涂附磨具网

       目前，对单件小批量细长轴、 大尺寸和重型零件的精加工缺乏相应的精加工机床，特别是中小型企业，因资金有限，不可能为此专门购置相应的精加工机床，所以笔者建议采用砂带磨削技术改造普通车床，实现普通机床加工高质量零件。

       1　砂带磨削原理和特点

       砂带是一种由磨料、 柔软基体和粘结剂制成的带状磨具，其切削功能主要由粘附在柔软基体上的磨粒来完成[1]。砂带磨削则是根据工件的几何形状，用相应的接触方式使砂带与工件表面相接触，并产生相对摩擦，从而进行磨削和抛光的一种冷态磨削方式。开式和闭式砂带的磨削原理和装置简图分别如图1，图2 所示。

       开式砂带磨削采用成卷的砂带，电机经减速机构带动收带轮作极缓慢的转动，带动砂带作缓慢的移动。砂带由接触轮压向工件，通过工件作高速回转实现对工件表面的磨削加工。由于砂带缓慢的移动，磨粒不断投入磨削，磨削效果一致性好，所以，多用于精密和超精密加工。

       闭式砂带磨削采用环形砂带，通过接触轮与张紧轮张紧，由电机传动主动轮带动砂带作高速回转，同时工件作回转运动，砂带头架作纵向及横向进给，实现对工件的磨削加工。砂带磨损后更换新砂带。闭式砂带磨削由于砂带高速回转易发热且噪声大，所以磨削质量不及开式砂带磨削方式;但闭式砂带磨削效率高，适宜粗加工、 半精加工及精加工。

       砂带磨削具有以下主要特点：

       (1) 与砂轮磨削相比，它是用砂带作为磨削工具，而砂带一般只有一层磨粒，加工中无需修磨，在磨粒钝化后只需将其更换便可。这不仅使设备简单、 操作方便，而且更能保证高的生产率。

       (2) 砂带磨削所使用的砂带是一种涂附磨具，采用静电植砂方式制作，利用高压静电吸附原理，使经过精选的磨粒能按自身长轴方向定向排列，且分布均匀，因而其等高性好。磨粒锋刃朝外，较之砂轮具有较好的容屑和排屑条件，从而可长时间地保证高的工效及稳定的加工质量。

       (3) 砂带磨削属弹性磨削，与砂轮磨削相比，其径向抗力小，磨削温度低，所以工件不易变形，表面不易出现过烧、 裂纹等缺陷，具有较好的表面质量。

       (4) 从经济效益来说，与砂轮磨削相比较，砂带磨削装置结构简单、 制造容易、 设备价格低，特别是利用前一工序的现有设备加上砂带磨削装置，对工件进行磨削和抛光加工，不仅节省了设备购置费用，而且节省了大量的工件搬运、 装夹和调整工时，因此砂带磨削工艺具有明显的经济效益。

       2　砂带磨削装置

       为了对上述原理进行实验论证和研究，笔者设计了一个砂带磨头(见图 1，图 2)，将其装夹在 CM6125 车床的横拖板上，可以随车床横拖板作纵向和横向进给运动，很好地解决了细长轴磨削加工问题，其车床上的布置如图 3 所示。
       该装置的显著特点是集开式磨削与闭式磨削于一体，可根据加工需要自由地选用这两种磨削方式之一。开式砂带磨削装置(见图 1)由电机、 减速器、 放带轮、 收带轮和接触轮组成，可实现开式砂带磨削;闭式砂带磨削装置是在开式砂带磨削的基础上，拆掉减速系统、 收带轮和放带轮，然后将电机水平转 90°，在其输出轴上装一主动轮，再增加一个张紧轮，用来张紧砂带，由主动轮、 张紧轮和接触轮构成闭式砂带磨削装置(见图 2)。两种磨削方式各有优点：开式砂带磨削时砂带一次性使用，砂带由收带轮带动连续缓慢地运动，使切削部位的砂粒一直保持新鲜锋利，可使工件各不同部位的表面质量均匀一致，但 Ra 值稍大;而闭式砂带磨削时，砂带高速旋转，循环使用，随着磨削时间的增加，砂带磨粒磨损导致加工表面质量均匀一致性差，但具有一定的抛光作用，Ra 值小。

       在该装置中，砂带接触轮系统是核心结构。接触轮在砂带磨削中不仅要支承砂带，承受磨削压力，有时还兼作驱动轮传递动力和运动，其设计制造精度及运动精度都会通过砂带影响加工质量、 效率及工作可靠性，因此接触轮系统的设计极为重要。接触轮采用光滑型接触轮，其外表面是一层橡胶，可采用热补法或其它方法将其固定在轮毂上，使其牢固地成为一体。根据工件精度和表面粗糙度的不同要求，选择不同硬度的橡胶材料。

       另外，在砂带磨削中，接触轮与工件以直线形式接触进行磨削和抛光。当接触轮与工件轴线不平行时不仅会导致加工误差，降低砂带的利用率，同时容易产生砂带跑偏现象，因此作者将接触轮系统设计为两个方向可调偏结构(见图 4)。当旋转微调螺钉副 5 时，接触轮轴 2 可在 XOZ 面内摆动，实现该方向调偏;当旋转接触轮支架 6 下的一对球头螺钉 1 时，可使支架 6 绕螺栓 7 在 XOY 面摆动，实现该方向调偏。
       3　砂带磨削实验和效果

       在 CM6125 车床的横拖板上装夹砂带磨削装置，对直径 (10～50) mm，长径比 7～20 的细长轴进行砂带磨削。首先利用 CM6125 车床对工件进行粗车、 半精车和精车，然后用砂带磨头进行磨削加工，降低表面粗糙度，提高加工精度。工件装夹是通过前后顶尖来实现的，前顶尖采用死顶尖由拨盘带动，尾顶尖采用活顶尖。

       实验方案采用正交实验[5]和单因素对比实验。正交实验中以影响工件表面粗糙度值最大的因素即工件转速、 纵向进给度和磨削深度 3 个参数作为正交试验的 3 个因素，因素水平如表 1 所示。为了在更多的磨削条件下选择较好的磨削工艺参数，安排了 9 组正交试验，采用 L9(34)表头设计安排实验。表 2 为 L9(34) 正交表及数据处理，表 3 为方差分析。


       正交实验综合考察了磨削用量对磨削加工表面粗糙度的影响，单因素对比实验则分别考察了不同砂带速度、 纵向进给速度、 工件转速、 磨削深度、 接触轮硬度等对砂带磨削表面粗糙度的影响。实验时，当考察某因素的影响时，就改变该因素水平，而将其它因素的水平固定。

       实验结果：

       (1) 正交实验中[2]，所考察的 3 个影响表面粗糙度的因素中，纵向进给量 (f) 的影响最大，工件转速 (nW) 次之，设定切深 (ap) 影响最小;

       (2) 合理的开式磨削参数为[2]：nW=1 000 r/min，nS=3 r/min(砂带转速)，ap=0.07 mm，f=0.02 mm/r;

       (3)合理的闭式磨削参数为[2]：nW=250 r/min，nS=300 r/min，ap=0.07 mm，f=0.2 mm/r;

       (4)该工艺达到的技术指标为[3，4]：表面粗糙度 Ra(0.32～0.68) μm，尺寸精度 IT5～IT7，圆度 (5～7) 级。

       4　结　论

       实验证明，普通车床装夹砂带磨削装置，用于磨削细长轴类零件，可以降低表面粗糙度，提高加工精度，尤其在降低表面粗糙度方面效果更加明显。同时，由于用较低的资金投入加工出了高质量的工件，因而该工艺具有明显的经济效益。这种尝试为改造普通车床、 拓宽其用途取得了有益的经验，并提供了一种有效的途径。

       李虹(1966-)，女，讲师，硕士。从事专业：机械制造。

       李虹(华北工学院 机械工程系，山西 太原 030051)

       田宝俊(华北工学院 机械工程系，山西 太原 030051)

       边秋梅(华北工学院 机械工程系，山西 太原 030051)

       参考文献：

       [1]　李伯民. 实用磨削技术

       [2]　李虹. 细长轴砂带磨抛工艺研究

       [3]　李虹. 砂带磨抛细长轴精度研究

       [4]　李虹. 细长轴砂带磨抛表面粗糙度研究

       [5]　杨惠莲. 误差理论与实验设计