一、引言：
數(shù)控磨床兼具機械技術(shù)和信息技術(shù)的優(yōu)勢，因此十分適合用于加工高精度工件。在采用數(shù)控磨床進行磨削加工時存在一些常見問題，對工件表面的加工效果產(chǎn)
生了一定的負面影響。例如，工件光潔度不足、工件精度存在誤差、表面燒傷出現(xiàn)裂紋等。對此，制造企業(yè)必須采用合理的應(yīng)對措施，如誤差補償加工、磨削參數(shù)控制等，從而有效解決上述磨削加工問題，保障加工工件的質(zhì)量和性能。本文從磨削加工問題入手，探討了常見問題的應(yīng)對措施，以供參考。
二、數(shù)控磨床在磨削中的常見問題：
2.1工件表面出現(xiàn)劃痕：
在采用數(shù)控磨床進行磨削加工時，工件表面可能會出現(xiàn)劃痕，造成這一情況的主要原因是磨削所使用的砂輪在高速運行的情況下與工件表面產(chǎn)生作用，導(dǎo)致砂輪上的砂粒脫落，而脫落后的砂粒由于卡在了磨削面上或混入了磨削液中，導(dǎo)致加工時砂粒與工件表面擠壓出現(xiàn)劃痕。出現(xiàn)這一情況的主要因素有3個：砂輪、磨削液和磨削參數(shù)。
第一，砂輪因素。由于砂輪具有自銳性，砂粒的脫落是完全不可避免的。如果砂輪的硬度較低，那么砂輪表面的砂粒就比較容易從砂輪上掉下來，而砂粒的硬度必然高于工件的硬度，一旦夾在加工面上，就有可能造成工件劃傷；第二，磨削液因素。在磨削加工中，磨削液是十分重要的輔助性材料，能夠在磨削的過程中迅速而有效地起到潤滑、清洗等作用。磨削液通常會經(jīng)由噴嘴噴在砂輪和工件之間，因此一旦從砂輪中脫落下來的砂?；烊肽ハ饕褐?，就有可能導(dǎo)致工件劃傷；第三，磨削參數(shù)因素。隨著工件加工要求的不斷提升，磨削加工的參數(shù)如果調(diào)整不當，很有可能造成工件表面光潔度受損。例如，增加磨削深度、工件轉(zhuǎn)動速度會使磨削力提高，進而使工件出現(xiàn)較為嚴重的塑性變形，表面光潔度將無法滿足加工要求。此外，如果砂輪磨損較為嚴重，而修整不及時的話，也會影響工件的表面。
2.2工件磨削精度偏差：
數(shù)控磨床作為零部件加工的重要設(shè)備，在工件加工精度要求日益提升的當下，要通過磨削加工確保工件的精度，解決誤差問題。從精度偏差來源來看，工件的誤差主要是由幾何誤差（運動誤差）和熱誤差造成的。幾何誤差通常是磨削加工過程中，磨床制造時的運動軌跡誤差，各部件不斷移動和運動，導(dǎo)致空間位置上不符合基準值，進而產(chǎn)生誤差。熱誤差則是由于磨床在加工過程中，設(shè)備出現(xiàn)了熱變形，導(dǎo)致設(shè)備的位置精度和直線度出現(xiàn)誤差，最終使實際磨削的效果與預(yù)期存在一定的差異。相較于其他加工方式，磨削加工存在大量的磨削熱，因此，熱誤差的出現(xiàn)概率很高。此外，還存在外部因素的影響，即氣溫因素。適宜的工作溫度能夠最大限度提升加工精度，溫度過高或過低都會對其產(chǎn)生影響，導(dǎo)致工件不符合磨削尺寸公差的要求。具體來說，如果溫度過高，磨削降溫冷卻效果必然受到影響，熱變形的概率增大；如果溫度過低，磨削熱、量具會受到一定影響，還需要將磨削液等材料進行升溫處理，不僅精度不準，還會影響加工效率。
2.3磨削燒傷及裂紋：
在使用數(shù)控磨床磨削工件時，工件表面產(chǎn)生燒傷或裂紋是較為常見的現(xiàn)象，但表面燒傷的工件在強度、硬度等性能上會有所下降，進而影響工件的使用壽命。磨削燒傷的原理是磨削區(qū)域會產(chǎn)生瞬時的高溫，一旦高溫達到相變溫度的范圍，就會導(dǎo)致工件表面出現(xiàn)變化，降低金屬的強度和硬度。同時，數(shù)控磨床會采用冷卻液進行散熱，這可能會造成工件表面殘留的奧氏體形成二次淬火馬氏體，這一部分在表層和里層拉應(yīng)力的作用下，無法負荷，進而產(chǎn)生裂紋。
導(dǎo)致磨削燒傷出現(xiàn)的影響因素大致可以分為兩類，即材料因素和工藝操作因素。材料因素的核心在于殘留的奧氏體，奧氏體是馬氏體形成的關(guān)鍵，當工件殘余奧氏體受到磨削加工時產(chǎn)生的熱能和壓力時，可能會發(fā)生轉(zhuǎn)變，進而造成裂紋。而奧氏體的出現(xiàn)又與滲層碳濃度有關(guān)，碳濃度過高的情況下，磨削的瞬時高溫會導(dǎo)致表面出現(xiàn)回火現(xiàn)象，進而產(chǎn)生殘留奧氏體。因此需要對這兩個因素進行合理控制，碳濃度盡量保持在 0.75%～0.95% 之間，殘留奧氏體則避免超過 30%。工藝操作因素則較為復(fù)雜，包括磨削參數(shù)問題、砂輪問題、冷卻方法等。在磨削參數(shù)上，磨削余量、磨削用量、工件轉(zhuǎn)速、砂輪參數(shù)和間隙等均有可能會導(dǎo)致燒傷現(xiàn)象的出現(xiàn) 。在砂輪方面，砂輪發(fā)熱強、散熱不當和排屑不充分是造成燒傷問題的主要影響因素，因此要注意砂輪材質(zhì)、粒度、硬度、直徑的選擇，必要時還需要對砂輪進行特殊處理，以提升散熱性能和排屑能力。在冷卻方法上，磨削液和冷卻液是引發(fā)工件燒傷的關(guān)鍵因素。
三、數(shù)控磨床在磨削中常見問題的解決措施：
3.1合理調(diào)整磨削工藝，減少工件表面劃痕：
為減少工件表面劃痕，提升表面的光潔度，需要從砂輪、磨削液和磨削參數(shù) 3 個方面入手進行控制。在砂輪選擇上，要根據(jù)加工工件材料的不同合理選擇所需砂輪，充分考慮磨料硬度和韌性特征，以提升工件表面的光潔度。通常硬度越高，砂粒脫落的難度就越大；越軟則越容易脫落。在磨削硬度較高的材料時，可以選擇硬度低一些的砂輪，讓磨料在磨削中脫落，露出新的磨料保持砂輪的鋒利度。在磨削液上，為了避免磨料混入磨削液中，應(yīng)合理調(diào)整磨削液噴嘴的位置、流量和噴射壓力，讓砂輪和工件中的磨削液始終保持純凈。在磨削參數(shù)上，一方面，要合理設(shè)置工藝參數(shù)，即磨削用量，確保加工過程中工件的塑性變形問題處在合理范圍內(nèi)；另一方面，則要做好砂輪修整工作，將變鈍的砂輪修整鋒利，提升磨削效率和表面光潔度。在進行修整時，還需要控制修整量和修整速度，采用少量多次、快速修整的方式保證砂輪的工作狀態(tài)。工件加工分為粗磨和精磨，在精磨之前應(yīng)當進行砂輪修整，從而減少工件劃痕保證表面光潔。
3.2開展精密運動控制，提升砂輪磨削精度：
為提升工件磨削加工的精度，要做好幾何誤差和熱誤差的控制工作。第一，幾何誤差控制。一方面，為了確保磨床運動軌跡的精密性，降低運動所產(chǎn)生的空間誤差，可以采用控制指令算法，實現(xiàn)對運行環(huán)節(jié)的約束。在磨削過程中，砂輪等結(jié)構(gòu)的運行軌跡應(yīng)與理論規(guī)劃的位置、軌跡相同，這是開展精密運動控制的大前提，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建相對運動約束方程，從而計算出相應(yīng)的數(shù)控驅(qū)動指令值，對磨床工作過程進行控制和約束。另一方面，則可以通過誤差預(yù)補償對幾何誤差進行測量，并結(jié)合補償值對工件進行誤差補償加工（見圖1）。
第二，熱誤差控制。一般熱誤差的控制方法有3種：一是熱補償，即通過傳感設(shè)備對磨床進行溫度監(jiān)控，并結(jié)合實時溫度值進行熱誤差補償計算，然后加以修正，以達到補償效果；二是改進磨床結(jié)構(gòu)，選擇剛性和強度較高的材料對關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)進行改進，從而減少加工過程中的熱變形問題，降低誤差；或采用熱應(yīng)力消除裝置，降低熱變形對工作過程的影響；三是采用主軸冷卻措施，包括裝設(shè)冷卻裝置、更換低熱膨脹的材料等，消除掉主軸中的多余熱量，減少主軸的熱變形現(xiàn)象。第三，在工作溫度控制上，應(yīng)借助通風系統(tǒng)將環(huán)境溫度控制在 20℃～25℃左右，這樣能夠最大限度降低氣溫對磨削精度誤差的影響。
3.3合理控制燒傷因素，優(yōu)化磨削工藝操作：
工件燒傷的影響因素較多，在開展磨削工藝操作時，可以從以下 3 個方面入手：合理控制磨削參數(shù)、選擇合適砂輪和優(yōu)化冷卻方法。
第一，磨削參數(shù)控制的核心原則在于適量性，即合理選擇磨削所需參數(shù)，并進行必要調(diào)整。當磨削用量設(shè)置較少時如果出現(xiàn)燒傷現(xiàn)象，應(yīng)加大縱向進給速度；相反，如果用量大時出現(xiàn)了工件燒傷，則需要減少進給，增加磨削頻次。要合理評估工件轉(zhuǎn)速，使其保持適當轉(zhuǎn)速。要控制砂輪的平衡性，處理主軸振擺過大、松緊間隙過大等問題。
第二，砂輪選擇的關(guān)鍵在于減少發(fā)熱、提高散熱和充分排屑。以此為標準，在砂輪磨料上，應(yīng)與待加工工件相匹配；砂輪粒度上，應(yīng)在符合加工要求的前提下選擇粗號；在砂輪硬度上，盡量選擇軟一些的砂輪；在砂輪組織結(jié)構(gòu)上，應(yīng)選擇疏松、排屑好的；在砂輪直徑上，應(yīng)選擇直徑較小的砂輪，減少磨削面積。此外，還可以對砂輪進行適當?shù)募庸ぬ幚恚?，在使用面上開槽，以提高散熱和排屑效果。砂輪應(yīng)及時修整，包括處理鈍化問題、平衡問題等。
第三，在磨削液的選擇上，宜為油性產(chǎn)品，采用濕磨
法進行磨削，確保磨削液供給充分、壓力大，從而促進降溫和排屑。在冷卻液的選擇上，選擇有適當黏性的純凈冷卻液，保持較低的溫度以達到冷卻效果。
四、結(jié)束語：
綜上所述，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，制造業(yè)工件加工的質(zhì)量和精度要求越來越高。在進行工件加工時，利用數(shù)控磨床進行磨削加工是工件表面處理的常用手段。在進行工件磨削時，時常會出現(xiàn)表面有劃痕、精度誤差和表面燒傷問題，相關(guān)人員要做好上述問題的深入分析，評估造成問題的種種原因，并采取針對性措施進行處理，以保證工件加工質(zhì)量符合要求。
本文數(shù)據(jù)來源:模具制造2024年6期，由北京海寶精機數(shù)控機械有限公司供稿，作者：鄭玉才
