CN110202422B - 大深径比阶梯孔磨削加工方法 - Google Patents

大深径比阶梯孔磨削加工方法 Download PDF

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Abstract

一种大深径比阶梯孔磨削加工方法，具有如下步骤：S1、测量被加工段内孔不同截面处的孔径；S2、计算加工余量及当前内孔形状精度；S3、判断内孔形状；S4、确定磨削加工参数，调整孔口和孔底换向时的停刀时间；S5、根据S4中确定的加工参数进行内孔往复磨削加工；S6、测量精密高效磨削后被加工段内孔不同截面处的孔径，计算加工余量及内孔形状精度；S7、判断不等式EI‑ES≤δ1≤0和0≤δ2≤ES‑EI是否成立，是，执行步骤S8，否，执行步骤S3；S8、完成加工。本发明通过控制加工中的工艺参数，从磨削原理上解决了大深径比阶梯孔加工过程中内孔形状精度难以保证的问题，进一步实现该类大深径比阶梯孔零件精密高效自动化加工，保障了加工质量的一致性。

Description

大深径比阶梯孔磨削加工方法
技术领域
本发明属于内圆大深径比内孔精密磨削加工技术领域，具体涉及大深径比阶梯孔磨削加工方法。
背景技术
薄壁深孔类零件，例如液压作动缸、火箭或导弹筒体、飞机起落架作动筒等，被广泛应用于航空航天、运载、国防等关键领域。其中，飞机起落架作动筒作为飞机起落架的核心部件，主要采用高强钢锻造成形，具有深径比大(深径比L/D≥12，且孔深L≥1m)、壁薄且内部结构复杂，包括多个阶梯孔和过渡圆弧及台阶面等特点，属于典型的难加工零件。为保证飞机起落架高可靠、高质量的使用性能，防止起落架在使用过程中出现高压油泄漏或运动卡死等故障，对用于起落架的作动筒的内孔加工精度和表面质量提出了更较高要求。
目前该类零件主要采用普通深孔内圆磨床进行磨削加工，由于零件内孔具有多个阶梯孔，在进行每一段内孔加工过程中，砂轮往复运动至该加工段孔底时，砂轮前端面将与该段孔通过圆弧过度的另一段内孔端面接触，导致砂轮无法像磨削普通通孔或带砂轮越程槽的内孔一样，砂轮磨削过程中砂轮前端面可以越过内孔的孔口，或整个砂轮在磨削往复过程中均磨出工件实现材料均匀去除，除此之外，与普通外圆磨削或内圆磨削相比，由于该类零件由于深径比大，且内部结构复杂，磨削用磨杆细长(长度≥1m，直径≤50mm)，刚性差，磨削过程中磨杆弯曲变形大，导致砂轮让刀严重，从而加剧了内孔磨削过程中，由于内孔端口与内孔中间其它位置磨削时间不一致导致的材料去除的不均匀性，磨削出来的内孔孔径大多呈现两端小，中间大或受毛坯自身尺寸影响也存在一端大一端小或中间小两端大等形貌，导致磨削加工的内孔圆柱度误差难以保证，零件废品率高，且由于不合格或中间大两端小的内孔形貌，限制了或降低了零件的使用性能，同时也增加零件使用过程中的风险，引入了极大的飞行安全隐患。
为保证零件加工精度，保障零件的可靠性，经验丰富或技术能力较强的工人会根据实际情况，通过测量内孔各截面尺寸，然后根据测量结果，手动控制机床对局部不满足尺寸要求的小孔径部位进行修磨加工，但由于修磨过程中，磨杆让刀变形严重，材料去除量确定性难移控制，易出现“过修”或“欠修”等问题。当出现“欠修”则需要反复试修，费时费力；当出现“过修”则直接导致零件尺寸超差，从而使得零件报废，且即使修整尺寸合格，内孔内部也存在接刀痕迹，影响零件使用性能。同时磨削加工在实际生产中大多作为零件的最终加工工序，尤其对于航空航天用飞机起落架关键部件，其零件要求极高，为满足使用强度等性能要求，薄壁作动筒的毛坯一般为实心锻造件，机械加工过程材料去除率高于80％，加工工艺过程极其复杂，且包括多道热处理程序，整个工艺过程漫长，产品附加值极高，由于磨削加工工艺限制导致的零件报废，将对生产造成极大的经济损失，同时严重影响产品生产进度，这也给操作人员加工过程中造成了极大的心理负担。且加工时易发生颤振、引起磨杆失稳，严重时易导致零件报废或引发安全事故等问题。
为此急需提出或发明一种新的大深径比阶梯孔磨削加工方法，保障该类零件的加工尺寸精度和形状精度，满足航空航天领域飞机起落架等典型大深径比复杂结构薄壁件的精密加工需求。
发明内容
根据上述提出的技术问题，通过分析该类复杂结构内孔磨削加工过程中，材料去除机理，提出并发明了大深径比阶梯孔磨削加工方法，该加工控制方法通过研究加工过程材料去除机理，从原理上能够解决各类复杂阶梯内孔磨削过程中材料去除不均匀问题，从而实现磨削孔段的加工尺寸精度、形状精度和表面质量的控制，提高了大深径比阶梯孔加工质量和生产效率，本发明采用的技术手段如下：
大深径比阶梯孔磨削加工方法，具有如下步骤：
S1、测量被加工段内孔不同截面处的孔径：将加工孔段划分为n个等距截面，n优选为奇数，控制机床的X轴工作台和Z轴工作台进给，并测出各截面处的孔径Di，从孔口至孔底处i＝1,2,…,n，将测量结果Di依次写入数控系统R变量进行存储，对应R参数为Ri(其中i＝1,2,…,n)。
S2、计算加工余量及当前内孔形状精度：根据内孔圆柱度加工要求，通过基本尺寸D0和公差E(ES，EI)要求，确定理论孔径上极限尺寸Dmax＝D0+ES，和下极限尺寸Dmin＝D0+EI，计算最小加工余量δ1＝Dmin-max(Di)，最大加工余量δ2＝Dmax-min(Di)，内孔形状精度Δ1＝max(Di)-min(Di),其中max(Di)为最大测量孔径，min(Di)为最小测量孔径。
S3、判断内孔形状：根据测量结果Ri(其中i＝1,2,…,n)，对比R1、R2、…、Rn的大小，确定内孔形状：
如果内孔形状为中间孔径大，两端孔径小，即满足：R1＜…＜Ri-1＜Ri＞Ri+1＞…＞Rn，则定为“腰鼓形”；
如果内孔形状为中间孔径小，两端孔径大，即满足：R1＞…＞Ri-1＞Ri＜Ri+1＜…＜Rn，则定为“马鞍形”；
如果内孔形状为右端孔径小，左端孔径大，即满足：R1＜…＜Ri-1＜Ri＜Ri+1＜…＜Rn，则定为“右锥形”；
如果内孔形状为左端孔径小，右端孔径大，即满足：R1＞…＞Ri-1＞Ri＞Ri+1＞…＞Rn，则定为“左锥形”。
S4、确定磨削加工参数，以下所述Xs为磨杆安全使用时允许的最大预弯曲变形量，对于试验中用到的长度1m，直径50mm的长磨杆，其最大许用预弯曲变形量Xs为0.4～0.7mm；
当δ1＞0.5mm，则采用粗加工参数，即磨杆预压量：
Figure BDA0002103661390000032
切削深度20μm＜ap≤50μm，砂轮往复磨削速度120mm/min≤F≤300mm/min；同时，若Δ1＜E，孔底和孔口换向时设置停刀时间1s≤t1、t2≤5s；若Δ1≥E，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间5s≤t1、t2≤12s；如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝0s；如果内孔呈“右锥形”，则孔底设置停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间5s≤t2≤15s；如果内孔呈“左锥形”，则孔底设置停刀时间5s≤t1≤15s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
当0.2mm＜δ1≤0.5mm，则采用半精加工参数，即磨杆预压量：
Figure BDA0002103661390000031
切削深度10μm＜ap≤20μm，砂轮往复磨削速度180mm/min≤F≤300mm/min；同时，若Δ1＜E时，孔底和孔口换向时设置停刀时间1s≤t1、t2≤5s；若Δ1≥E时，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间5s≤t1、t2≤12s；如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝0s；如果内孔呈“右锥形”，则孔底停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间5s≤t2≤15s；如果内孔呈“左锥形”，则孔底设置停刀时间5s≤t1≤15s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
当0＜δ1≤0.2mm，则采用精加工参数，即磨杆预压量：
Figure BDA0002103661390000033
切削深度1μm＜ap≤10μm，砂轮往复磨削速度180mm/min≤F≤300mm/min；同时，若Δ1＜E时，孔底和孔口换向时设置停刀时间1s≤t1、t2≤5s；若Δ1≥E时，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间3s≤t1≤10s，3s≤t2≤10s；如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝0s；如果内孔呈“右锥形”，则孔底设置停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间3s≤t2≤10s；如果内孔呈“左锥形”，则孔底设置停刀时间3s≤t1≤10s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
S5、精密高效磨削加工：根据上述确定的加工参数，控制机床Z轴工作台和X轴工作台移动至内孔，对内孔进行磨削，加工过程中砂轮往复磨削，且始终保证砂轮与工件的接触宽度
Figure BDA0002103661390000034
其中B为砂轮宽度。
S6、测量精密高效磨削后被加工段内孔不同截面处的孔径，将测量结果Di依次写入数控系统R变量进行存储，计算出最小加工余量δ1和最大加工余量δ2及内孔形状精度Δ1；
S7、判断不等式EI-ES≤δ1≤0和0≤δ2≤ES-EI是否成立，是，执行步骤S8，否，执行步骤S3；
S8、完成加工。
进一步地，所述的步骤S1中n优选为奇数。
进一步地，所述的步骤S4中，最大许用预弯曲变形量Xs为0.4～0.7mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明提出的大深径比阶梯孔磨削加工方法，从磨削加工原理上解决了大深径比复杂阶梯内孔磨削加工过程内孔形状精度难以保证的问题，提出了通过控制磨削加工过程中工艺参数，实现了大深径比复杂阶梯内孔磨削加工形状精度的控制，提高了该类产品的加工精度、加工效率和成品率。
(2)本发明提出的大深径比阶梯孔磨削加工方法，即可用于普通磨床磨削加工，提高加工精度和加工效率，降低零件报废率，极大的节约加工成本，降低工人的劳动强度，同时，可进一步应用于数控加工，实现该类大深径比复杂零件内孔精密高效自动化加工，极大的降低人为因素对工件加工精度的影响，减少甚至消除该类零件磨削加工质量对操着者技术水平的依赖，提高该类零件的智能化加工水平，并有效保障零件加工质量的一致性。
附图说明
图1是本发明的具体实施方式中大深径比阶梯孔磨削加工方法的流程框图；
图2是测量-加工一体化数控深孔磨床示意图；
图3是大深径比零件整体结构示意图；
图4是被加工孔段的局部结构示意图；
图5是被加工孔段内孔呈“腰鼓形”的示意图；
图6是被加工孔段内孔呈“马鞍形”的示意图；
图7是被加工孔段内孔呈“右锥形”的示意图；
图8是被加工孔段内孔呈“左锥形”的示意图。
图中：1测头，2控制与显示单元，3X轴工作台，4磨杆，5砂轮，6Z轴工作台。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
大深径比阶梯孔磨削加工方法，基于图2所示的测量-加工一体化数控深孔磨床实现，该磨床包括测头1、控制与显示单元2、X轴工作台3、磨杆4、砂轮5、Z轴工作台6。所述Z轴工作台6和X轴工作台3分别位于床身左右两侧，且能够在床身上沿X轴方向、Z轴方向移动，磨杆4一端通过涨紧套夹紧固定在X轴工作台6上，另一端与砂轮5连接，所述测头1通过与磨杆4平行的支杆安装在X轴工作台3上，测头1与控制与显示单元2电连接，Z轴工作台6上设有三爪卡盘，工件一端夹持在三爪卡盘内，另一端设于中心架上。
大深径比阶梯孔磨削加工方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、测量被加工段内孔不同截面处的孔径：将加工孔段划分为n个等距截面，控制机床的X轴工作台3和Z轴工作台6进给，并测出各截面处的孔径Di，从孔口至孔底处i＝1,2,…,n，将测量结果Di依次写入数控系统R变量进行存储，对应R参数为Ri(其中i＝1,2,…,n)。
S2、计算加工余量及当前内孔形状精度：根据内孔圆柱度加工要求，通过基本尺寸D0和公差E(ES，EI)要求，确定理论孔径上极限尺寸Dmax＝D0+ES，和下极限尺寸Dmin＝D0+EI，计算最小加工余量δ1＝Dmin-max(Di)，最大加工余量δ2＝Dmax-min(Di)，内孔形状精度Δ1＝max(Di)-min(Di),其中max(Di)为最大测量孔径，min(Di)为最小测量孔径。
S3、判断内孔形状：根据测量结果Ri(其中i＝1,2,…,n)，对比R1、R2、…、Rn的大小，确定内孔形状：
如果内孔形状为中间孔径大，两端孔径小，即满足：R1＜…＜Ri-1＜Ri＞Ri+1＞…＞Rn，则定为“腰鼓形”；
如果内孔形状为中间孔径小，两端孔径大，即满足：R1＞…＞Ri-1＞Ri＜Ri+1＜…＜Rn，则定为“马鞍形”；
如果内孔形状为右端孔径小，左端孔径大，即满足：R1＜…＜Ri-1＜Ri＜Ri+1＜…＜Rn，则定为“右锥形”；
如果内孔形状为左端孔径小，右端孔径大，即满足：R1＞…＞Ri-1＞Ri＞Ri+1＞…＞Rn，则定为“左锥形”。
S4、确定磨削加工参数，以下所述Xs为磨杆4安全使用时允许的最大预弯曲变形量：
当δ1＞0.5mm，则采用粗加工参数，即磨杆4预压量：
Figure BDA0002103661390000051
切削深度20μm＜ap≤50μm，砂轮5往复磨削速度120mm/min≤F≤300mm/min；同时，若Δ1＜E，孔底和孔口换向时设置停刀时间1s≤t1、t2≤5s；若Δ1≥E，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间5s≤t1、t2≤12s；如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝0s；如果内孔呈“右锥形”，则孔底设置停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间5s≤t2≤15s；如果内孔呈“左锥形”，则孔底设置停刀时间5s≤t1≤15s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
当0.2mm＜δ1≤0.5mm，则采用半精加工参数，即磨杆4预压量：
Figure BDA0002103661390000052
切削深度10μm＜ap≤20μm，砂轮5往复磨削速度180mm/min≤F≤300mm/min；同时，若Δ1＜E时，孔底和孔口换向时设置停刀时间1s≤t1、t2≤5s；若Δ1≥E时，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间5s≤t1、t2≤12s；如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝0s；如果内孔呈“右锥形”，则孔底停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间5s≤t2≤15s；如果内孔呈“左锥形”，则孔底设置停刀时间5s≤t1≤15s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
当0＜δ1≤0.2mm，则采用精加工参数，即磨杆4预压量：
Figure BDA0002103661390000061
切削深度1μm＜ap≤10μm，砂轮5往复磨削速度180mm/min≤F≤300mm/min；同时，若Δ1＜E时，孔底和孔口换向时设置停刀时间1s≤t1、t2≤5s；若Δ1≥E时，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间3s≤t1≤10s，3s≤t2≤10s；如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝0s；如果内孔呈“右锥形”，则孔底设置停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间3s≤t2≤10s；如果内孔呈“左锥形”，则孔底设置停刀时间3s≤t1≤10s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
S5、精密高效磨削加工：根据上述确定的加工参数，控制机床Z轴工作台6和X轴工作台3移动至内孔，对内孔进行磨削，加工过程中砂轮5往复磨削，且始终保证砂轮5与工件的接触宽度
Figure BDA0002103661390000062
其中B为砂轮5宽度。
S6、测量精密高效磨削后被加工段内孔不同截面处的孔径，将测量结果Di依次写入数控系统R变量进行存储，计算出最小加工余量δ1和最大加工余量δ2及内孔形状精度Δ1；
S7、判断不等式EI-ES≤δ1≤0和0≤δ2≤ES-EI是否成立，是，执行步骤S8，否，执行步骤S3；
S8、完成加工。
进一步地，所述的步骤S1中n优选为奇数。
进一步地，所述的步骤S4中，最大许用预弯曲变形量Xs为0.4～0.7mm。
实施例1
大深径比阶梯孔磨削加工方法，如图1所示，具有如下步骤：
S1、测量被加工段内孔不同截面处的孔径：将加工孔段划分为n＝21个等距截面，控制机床的X轴工作台3和Z轴工作台6进给，并测出各截面处的孔径Di，从孔口至孔底处i＝1,2,…,n，将测量结果Di依次写入数控系统R变量进行存储，对应R参数为Ri(其中i＝1,2,…,n)。
S2、计算加工余量及当前内孔形状精度：根据内孔圆柱度加工要求，通过基本尺寸D0和公差E(ES，EI)要求，确定理论孔径上极限尺寸Dmax＝D0+ES，和下极限尺寸Dmin＝D0+EI，计算最小加工余量δ1＝Dmin-max(Di)，最大加工余量δ2＝Dmax-min(Di)，内孔形状精度Δ1＝max(Di)-min(Di),其中max(Di)为最大测量孔径，min(Di)为最小测量孔径。
S3、判断内孔形状：根据测量结果Ri(其中i＝1,2,…,n)，对比R1、R2、…、Rn的大小，确定内孔形状：
如果内孔形状为中间孔径大，两端孔径小，即满足：R1＜…＜Ri-1＜Ri＞Ri+1＞…＞Rn，则定为“腰鼓形”；
如果内孔形状为中间孔径小，两端孔径大，即满足：R1＞…＞Ri-1＞Ri＜Ri+1＜…＜Rn，则定为“马鞍形”；
如果内孔形状为右端孔径小，左端孔径大，即满足：R1＜…＜Ri-1＜Ri＜Ri+1＜…＜Rn，则定为“右锥形”；
如果内孔形状为左端孔径小，右端孔径大，即满足：R1＞…＞Ri-1＞Ri＞Ri+1＞…＞Rn，则定为“左锥形”。
S4、确定磨削加工参数，以下所述Xs为磨杆4安全使用时允许的最大预弯曲变形量，对于试验中用到的长度1m，直径50mm的长磨杆4，其最大许用预弯曲变形量Xs为0.4mm；
当δ1＞0.5mm，则采用粗加工参数，即磨杆4预压量：Xap0为0.3mm，切削深度ap为20μm，砂轮5往复磨削速度F为150mm/min；同时，若Δ1＜E，孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝2s；若Δ1≥E，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝6s；如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝0s；如果内孔呈“右锥形”，则孔底换向时设置停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间t2＝7s；如果内孔呈“左锥形”，则孔底换向时设置停刀时间t1＝6s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
当0.2mm＜δ1≤0.5mm，则采用半精加工参数，即磨杆4预压量：Xap0为0.2mm，切削深度ap为15μm，砂轮5往复磨削速度F为180mm/min；同时，若Δ1＜E时，孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝3s；若Δ1≥E时，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝8s；如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝0s；如果内孔呈“右锥形”，则孔底换向时设置停刀时间t1＝0s，孔口换向时停刀时间t2＝10s；如果内孔呈“左锥形”，则孔底换向时设置停刀时间t1＝10s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
当0＜δ1≤0.2mm，则采用精加工参数，即磨杆4无预压量：Xap0为0.1mm，切削深度ap为6μm，砂轮5往复磨削速度F为200mm/min；同时，若Δ1＜E时，孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝3s；若Δ1≥E时，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝6s；如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时无停刀时间；如果内孔呈“右锥形”，则孔底换向时设置停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间t2＝6s；如果内孔呈“左锥形”，则孔底换向时设置停刀时间t1＝6s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s。
S5、精密高效磨削加工：根据上述确定的加工参数，控制机床Z轴工作台6和X轴工作台3移动至内孔，对内孔进行磨削，加工过程中砂轮5往复磨削，且始终保证砂轮5与工件的接触宽度
Figure BDA0002103661390000081
其中B为砂轮5宽度。
S6、测量精密高效磨削后被加工段内孔不同截面处的孔径，将测量结果Di依次写入数控系统R变量进行存储，计算出最小加工余量δ1和最大加工余量δ2及内孔形状精度Δ1；
S7、判断不等式EI-ES≤δ1≤0和0≤δ2≤ES-EI是否成立，是，执行步骤S8，否，执行步骤S3；
S8、完成加工。
实施例2
大深径比阶梯孔磨削加工方法，如图1所示，具有如下步骤：
S1、测量被加工段内孔不同截面处的孔径：将加工孔段划分为n＝21个等距截面，控制机床的X轴工作台3和Z轴工作台6进给，并测出各截面处的孔径Di，从孔口至孔底处i＝1,2,…,n，将测量结果Di依次写入数控系统R变量进行存储，对应R参数为Ri(其中i＝1,2,…,n)。
S2、计算加工余量及当前内孔形状精度：根据内孔圆柱度加工要求，通过基本尺寸D0和公差E(ES，EI)要求，确定理论孔径上极限尺寸Dmax＝D0+ES，和下极限尺寸Dmin＝D0+EI，计算最小加工余量δ1＝Dmin-max(Di)，最大加工余量δ2＝Dmax-min(Di)，内孔形状精度Δ1＝max(Di)-min(Di),其中max(Di)为最大测量孔径，min(Di)为最小测量孔径。
S3、判断内孔形状：根据测量结果Ri(其中i＝1,2,…,n)，对比R1、R2、…、Rn的大小，确定内孔形状：
如果内孔形状为中间孔径大，两端孔径小，即满足：R1＜…＜Ri-1＜Ri＞Ri+1＞…＞Rn，则定为“腰鼓形”；
如果内孔形状为中间孔径小，两端孔径大，即满足：R1＞…＞Ri-1＞Ri＜Ri+1＜…＜Rn，则定为“马鞍形”；
如果内孔形状为右端孔径小，左端孔径大，即满足：R1＜…＜Ri-1＜Ri＜Ri+1＜…＜Rn，则定为“右锥形”；
如果内孔形状为左端孔径小，右端孔径大，即满足：R1＞…＞Ri-1＞Ri＞Ri+1＞…＞Rn，则定为“左锥形”。
S4、确定磨削加工参数，以下所述Xs为磨杆4安全使用时允许的最大预弯曲变形量，对于试验中用到的长度1m，直径50mm的长磨杆4，其最大许用预弯曲变形量Xs为0.6㎜；
当δ1＞0.5mm，则采用粗加工参数，即磨杆4预压量：Xap0为0.5mm，切削深度ap为50μm，砂轮5往复磨削速度F为250mm/min；同时，若Δ1＜E，孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝5s；若Δ1≥E，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝10s；如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝0s；如果内孔呈“右锥形”，则孔底换向时设置停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间t2＝12s；如果内孔呈“左锥形”，则孔底换向时设置停刀时间t1＝15s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
当0.2mm＜δ1≤0.5mm，则采用半精加工参数，即磨杆4预压量：Xap0为0.3mm，切削深度ap为20μm，砂轮5往复磨削速度F为260mm/min；同时，若Δ1＜E时，孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝5s；若Δ1≥E时，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝10s；如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时无停刀时间；如果内孔呈“右锥形”，则孔底换向时设置停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间t2＝12s；如果内孔呈“左锥形”，则孔底换向时设置停刀时间t1＝10s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
当0＜δ1≤0.2mm，则采用精加工参数，即磨杆4无预压量：Xap0为0.1mm，切削深度ap为6μm，砂轮5往复磨削速度F为280mm/min；同时，若Δ1＜E时，孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝5s；若Δ1≥E时，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝10s；如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时无停刀时间；如果内孔呈“右锥形”，则孔底换向时设置停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间t2＝10s；如果内孔呈“左锥形”，则孔底换向时设置停刀时间t1＝10s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s。
S5、精密高效磨削加工：根据上述确定的加工参数，控制机床Z轴工作台6和X轴工作台3移动至内孔，对内孔进行磨削，加工过程中砂轮5往复磨削，且始终保证砂轮5与工件的接触宽度
Figure BDA0002103661390000091
其中B为砂轮5宽度。
S6、测量精密高效磨削后被加工段内孔不同截面处的孔径，将测量结果Di依次写入数控系统R变量进行存储，计算出最小加工余量δ1和最大加工余量δ2及内孔形状精度Δ1；
S7、判断不等式EI-ES≤δ1≤0和0≤δ2≤ES-EI是否成立，是，执行步骤S8，否，执行步骤S3；
S8、完成加工。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.大深径比阶梯孔磨削加工方法，其特征在于，所述的加工方法包括以下步骤：
S1、测量被加工段内孔不同截面处的孔径：将加工孔段划分为n个等距截面，控制机床的X轴工作台和Z轴工作台进给，并测出各截面处的孔径Di，从孔口至孔底处i＝1,2,…,n，将测量结果Di依次写入数控系统R变量进行存储，对应R参数为Ri，其中i＝1,2,…,n；
S2、计算加工余量及当前内孔形状精度：根据内孔圆柱度加工要求，通过基本尺寸D0和公差E要求，确定理论孔径上极限尺寸Dmax＝D0+ES，和下极限尺寸Dmin＝D0+EI，计算最小加工余量δ1＝Dmin-max(Di)，最大加工余量δ2＝Dmax-min(Di)，内孔形状精度Δ1＝max(Di)-min(Di),其中max(Di)为最大测量孔径，min(Di)为最小测量孔径；
S3、判断内孔形状：根据测量结果Ri，对比R1、R2、…、Rn的大小，确定内孔形状：
如果内孔形状为中间孔径大，两端孔径小，即满足：R1＜…＜Ri-1＜Ri＞Ri+1＞…＞Rn，则定为“腰鼓形”；
如果内孔形状为中间孔径小，两端孔径大，即满足：R1＞…＞Ri-1＞Ri＜Ri+1＜…＜Rn，则定为“马鞍形”；
如果内孔形状为右端孔径小，左端孔径大，即满足：R1＜…＜Ri-1＜Ri＜Ri+1＜…＜Rn，则定为“右锥形”；
如果内孔形状为左端孔径小，右端孔径大，即满足：R1＞…＞Ri-1＞Ri＞Ri+1＞…＞Rn，则定为“左锥形”；
S4、确定磨削加工参数，以下所述Xs为磨杆安全使用时允许的最大预弯曲变形量：
当δ1＞0.5mm，则采用粗加工参数，即磨杆预压量：
Figure FDA0002779442490000011
切削深度20μm＜ap≤50μm，砂轮往复磨削速度120mm/min≤F≤300mm/min；同时，若Δ1＜E，孔底和孔口换向时设置停刀时间1s≤t1、t2≤5s；若Δ1≥E，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间5s≤t1、t2≤12s，如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝0s，如果内孔呈“右锥形”，则孔底设置停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间5s≤t2≤15s，如果内孔呈“左锥形”，则孔底设置停刀时间5s≤t1≤15s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
当0.2mm＜δ1≤0.5mm，则采用半精加工参数，即磨杆预压量：
Figure FDA0002779442490000012
切削深度10μm＜ap≤20μm，砂轮往复磨削速度180mm/min≤F≤300mm/min；同时，若Δ1＜E时，孔底和孔口换向时设置停刀时间1s≤t1、t2≤5s；若Δ1≥E时，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间5s≤t1、t2≤12s，如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝0s，如果内孔呈“右锥形”，则孔底停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间5s≤t2≤15s，如果内孔呈“左锥形”，则孔底设置停刀时间5s≤t1≤15s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
当0＜δ1≤0.2mm，则采用精加工参数，即磨杆预压量：
Figure FDA0002779442490000021
切削深度1μm＜ap≤10μm，砂轮往复磨削速度180mm/min≤F≤300mm/min；同时，若Δ1＜E时，孔底和孔口换向时设置停刀时间1s≤t1、t2≤5s；若Δ1≥E时，如果内孔呈“腰鼓形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间3s≤t1≤10s，3s≤t2≤10s，如果内孔呈“马鞍形”，则孔底和孔口换向时设置停刀时间t1＝t2＝0s，如果内孔呈“右锥形”，则孔底设置停刀时间t1＝0s，孔口换向时设置停刀时间3s≤t2≤10s，如果内孔呈“左锥形”，则孔底设置停刀时间3s≤t1≤10s，孔口换向时设置停刀时间t2＝0s；
S5、精密高效磨削加工：根据上述确定的加工参数，控制机床Z轴工作台和X轴工作台移动至内孔，对内孔进行磨削，加工过程中砂轮往复磨削，且始终保证砂轮与工件的接触宽度
Figure FDA0002779442490000022
其中，B为砂轮宽度；
S6、测量精密高效磨削后被加工段内孔不同截面处的孔径，将测量结果Di依次写入数控系统R变量进行存储，计算出最小加工余量δ1和最大加工余量δ2及内孔形状精度Δ1；
S7、判断不等式EI-ES≤δ1≤0和0≤δ2≤ES-EI是否成立，是，执行步骤S8，否，执行步骤S3；
S8、完成加工。
2.根据权利要求1所述的大深径比阶梯孔磨削加工方法，其特征在于，所述的步骤S1中n为奇数。
3.根据权利要求1所述的大深径比阶梯孔磨削加工方法，其特征在于，所述的步骤S4中，最大许用预弯曲变形量Xs为0.4～0.7mm。
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