機(jī)械研磨方法是當(dāng)前國內(nèi)外刃磨硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片上、下端平面(以下簡稱合金刀片平面)的一種主要方法。尤其是可轉(zhuǎn)位銑刀片和用于加工中心、數(shù)控機(jī)床、自動線上的較精密級可轉(zhuǎn)位刀片，我國大多數(shù)工廠是采用研磨法來加工其上、下平的。研磨刀片平面，通常是在平面研磨機(jī)上進(jìn)行的。刀片平面的研磨質(zhì)量好壞和生產(chǎn)率高低，研磨盤磨損均勻性、隔離盤磨損程度，很難由操作人員隨意加以控制，但卻與研磨機(jī)的研磨運(yùn)動和運(yùn)動軌跡有著密切關(guān)系，并與研磨運(yùn)動參數(shù)合理選擇關(guān)系很大。該文就平面研磨機(jī)研磨運(yùn)動參數(shù)的內(nèi)涵、對研磨表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的影響、研磨執(zhí)行機(jī)械的運(yùn)動參數(shù)計(jì)算以及新設(shè)計(jì)的平面研磨機(jī)運(yùn)動參數(shù)的選定等方面，提出自己的看法。

　　1 平面研磨機(jī)的主要運(yùn)動參數(shù)

　　當(dāng)前,國內(nèi)外刃磨合金刀片平面的研磨機(jī),從運(yùn)動情況來看,基本上分兩大類:一類是隔離盤作行星運(yùn)動的,一類是隔離盤作偏心運(yùn)動的,前者稱為行星式研磨機(jī),后者稱為偏心式研磨機(jī)。根據(jù)國外資料,行星式平面研磨機(jī)的主要運(yùn)動參數(shù)是:

　　(1)工件相對于研磨盤運(yùn)動的平均速度V;

　　(2)速度周期變換系數(shù)λ,它表示最大速度Vmax與最小速度Vmin之比,即λ=Vmax/Vmin;

　　(3)切向加速度α。

　　V、λ、α這三個(gè)運(yùn)動參數(shù)對被研磨刀片平面的表面加工質(zhì)量(如表面粗糙度、平面度、兩端面平行度等),研磨生產(chǎn)率、研磨盤磨損均勻性等有很大影響。據(jù)有關(guān)資料介紹,當(dāng)速度作周期性變換時(shí),材料總切除量和瞬時(shí)生產(chǎn)率要比不變換時(shí)來得大。例如,為了提高研磨生產(chǎn)率,粗研鋼件時(shí)取λ=5～10,精研時(shí)取λ=1。粗研硅件時(shí)取λ=2～4,V=40～70m/min,精研硅件時(shí)取λ=1～1.3,V=100～180m/min。被研磨表面質(zhì)量較好,生產(chǎn)率也高。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明,在行星式研磨機(jī)上,采用金剛石研磨料研磨合金刀片平面,粗研時(shí)取V=40～60m/min,λ=2～3;精研時(shí)取V=100～120m/min,λ=1.1～1.5時(shí),其研磨質(zhì)量和生產(chǎn)率均較滿意。由于V、λ、α三個(gè)參數(shù)影響被研磨刀片平面的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率,因此,新設(shè)計(jì)平面研磨機(jī)應(yīng)以這三個(gè)運(yùn)動參數(shù)為主要依據(jù)。

　　2 行星式平面研磨機(jī)運(yùn)動參數(shù)的分析和計(jì)算

　　隔離盤作行星運(yùn)動的平面研磨機(jī)為三種類型,一是上、下研磨盤固定不動,研磨運(yùn)動完全由隔離盤的行星運(yùn)動來完成;二是上、下研磨盤旋轉(zhuǎn),隔離盤作行星運(yùn)動;三是下研磨盤旋轉(zhuǎn),上研磨盤只浮動,隔離盤作行星運(yùn)動。應(yīng)用最廣的是第二種,因此,這里只分析計(jì)算第二種行星式研磨機(jī)的運(yùn)動和運(yùn)動參數(shù)。

　　上、下研磨盤旋轉(zhuǎn)、隔離盤作行星運(yùn)動的雙端面研磨機(jī)的工作原理。行星執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括中心輪(或內(nèi)銷子盤)1和內(nèi)齒輪(外銷子盤)3,其轉(zhuǎn)速分別為n1和n3;隔離盤(行星輪)2同時(shí)與中心輪1外嚙合,與內(nèi)齒輪3內(nèi)嚙合;隔離盤(行星輪)2一邊繞軸線自轉(zhuǎn),同時(shí)又繞中心輪作公轉(zhuǎn)運(yùn)動,合金刀片6分別放置在隔離盤2的分離孔中,由研磨盤4和5來研磨加工,研磨盤的轉(zhuǎn)速分別為n4和n5;設(shè)想系桿7的轉(zhuǎn)速為n7,則行星輪(隔離盤)2和假想系桿7相對于下研磨盤5的轉(zhuǎn)速為：

　　n25=n2-n5=n35[1-i13(z1/z3)]/1-z1/z3 (1)

　　n75=n7-n5=n35[1+i13(z1/z3)]/1+z1/z3 (2)

　　其中,n35=n3-n5;i13(n1-n3)/(n3-n5);z1,z3—齒輪1和齒輪3的齒數(shù)。n25,n75是確定V、λ、α的基本數(shù)據(jù)。

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　　設(shè)在被研磨合金刀片上任取一點(diǎn)C,則C點(diǎn)相對于下研磨盤的運(yùn)動速度在Vmax=VB+VCB與Vmin=VB-VCB之間變化(其中VB為B點(diǎn)速度,VCB為C點(diǎn)相對于B點(diǎn)的速度)。C點(diǎn)每一周期實(shí)際平均速度可按公式V=Lc/Tc來計(jì)算(其中Lc為C點(diǎn)每一運(yùn)動周期的軌跡長度,Tc為周期)。C點(diǎn)實(shí)際平均速度V與B點(diǎn)速度VB稍有不同,可按下式近似計(jì)算:

　　V≈VB=Vmax+Vmin/2=2πr7n75 (3)

　　式中r7—假想系桿7的半徑,即r7=OB,

　　n75—系桿7相對于下研磨盤5的轉(zhuǎn)速,可由(2)式求到。

　　速度周期變換系數(shù)λ可按下式計(jì)算:

　　λ=Vmax/Vmin=1+|i27|•rc/r7/1-|i27|•rc/r7 (4)

　　式中,rc—C點(diǎn)相對B點(diǎn)的半徑,即rc=CB;

　　i27=(n2-n5)/(n7-n5)

　　i27—行星隔離盤上C點(diǎn)相對于下研磨盤5的傳動比。C點(diǎn)相對于研磨盤5的軌跡形狀,可由傳動比i27來確定,當(dāng)i27<0時(shí),C點(diǎn)運(yùn)動軌跡呈內(nèi)擺線;當(dāng)01時(shí)呈外擺線。根據(jù)(4)式可計(jì)算出國內(nèi)幾種型號平面研磨機(jī)的λ值與傳動比|i27|,繪成曲線關(guān)系?？梢愿鶕?jù)此圖由已知λ值來選定i27值。

　　中心輪(內(nèi)銷子盤)1和內(nèi)齒輪(外銷子盤)3相對于下研磨盤5的傳動i15的計(jì)算如下:中心輪1與內(nèi)齒輪3的傳動比i13可由(1)式和(2)式求得為:

　　i13=(1+z3/z1)+(1-z3/z1)i27/(1+z1/z3)+(1-z1/z3)i27

　　當(dāng)平面研磨機(jī)內(nèi)齒輪(外銷子盤)3固定不動時(shí),即n3=0,這時(shí)得出:

　　i15=n1/n5=1-i13=(1-i27)(z1/z3-z3/z1)/(1+z1/z3)(1-z1/z3)i27 (5)

　　式中i15—中心輪1相對于研磨盤5傳動比。根據(jù)(5)式計(jì)算出三種平面研磨機(jī)i27和i15的關(guān)系,繪成曲線。只要知道i27就可利用此圖查出i15之值。

　　當(dāng)傳動比i15確定后,就可選定中心輪和下研磨盤的轉(zhuǎn)速n1和n5。而n1和n5必須保證給定的V值;當(dāng)速度V值知道后,可通上(3)式求得:

　　n75=V/2πr7

　　若內(nèi)齒輪(外銷子盤)3固定不動,即n3=0時(shí),則n35=n3-n5=-n5,i13=1-i15,則上(1)式變?yōu)?n5=-n35=-n75(1+z1/z3)/1+(1-i15)z1/z3 (6)

　　按公式(6)計(jì)算出幾個(gè)n5值,應(yīng)根據(jù)需要選擇n5值以及相應(yīng)的n1值(n1=n5•i15)。若平面研磨機(jī)的上、下研磨盤固定不動,研磨運(yùn)動完全由行星隔離盤的行星運(yùn)動來完成(第一種),這時(shí)n5=0時(shí),

　　n3≠0,則算出i13和n75值后,再按下式求出n3:n35=n3-n5

　　n3=n35+n5=n75(1+z1/z3)/1+i13(z1/z3) (7)

　　最后再求出n1值(n1=n3•i13)。

　　3 新設(shè)計(jì)的平面研磨機(jī)主要運(yùn)動參數(shù)的選定

　　3.1 運(yùn)動及運(yùn)動軌跡

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,新設(shè)計(jì)的平面研磨機(jī)的研磨運(yùn)動和運(yùn)動軌跡必須滿足以下要求:第一,合金刀片平面相對于研磨盤的運(yùn)動方向應(yīng)不斷變化,這樣才可避免有紋磨削;第二,應(yīng)當(dāng)使刀片上每點(diǎn)相對于研磨盤上的研磨路程相等,以保證刀片上研磨去相同的余量,保持刀片平面的平面度和兩端平面的平行度,并使研磨盤工作面磨損均勻;第三,為了適應(yīng)粗、精研磨,要求研磨速度V和速度周期變換系數(shù)λ能進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)以上三條要求,新設(shè)計(jì)的研磨機(jī),其工作原理,它有以下特點(diǎn):

　　(1)它只有下研磨盤5,其旋轉(zhuǎn)方向與中心齒輪1相反,而與隔離盤2的旋轉(zhuǎn)方向相同,只要改變下研磨盤轉(zhuǎn)速n5與隔離盤轉(zhuǎn)速n2,就可得到不同的周期變換系數(shù)λ,能在一臺研磨機(jī)上進(jìn)行粗研和研。

　　(2)被研磨刀片6放置在隔離盤內(nèi)隔板3中,隔離盤由壓盤4定位,中心齒輪1帶動旋轉(zhuǎn),這4個(gè)隔離盤只繞壓盤軸線自轉(zhuǎn),不作轉(zhuǎn)。

　　(3)壓盤4由液壓缸活塞單獨(dú)控制,并給合金刀片一定研磨壓力,只要液壓缸活塞帶著壓盤往上提,隔離盤可單獨(dú)推出,便于刀片裝卸或檢測。

　　(4)經(jīng)分析計(jì)算,此研磨機(jī)隔離盤內(nèi)刀片上任一點(diǎn)C的運(yùn)動軌跡是變態(tài)外擺線或稱為短幅外擺線。據(jù)國外有關(guān)資料介紹,外擺線、內(nèi)擺線運(yùn)動軌跡,其研磨行程同一性較好,運(yùn)動平穩(wěn),工件能較好地走遍整個(gè)研磨盤表面。運(yùn)動軌跡呈擺線是該研磨機(jī)重要特點(diǎn)。

　　3.2 速度V和研磨盤轉(zhuǎn)速n5的選定

　　根據(jù)需要,研磨機(jī)確定研磨盤外徑D=<500mm,內(nèi)徑d=<170mm,經(jīng)過長時(shí)間的研究、分析計(jì)算,V值取:50～120m/min較滿意,當(dāng)V=50m/min時(shí),n5min=48.25r/min;V=120m/min時(shí),n5max=115.8r/min。為了簡化傳動裝置,研磨機(jī)采用雙速電動機(jī),將實(shí)際轉(zhuǎn)速選定為n5=50r/min、100r/min兩種。當(dāng)n5=50r/min時(shí)Vmax=

　　πDn5/1000=π×500×50/1000=78.5m/min

　　Vmin=πdn5/1000=π×160×50/1000=25.12m/min

　　平均速度V=Vmax+Vmin/2=78.5+25.12/2=51.81m/min

　　當(dāng)n5=100r/min時(shí),計(jì)算出:Vmax=157m/min,Vmin=50.24m/min,V=103.62m/min。計(jì)算結(jié)果表明,V=51.81,103.62m/min,符合:V=50～120m/min的要求。

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　　3.3 速度周期變換系數(shù)λ和隔離盤轉(zhuǎn)速n2的確定上已提到,用金剛石研磨料研磨硬質(zhì)合金刀片平面,粗研時(shí)取λ=2～3,精研時(shí)取λ=1.1～1.5,根據(jù)λ變化范圍,可以計(jì)算出精速n2。由于研磨機(jī)研磨盤旋轉(zhuǎn)方向與隔離盤相同,故研磨盤最外點(diǎn)速度Vmax與隔離盤速度V2方向一致,最內(nèi)點(diǎn)Vmin與V2方向相反,這樣得到:

　　λ=Vmax-V2/Vmin+V2,V2=Vmax-Vmin•λ/1+λ

　　當(dāng)n5=50r/min時(shí),這時(shí):Vmax=78.5m/min,Vmin=25.12m/min,粗研取λ=2,則V2=Vmax-Vmin•λ/1+λ=78.5-25.12×2/1+2

　　=9.42m/min,n2=1000V2/πd2=1000×9.42/π×170=17.64r/min

　　精研時(shí)取λ=1.3,計(jì)算出:

　　V2=19.93m/min,n2=37.33r/min

　　式中d2—隔離盤內(nèi)徑,d2=<170mm,當(dāng)n5=100r/min,Vmax=157m/min,Vmin=50.24m/min時(shí),計(jì)算結(jié)果為:

　　粗研取λ=2,V2=18.84m/min,n2=35.2r/min精研取λ=1.3,V2=39.86m/min,n2=74.6r/min

　　最后確定隔離盤轉(zhuǎn)速n2為17.5r/min,35r/min,70r/min三種,相應(yīng)的實(shí)際速度V2為9.34m/min,18.68m/min,37.36m/min。相應(yīng)的實(shí)際速度周期變換系數(shù)λ值為:當(dāng)n5=50r/min,Vmax=78.5m/min,

　　Vmin=25.12m/min時(shí):λ1=Vmax-V2/Vmin+V2=78.5-9.34/25.12+9.34=2 λ2=78.5-18.68/25.12+18.68=1.36;

　　λ3=78.5-37.36/25.12+37.36=0.67。

　　當(dāng)n5=100r/min,Vmax=157/min,Vmin=50.24m/min時(shí),按上述方法計(jì)算,求得λ1=2.48,λ2=2,λ3=1.37。

　　4 優(yōu)選結(jié)果

　　通過以上分析和計(jì)算,平面研磨機(jī)研磨盤轉(zhuǎn)數(shù)n5選定為50r/min,100r/min兩種,隔離盤轉(zhuǎn)速n2被選定為17.5r/min,35r/min,70r/min三種,相應(yīng)的主要運(yùn)動參數(shù)(切向加速度α計(jì)算從略)由表看出,該研磨機(jī)有6種變速,即可用來粗加工,也可用于精加工和精細(xì)加工。