切入式滾子凸度超精原理及油石尺寸對超精效果的影響

-71)--7.T1--832M43-T54-切入式滾子凸度超精原理及油石尺寸對超精效果的影響作者：郭培銳劉旗高武正劉凱歌來源：《科技創(chuàng)新與應用》2020年第-71)--7.T1--832M43-T54-201I40079^019-*0.42-T03--J.&4-224-285-3,46-T07=-4W--S28-599-6.1U.2=]r-2113-ISS-126或8'TO-4211I-1.11A4270我左凸度(a>)右凸度凸度10.09457.852110.0546圖5超精后滾子的外徑凸度形狀及數(shù)值

表4油石寬度對超精的影響油石寬度表面粗糙度/^同平均值/um圓度（2-15）/ui：i平均值/mm/50.85,0.86,0.88,0.86,0.850.8520.69,0.66,0.68,0.67,0.660.676060.叫0.85,0.89,0.84,0.810.72,0.68,0.69,0.63,0.66080.84,Q.83,0.85,0.82,0.840.8380.5&0.59,0.55,0.56,0.590.57200.86,0.85.0.84,0.83,0,820.57,0.57,0.57,。.5&0.560100.79,0.85,0.84,0.83,0,810,8240.55,0,56,"55,0.54,0.550,5500.81,0.85,0.82,0.8&0.810.57,0.56t0.54,0.53,0.550表3油石位置和擺動角度參教設定支點位置/mm夾角/。支點位置/mm夾角尸000421.00.312.82.5530,00,526.51,5635.5L5312.00.539.22.5表2工藝循環(huán)參數(shù)設定循環(huán)1循環(huán)2循環(huán)3工件轉(zhuǎn)速(r/niin)220520910X軸振蕩頻率(r/min)1200500380油石壓力(N)10010050Y軸進給速度(mm/min)10001000300表1滾子技術(shù)參數(shù)單位冷E圓度錐度凸度形狀凸度值粗糙度0.81對數(shù)曲線8?120.1

01-現(xiàn)有油石夾具;02-輔助工裝;03-油石

圖4輔助工裝安裝示意圖圖3工藝參數(shù)輸入界面01-夾緊螺釘;02-卡爪;03-油石;04-壓緊銷；05-滾花螺釘

圖2油石夾持部位裝配圖02010205040301-油石夾具；02-夾緊裝置；03-導敘；04-滾花螺釘；05-滾子

圖1切入式浪子超精機加工示意圖摘；要：通過對SUPFINA公司的切入式滾子超精機RollerFlex778加工原理及油石夾具的結(jié)構(gòu)分析，在現(xiàn)有兩幅油石夾具只能安裝寬度為4mm和8mm油石的情況下，設計制作一種輔助工裝，保證油石裝夾的中心不變，擴展安裝更多不同寬度的油石，以滿足較大直徑滾子超精加工的需求。與此同時，利用窄油石的插補進給工藝參數(shù)來驗證油石尺寸對超精效果的影響，結(jié)果表明：油石寬度影響圓度、波紋度的改善，長度影響母線輪廓成形，高度影響超精穩(wěn)定性和加工效率。關(guān)鍵詞：切入式滾子超精機;油石夾具;尺寸;凸度;驗證中圖分類號：TH133.33文獻標志碼：A文章編號：2095-2945（2020）30-0104-04Abstract:Throughtheanalysisoftheprocessingprincipleofthein-feedrollersuperfinishingmachineRollerFlex778andthestructureoftheoilstoneclampofSUPFINACompanyinthecasethattheexistingtwooilstoneclampscanonlyinstall4mmand8mmoilstone,thispaperdesignsandmakesakindofauxiliarytoolingtoensurethatthecenteroftheoilstoneclampingremainsunchangedandexpandtheinstallationofmoreoilstonesofdifferentwidthstomeettheneedsofsuperfinishingoflargerdiameterrollers.Atthesametime，theinterpolationfeedprocessparametersofnarrowoilstoneareusedtoverifytheeffectofoilstonesizeonultra-precisioneffect.Theresultsshowthatthewidthofoilstoneaffectstheimprovementofroundnessandwaviness,andthelengthaffectstheformingofbusbarcontour，itsheightaffectssuper-precisionstabilityandprocessingefficiency.Keywords:in-feedrollersuperfinishingmachine;oilstoneclamp;size;convexity;verification超精研是滾子加工過程的最后一道工序，尤為關(guān)鍵。目前，滾子超精研的方式有兩種：切入式、貫穿式［1］。貫穿式是主要的，生產(chǎn)效率高，更適合大批量的普通精度產(chǎn)品，但導輥加工難度大，特別是圓錐滾子的對數(shù)曲線修形;切入式工裝相對簡單、易于調(diào)整、技術(shù)準備周期短，有較強的工藝性，但對設備各運動軸精度、同步控制精度以及油石裝夾工裝要求高。1切入式滾子超精機1.1設備配置圖1為SUPFINA公司生產(chǎn)的切入式滾子超精機加工部位示意圖，其基本特征是：滾子外徑依靠匹配的導輥實現(xiàn)外徑定位和驅(qū)動，大小端面依靠支承塊實現(xiàn)軸向定位。設備配置為雙工位多工步循環(huán)，每個工位的超精單元均配置水平數(shù)控軸X、垂直數(shù)控軸Y、旋轉(zhuǎn)數(shù)控軸C以及一個直線振蕩器;支承輥驅(qū)動、振蕩頻率、振蕩沖程、疊加沖程及油石夾具的旋轉(zhuǎn)角度（一定范圍內(nèi)）均可實現(xiàn)無級可變⑵。旋轉(zhuǎn)式油石夾具在設定參數(shù)下，分別以切入或疊加沖程方式完成自動加工，設備重復定位精度高，工件尺寸及形位公差精度一致性好。1.2油石夾具結(jié)構(gòu)分析油石夾持部位裝配圖如圖2所示，后端滑軌安裝在機床立柱，前端是夾緊裝置，卡爪的卡槽內(nèi)放置固定寬度油石，滾花螺釘雙向調(diào)節(jié)側(cè)面夾緊位置，兩側(cè)可同步放開與收緊，方便更換油石和保證油石中心位置與油石夾具位置始終不變，壓緊銷鎖緊油石以保證油石在工作時緊固牢靠。旋轉(zhuǎn)式油石夾具能夠隨數(shù)控旋轉(zhuǎn)軸C進行左右傾斜，為了精確控制滾子母線輪廓，需保證油石軸向中心線與滾子中心線對齊。本文分析的是采用窄油石，配合分段式插補進給循環(huán)，具備較大切削量能力，可加工復雜輪廓（如對數(shù)曲線輪廓）及較大凸度的滾子。2原理分析、問題提出及改進2.1凸度超精原理分析油石對超精質(zhì)量具有決定性的影響，夾持系統(tǒng)的慣性效應和包角效應構(gòu)成超精的成圓機理。慣性效應依靠油石夾具的穩(wěn)定性來保證油石在高頻振動階段保持切削角。包角是指油石與工件圓周方向接觸弧長所對的圓心角［3］，包角越大，對低次諧波修正越有效，利于改善圓度、波紋度等。超精過程依靠滾子和油石不同方向的運動疊加而實現(xiàn)。工件在X軸小間隙竄動，徑向旋轉(zhuǎn)通過調(diào)節(jié)導輥轉(zhuǎn)速來驅(qū)動，導輥中心距通過位置顯示器手動調(diào)節(jié)。每根軸配置有伺服電機驅(qū)動的線性振蕩器，數(shù)控垂直滑軌對Y軸徑向定位和修正，水平滑軌對X軸調(diào)節(jié)和修正，旋轉(zhuǎn)滑軌對油石夾具進行C軸調(diào)節(jié)和修正，配合完成輪廓的疊加。滾子正常精磨工序的母線輪廓為直線或微凸，如要達到成品要求的形狀及數(shù)值，需采用窄油石，將母線長度方向劃分為不同的區(qū)域，如圖3所示，在類型2中輸入X軸位置和C軸擺角。油石在C軸不同分段的傾斜角度，配合X軸往復運動的振幅、振蕩頻率及停留時間，決定了母線輪廓數(shù)值大小、多段圓弧過渡擬合的效果和表面粗糙度改善，Y軸進給速度及接觸壓力影響圓度改善。工件轉(zhuǎn)速、振蕩頻率、油石壓力和循環(huán)時間自動變換，由此達到必要的油石消耗，從而形成符合要求的滾子母線輪廓曲線。低轉(zhuǎn)速、高振蕩、高進給速度、高壓力的油石具有較大切削能力［4］，主要用于圖形實現(xiàn)，高轉(zhuǎn)速、低振蕩、低進給、低壓力主要用于粗糙度等形位公差改善。2.2油石夾具結(jié)構(gòu)改進目前夾具僅能安裝固定寬度（4mm/8mm）的油石，且工裝精度特別高，加工難度大，考慮在現(xiàn)有工裝基礎上進行改進，設計一種輔助工裝，實現(xiàn)裝夾寬度^8mm的油石，以適用更多產(chǎn)品。改進后的輔助工裝如圖4所示，利用現(xiàn)有油石夾具的卡槽定位鎖住輔助工裝，確保中心不偏移，選擇合適的油石尺寸來確定安裝孔，側(cè)面螺釘可調(diào)節(jié)固定油石高度。設計原則是“三心合一”：保證油石夾具的旋轉(zhuǎn)擺動中心基準面2、輔助工裝裝夾的油石沿滾子軸向的中心基準面1投影重合到滾子自身軸向中心線基準軸1上，確保超精過程不偏心，保證超精表面的完整性與復雜精確的母線輪廓。3油石尺寸對超精影響的工藝驗證選取某型號圓柱滾子？^26x46mm進行工藝試驗驗證，主要技術(shù)參數(shù)見表1。采用圖4中的類型2（支點），調(diào)整好兩支承導輥的開合間距，超精分為3個循環(huán)，主要工藝參數(shù)設定見表2、表3。3.1油石寬度依據(jù)經(jīng)驗[5]，控制油石包角約為55°,計算理論寬度為8mm。選取寬度6mm、8mm和10mm的3種油石，選10粒滾子/組（3組，凹穴內(nèi)編號）超精加工，超精前圓度為0.9pm，檢測結(jié)果見表4。表中可見：一定范圍內(nèi)，油石寬度對粗糙度的影響不大，越寬對圓度改善相對較為明顯，8mm和10mm的2-15波（疏波）差異不大，主要在15-500波（密波），但外觀合格率上，6mm的有效接觸圓弧周長偏小，圓周“不均勻”，10mm的接觸包角偏大，圓周局部“過超”，二者的外觀一致性上略差。3.2油石長度油石寬度設定為8mm，選取長度為8mm的油石進行超精加工，超精結(jié)果見圖6，上下圖形為圖紙要求的標準對數(shù)曲線的上下邊界。工藝參數(shù)的設定主要依據(jù)油石長度、滾子長度、凸度形狀和數(shù)值要求，旋轉(zhuǎn)油石加擺動角度大小和位置的匹配關(guān)系能夠保證圖5中1、2處的圓滑過渡。因此，按此工藝參數(shù)選取6mm/10mm等油石畏度必定會在1、2處出現(xiàn)尖點，整個圖形不完整。對于同一滾子，若要達到規(guī)定的圖形和凸度值，油石長度的選取并不唯一，但超精效率會有所差異。3.3油石高度一般來說，油石高度應小于寬度的兩倍。某種意義上來說，高度并不直接影響超精性能，但高度過大，油石與工件的接觸會產(chǎn)生不穩(wěn)定振動，從而破壞工件最終的表面質(zhì)量高度過小，就要頻繁裝卸油石，影響加工效率和質(zhì)量一致性。4結(jié)束語切入式滾子超精機不需要復雜的超精導輥，圓柱導輥具有通用性，圓錐導輥具備角度一致下的尺寸適應性，相對于貫穿式有獨特優(yōu)勢，適合小批量滾子的高精密加工。在現(xiàn)有工裝基礎上進行改進擴展尺寸適應性。對特定工件進行超精，必須系統(tǒng)考慮油石影響和工藝參數(shù)的正確匹配，才能達到預期的超精效果