CBN刀具在汽車變速器制造中的應(yīng)用

新型外球面軸承磨床的設(shè)計(jì)新型外球面軸承磨床的設(shè)計(jì)，帶座外球面軸承自20世紀(jì)70年代在我國問世以來，由于具有良好的軸線可調(diào)性，已被越來越多地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。這種軸承軸線的可調(diào)性，既決定于軸承外圈與軸承座之間的尺寸要求，更取決于兩者之間球面曲率的配合。一、問題的提出

帶座外球面軸承自20世紀(jì)70年代在我國問世以來，由于具有良好的軸線可調(diào)性，已被越來越多地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。這種軸承軸線的可調(diào)性，既決定于軸承外圈與軸承座之間的尺寸要求，更取決于兩者之間球面曲率的配合。由于目前的加工方法在磨削機(jī)理上沒有重大突破，使得在解決外球面軸承外圈球面曲率的加工合格率上，始終成為我國軸承行業(yè)一道難以逾越的障礙。

二、不同磨削方法的分析與比較

目前，加工這種外球面軸承外圈采用的方法基本有以下兩種:

1.擺動磨法擺動磨削機(jī)床具有較強(qiáng)的切削能力，故磨削速度快，加工時(shí)間短。用擺動磨加工球面軸承外圈，既要保證擺動工件球心與砂輪軸線處于同一水平連線，又要與砂輪橫向中心剖面相重合。實(shí)際加工中，由于機(jī)床自身擺動平面處的振動及工件的不等寬性，很難保證其球面曲率的一致性(見圖1)。

圖1擺動磨法示意圖2.切入磨法在這種磨削方法中，軸承外圈的球面曲率取決于砂輪被修整的形狀。磨削時(shí)，由于軸承外圈本身的余量不等及形狀不同，因此固有砂輪的形狀隨時(shí)都可能被破壞。該加工方法效率低，砂輪修整頻繁，其球面曲率也難以保證，一般都不采用。

以上兩種磨削方式，雖都可加工球面軸承外圈，但受其磨削方式的限制，無法解決與球面軸承座的配合，更無法從根本上保證球面曲率的穩(wěn)定合格率。

筆者利用范成磨削原理，改盤形砂輪為空心柱體狀砂輪，使其沿工件橫向切入，并采用使砂輪回轉(zhuǎn)軸線與軸承外圈回轉(zhuǎn)軸線相交進(jìn)行磨削的方法設(shè)計(jì)了外球面軸承專用磨床，解決了這種軸承球面曲率的合格率問題。所設(shè)計(jì)的機(jī)床傳動原理圖見圖2。

1.床身；2.手柄；3.電磁無心夾具；4.工件；5.電感測頭；6.主動測量儀；7.砂輪；8.縱向滑臺；9.磨頭裝置；

10.磨頭電動機(jī)；11.橫向滑臺；12.步進(jìn)電動機(jī)；13.皮帶輪；14.主軸箱；15.主軸電動機(jī)

圖2機(jī)床傳動原理圖

三、機(jī)械部分設(shè)計(jì)

1.主軸及夾具

由于外球面軸承外圈為薄壁小型導(dǎo)磁工件，因此工藝上采用無心夾具。無心夾具由殼體、線圈鐵心、磁極、磁盤及兩可調(diào)支承組成。工件通過兩支承來定位，其支承位置可根據(jù)工件直徑的不同而調(diào)整。使用電磁吸盤無心夾具磨削的最大好處是:其加工精度不受機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度的影響，因而可以獲得很高的加工精度。

主軸旋轉(zhuǎn)由0.75kW電動機(jī)驅(qū)動，通過雙速皮帶輪和一組減速齒輪使主軸獲得166r/min和280r/min兩種轉(zhuǎn)速，以滿足不同尺寸工件的需求。為克服主軸上的軸向力，提高主軸旋轉(zhuǎn)精度，支承選用5級精度雙列短圓柱滾子軸承與兩對角接觸球軸承相配合。

2．縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)

磨床的縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)分別由手動和步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動，兩者均采用滑動導(dǎo)軌。

縱向進(jìn)給由于其承受載荷較大，又有運(yùn)動精度要求，故采用矩—山形導(dǎo)軌?？v向進(jìn)給滑板由步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動，通過減速機(jī)構(gòu)、絲杠螺母機(jī)構(gòu)帶動滑板做縱向移動。為調(diào)整需要，在步進(jìn)電動機(jī)停止運(yùn)行時(shí)(斷電狀態(tài))，還可通過手輪及離合器使縱向滑板做手動進(jìn)給，整個(gè)縱向移動量大行程設(shè)計(jì)為150mm。橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)置于縱向進(jìn)給滑板上，是為滿足被加工件寬度變換而設(shè)置的。由于調(diào)整次數(shù)不多，采用手動螺母調(diào)整：為克服較大的軸向抗力，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌設(shè)計(jì)成燕尾型，既可防止顛覆力矩，又可滿足使用要求。

3．磨頭裝置

磨頭作為切削工具的主要部分，置于橫向滑板上。為使磨頭獲得高轉(zhuǎn)速，采用轉(zhuǎn)速為2880r/min的電動機(jī)，通過皮帶來驅(qū)動。為提高磨削精度，以兩對5級精度角接觸球軸承為支承，磨頭前裝有空心柱形砂輪(以磨削直徑100mm為例，其砂輪尺寸為?35mm×?50mm×70mm)及砂輪防護(hù)罩。

四、電控部分設(shè)計(jì)

為有效地控制被加工件的徑向尺寸，使用了電感測頭及主動測量儀，用于磨削過程中尺寸的連續(xù)測量，并和數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)共同組成了一個(gè)簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)(見圖3)。

圖３加工流程圖1．對刀

首先將數(shù)控裝置選擇開關(guān)置于手動位置，使工件和砂輪旋轉(zhuǎn)。然后搖動手輪，使磨頭砂輪逐漸靠近工件。當(dāng)兩者微接觸(微見火花)時(shí)，按下對刀鍵，此時(shí)縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)快退20mm，即為該工件在數(shù)控加工中的零點(diǎn)。

2．加工

將數(shù)控裝置置于自動加工位置，按下啟動鍵，縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)在步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動下，向工件快速移動20mm，主軸由限位開關(guān)啟動并旋轉(zhuǎn)，磨頭進(jìn)入工進(jìn)狀態(tài)，磨削開始。

此時(shí)，通過工件表面的測頭，將工件徑向尺寸變化的位移信號變?yōu)殡娦盘査腿霚y量儀，由測量儀將信號反饋給數(shù)控系統(tǒng)，通過其判斷比較后，繼續(xù)控制伺服機(jī)構(gòu)做縱向運(yùn)動。

3.光磨

當(dāng)工件尺寸達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)(一般可預(yù)留20μm)，數(shù)控裝置發(fā)出停止信號，伺服機(jī)構(gòu)停止縱向進(jìn)給。但此時(shí)磨頭與工件仍然轉(zhuǎn)動，進(jìn)行無進(jìn)給磨削，即光整加工。

隨著光磨余量的消除，工件達(dá)到尺寸要求后，通過測量儀經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出快退信號，伺服機(jī)構(gòu)快退，主軸停轉(zhuǎn)，完成一個(gè)工件的加工過程。

五、結(jié)束語

用范成磨法的外球面軸承專用磨床替代傳統(tǒng)的擺動和切入磨削，可將外球面軸承外圈的球面質(zhì)量提高到一個(gè)新水平，從根本上解決了球面曲率的難題，且減少了廢品率，降低了成本，并可大大減輕操作工人的勞動強(qiáng)度。

目前該機(jī)床已經(jīng)小規(guī)模生產(chǎn)。近幾年來，經(jīng)用戶使用反映效果良好，其尺寸合格率可達(dá)98%，外球面曲率合格率可達(dá)100%。該項(xiàng)技術(shù)難關(guān)的攻克，使該磨床榮獲95年度國家級新產(chǎn)品獎(jiǎng)。（來源：制造技術(shù)與機(jī)床）CBN快速點(diǎn)磨削發(fā)動機(jī)軸類零件（圖）2007.05.11來源:《現(xiàn)代零部件》作者:黃竹學(xué)李長河關(guān)鍵詞:高速磨削,CBN,機(jī)床,汽車,零部件高速磨削是當(dāng)今先進(jìn)制造領(lǐng)域最為引人關(guān)注的高效磨削加工技術(shù)，具有優(yōu)良的加工性能，而德國Junker公司于1994年由ErwinJunker先生開發(fā)并取得專利的快速點(diǎn)磨削（Quick-pointGrinding）則是高速磨削技術(shù)又一新的發(fā)展。它集成了高速磨削、CBN超硬磨料及CNC柔性加工三大先進(jìn)技術(shù)，具有優(yōu)良的加工性能，是高速磨削技術(shù)在高效率、高柔性和大批量生產(chǎn)高質(zhì)量穩(wěn)定性方面的又一新發(fā)展。該工藝主要用于軸、盤類零件加工。其CBN或人造金剛石超硬磨料砂輪軸線在水平和垂直方向與工件軸線形成一定傾角，使用薄砂輪與工件形成小面積點(diǎn)接觸，綜合利用連續(xù)軌跡數(shù)控技術(shù)，以高速度磨削，可以合并車磨工序。它既有數(shù)控車削的通用性和高柔性，又有更高的效率和精度，砂輪壽命長，質(zhì)量非常穩(wěn)定，是新一代數(shù)控車削和高速磨削的極佳結(jié)合，成為高速磨削的主要技術(shù)形式之一。CBN的特性CBN即立方氮化硼，顯微硬度為800～900MPa，略低于金剛石。但它的耐熱性(1400℃)比金剛石(800快速點(diǎn)磨削技術(shù)特征快速點(diǎn)磨削的磨削過程不同于一般意義上的超高速磨削，其技術(shù)特征如下：（1）點(diǎn)磨削加工時(shí)，砂輪與工件軸線并不是始終處于平行狀態(tài)，而是在水平和垂直兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)一定角度，即存在點(diǎn)磨削變量角度，以使砂輪和工件接觸面積減小，實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)磨削”，如圖1所示。Junker公司的快速點(diǎn)磨削機(jī)床加工圓柱表面時(shí)，根據(jù)工作臺進(jìn)給方向，在垂直方向砂輪軸線與工件軸線的點(diǎn)磨變量角α為±(0.5°～6°)，使砂輪周邊與工件外圓柱面的線接觸變成理論上的點(diǎn)接觸；在水平方向砂輪軸線與工件軸線的變量角β則根據(jù)工件母線特征和曲率大小在0～30°范圍內(nèi)變化，以最大限度減小砂輪與工件接觸面積和避免砂輪端面與工件臺肩發(fā)生干涉。點(diǎn)磨削以單向磨削為主，通過數(shù)控系統(tǒng)來控制這兩個(gè)方向的變量角數(shù)值，以及在X、Y方向采用與CNC車削相類似的兩軸聯(lián)動數(shù)控進(jìn)給，以實(shí)現(xiàn)對不同形狀表面的快速點(diǎn)磨削加工。圖1快速點(diǎn)磨削原理圖（2）快速點(diǎn)磨削一般采用金屬結(jié)合劑超硬磨料（CBN或人造金剛石）超薄砂輪，直徑一般為300～400mm，寬度為4～6mm，徑向磨料層厚度為5mm。Junker公司快速點(diǎn)磨削機(jī)床采用了多項(xiàng)專利技術(shù)，如砂輪三點(diǎn)定位安裝系統(tǒng)和在線修整系統(tǒng)、砂輪主軸電子平衡自動控制系統(tǒng)等。X方向采用高精度靜壓圓柱導(dǎo)軌技術(shù)（圖2），以增加阻尼和穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)微米級精確切入進(jìn)給。Z方向（縱向）進(jìn)給采用帶有預(yù)負(fù)載的滾珠絲杠和平面/V形涂層導(dǎo)軌。機(jī)床配有高壓磨削液雙噴嘴供給系統(tǒng)等，以保證機(jī)床的加工性能和加工精度。圖3為點(diǎn)磨削砂輪及磨削液雙噴嘴供給裝置?？焖冱c(diǎn)磨削采用厚度為4～6mm的超硬磨料薄砂輪和“三點(diǎn)定位安裝系統(tǒng)”專利技術(shù)快速安裝，重復(fù)定位精度高，并可解決離心力造成的漲孔問題。圖2高精度靜壓圓柱導(dǎo)軌圖3砂輪及磨削液供給系統(tǒng)砂輪在主軸上的安裝采用Junker公司專利技術(shù)“三點(diǎn)定位安裝系統(tǒng)”快速完成，重復(fù)定位精度高，并可補(bǔ)償高速離心力作用下的砂輪孔徑漲大，如圖4所示。當(dāng)砂輪主軸相對于砂輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，主軸星形體上三段均布的擺線輪廓斜面與砂輪內(nèi)孔均布的三個(gè)圓柱緊密接觸，實(shí)現(xiàn)砂輪對中定位，然后由螺栓將砂輪與主軸法蘭端面鎖緊。當(dāng)需要更換砂輪時(shí)，只需將砂輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°，即可使砂輪與主軸分離，從而快速更換砂輪，使更換頂尖時(shí)間小于2min，換砂輪時(shí)間小于20min。為控制由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動，保證獲得高的表面質(zhì)量，在砂輪的每次修整和更換后都要進(jìn)行動平衡，Junker公司的快速點(diǎn)磨削機(jī)床通過安裝在主軸端部的電子自動平衡系統(tǒng)自動完成砂輪在線動平衡，砂輪徑向圓跳動精度可控制在0.002mm以內(nèi)。由于砂輪極薄，降低了砂輪重量和不平衡度，也使裹附在高速砂輪周邊的氣流壓力大為降低，減少了高速砂輪的旋轉(zhuǎn)阻力，并且能磨削普通砂輪不能磨削的狹窄型面與斷面尺寸變化較大的型面。圖4砂輪三點(diǎn)定位系統(tǒng)（3）Junker公司QUICKPOINT5000型快速點(diǎn)磨機(jī)床砂輪直徑400mm，砂輪厚度5mm，裝夾工件的兩頂尖最大距離為1200mm，最大磨削長度可達(dá)1000mm，頂尖中心高170mm，最大加工工件重量為70kg，因此該機(jī)床具有較大的加工尺寸范圍。（4）砂輪速度可達(dá)90～160m/s。為獲得高磨除率，同時(shí)不使砂輪產(chǎn)生過大的離心力而發(fā)生破壞，工件也高速旋轉(zhuǎn)，并與砂輪轉(zhuǎn)向相同，通常在1000r/min以上，最高可達(dá)12000r/min。因此接觸點(diǎn)處的實(shí)際磨削速度應(yīng)是砂輪和工件兩者線速度的疊加，接近200m/s，以實(shí)現(xiàn)更高應(yīng)變率下材料的去除。由于車磨工序合并，為保證工件的表面質(zhì)量，徑向切深和沿X軸的縱向進(jìn)給速度一般很小，如點(diǎn)磨削凸輪軸時(shí)，縱向進(jìn)給速度一般在0.01～2mm/s,徑向切深0.002～0.2mm。（5）磨削外圓時(shí)材料去除主要靠砂輪側(cè)邊完成，而周邊僅起光磨作用（圖5）。因此，砂輪圓周磨損極慢，使用壽命長（最長可達(dá)一年），磨削比可達(dá)16000～60000，一片“快速點(diǎn)磨”砂輪可磨去數(shù)噸鋼，砂輪修整率低（每次修整可加工2×105個(gè)零件），生產(chǎn)效率比普通磨削提高六倍。圖5快速點(diǎn)磨削加工砂輪與工件接觸簡圖（6）與一般磨削方式不同，在磨削外圓時(shí)，材料去除主要是靠砂輪側(cè)切削邊完成，而周邊僅起類似車刀副切削刃的光磨作用。因此砂輪磨損主要是在端面沿橫向發(fā)生，周邊則磨損非常微小。實(shí)際應(yīng)用中一般根據(jù)砂輪壽命（加工工件的數(shù)量）或磨損狀態(tài)（砂輪橫向磨損寬度是否達(dá)到規(guī)定值），通過與工件同軸線安裝的金剛石滾輪和油石直接在機(jī)床上完成在線修整，如圖6a所示。修整時(shí)主要是將砂輪在寬度方向磨損后剩存的且已經(jīng)鈍化的一層磨粒由金剛石滾輪切除，恢復(fù)砂輪圓柱表面形狀，然后用油石修銳，如圖6b所示。直到砂輪磨粒徑向厚度層全部修整去除，砂輪達(dá)到使用壽命。（a）在線修整（b）砂輪磨損過程圖6砂輪在線修整原理（7）砂輪與工件接觸面積小，磨削力大大降低、磨削熱少，同時(shí)砂輪薄、冷卻效果好，因此磨削溫度大為降低，甚至可以實(shí)現(xiàn)“冷態(tài)”加工，提高了加工精度和表面質(zhì)量。（8）由于磨削力極小，靠頂尖摩擦力即能方便夾緊工件，被稱為“頂尖磨削”和“削皮磨削”。（9）由于采用CNC實(shí)現(xiàn)復(fù)雜表面磨削，一次安裝后可完成外圓、錐面、曲面、螺紋、臺肩和溝槽等所有外形加工。它還可以使車磨工序合并，進(jìn)一步提高加工效率。（10）使用高速磨削油噴注進(jìn)行冷卻。由于高速旋轉(zhuǎn)砂輪將磨削油甩成油霧，加工必須在封閉環(huán)境中自動進(jìn)行，并需配有吸排風(fēng)系統(tǒng)和高效率磨屑分離與油氣分離單元。在汽車發(fā)動機(jī)軸類零件加工中的應(yīng)用德國目前在這項(xiàng)新技術(shù)的研究開發(fā)上處于領(lǐng)先地位。目前已在國外汽車工業(yè)、工具制造業(yè)中得到應(yīng)用,尤其是在汽車零件加工領(lǐng)域，即齒輪軸或凸輪軸等。這些零件大都包括切入、軸頸、軸肩、偏心及螺紋磨削過程，應(yīng)用此項(xiàng)工藝可以通過一次裝夾而實(shí)現(xiàn)全部加工，大大提高了零件加工精度及生產(chǎn)率。在齒輪加工、機(jī)床制造、紡織與印刷機(jī)械制造、陶瓷加工、電子工業(yè)中也有廣闊應(yīng)用前景。我國部分汽車制造企業(yè)目前也引進(jìn)了幾十臺這一工藝設(shè)備，并取得了明顯效益。但應(yīng)用領(lǐng)域尚小，僅限于汽車發(fā)動機(jī)軸類零件的加工。由于國內(nèi)目前沒有開展系統(tǒng)的工藝?yán)碚摵蛻?yīng)用研究，沒有掌握其核心技術(shù)及理論，不能掌握工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和編程技術(shù)，不能配套生產(chǎn)砂輪及相關(guān)附件，只能就單一零件由國外壟斷定制，全部工藝和設(shè)備均依賴于進(jìn)口。而國外由于技術(shù)壟斷，對快速點(diǎn)磨削機(jī)理、規(guī)律、磨削質(zhì)量控制及點(diǎn)磨削工藝等深入系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究及相關(guān)技術(shù)信息也未見更多報(bào)道。因此，跟蹤國際先進(jìn)技術(shù)，深入開展快速點(diǎn)磨削技術(shù)的理論與應(yīng)用研究，對于在我國推廣和發(fā)展該項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)、提高制造工藝技術(shù)和裝備制造水平具有重要意義。國內(nèi)東北大學(xué)已開始進(jìn)行超高速點(diǎn)磨削機(jī)理研究及機(jī)床開發(fā)。用快速點(diǎn)磨削方法磨削傳動軸（圖7），裝夾一次可完成外圓、軸肩、溝槽和緊固螺紋四個(gè)部位的磨削；磨削曲軸（圖8），一次裝夾可磨削凸輪型面、主軸軸頸、兩端軸頸、止推軸頸側(cè)肩面和凸輪調(diào)整座面外徑，尺寸精度達(dá)到IT6，Ra≤0.8μm，周期時(shí)間150s，與傳統(tǒng)工藝比較，大大節(jié)約了成本（如附表）。圖7快速點(diǎn)磨削方法加工傳動軸圖8快速點(diǎn)磨削加工曲軸我國一汽大眾汽車有限公司應(yīng)用這一技術(shù)磨削發(fā)動機(jī)主軸頸（圖9），砂輪轉(zhuǎn)速4300r/min，砂輪修整一次可磨削3000件。數(shù)控快速點(diǎn)磨削也是使用半永久性工具進(jìn)行數(shù)控車削的發(fā)展方向。由于磨削溫度低、磨料及能源消耗少，快速點(diǎn)磨削技術(shù)也符合綠色制造要求，可以預(yù)計(jì)這項(xiàng)新型磨削技術(shù)具有極大的發(fā)展?jié)摿?。圖9磨削發(fā)動機(jī)主軸頸由此可見，快速點(diǎn)磨削技術(shù)相當(dāng)于使用半永久性工具進(jìn)行數(shù)控車磨合并加工，符合先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢，也符合綠色制造的要求，因此該項(xiàng)磨削新技術(shù)極具發(fā)展?jié)摿Α＝Y(jié)語與高速/超高速磨削技術(shù)相比，快速點(diǎn)磨削具有點(diǎn)接觸、薄層超硬磨料砂輪、數(shù)控成型、切削層材料應(yīng)變率更高、磨削溫度及磨削力更低等顯著特點(diǎn)，因此磨削機(jī)理與一般意義的超高速磨削也有很大不同。由于這項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展在很多方面并不完善，再加上技術(shù)上的壟斷和封鎖，國外對其加工機(jī)理與工藝應(yīng)用研究并不夠廣泛和深入，應(yīng)用領(lǐng)域很小?？傮w上看，該項(xiàng)技術(shù)在國外尚處于起步發(fā)展階段，工藝上仍被視為一種外圓磨削方式，特別是對點(diǎn)磨削機(jī)理、磨削質(zhì)量控制等方面的研究及相關(guān)技術(shù)信息鮮見報(bào)道。事實(shí)上，根據(jù)點(diǎn)接觸形式和砂輪與工件的相對運(yùn)動關(guān)系，磨削區(qū)材料應(yīng)變率特點(diǎn)、加工表面的幾何創(chuàng)成機(jī)理和砂輪磨損表現(xiàn)等都應(yīng)有別于普通外圓磨削。我國個(gè)別汽車制造企業(yè)目前也引進(jìn)了這一工藝設(shè)備用于汽車發(fā)動機(jī)軸類零件的加工（主要是發(fā)動機(jī)凸輪軸加工），并取得了明顯效益。但應(yīng)用領(lǐng)域很小，僅就單一零件加工的全套設(shè)備和工藝由國外壟斷定制，現(xiàn)場加工只是由工人完成固定的操作工序，全部加工過程由CNC控制自動完成；砂輪修整也只是按照規(guī)定的加工工件數(shù)量進(jìn)行，而不考慮實(shí)際使用狀況。全部工藝和設(shè)備均依賴于進(jìn)口。生產(chǎn)車間面對的是“黑箱”技術(shù)。企業(yè)并沒有真正掌握其核心技術(shù)和工藝?yán)碚?，也就無法進(jìn)行其工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和開發(fā)數(shù)控編程技術(shù)、不能配套生產(chǎn)砂輪及其相關(guān)附件。因此，跟蹤國際先進(jìn)技術(shù)，深入開展快速點(diǎn)磨削技術(shù)的理論與應(yīng)用研究，對于在我國推廣和發(fā)展該項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)、提高制造工藝技術(shù)和裝備制造水平，對提升我國汽車行業(yè)零部件制造水平具有重要意義。本篇文章來源于“中國金屬加工在線”轉(zhuǎn)載請以鏈接形式注明出處網(wǎng)址：/html/200705/0511/200705111703391075.shtmlCBN砂輪的選擇和實(shí)際范例2006.08.03來源:中國機(jī)械網(wǎng)作者:KREBS&RIEDELSchleifscheibenfabrikGmbH&CoKG中國總代理雷偉堅(jiān)先生關(guān)鍵詞:CBN砂輪摘要：本文通過簡單介紹CNB砂輪在磨削加工中的實(shí)際應(yīng)用,表明其在大批量，質(zhì)量穩(wěn)定的生產(chǎn)中所帶來的經(jīng)濟(jì)效益,說明用其先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，能降低磨削成本，希望能為讀者提供參考借鑒作用。CBN砂輪的選擇和實(shí)際范例1引言磨削加工是人類最古老加工手段之一，隨著工業(yè)的發(fā)展，特別是硬金屬的加工，它是不可缺少的加工手段。在上世紀(jì)八十年代，發(fā)達(dá)的西方國家CN機(jī)床和機(jī)床加工中心高速發(fā)展，高速主軸和硬質(zhì)刀具的應(yīng)用，磨床加工與其相比也就顯得加工成本昂貴了。但是隨著磨削技術(shù)的發(fā)展，磨具也進(jìn)一步得到改進(jìn)。通過創(chuàng)新可供使用的磨料質(zhì)量、改進(jìn)組織結(jié)構(gòu)以及采用新結(jié)合劑系統(tǒng)使磨具從根本上提高生產(chǎn)效率。超硬材料CBN發(fā)明，作為磨料用于砂輪的制造，不但能有效率的加工較硬的鋼材(HRc45-65)，并使砂輪的耐用度成倍的提高。特別是以德國Krebs&Riedel公司（珂萡石?雷德樂）為代表的，在上世紀(jì)八十年代中期，研發(fā)出的陶瓷結(jié)合劑的CBN砂輪，尤其是在修正修銳上的技術(shù)突破，可以說它是磨削模具的一次革命。陶瓷結(jié)合劑的CBN砂輪的研發(fā)成功，反過來對生產(chǎn)磨床的廠家提出了技術(shù)參數(shù)，生產(chǎn)適應(yīng)CBN砂輪性質(zhì)的磨床。這樣磨床生產(chǎn)廠商和砂輪生產(chǎn)廠商共同開發(fā)的數(shù)控多軸磨床，大大的提高了加工生產(chǎn)效率和降低了生產(chǎn)成本，使這古老加工工藝又發(fā)揮了新的光彩。2CBN砂輪的分類CBN磨料制作的砂輪，根據(jù)不同的加工工藝和所用不同成分的結(jié)合劑可分以下四種。它們的性質(zhì)和用途（指的機(jī)械加工用途）也有所不同。（1）電鍍CBN/金剛石砂輪砂輪的生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本低。成型簡單但是只有一層鍍層，不能修正，在加工過程中，較難知道，何時(shí)磨層受損。適用于小批量的機(jī)械加工和幾何圖形復(fù)雜成型磨加工用和作為修正滾輪用。（2）燒結(jié)式CBN/金剛石砂輪硬度大和密度高，加工成高精度的修正滾輪，成本高。主要用于作砂輪的修正滾輪和大批量的超硬材料的加工。（3）樹脂CBN/金剛石砂輪砂輪的生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本低。成型簡單但是不好修正整型。用于多型狀小批量的加工。如工具磨和刀具的加工，和玻璃的加工。(4)陶瓷結(jié)合劑的CBN/金剛石砂輪加工工藝和結(jié)合劑的配方被少數(shù)外國廠家掌握，如剛進(jìn)入中國市場的德國Krebs&Riedel公司，世界最大的磨料模具集團(tuán)圣戈班手下的WINTER公司，奧地利的TYROLIT公司，德國的Wendt公司和瑞士的WINTERTHUR。國產(chǎn)的陶瓷結(jié)合劑的CBN/金剛石砂輪近期也有所突破。陶瓷結(jié)合劑的CBN/金剛石砂輪具有磨削力強(qiáng)，高速加工不燒傷工件，可修正和并且耐用等優(yōu)點(diǎn)，是目前最理想的高速，高效和高精度的磨削工具。用以下工作的實(shí)例作為范例，與同行同事共同討論砂輪的應(yīng)用。3應(yīng)用實(shí)例采用CBN砂輪磨削轎車凸輪軸在Hauser磨床上進(jìn)行坐標(biāo)磨削采用CBN砂輪進(jìn)行強(qiáng)力切槽磨削任務(wù)：給定的調(diào)節(jié)參數(shù)下提高耐用度描述：用戶在使用比較中指出CBN砂輪耐用時(shí)間太短。技術(shù)數(shù)據(jù)：工件：R4柴油發(fā)動機(jī)轎車凸輪軸，材質(zhì)為灰鑄鐵，加工余量約0.25mm磨床：FortunaFNH2D350冷卻液：礦物油組分乳濁液砂輪：KREBS&RIEDELCBN砂輪兩件一組，250×19×127mm特性：4B126/9X13VP6340-150修整器：金剛石輥參數(shù)：砂輪速度Vc：60m/s最大橫向進(jìn)給ae：0.05mm最大相應(yīng)單位時(shí)間切削量Qw’：10mm3/mm*s循環(huán)次數(shù)ia：13＋1周期接觸時(shí)間/凸輪tkn：15s結(jié)論：修整間隔為加工300個(gè)軸表面粗糙度均衡的保持在3.5－4.5μm之間耐用度比競爭產(chǎn)品高3倍接到長期訂購合同單任務(wù)：提高每單位時(shí)間切削加工量描述：在較小的切削壓力下，來提高金屬磨削量。技術(shù)數(shù)據(jù)：工件：切削罩128x100x49mm磨床：HauserS35CNC冷卻液：噴槍切割油砂輪：KREBS&RIEDEL形式1A8W硬質(zhì)合金把柄10x10x6mm特性：4B151X26V8118-150修整器：旋轉(zhuǎn)葉片式修整器MK0參數(shù)：砂輪速度vc：30m/s進(jìn)給速度Vw：120mm/min橫向進(jìn)給ae：0.1mm結(jié)論：節(jié)省時(shí)間20％,工件質(zhì)量保持不變，任務(wù)：給定的調(diào)節(jié)參數(shù)下優(yōu)化砂輪磨損性能描述：目前與所有競爭產(chǎn)品進(jìn)行比較試驗(yàn)。耐用度為每套砂輪組加工約17000個(gè)零件。技術(shù)數(shù)據(jù)：工件：HSS1.3343,64Hrc開槽削，圓形零件加工4個(gè)槽每個(gè)90o槽：b=8.75mm；t=6.5mm；l=28mm以分度頭夾緊。磨床：BlohmProfimatCNC-專用磨床冷卻液：礦物油組分濃縮乳濁液；通過優(yōu)化的冷卻液噴嘴供給（pe10bar，Q200l/min）砂輪：KREBS&RIEDELCBN砂輪兩件一組，形式14A1400x15x127mmX=5mm，U=8.75mm特性：4B126/3X22VP7336-125修整器：電鍍涂層金剛石型輥，半徑5mm參數(shù)：砂輪速度vc：80m/s進(jìn)給速度Vw：200mm/min橫向進(jìn)給ae：6.5mm最大相應(yīng)單位時(shí)間切削量Qw’：22mm3/mm*s結(jié)論：提高耐用度>100％用戶評價(jià)最好的砂輪接到長期訂購合同單由此看見，對于耗材產(chǎn)品一定要用性價(jià)比而不能只看價(jià)格。作為大批量，質(zhì)量穩(wěn)定的生產(chǎn)，不可忽略的參數(shù)――時(shí)間：即效率的提高和廢品率降低，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。由此說明其磨削生產(chǎn)的成本低。4結(jié)論在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，對于大批量，高精度的磨削加工，其加工件硬度HRc大于45，基本上都用陶瓷CBN砂輪磨削。它被廣泛的用在汽車的主要零件上如凸輪軸，曲軸，變速箱的齒輪軸和齒輪，軸承和剎車片。用在機(jī)床的精密加工件如導(dǎo)軌，絲杠和電機(jī)軸的磨削。印刷機(jī)零件的磨削，使其精度達(dá)到尺寸的0,3-0,5微米。CBN陶瓷砂輪用于軋鋼輥輪的磨削加工和在航空，航天和軍工等領(lǐng)域的應(yīng)用就不一一點(diǎn)說了，如果要探討這方面的應(yīng)用經(jīng)練，請來電子郵件:lei.weijian@。由于CBN陶瓷砂輪的生產(chǎn)周期較長，所以用者一定要有計(jì)劃定購。好的生產(chǎn)廠商是根據(jù)用戶的生產(chǎn)工藝和工件的技術(shù)參數(shù)來配制砂輪。磨料的選擇，磨粒的大小，組織的松緊，砂輪的硬軟和形狀這些生產(chǎn)砂輪的參數(shù)不僅要根據(jù)工件的技術(shù)參數(shù)還要考慮磨床的技術(shù)參數(shù)，所以對買賣雙方來說應(yīng)用CBN工藝是個(gè)技術(shù)含量較高的技術(shù)，要通過專業(yè)渠道購買，才能購到適合的砂輪，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本本篇文章來源于“中國金屬加工在線”轉(zhuǎn)載請以鏈接形式注明出處網(wǎng)址：/html/200608/0803/20060803153237805.shtmlCBN砂輪的特點(diǎn)簡述（圖）2008.01.25關(guān)鍵詞:CBN,涂層,砂輪,刀具性能特點(diǎn)金剛石、立方氮化硼（CBN）砂輪的主要特點(diǎn)是硬度高、導(dǎo)熱率高、鋒利度高由此帶來高的磨削率。適用于現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械加工中的高效、強(qiáng)力磨削。運(yùn)用高科技手段使陶瓷結(jié)合劑不但保持了其原有的硬和脆的性能，還有燒結(jié)溫度低、強(qiáng)度韌性高、把持磨料性能好，并具有耐熱、耐油、耐水、耐酸堿、自銳性好、可修整、修整間隔長，有均勻的氣孔率，便于冷卻、排屑等。在磨削過程中不堵塞、不燒傷工件，與鐵族元素不起化學(xué)變化，顯惰性，降低工件在磨削加工中的疲勞度，增加工件的使用壽命，從而提高加工工件的質(zhì)量、粗糙度、效率以及加工工件自動化程度，達(dá)到降低綜合成本的目的。砂輪輸寫特征及標(biāo)注砂輪打印標(biāo)志磨具的選擇磨具的形狀和外型的選擇，應(yīng)根據(jù)用戶所使用的機(jī)床和加工的工件對磨具的要求來決定，設(shè)計(jì)時(shí)請參照標(biāo)準(zhǔn)形狀和尺寸表，盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)形狀和尺寸。注意：在選擇新磨具時(shí)，我們還需要用戶提供下列技術(shù)資料，以便我們能及時(shí)掌握您的使用要求工件材質(zhì)、牌號及硬度工件表面粗糙度機(jī)床型號砂輪線速磨削深度（微米/單行程）磨削余量（mm）冷卻方式（干磨/濕磨）磨削的對象及材料1.陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪：主要的磨削對象是硬而韌的材質(zhì)如：合金鋼、高速鋼、模具鋼、淬火鋼、鑄鐵、冷硬鑄鐵、鎳鉻冷硬鑄鐵、共晶合金鑄鐵、鈦合金、鐵族金屬材料。2.陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪：主要的磨削對象是硬而脆的材料如：硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃、半導(dǎo)體材料、磁性材料、瑪瑙、水晶、寶石等。3.陶瓷結(jié)合劑CBN金剛石混合磨料砂輪：鑄鐵、鑄鋼、銣鐵硼等。本篇文章來源于“中國金屬加工在線”轉(zhuǎn)載請以鏈接形式注明出處網(wǎng)址：/html/200801/0125/20080125153924539.shtmlCBN刀具在汽車變速器制造中的應(yīng)用2006.04.19來源:目前，PCBN刀具的應(yīng)用相當(dāng)普遍，而CBN成形磨削由于設(shè)備、刀具的經(jīng)濟(jì)性，普及面不廣。如何提高生產(chǎn)效率、降低制造成本，以具有競爭力的價(jià)格向客戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，通過不斷的努力，杭齒實(shí)現(xiàn)了滿足產(chǎn)品零件精度要求的CBN成形磨削工業(yè)應(yīng)用，在設(shè)備投資、CBN磨輪制造成本和刀具使用壽命等方面均具有較好的經(jīng)濟(jì)性。CBN是立方氮化硼英文名稱（CubicBoronNitride）的縮寫，它是硬度僅次于金剛石的一種人工合成無機(jī)晶體材料，廣泛地用于機(jī)械加工工業(yè)。各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都把CBN作為達(dá)到高效率、節(jié)約能源、超精密和操作自動化加工等目的的重要材料加以發(fā)展。專家研究表明（如圖1所示）：當(dāng)溫度達(dá)到700℃圖1溫度-硬度變化表我公司從1996年開始批量生產(chǎn)重型汽車變速器，涉及的部分典型零件經(jīng)過滲碳淬火，表面硬度為HRC58～63。為了達(dá)到零件設(shè)計(jì)要求，迫切需要應(yīng)用CBN刀具來解決傳統(tǒng)工藝方法中遇到的加工難題。在工作實(shí)踐中，我公司對CBN刀具的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩方面：一是采用PCBN刀具車削淬硬鋼實(shí)現(xiàn)“以車代磨”工藝；二是采用自制CBN磨輪實(shí)現(xiàn)CBN成形磨削的工業(yè)應(yīng)用。應(yīng)用PCBN刀具實(shí)現(xiàn)“以車代磨”PCBN是聚晶立方氮化硼英文名稱（PolycrystallineCubicBoronNitride）的縮寫。由PCBN刀具坯料經(jīng)過切割、焊接和刃磨制成的PCBN刀具具有良好的切削性能，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.高硬度和耐磨性CBN的硬度僅次于金剛石，對于可切削黑色金屬的刀具材料來說，PCBN刀具的硬度最高。PCBN刀具的耐磨性可以達(dá)到涂層刀具和陶瓷刀具的5～10倍，因此，使用PCBN刀具能夠明顯減少生產(chǎn)加工中的換刀次數(shù)，提高被加工工件的精度與互換性，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期。2.良好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性PCBN刀具在800℃時(shí)的硬度仍高于硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具的常溫硬度，在12003.高的化學(xué)穩(wěn)定性由于CBN的化學(xué)惰性特別大，在1200～1300℃時(shí)也不會與Fe、Ni、Co等元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以PCBN刀具在切削加工時(shí)的化學(xué)磨損相對于其它刀具材料較小，可用于加工各種材料的工件。4.較低的摩擦系數(shù)CBN與不同材料間的摩擦系數(shù)為0.1～0.3，而且隨著切削速度的提高，PCBN的摩擦系數(shù)呈減小趨勢，從而使切削力減小，減少切削時(shí)的刀屑粘結(jié)現(xiàn)象，有利于提高加工精度以及表面質(zhì)量。我公司重型汽車變速器中的二軸部件因功能、結(jié)構(gòu)的需要，二軸的多檔花鍵沉割槽、各擋圈槽側(cè)面軸向尺寸精度高，公差范圍為±0.03～±0.10mm，且均有較苛刻的端面跳動和表面粗糙度要求。零件采用20CrMnTiHA3材料，滲碳淬火，表面硬度為HRC58～63。由于材料穩(wěn)定性、熱處理技術(shù)水平等方面原因，零件在熱后往往有較大的變形量。為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，傳統(tǒng)工藝方法往往通過磨削來實(shí)現(xiàn)零件熱后的精加工工序。該軸形狀較復(fù)雜，普通磨削設(shè)備難以滿足加工要求，必須引進(jìn)專用磨床。但此類設(shè)備在國內(nèi)外較少生產(chǎn)，而且價(jià)格高昂，適用性方面也不理想。經(jīng)技術(shù)資料檢索、設(shè)備調(diào)研和經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，我們認(rèn)為硬切削工藝的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于磨削工藝。于是，最終決定采用PCBN刀具硬切削（如圖2所示），實(shí)現(xiàn)“以車代磨”。圖2PCBN刀具硬切削由于硬切削要求加工機(jī)床的剛性好、基礎(chǔ)穩(wěn)定、工作軸運(yùn)動精度高，我們選用了長城機(jī)床廠的CK7820數(shù)控車床。硬切削的切削力較大，切削溫度較高，為保證加工精度、表面質(zhì)量及刀具壽命，通過多次切削試驗(yàn)，我們選擇了合適的PCBN刀具和冷卻潤滑液，確定了合適的切削參數(shù)，積累了實(shí)用的加工經(jīng)驗(yàn)?！耙攒嚧ァ惫に囋谖夜局匦推囎兯倨髋可a(chǎn)中的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)工藝難以實(shí)現(xiàn)的加工難題，生產(chǎn)效益顯著。另外，“以車代磨”工藝產(chǎn)生的切屑可回收處理，不象傳統(tǒng)磨削工