加工中心磨削淬火件加工工艺探讨

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摘要:由于十字滑块零件体积较大，重量较重，无法进行回转磨削，因此十字滑块零件内端面磨削是加工的难点，根据现有生产条件，采用NC800卧式加工中心、选用合适的磨料、改进将砂轮和刀柄连接方式，以及磨削参加工工艺的改进与创新及磨削参数优化后来加工其内端面，通过小批量零件试加工，发现加工效果良好，加工的尺寸公差、形位公差要求及表面粗糙度要求均符合产品图纸要求。

关键词:十字滑块零件;内端面磨削;加工工艺;改进与创新

1十字滑块零件加工难点

随着煤矿行业机械化程度的迅速发展，乳化液泵站已成为煤矿设备的重要组成部分，十字滑块零件是乳化液泵的关键重要零部件。在乳化液泵工作过程中，十字滑块把曲柄连杆机构的旋转运动转化为柱塞的往复直线运动，承受着周期性变化的载荷是乳化液泵结构中容易发生故障的零部件之一。它的结构和性能很大程度上影响着乳化液泵的可靠性和寿命，因此，十字滑块零件的加工质量对乳化液泵的正常运行起着十分重要。十字滑块零件材料为马氏体不锈钢9Cr18，表面硬度较高，淬火后表面硬度达54～60HRC，滑块其加工难点为小端φ50mm深20mm内端面，该内端面是装配活塞的关键部位，垂直度要求为0．005mm、内壁同轴度0．012mm，表面粗糙度为0．2μm。由于端面及孔内壁有10mm槽，淬火后孔径存在较大变形，无法满足产品形位公差及表面粗糙度要求，需在热处理后进行精加工，才能满足其装配要求。

2改进前的工艺方案

2．1高硬度陶瓷刀片车削加工

选用数控车削中心配用高性能陶瓷刀片对底端面和孔内壁进行车削，经加工试切后，发现内孔不但有锥度，由于端面和孔内壁有10mm槽，刀片不适用于断续切削，刀片在加工到15mm的深度时刀尖已经磨损崩裂，加工的表面粗糙度很差，无法满足到图纸要求，证明用陶瓷刀片刀具不适合加工此零件。

2．2坐标磨床进行磨削加工

坐标磨床装夹灵活，可以做到零件固定加工，磨头工作，可以同时完成端面和内孔的精加工，较适用于此类零件的端面加工，决定改用坐标磨床进行磨削加工，但由于该零件高度超过机床的工作行程，也无法完成磨削加工。

3加工工艺的改进与创新

3．1设备及加工方法

因为滑块大端面与外圆没有较高的垂直度要求，在立式加工中心加工时，装夹定位精度较差、排屑不畅，如采用卧式加工中心就可以克服这些缺点，不仅装夹找正方便，靠冷却液的冲击能及时排出磨粒，借鉴坐标磨床的加工方法将砂轮装到刀柄上像刀具一样进行加工，用NC800卧式加工中心就可以完成十字滑块零件内端面的磨削。

3．2装夹方法

选用带V型架组合夹具，其中V型架夹持大外圆限制工件四个自由度，定位块限制工件1个自由度一共限制工件的五个自由度，这样装夹的优点是对中性好，重复定位精度高，X方向不受定位基准面直径误差的影响，而且零件装夹方便。

3．3刀具材料的选用

由于零件材料为马氏体不锈钢9Cr18，表面硬度较高，淬火后表面硬度达54～60HRC，因此磨削内壁时选用铬刚玉PA的平型砂轮，铬刚玉适用于磨削韧性好的钢件，精磨各种淬硬钢件，磨出的工件表面粗糙度比白刚玉的要好(见图3);磨削底端面时选用立方氮化硼CBN的碗形砂轮，立方氮化硼的磨轮主要用于磨削高硬度，高韧性的钢材，况且自身硬度就高，适合径向吃刀，效率也高(见图4)。

3．4形位公差的确定

在磨削加工时，拉正外圆母线，全长范围内表针变化为0．005㎜，用摆差表找正(见图5)，确定小圆中心为X、Y坐标，Z坐标取小圆外端面。在底面与内孔见光后用三坐标得出结论为:垂直度0．009mm，同轴度为φ0．046mm，表面粗糙度为0．53μm。检测基准都为大圆，检验结果说明这种方法具有可行性。3．4．1垂直度的保证磨削后的平面度对同轴度会有一定的影响，底面初次试加工时，选择径向吃刀量过大，会导致底面留有接刀痕，会影响到零件的垂直度要求。因此底面选择的加工方案为粗磨－精磨，这样可以保证其垂直度的要求。3．4．2同轴度的保证同轴度超差的原因有以下几种可能，(1)小圆和大圆不同轴造成的，要保证大圆与小圆的同轴度，必须大圆与小圆在磨床一次装夹同时加工完成，便可排除此种同轴度超差的可能性。(2)采用寻边器对刀与摆差表找正对刀的比较(见图6)，寻边器找完的零点与摆差表找正出的零点在机床X方向几乎不差，而在Y方向差了0．023mm，与三坐标检测结果的数值和方向是一致的。断定用寻边器找出的零点要比摆差表找正圆得到的零点准确。如果把Y方向的偏差消除以后，同轴度在大圆与小圆的同轴度好的情况之下，应该合格。发现这一问题后，考虑摆差表在卧式加工中心盘圆与立式加工中心盘圆可能存在不一样的地方，在立式加工中心使用时摆差表都向下朝一个方向，而在卧式加工中心摆差表在Y负方向失去支撑而存在低头现象，找出的X轴零点正确，在Y方向存在偏差。寻边器刚性比摆差表刚性强，在卧式加工中心找出的圆中心会更准确。

3．5磨削参数的优化及工艺方法的确定

采用此方法对后续滑块零件进行磨削加工时，磨削过程比较顺利，只是在个别零件粗磨内孔壁时，由于磨削深度太大，导致的内孔壁有烧黑现象，砂轮也有烧糊的现象(见图7)。通过调整磨削参数改善磨削条件来改进:(1)减小磨削深度，每次磨削深度控制0．01～0．02mm之间，这样还可以提高磨削表面粗糙度;(2)吃刀后增大进给速度f，以减少加工表面与砂轮的接触时间，防止吃到瞬间热量堆积，避免局部瞬间烧伤;(3)通过多次磨削发现保持高的进给速度有利于提高表面粗糙度，且磨削温升控制较好，最终确定进给速度控制在200～300m/min;(4)尽可能提高砂轮转速及磨削线速度，已适应较高的进给速度，现场所采用的NC800主轴极限转速高达7500r/min通过磨削试切，选定主轴转速为4500r/min，磨头运转平稳，机床主轴温度控制良好，未出现过热现象;(5)采用内外冷却液和风枪冷却，冲走从砂轮脱离的磨粒，可有效降低工件表面温度和砂轮温度，来避免烧伤;(6)及时修整砂轮，避免砂轮磨钝后，磨粒在加工表面挤压和摩擦起不了加工作用，而是磨削温度升高及表面粗糙度差的现象。采用以上方案优化磨削参数后，烧糊现象得以克服。通过不断的试磨和改进，最终确定工艺方法为:精磨底端面—粗磨内孔壁———精磨内孔壁，并进行小批量试加工。

4结论

通过加工中心的设备特性，选用合适的磨料、改进将砂轮和刀柄连接方式，以及磨削参加工工艺的改进与创新及磨削参数优化后，进行了小批量零件试加工，加工后送检验部门进行形位公差和表面粗糙度检验，检验结果如表1所示。可以看出磨削后表面加工质量均达到了图纸要求，磨削表面良好，满足了最终产品的装配要求，后续整机试车，工作稳定，泵体总成状态良好。通过在加工中心对十字滑块零件内端面磨削工艺的改进与创新后，证明这种方法的可行性，尺寸可得控制，效果比较明显，给加工带来了极大的方便，更快捷、高效。对于尺寸较大，需要磨削加工，而不能在磨床装夹加工的零件，可以尝试采用该方法，因此为类似零件的加工提供了新思路及方案。

参考文献:

［1］刘万菊．数控加工工艺及编程［M］．北京:机械工业出版社，2016.

［2］蔡光起．磨削技术现状与新进展．制造技术与机床［J］．2000，32(1):23-25.

［3］武友德，甯福贵．金属切削原理［M］．北京:机械工艺出版社，2019.

作者：陈雪 单位：包头职业技术学院 数控技术系