基于不同安裝主軸類型的珩磨系統(tǒng)的研究
肖飛來
摘要：本文從珩磨機(jī)床在國內(nèi)目前應(yīng)用情況談起，分析珩磨加工原理，基于兩種不同主軸的珩磨系統(tǒng)，根據(jù)各種零件的自身特點(diǎn)， 試圖找出某種內(nèi)在規(guī)律，以期為相關(guān)廠家在珩磨設(shè)備選型時提供一定的依據(jù)，達(dá)到節(jié)省選型時間和投資者的利益最大化。
關(guān)鍵詞：珩磨系統(tǒng) 選擇 立式珩磨系統(tǒng) 臥式珩磨系統(tǒng)
一 引言
世界上從事珩磨系統(tǒng)應(yīng)用于孔的加工的研究已有近百余年的歷史，發(fā)展到現(xiàn)在，世界上的珩磨機(jī)床有很多種,看起來差別很大，各種珩磨機(jī)床的種類不下幾百種。
著名的國外專業(yè)生產(chǎn)廠家有美國SUNNEN（善能）公司，德國GERHING（格林）公司與德國NAGEL（那格爾）公司，日本的AOBA（青葉）公司；附帶生產(chǎn)的有日本NISSON（日進(jìn)），F(xiàn)UJI（富士），三菱重工公司等十幾家。國內(nèi)較為出名的生產(chǎn)廠家有大河機(jī)床廠，北京第三機(jī)床廠，山東德州機(jī)床廠，大連機(jī)床廠，以及近幾年才崛起的生產(chǎn)小型臥式珩磨機(jī)床的浙江寧波海工集團(tuán)等20余廠家。
如此多的廠家，各種不同類型的產(chǎn)品對用戶而言是一個很好的選擇，同時也是一個很難的選擇：既有價格低廉的萬余元國產(chǎn)珩磨機(jī)床，又有上千萬元的進(jìn)口珩磨機(jī)床，比價差達(dá)到1000余倍。
二 國內(nèi)珩磨機(jī)床應(yīng)用情況及大致范圍
在10余年前，國內(nèi)珩磨工藝還沒有普遍應(yīng)用于機(jī)械零件加工時，絕大多數(shù)工廠選擇內(nèi)孔的加工方式主要是內(nèi)圓磨機(jī)床，只有在非用珩磨不可的零件加工時才用到珩磨機(jī)床。在機(jī)加工工藝員的眼中，內(nèi)圓磨機(jī)床的切削力大，效率高，工序成本低，且國產(chǎn)內(nèi)圓磨設(shè)備價格較為便宜；而珩磨工藝主要應(yīng)用于工藝圖紙必須要求珩磨的內(nèi)孔表面如發(fā)動機(jī)缸體等平臺網(wǎng)紋內(nèi)孔，其設(shè)備投資大，成本高，效率也慢。
近幾年，隨著中國摩托車行業(yè)的崛起，一大批專業(yè)摩托車缸體，連桿的配套廠家也隨之興起，大量進(jìn)口及國產(chǎn)珩磨機(jī)床的應(yīng)用帶動了相關(guān)行業(yè)的珩磨機(jī)床的運(yùn)用。如摩托車主動軸齒輪，在2年以前專業(yè)制造廠家基本上采用內(nèi)圓磨工藝磨兩級串聯(lián)孔，此工藝對內(nèi)圓磨的精度要求很高；由于該齒輪壁薄且壁厚不均勻，必須要有專門的夾具裝夾，在內(nèi)圓磨加工中容易引起齒輪齒圈徑向調(diào)動超差而造成零件報廢。有的廠家報廢率在30%以上，相當(dāng)驚人。而在采用臥式珩磨工藝后，由于不存在專用夾具，且由整條油石同時加工兩個串聯(lián)內(nèi)孔，所以不會造成任何調(diào)動度超差。經(jīng)過陜西秦川機(jī)械廠的運(yùn)用美國SUNNEN公司的MBC-1805機(jī)床加工后零件的合格率為100%，由此可見采用珩磨工藝的優(yōu)點(diǎn)。
珩磨工藝在國外的加工范圍是極其廣泛的，可以說所有的內(nèi)孔都可以運(yùn)用珩磨機(jī)床加工，因?yàn)殓衲ゼ庸ず唵蔚恼f能又快又好的實(shí)現(xiàn)孔的高精度；國內(nèi)主要適用于以下機(jī)械零件的內(nèi)孔加工：
汽車柴油車發(fā)動機(jī)本體缸體，分離缸套，連桿，萬向節(jié)，制動泵，變速箱內(nèi)各種齒輪，液壓挺桿，轉(zhuǎn)向器，軸套，油泵的三對偶件套筒以及油泵體等；
摩托車缸體，連桿，撥叉，主副軸齒輪，機(jī)油泵缸體軸承孔等；
縫紉機(jī)的種類很多的撥叉，連桿，以及各種材料的軸套等。
各種類型壓縮機(jī)的缸體，連桿，軸套等；
工程機(jī)械的各種油缸；液壓行業(yè)的各種閥體及油缸等；
模具行業(yè)的導(dǎo)套，精密噴嘴等；
微電機(jī)行業(yè)的定子，軸承等；
宇航工業(yè)的大多數(shù)有高精度內(nèi)孔的零件等；
三 珩磨加工原理
珩磨的工作原理：珩磨油石相對于被加工工件在要加工的孔內(nèi)即作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，又作直線往復(fù)運(yùn)動，同時，珩磨油石在內(nèi)孔內(nèi)作直徑方向的漲縮，從而達(dá)到珩磨出一定網(wǎng)紋角度的內(nèi)孔表面，得到相應(yīng)的內(nèi)孔幾何形狀精度（直線度，圓度，錐度）和表面粗糙度。簡單地說：珩磨運(yùn)動是三種運(yùn)動的合成。既然是相對運(yùn)動，根據(jù)數(shù)學(xué)的排列組合規(guī)律（C１２×C１２×C１１=4），就有肆種運(yùn)動方式，如下表：
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序號 |
運(yùn)動方式 |
使用機(jī)床類型 |
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1 |
油石旋轉(zhuǎn)，油石往復(fù)，油石漲縮運(yùn)動，工件既可剛性固定又能選擇浮動狀態(tài)，取決于珩磨軸的狀態(tài) |
各種立式珩磨機(jī)床通用，少數(shù)大型臥式機(jī)床使用 |
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2 |
油石旋轉(zhuǎn)，工件往復(fù)，油石漲縮運(yùn)動，工件處于相對浮動狀態(tài) |
小型臥式珩磨機(jī)床通用 |
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3 |
工件旋轉(zhuǎn)，油石往復(fù)，油石漲縮運(yùn)動，工件處于相對剛性狀態(tài) |
國內(nèi)一部分臥式珩磨機(jī)床所采用 |
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4 |
工件旋轉(zhuǎn)，工件往復(fù)，油石漲縮，工件處于相對浮動狀態(tài) |
一部分手動自制簡易珩磨設(shè)備采用 |
珩磨既然是三種運(yùn)動的合成，這樣就要求在運(yùn)動的過程中，工件或者裝夾油石的主軸必須有一個處于相對浮動狀態(tài)，否則會造成工件或裝夾油石的主軸損壞，這也是珩磨與內(nèi)圓磨最大的原理差別；內(nèi)圓磨工件必須夾緊，砂輪在孔內(nèi)做徑向漲縮，同時砂輪在孔內(nèi)作單一方向剛性運(yùn)動；這種差別就造成了珩磨與內(nèi)圓磨在加工后能提高的精度參數(shù)不一樣：
珩磨機(jī)床只能提高內(nèi)孔的幾何形狀精度：直線度，錐度，園度，表面粗糙度；珩磨后內(nèi)孔表面有一定角度的交叉網(wǎng)紋。
內(nèi)圓磨機(jī)床不僅能提高內(nèi)孔對端面的垂直度，對外圓的平行度等位置精度，還能提高內(nèi)孔本身的直線度，錐度，園度，表面粗糙度。內(nèi)圓磨加工后沒有交叉網(wǎng)紋，只有螺旋線或者累加同軸圓環(huán)。
從以上提高的精度參數(shù)來看，內(nèi)圓磨的優(yōu)點(diǎn)較明顯。實(shí)際使用情況卻相反，因?yàn)椋?/span>
1，一部分零件沒有位置精度要求，只需要內(nèi)孔的高精度。而內(nèi)圓磨機(jī)床加工內(nèi)孔的精度受很多因素影響，比如砂輪的質(zhì)量好壞，加工件材料的不同，機(jī)床本身的制造精度等。而珩磨機(jī)床受這些因素的影響較小，在同等條件下，珩磨加工所能達(dá)到的內(nèi)孔幾何形狀精度比內(nèi)圓磨要高。
2，有位置精度要求的絕大部分零件在內(nèi)圓磨或珩磨之前已經(jīng)由鏜孔或鉸孔或?qū)C(jī)等加工手段保證，只要在加工中不破壞此精度即可。此時，若運(yùn)用內(nèi)圓磨加工，則有夾具的制造精度誤差和二次定位裝夾的誤差而易引起加工后位置精度反而比加工前增大；采用珩磨工藝加工由于工件或主軸其中之一處于相對浮動狀態(tài)則絕對不會出現(xiàn)破壞位置精度的情況，在內(nèi)孔表面精度提高后，測量位置精度時都有一定的提高。也就是說珩磨加工如果不提高內(nèi)孔的形狀精度，則位置精度不會提高。摩托車初級主動齒輪和汽車行星齒輪的加工情況結(jié)果就證明了這個結(jié)論。采用珩磨工藝后，有的機(jī)加工廠家認(rèn)為珩磨工藝能相應(yīng)提高位置精度，原因也在此。
3，位置精度必須通過內(nèi)圓磨機(jī)床再提高的零件則無法通過珩磨機(jī)床加工，一般也只有進(jìn)口的高精度內(nèi)圓磨機(jī)床才能實(shí)現(xiàn)。此時珩磨機(jī)床則無任何優(yōu)點(diǎn)。
四 不同的珩磨系統(tǒng)
珩磨原理如上所述，但是世界上各機(jī)床制造廠家所制造生產(chǎn)的珩磨機(jī)床差別很大，根據(jù)不同的區(qū)分方法，有很多種系列的珩磨系統(tǒng)。經(jīng)過仔細(xì)研究后，發(fā)現(xiàn)珩磨機(jī)床從珩磨主軸的安裝方式可分為兩種：
1，立式珩磨系統(tǒng)
立式珩磨系統(tǒng)，其珩磨主軸是垂直于工作臺面的?？梢宰龀蓡晤^，雙頭及多頭：珩磨工位可以做成兩個，三個，四個及多個工位；主軸可以做成環(huán)形，也可以做成直線式排列；這樣，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)用戶的生產(chǎn)綱領(lǐng)選擇合適的主軸個數(shù)確定加工效率；而且，立式珩磨系統(tǒng)還可以增加在線測量工位和專用測量機(jī)構(gòu)，以剔除上道不合格零件及本道加工不合格零件，并予以報警記數(shù)和閉環(huán)反饋控制，保證加工零件的尺寸的一致性，降低尺寸公差的分散度。另外，立式珩磨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，有利于冷卻液系統(tǒng)快速帶走珩磨后的切屑微粒，能夠避免諸于臥式大切屑余量下易沾屑而造成珩不動及粗糙度下降的問題。
立式珩磨系統(tǒng)并不是完美無缺，存在有如下缺陷：
1）必須根據(jù)不同的零件設(shè)計不同的浮動夾具，夾具本身的設(shè)計結(jié)構(gòu)及精度都直接影響零件的加工精度，夾具的制造費(fèi)用較高，機(jī)床本身的制造成本也較高，機(jī)床的價格就很貴。如加工汽車發(fā)動機(jī)本體缸的超大型立式進(jìn)口珩磨機(jī)床，單機(jī)價格均在壹仟萬元以上。據(jù)《機(jī)械工業(yè)》報紙最近報道，大連機(jī)床廠已經(jīng)于今年研制成功此種立式珩磨加工機(jī)床。
2）立式珩磨機(jī)床由于受到廠房空間的限制以及本身占地面積較小的原因，不大可能加工超長零件如工程機(jī)械油缸等很長的零件。美國SUNNEN公司的GV-3標(biāo)準(zhǔn)立式珩磨機(jī)床最大加工的長度為1.0米，其他公司的普通立式珩磨機(jī)床加工長度也相差不多（特殊制造除外）。而實(shí)際上很多廠家的工件超過2米，甚至達(dá)到20米。此時大型臥式珩磨機(jī)床則有很大的優(yōu)勢。
2，臥式珩磨系統(tǒng)
其珩磨主軸是平行于工作臺面的。一般是設(shè)計成單頭的,在生產(chǎn)線上可以設(shè)計成直線式排列；臥式珩磨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單，又可分為小型臥式珩磨系統(tǒng)和大型臥式珩磨系統(tǒng)。
小型臥式珩磨系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是其制造成本較低，機(jī)床的價格便宜，如美國SUNNEN公司的MBC-1805等類型機(jī)床。對于大多數(shù)零件都可以用簡單通用的環(huán)握式夾具，沖程調(diào)整方便；小型臥式珩磨機(jī)床也可以做到最終加工尺寸的自動檢測與開環(huán)控制，其工具的調(diào)整及油石修整都比立式珩磨機(jī)床方便，操作簡單可靠。因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)及電氣控制部件簡單，所以臥式珩磨機(jī)床都較可靠，一般很少會出現(xiàn)故障。
小型臥式珩磨機(jī)床也有很多其自身的局限處：
1，加工的零件重量有限，一般不超過15公斤。
2，加工的孔徑越?。讖皆?---30mm之間）精度越高，孔徑太大（超過70mm）則精度不容易控制，而且尺寸分散度也很難保證在一定的范圍內(nèi)。
3，在加工很軟材料如鑄鐵和鋁類零件時，其停機(jī)方式容易造成孔內(nèi)劃傷。而立式珩磨機(jī)床則不會出現(xiàn)此種劃傷。
大型臥式珩磨系統(tǒng)如美國SUNNEN公司的HTH，HTB系列及國內(nèi)德州機(jī)床廠生產(chǎn)的大型臥式珩磨機(jī)床是專門為油缸類零件珩磨加工而設(shè)計生產(chǎn)的，其最大特點(diǎn)是可以加工超長工件，世界上目前加工最長的油缸長度可以達(dá)到20米左右。
五 結(jié)束語
對于大多數(shù)加工孔徑相同的同廠家生產(chǎn)的珩磨機(jī)床來說，無論立式還是臥式種類，其加工的精度都可以做到一致；對于絕大多數(shù)零件都能滿足其精度要求，而加工效率則不同的系統(tǒng)有很大的差別。至于機(jī)床價格，立式珩磨機(jī)床一般比臥式珩磨機(jī)床要高。汽車發(fā)動機(jī)本體缸則應(yīng)當(dāng)選用立式珩磨機(jī)床；而加工超過1.5米長度油缸則多數(shù)選擇臥式珩磨機(jī)床，除非采用其他加工方法如滾壓工藝等。對超高精度要求的零件如油泵油嘴行業(yè)的三對偶件(出油閥,柱塞套,噴油嘴偶件)的套筒內(nèi)孔精度（圓柱度在0.001以內(nèi)）而言，建議采用臥式珩磨系統(tǒng)作為立式超高精度珩磨系統(tǒng)的前道粗珩加工設(shè)備，然后在立式珩磨系統(tǒng)上作精珩，既節(jié)省投資，又能達(dá)到精度要求。
所以，機(jī)加工生產(chǎn)廠家在實(shí)際的選型中，必須根據(jù)本廠的生產(chǎn)綱領(lǐng)，精度要求，選擇合適的立式或臥式珩磨機(jī)床：并不是價格越貴的珩磨機(jī)床就是最合適的機(jī)床，也不是價格最便宜的機(jī)床就是最節(jié)省投資的機(jī)床。在設(shè)備的投資過程中，選型者要考慮到機(jī)床的整機(jī)價格，使用此機(jī)床加工的零件工序成本，后續(xù)機(jī)床服務(wù)的質(zhì)量，另配件及工具供應(yīng)的時間，機(jī)床的可靠性及使用壽命等一系列問題，從投資者利益最大化的角度選擇最合適的機(jī)床才是工廠購買的最好機(jī)床。
參考文獻(xiàn)
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2．肖飛來，解決偶件“早期磨損”問題之管見.無錫：內(nèi)燃機(jī)燃油噴射與控制，1999，3（52）
The Research in Honing System with Different Spindles
Shanghai Sunnen Mechanical Co., Ltd. Xiao Feilai
Abstract: The paper introduces several of honing machine and application in the machine work field. Analyze the principle of honing system, on the basis of the different installed spindles of honing system and characteristic of the all kinds of workpiece. It is helpful for customer to select suitable honing machine with high efficiently and low cost.
Key words: honing system, select, vertical honing system, horizontal honing system
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