进口立方氮化硼砂轮在机床上的应用

山东龙口龙泵燃油喷射有限公司(265700)孙新刚

随着国家对节能减排政策要求越来越严格，以及消费者对产品品质的追求越来越高，各生产厂家不断进行技术革新提高产品质量。现在，国外磨床向着高速磨削、精密部件专用数控磨床发展。我公司从德国勇克公司引进了柱塞磨槽专用数控机床，该机床使用立方氮化硼砂轮，采用深切缓进磨削技术以磨代铣，一次进料通过A轴和B轴旋转不同的角度可磨削出八个不同部位的深槽。具有精密度高、表面质量好等特点，节省了大量的生产力，提高了生产效率，提升了产品质量。现在就立方氮化硼砂轮在勇克数控专机中的应用方法与各位同行老师交流一下。

立方氮化硼砂轮能承受较高的磨削温度，因此砂轮的圆周速度可相应选高一些，随着砂轮圆周速度的提高，加工表面粗糙度值相应减小，在机床相关设备等加工条件允许的情况下，立方氮化硼砂轮具有向高速磨削发展的趋势。勇克机床主轴采用滚动轴承用永久脂润滑，采用压缩空气密封，防止脏尘进入，并采用减压装置，用压力控制器以保证机床的主轴电动机仅在有压缩空气供给的前提下才能接通，接通压力 (电动机启动)和关闭压力 (电动机停止)由压力控制器设置，相当于压力开关。勇克机床主轴转速可达每分钟十万转，可根据砂轮不同、加工磨削量不同，选择不同的砂轮速度，砂轮转速越快，表面力度越硬。

勇克机床根据生产需要装有两个主轴，主轴一使用陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，耐磨性高、工作时不易发热和堵塞、热膨胀小且易修整，采用金刚石滚轮进行修整。此砂轮采用钢基盘带铝合金过渡层，当立方氮化硼涂层磨损后，可返回砂轮生产厂家重新加上涂层即可，砂轮基盘可重复使用，降低了砂轮成本，此砂轮选择70m/s线速度;主轴二采用钢基盘金属结合剂的立方氮化硼砂轮，结合强度高、形状保持性好、使用寿命长、有较强的抗压能力，加工过程中不需要进行修整，此砂轮选择40m/s线速度。

立方氮化硼砂轮在高温下会和水发生水解作用，形成硼酸和挥发性气体氮，随着温度的升高，水解作用会更加剧烈，因而大大加剧了磨料的磨损，砂轮寿命低于干磨，故用立方氮化硼砂轮磨削时一般不采用水溶性切削液，而采用轻质矿物油，如煤油、轻柴油等，以获得良好的磨削效果。如果必须用水溶性切削液时则应加极压添加剂以减弱水解作用，我们选择大连欧德公司的高速磨削油。勇克机床配有专用大型冷却站，一次可装3000L磨削油同时供应两台机床使用，可单独控制，有压缩制冷、制热装置，以保持切削油温度在27～29℃。勇克机床加工时处于封闭状态，冷却液可达到16L/s的强流量，以快速冷却工件，防止工件烧伤，并有效地冲洗砂轮。

新砂轮安装前要用卡尺仔细测量砂轮的各个尺寸，找到界面砂轮组，调出所用的砂轮编号，进行数据输入，输入前要把数据输入钥匙打开，输入完毕按启动键，机床进行计算，然后关闭钥匙。将砂轮正面向外 (砂轮正面有字)，对准砂轮轴将砂轮推到底，砂轮反面必须靠紧轴的第二个台面，将砂轮从左向右旋转以消除间隙，然后安装上动平衡装置拧紧固定螺丝。将动平衡上的两个顶丝卸下，打开砂轮键将里面的油甩干，拧上顶丝，然后做砂轮的动平衡，砂轮的动平衡数值应在0.001mm以内，否则需重新做动平衡。动平衡做好后，找到界面人工修整，按砂轮修整键，机床开始修砂轮。

立方氮化硼砂轮使用前要根据加工工件形状进行修形。一般采用碳化硅砂轮进行修形，加工平行槽时，将立方氮化硼砂轮夹装在外圆磨床两顶尖之间，将外圆磨床头架主轴转速调至最低，与碳化硅砂轮呈反方向旋转手动使立方氮化硼砂轮侧面涂层及过渡层部分慢慢靠近碳化硅砂轮轻轻磨削一下，以提高砂轮几何精度，同时使过渡层表面不超过涂层表面，这样当磨削深度超过立方氮化硼厚度时，过渡层不会产生任何影响。然后将立方氮化硼卸下，反过来安装磨削另一侧。如加工V形槽时需要将平行砂轮修成V形，如加工45°V形槽时，将立方氮化硼砂轮夹在外圆磨床两顶尖之间，将砂轮架按刻度旋转45°进行磨削，磨削出形状后，用扇形游标量角器测量角度是否准确，根据需要进行调整至准确角度，然后继续磨削至预定尺寸后，将立方氮化硼砂轮卸下，反过来安装磨削另一侧，至合适尺寸后，修形工作完成。

砂轮修锐是通过旋转的金刚石滚轮直径一半在Z轴方向的纵向进给及X轴方向的横向进给将砂轮修整至相应的尺寸。Z轴为进给量，X轴为进给速度。应在保证砂轮表面平整的前提下尽可能提高X轴进给速度，修整量越小砂轮表面越光滑，修整量越大砂轮表面越粗糙，冷却性能越好。修整时金刚石与砂轮同方向，因为同方向修整时，金刚石单粒修整深度要大于反方向修整的深度，即相比较而言，修整较粗，防止烧伤。同方向指两轮的切点速度方向相同。

修整时固定的转速很重要，金刚石滚轮与立方氮化硼砂轮线速度之比在0.5～0.9之间，粗糙度最理想。速度比小于0.5砂轮表面太光滑，工件容易烧伤，大于0.9砂轮表面太粗糙，加工出工件表面不好。实际应用中修整时，选择砂轮线速度21.8m/s，固定以砂轮最大直径来计算速度，金刚石滚轮的速度19.4m/s，以金刚石滚轮最大直径来计算。修整量0.003mm半径值为准，循环修3次。

立方氮化硼砂轮硬度、强度及其他物理力学性能都远远优于普通磨料，可加工用普通磨料磨具难以加工的高硬材料，砂轮形状、尺寸变化缓慢，自身损耗小，很小修整，可长时间保持锋利的切削刃，磨削效率高，动力消耗也小。其损耗仅为普通磨料磨具的1%左右，而寿命长，有利于实现磨削自动化。磨削温度低，磨削表面质量高，很少损伤被磨工件的金相组织，可减小烧伤、裂纹等缺陷，可提高工件使用寿命30%～50%。

实际加工成本低，立方氮化硼砂轮价格较贵，但使用寿命长，可缩短加工时间，提高加工效率和表面质量，在合理的使用条件下，可获得良好的经济技术效果。