于夹具的旋转中心线时，砂轮被修整成凹圆弧。卧式砂轮圆弧修整夹具的使用方法见表5．5－16，典型圆弧修整方法见表5．5－17。
图5．5－7 卧式砂轮圆弧修整夹具
表5．5－16 卧式砂轮圆弧修整夹具使用方法
表5．5－17 典型圆弧的修整方法
砂轮也可以用挤压法修整，挤压法是利用型面尺寸与产品零件尺寸相同的挤轮来修整成型砂轮，挤轮一般用高碳工具钢或合金工具钢制造，并淬硬至63HRC～65HRC，将挤轮安装在挤砂轮夹具上，砂轮与挤轮接触，并相对运动进行跑合，使砂轮的磨粒和结合剂不断破裂和剥落，而将砂轮挤成所需形状。
3．成型磨削典型工艺(表5．5－18)
表5．5－18 成型磨削典型工艺
4．用夹具磨削
将工件安装在夹具上，利用夹具改变工件与砂轮的相对位置进行磨削，砂轮不用修整成一定形状。常用的夹具有精密平口钳、正弦精密平口钳、正弦磁力台(即用磁力吸盘代替平口钳装夹工件)、导磁铁(用于延伸磁力工作台的磁力线，使之能吸牢带台肩或带角度的工件)、万能夹具。
图5．5－8所示为万能夹具的结构，它主要由装夹部分、回转部分、十字滑板和分度部分组成。
图5．5－8 万能夹具
工件通过夹具和螺钉与转盘连接，用手轮转动蜗杆，通过蜗轮带动主轴和分度盘旋转，这样工件也就绕夹具中心旋转。
分度部分控制夹具的回转角度。正弦分度盘上有刻度，当对工件回转角度要求不高时，可通过角度游标直接读出转过的角度数值。回转角度要求精确时，可用分度盘上四个正弦圆柱和基准板之间垫块规的方法来控制夹具回转角度，其精度可达10″～30″。
由纵滑板和横滑板组成的十字滑板，与四个正弦圆柱的中心连线准确重合。旋转丝杠1和丝杠2，可使工件在互相垂直的两个方向上移动。
图5．5－9为万能夹具装夹工件的方法。图(a)为精密平口钳用螺钉固装在万能夹具的转盘上。图(b)为用小型磁力台装夹工件，工件必须以平面定位，适于磨削小而薄的工件、非封闭形的工件。图(c)为工件上预制装夹用的螺孔，工件用螺钉、等高垫柱固装在转盘上，用以磨削较大的封闭形工件，垫柱一般用1根～4根，长度为70mm～90mm。
图5．5－9 万能夹具装夹工件的方法
(二)光学曲线磨床磨削
1．光学曲线磨床
(1)机床
光学曲线磨床结构如图5．5－10所示，工件固定在坐标工作台上，可以做纵向和横向运动，而且可以在一定范围内做升降运动。砂轮做旋转运动的同时，在砂轮架的垂直导轨上做自动直线往复运动。此外，砂轮架还可做纵向和横向的送进(手动)，及绕垂直轴转动和沿弧形导轨绕水平轴转动。
图5．5－10 光学曲线磨床
光屏上有工件的放大图，把加工件和砂轮的外形也放大到光屏上，将工件的投影与放大图做直接对比而同时进行磨削，直到工件符合放大图所示的形状为止。只要放大图绘得准确，砂轮的磨损影响小，就能获得较高的精度。磨削表面粗糙度可达Ra0．4μm～0．2μm。
(2)光学曲线磨床主要技术规格
光学曲线磨床主要技术规格见表5．5－19。
表5．5－19 光学曲线磨床主要技术规格 (mm)
2．放大图的绘制
根据零件形状选定分割面(放大图的基面)与放大倍数，原则上按实际磨削方向从左向右分段绘制，每段最长不超过9mm(放大倍数为50时)，分段线最好选择在有规则的线段上，并按顺序标记符号。图5．5－11为分段绘制放大图，上图工件采用平移法，画放大图时各线均以一基线(中心线和拼模线)为准，移动时基线位置不变，工作台单向横移，此法用于横向超过投影范围的工件。下图工件采用位移法，画放大图时各线段均以一基点作为起点，此法用于纵向、横向均超过投影范围的工件。
(a)零件图
(b)分段图
(c)放大图
图5．5－11 分段绘制放大图
3．工件的装夹和定位
由于光学曲线磨床磨削的工件一般尺寸很小，故工件是先用各种装夹工具装夹，然后再将装夹工具固定在工作台上。
工件定位找正的步骤为：
①将放大图的十字中心线对准机床光屏面上的中心标记，这样即表示放大图的十字中心线已与机床工作面的纵横向平行。
②将装夹工具的测量棱边对准放大图的十字中心线或拼模线。
③分段磨削时的定位见图5．5－12，首先使工件的拼合面b对准放大图拼合线b′，然后移动工作台使工件外形基面a对准放大图上a′中心线，再用工件图上A的块规垫入机床纵向工作台，控制机床的纵向移动距离，工件即被定位。
图5．5－12 分段磨削工件的定位找正
④当工件尺寸很小、能在一次投影中磨完全部型面时，将工件外形对准放大图基准线进行定位。
4．砂轮的选择
光学曲线磨床磨削的特点是以逐点磨削的方式加工工件，因此砂轮的磨削接触面小，磨削点的磨粒易脱落，所以选用的砂轮应比用平面磨床所用的成型砂轮硬1～2小级，常见的砂轮形状见表5．5－20。
表5．5－20 常用砂轮形状
5．磨削实例(表5．5－21)
表5．5－21 磨削实例
(三)坐标磨床磨削
1．常用的坐标磨床
MG2932B为常用的单立柱坐标磨床。它适用于磨削具有高精度坐标孔距要求，并经淬火的直孔、锥孔及型腔，利用分度圆台、槽磨头等附件可以磨削直线与圆弧、圆弧与圆弧相切的内外轮廓、键槽、方孔等。
G－18CNCCP－3为常用的连续轨迹数控坐标磨床。它采用最新的微处理机技术，具有存贮和编辑能力，加工效率高，轮廓曲线接点处精度高，凸凹模配合间隙可达0．002mm左右，且间隙均匀。
坐标磨床的磨削机构有三个运动，即砂轮的高速自转；主轴旋转运动(带动高速磨头做行星运动)；主轴套筒做上下往复运动(如图5．5－13所示)。
图5．5－13 磨削机构的三个运动
常用坐标磨床的主要技术规格见表5．5－22。
表5．5－22 坐标磨床的主要技术规格
2．坐标磨床基本参数的选择
(1)主轴往复运动行程的选择见表5．5－23。
表5．5－23 主轴往复运动行程的选择
(2)行星转速的选择见表5．5－24。
表5．5－24 行星转速选择(参考值)
(3)砂轮的选择见表5．5－25。
表5．5－25 砂轮的选择
3．坐标磨床的基本磨削方法(表5．5－26)
表5．5－26 坐标磨床的基本磨削方法
4．坐标磨床的机械特点及应用范围
坐标磨床又分单柱型坐标磨床和双柱型坐标磨床两种类型。连续轨迹数控坐标磨床也有三坐标(X、Y、C轴即CP－3)和四坐标(X、Y、C轴及受控转台A轴即CP－4)两种类型。
单柱型坐标磨床工作台面较小，如表5．5－22中MG2932B型为600×320(mm)，G－18CNC CP－3型为600×280(mm)，只适合加工中小型工件。
其定位精度(任意30mm内)为0．002mm。
双柱固定桥式大型坐标磨床一般工作台面积为1200mm×600mm，适用于加工大型工件。
双柱型定位精度(任意30mm内)为0．003mm。
5．砂轮的修整
普通磨料砂轮的修整，有手工整形修整和金刚石夹具的精修整两种。
(1)手工整形修整
用手持碳化硅块或立方氮化硼块，将砂轮粗修成图5．5－14(A)、(B)、(C)的形状。修整时，将砂轮转速调整至正常磨削转速的一半左右，以防止修整时产生震动。
图5．5－14 粗修砂轮
(2)精修整
精修整是用装有金刚石笔的修整夹具进行修整，如图5．5－15所示。
图5．5－15 精修砂轮夹具
精修整进给量可按砂轮直径与芯轴直径确定，一般修整进给量为0．005mm，进给量大于0．015mm时就可能使金刚石的切削刃破损。所以一般先用低速修整，进给量为0．005mm，然后逐步提高转速直到正常的磨削速度，进给量为0．0025mm。要注意在整形修整时，砂轮径向受力较大，对于直径较小的芯轴容易产生弹性变形。因此，在开始修整时要尽量缩短芯轴的夹持长度，待到精修时再将芯轴按磨削安全长度夹持进行精修整。
6．坐标磨削实例介绍
用手动坐标磨床与数控连续轨迹坐标磨床，对同一工件磨削的工艺方法比较见表5．5－27。
表5．5－27 坐标磨床磨削工艺方法