砂轮修整系统

砂轮修整系统（共7篇）

砂轮修整系统 篇1

1 引言

精密内圆磨床作为一种精密磨削设备, 广泛应用于中小孔内圆磨削加工。由于其砂轮转速高、砂轮轴刚性比较差, 所以容易产生弯曲变形与振动, 导致砂轮工作表面磨粒会因不均匀磨损而失去正确的几何形状;而磨削时由于砂轮工件的接触弧长较外圆磨削大, 且冷却液不易进入磨削区域, 容易导致磨削区域出现高温、粘附等作用, 造成磨屑不易排出, 加速磨粒钝化。因此, 精密内圆磨削过程中的砂轮修整成为内圆磨削质量控制的关键[1], 且砂轮状态的好坏将直接决定磨削工件的质量及效率。

目前精密内圆磨床砂轮状态及修整质量主要是通过检测修整后的砂轮性能来体现。砂轮修整主要是通过设计固定的修整工序和参数来实施的, 而砂轮修整质量检测主要是针对砂轮形貌, 是通过检测修整后砂轮磨粒的均匀性、等高性及微刃性来判断砂轮修整的好坏, 但其存在滞后性, 实时性差, 不能及时地进行反馈。针对精密内圆磨削, 砂轮修整精度决定磨削的高精度, 因此, 精密内圆磨削中, 对砂轮修整进行实时在线监测显得尤为重要。砂轮修整中的变化因素很多[2], 功率作为砂轮修整中一个重要变化因素, 其变化能很好地反映砂轮的修整状态。本文将围绕功率在线监控系统的原理及特点来研究这个系统在精密内圆磨床砂轮修整中的应用。

2 功率在线监控砂轮修整系统

2.1 功率监控的原理

功率监控的原理:通过电压、电流传感器获取被监控轴的电压、电流信号, 然后将测得的电压、电流信号进行取样、滤波, 滤波后的信号通过信号处理反馈到PLC系统中, 作为监控系统信号处理核心的PLC, 根据得到的控制信号, 结合被监控轴的加工要求, 一方面通过变频器传输给被监控轴, 实现驱动系统的进给运动等, 另一方面通过反馈实现机床的保护。

功率监控系统以功率监控仪为主要的监控工具, 它主要由功率传感器 (包括电流、电压) 和具有分析处理信号及反馈等功能的显示及控制模块组成, 其原理如图1所示。

2.2 砂轮修整系统

本实验针对郑州第二机床厂生产的Z2-015中小孔数控精密内圆磨床砂轮修整系统展开研究。

该磨床砂轮修整系统是由砂轮修整器和砂轮轴的往复机构组成。砂轮修整器是单点金刚石笔修整器, 砂轮轴的往复机构由电机带动凸轮机构组成。砂轮修整是通过金刚石笔与砂轮的修磨作用, 实现对砂轮磨钝磨粒及粘接剂进行清除, 达到修整目的。由于该磨床主要是针对中小孔内圆磨削, 工件磨削精度要求高, 单件磨削周期短且由于砂轮接长杆较长、磨削中存在冷却不充分、磨屑不易排出、接长杆刚性差等特性, 如果不能及时发现砂轮磨削中的状态, 一旦砂轮出现问题, 势必影响到工件的磨削质量与效率。

2.3 在线监控系统构建

根据精密内圆磨床的砂轮电气控制原理及功率在线监控的原理可知, 监控系统的核心部件———功率监控仪主要是通过监控砂轮轴的功率信号来实

现对砂轮的监控, 如图2为精密内圆磨床砂轮修整系统监控原理图。

由图2可以看出, 在线监控系统主要由磨床的砂轮修整系统及功率监控设备组成。功率传感器将安装在驱动砂轮轴转动的电机上, 通过监控砂轮修整时, 砂轮轴上功率的变化曲线来反映砂轮的状态, 实时监测砂轮的钝化等情况, 以便及时对砂轮进行修整。功率监控仪作为砂轮的在线监控设备, 在监控砂轮修整系统的同时, 会将采集到的信号经由图1的过程反馈给磨床的PLC系统, 再经控制电路实现对砂轮非正常运行情况进行控制, 实现报警、显示等一系列功能, 极大地提升了砂轮修整系统安全性与高效性。

在启用功率监控系统之前, 需要将磨床的部分信息输入监控系统, 如磨床的额定功率、信号有效时间, 同时依据磨床空载时的基线及工作时的工作线, 设置一些参数, 如参考线及碰撞线等, 用于磨削及砂轮修整过程的监控与比较。其中参考线的设置尤为重要, 它是依据基线及工作线来制定的, 但根据具体情况, 可以通过人机界面进行修改, 如图3所示。

针对精密内圆磨床砂轮修整系统, 功率监控系统的功能包括: (1) 新砂轮的修磨与砂轮钝化监测; (2) 砂轮修整中修整力的监测; (3) 砂轮修整系统的保护。

3 工程应用实例

本实验针对郑州第二机床厂生产的Z2-015精密内圆磨床的修整系统进行研究, 采用白刚玉砂轮及工件材料为45钢、硬度为48~52HRC的液压挺杆。

该砂轮修整系统是利用单点金刚石笔对砂轮进行修整, 在没有功率监控的情况下, 砂轮修整不得不采取磨一次工件、修一次砂轮的模式, 而这样的修整模式相当盲目, 不仅缩短了砂轮的使用寿命, 还降低了磨削效率。特别是价格昂贵的CBN砂轮。基于功率在线监控砂轮修整系统的构建, 使砂轮修整的在线监控与反馈变得很方便。

3.1 砂轮状态在线监控

砂轮的在线状态监控主要体现在两方面:新砂轮的修磨状态监控和砂轮磨削状态监控。以下将针对两种状态进行分析。

(1) 新砂轮修磨状态监控:新砂轮在使用初期, 由于表面高低不平、圆度不够等特点, 需要一个修磨过程。砂轮修磨初期, 由于修整力在不同位置是不同的, 因而导致砂轮轴的电流及功率也是不同的, 因此, 根据功率的变化情况就可判断砂轮的修磨进度。实验通过制定修整好的参考范围 (理想状态是恒功率变化) , 依据砂轮修磨功率曲线的变化与参考范围的比较, 判断新砂轮是否修好, 能否进行磨削。

(2) 砂轮磨削状态监控:功率监控系统是通过监控砂轮轴的电流、电压来监控砂轮磨削和修整的。在磨削过程中, 如果砂轮出现阻塞、磨钝或变形等现象, 监控轴上的电流将会出现不规则波动, 相应的功率也会出现明显波动[3]。图4是砂轮转速为60000r/min、砂轮往复速度为60次/min、进给量为0.1mm下的两幅磨削过程监控图, 图中前一个波峰为粗磨阶段, 后一个波峰为精磨阶段, 两波峰之间为砂轮的监控部分, 其中图4 (a) 中砂轮监控部分波动平稳, 砂轮处于正常状态, 后期精磨比较平稳;图4 (b) 为磨削一段时间后的监测图, 图中砂轮监控部分波动相对较大。由图4看出, 砂轮与工件的接触不均匀, 导致精磨阶段的功率曲线出现不稳定变化, 表明砂轮出现异常现象, 通过监控系统将控制信号反馈给PLC, 进而实现对砂轮的及时修整, 以确保磨床的安全性及磨削的正常运转。

实验证明, 磨削过程中, 当工件与磨削参数相同时, 功率信号幅值与砂轮表面状态有很好的对应关系, 因此, 可设定合适的参考线, 通过监测功率幅值的变化来监控砂轮的状态[4], 进而得出砂轮修整的最佳时机。

3.2 修整力监测

针对中小孔精密内圆磨床砂轮轴刚性差的特点, 本实验将通过分析不同修整工艺参数下修整功率与修整力的关系, 来研究砂轮轴的受力情况。由于径向力是修整中影响砂轮轴刚性的主要因素, 因此径向力的监测与求解就显得尤为重要。

对于单颗粒金刚石笔修整, 对修整轴进行受力分析, 可将作用于砂轮轴的金刚石笔可以看做一个顶角为2θ的圆锥磨粒, 通过分析可以得到单颗粒磨削力的计算公式[5]:

式中, k为与材料有关的系数;ζ取0.2~0.5;为平均切削深度;Am为平均断屑面积。

由式 (1) 、 (2) 得出单颗粒磨削径向力与切向力关系:

功率监控系统主要监测磨削及修整中轴的功率变化, 从而反映砂轮的状态, 且切向力与磨削及修整功率存在式 (4) 的关系, 因此, 磨削及修整时的切向力可利用监控系统监测到的磨削及修整实时功率, 通过电脑计算。

若测得砂轮轴电机的功率, 通过式 (4) 可计算出切向力的平均值。

由于是单颗粒修整, 因此修整力的求解与单颗粒磨削中磨削力的计算是一致的。由此通过式 (3) 、 (4) 就得出了影响砂轮轴刚性的修整径向力。

不同修整参数下的实验, 径向力是不同的, 对砂轮轴刚性的影响也是不同的。因此, 实验通过监测不同修整参数下的修整功率, 利用电脑算出不同的径向修整力, 利用所得的径向力来研究砂轮修整中砂轮轴的受力及变形情况。

3.3 砂轮修整系统保护

在砂轮修整中, 除了钝化、磨损以及工艺参数对砂轮的影响外, 作为承载砂轮的电主轴 (砂轮轴) 等设备, 其工作情况的在线监控同样不容忽视。由于功率传感器是安装在驱动砂轮轴的电机上, 因此, 监控系统在监测上述项目的同时也时刻监控着电主轴。所以, 在砂轮没有进行磨削、修整之前, 一旦砂轮监控系统出现功率曲线发生瞬时突变, 说明电主轴等设备出现问题, 进而提醒技术人员要启动紧急停车程序, 以免出现电主轴等的不可修复性损坏[6]。

4 结语

该系统通过在线监控砂轮轴功率变化来反映砂轮状态, 把握砂轮修整时机, 避免盲目修整带来的浪费及磨削效率低等问题。通过砂轮轴功率的监测, 完成了对砂轮修整力的求解, 有助于研究修整工艺参数对砂轮轴刚性的影响等。通过对砂轮轴功率变化曲线的实时监测, 实现了对砂轮修整系统的保护。

参考文献

[1]李焕锋, 孟逵, 沙杰, 等.精密内圆磨床陶瓷CBN砂轮修整机理及工艺研究[J].金刚石与磨料磨具工程, 2010, 30 (4) :81-83.

[2]柏航州, 王隆太.基于声发射技术的磨削监控系统开发与试验研究[J].现代制造工程, 2008 (5) :121-125.

[3]欧阳惠斌.基于功率变化的刀具破损监测系统[J].仪表技术, 2003 (2) :20-21.

[4]刘贵杰.磨床砂轮智能监测及修整系统[J].机械制造, 2002 (10) :70-72.

[5]张建华, 葛培琪, 张磊.基于概率统计的磨削力研究[J].中国机械工程, 2007, 18 (20) :2399-2402.

[6]张翼, 韩惠林, 蒋治国.零功率实验装置测量保护系统[J].核电子学与探测技术, 2001, 21 (4) :317-319.

砂轮修整系统 篇2

在机械传动当中,具有结构紧凑、可靠性高、寿命长、效率高、承载能力大、功率输出恒定等特点,因而在仪表仪器、机械设备当中,都得到了十分广泛的应用。在机械传动中,齿轮传动是最为主要的方式,因此,其寿命、性能、加工质量等,都会对整机的使用性能产生直接的影响。在齿轮加工当中,常用的方式包括磨齿、剃齿、插齿、滚齿等方式,其中滚齿是应用最为广泛的一种方法。而如果不能满足滚刀铲磨的精度要求,则难以确保齿轮加工的精度。因此,在齿轮加工当中,滚刀的精密制造是十分关键的。

1 滚刀铲磨理论

滚刀铲磨是一种十分重要的加工方式,关于滚刀铲磨的理论研究,主要包括了滚刀重磨后的理论误差、滚刀铲磨砂轮截形等。在滚刀铲磨当中,首先对机床凸轮的频率、升程角度等进行调整,需要能够匹配滚刀的频率。然后对砂轮的形状进行调整,使之能够匹配滚刀理论形状。最后根据计算结果,进行合理挂轮。在实际加工生产当中,基准刃通常是滚刀前刀面,基于此对检测标准的设计。然后对滚刀铲磨坐标系进行建立,通过数学建模的方式,对滚刀铲磨理论进行建模,并对砂轮精确截形进行计算[1]。通过求解计算,对砂轮截形根据铲磨运动、啮合原理等,对滚刀实际铲背曲面进行建立。将数学建模与理论设计铲背曲面方程进行对比,进而在一定的重磨角度之下,对重磨误差值进行分析。在滚刀铲磨优化理论当中,采用全新的计算方法,确保其它条件恒定,在一定重磨角度下,将基准刃原来的滚刀前刀面用滚刀理论设计截面刃形进行代替,从而计算铲磨。同时,能够优化后的滚刀实际铲背曲面方程、砂轮截形等进行求解。最后通过对比固定不变的滚刀理论设计铲背面,对优化之后重磨角度、重磨误差之间的关系进行分析。

2 砂轮修整系统设计

在计算滚刀铲磨砂轮截形的过程中,根据啮合原理,能够对铲磨砂轮的修整截形进行获取。同时,也需要对计算得到高精度的铲磨砂轮截形、成形铲磨砂轮修整进行获取,从而确保得到高精度的滚刀铲磨。在砂轮整形方法当中,主要包括了车削整形法、磨削修整法、挤压整形法、金刚石滚轮整形法、电加工整形法、游离磨粒挤压修锐、固结修锐工具修锐法等方法。在铲磨砂轮修整的过程当中,设计和建立高精度的成形砂轮修整系统,具有十分重要的意义,对于铲磨砂轮截形修整精度来说,机床修整精度发挥着重要的作用[2]。基于砂轮修整方式,平行安装砂轮轴和金刚石修整轮,在成形砂轮、金刚石修整轮之间,能够实现良好的相对运动,从而得到光滑连接、高精度的铲磨砂轮截形。而为了使成形砂轮修整的精度达到要求,在砂轮修整系统当中,除了确保机械部件的精密度以外,还需要提升数字控制方式的精度。

在砂轮修整系统机械系统的设计当中,应当采用15 mm以下宽度、80 mm直径的修整轮,以及40 mm以下宽度、80 mm到120 mm直径的砂轮。修整方式采用平行轴,设定0.005 mm到0.01 mm的修整精度。在A级到AAA级的齿轮滚刀铲磨成形砂轮修整。在控制系统的设计当中,主要包括了总线、电主轴、编码器、伺服电机、变频器、伺服驱动器、数控系统、PC机等部分。在控制系统连接当中,利用西门子802C系统,对MCP按键区域、NC键盘、LCD显示等进行集成,能够实现对系统的个来操作,包括方向控制、运行方式选择、坐标轴速度设置、系统实时坐标显示、报警接触、报警提示、机床特性参数设置、NC代码显示及在线输入、系统开关等[3]。人机界面系统与802C系统、变频器等进行连接,能够实现机床控制系统的实时显示、机床调试、参数设置、运行控制等。同时,人机界面连接修整轮和砂轮的主轴变频器,对人机界面的调速、正反转、开关控制等信号进行接收。

3 结语

在滚刀的生产和制造当中,滚刀铲磨具有非常重要的意义,滚切齿轮精度将会受到铲磨精度的直接影响。所以,为了对滚刀铲磨的精度进行提升,应当对滚刀铲磨理论进行细致的研究。另外,根据滚刀铲磨的实际需求,对砂轮修整系统进行设计,基于机械系统和控制系统的共同作用,满足实际的加工生产需求。

参考文献

[1]贾建军,陈晓东,于广伟,等.螺杆转子滚刀的精确设计与精密加工[J].机械设计与制造,2013(11):129-131;135.

[2]李鹭,马丽心,宫运启.基于工艺流程的齿轮滚刀生产过程质量控制[J].哈尔滨商业大学学报(自然科学版),2016(2):181-184;195.

实现快速修整砂轮圆角 篇3

1 发现问题

该件加工工艺中最后一道工序是用胀型芯轴以内孔定位 (如图2) , 上MB1632磨床, 将外圆, 圆角R1.6, 及端面一次磨成。最初设计圆角尺寸为R1.6, 圆角较小, 砂轮圆角是用金刚笔手工修磨而成, 现在圆角尺寸更改为R3.5, 纯手工修整出的圆角误差较大, 无法满足设计要求。

2 分析问题

凭手工修磨, 尺寸不稳定, 忽大忽小, 有时修出的根本就不是圆弧, 由此看难度较大, 加工人在短期内很难掌握此项技能, 更重要的是手工修磨砂轮存在安全隐患, 因此我们必须考虑使用专业修整设备。

3 解决问题

3.1 方案一

HJX26-180砂轮修整器是MB1632磨床专用修整器。工作原理是通过调整修整器在磨床导轨上的安装位置, 使其轨道圆心与图3中砂轮圆角R3.5的圆心A重合后, 沿轨道方向来回转动金刚笔修整圆角。通过工作原理, 我们不难发现, 要想修好砂轮圆角, 首先必须找准修整器沿机床导轨方向的安装位置, 接着必须调整好金刚笔的长度。

经过多次试验, 使用此修整器存在以下几点问题。

(1) 安装不方便。

此修整器安装结构与磨床顶尖尾座安装结构相同, 通过燕尾槽与机床导轨连接而目前加工过程中砂轮修整频率较高 (大约每加工25件修整1次砂轮圆角) , 拆装费时费力。

(2) 调整不方便。

在实际生产中, 加工人很难调准修整器的安装位置。

(3) 存在安全隐患。

来回手动转动金刚笔, 手很容易碰到砂轮。

(4) 效果不理想。

通过现场试验, 修整出的圆角误差太大, 比纯手工修整的效果还要差。

3.2 方案二

纯手工修整和HJX26-180修整器修出的圆角与砂轮的两条直角边不相切, 存在棱角, 从而导致磨出的工件也有棱角, 不能满足工艺要求。从这一点出发, 我们考虑能否制作一种跟所加工的差速器壳外形尺寸一样的修整器, 把修整器当做被加工的工件, 当修整器被砂轮磨削的同时砂轮被修整, 而且是同时修整砂轮的两直角边及圆角R3.5, 就能保证圆角处光滑相切过渡。

为了实现上述想法, 结合差速器半壳定位芯轴结构, 设计出了一种便捷式砂轮修整器, 结构如图4所示。修整器由芯轴、滚轮、锁紧螺母和键组成, 此修整器的核心部件就是滚轮, 外形尺寸与工件外形尺寸一样, 通过专业厂家在滚轮表面喷涂一层金刚砂粒, 使其具有一定的硬度和耐磨性, 将滚轮在芯轴上的轴向安装尺寸 (115±01mm) 与工件在芯轴上的轴向安装尺寸保持一致, 以方便后续修磨砂轮时不用调整机床。

从现场实际使用情况, 总结出几点优点如下。

(1) 结构简单, 操作方便。由于此修整器工作过程与工件加工过程完全一致, 只需将修整器如同装夹工件一样, 装夹在磨床上, 启动机床磨削修整器, 即可修整砂轮。

(2) 装卸方便, 效率高, 大约1分钟可完成一次修整。

(3) 现场使用, 满足工艺要求。

(4) 无安全隐患。

4 结语

实践证明, 这种简易砂轮修整器, 使用起来快捷方便, 效果良好。搞清楚这种修整器的工作原理后, 还可以将这种修整器进行推广, 不论被加工工件形状有多复杂, 只要做出与之外形完全一样的滚轮, 都可以修出所需要的砂轮外形。

参考文献

[1]孟少农.机械加工工艺手册 (第2卷) [M].机械工业出版社, 1998, 3.

[2]刘鸿文.材料力学[M].高等教育出版社, 1997, 12.

[3]李益民.机械制造工艺设计简明手册[M].机械工业出版社, 1997, 10.

[4]濮良贵, 纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社, 1999, 2.

金刚石砂轮修整方法比较研究 篇4

1 磨削修整法

1.1 磨削修整法的原理

修整时是用普通磨料砂轮与金刚石砂轮对磨, 金刚石砂轮做旋转运动, 而普通磨料砂轮在做旋转运动的同时还做进给运动, 金刚石砂轮表面的磨粒在摩擦力的作用下开始慢慢旋转, 旋转的同时对金属结合剂产生一定的挤压力, 至使粘结剂出现裂纹, 随着摩擦力的连续作用, 造成结合剂的裂纹进一步扩大, 最终粘结剂破碎, 使磨钝的金刚石颗粒从砂轮表面脱落, 锋利的金刚石颗粒显露出来从而达到修整的目的。

1.2 磨削修整法的特点

磨削修整法的主要优点是:结构简单、操作方便、修整时间短、磨削速度稳定、磨削成本较低, 但修整过程存在冲击力, 修整效率低、修整精度差且磨粒脱落较多、整形质量不易控制。多用于修整陶瓷和树脂粘结剂金刚石砂轮。

2 软弹性修整法

2.1 软弹性修整法的原理

软弹性修整法在修整时砂带套在砂带轮上, 修整时金刚石砂轮高速旋转, 卷带轮缓慢转动, 砂带在带轮上慢慢移动, 利用砂带与砂轮的接触力有效地去除金刚石砂轮表面磨粒间的结合剂, 从而达到修整的目的。

软弹性修整示意图

2.2 软弹性修整法的优点

与其它修整方法相比, 软弹性修整法更适用于修整金属结合剂金刚石微粉砂轮, 因为金属结合剂金刚石微粉砂轮既有金属的塑性, 又有很高的硬度, 所以修整难度相当大, 主要表现在:修整工具表面磨粒很快被磨损, 其次是修整工的容屑空间容易堵塞使修整无法继续。而用软弹性修整法的修整工具———砂带总是以新的锋利磨粒被修整砂轮接触, 能形成良好的修整环境, 有效地去除金刚石砂轮表面磨粒间的结合剂, 且修整时磨削力较小, 磨削表面质量高。

3 电火花修整法

3.1 电火花修整原理

该方法在修整金刚石砂轮过程中, 砂轮高速旋转, 金刚石砂轮接电源的正极, 工具电极接电源的负极, 在金刚石砂轮和工具电极之间喷入磨削冷却液, 电压加在工具电极与砂轮之间, 火花放电便在砂轮金属粘结剂与修整电极间产生, 瞬时放电的高温使金属粘结剂发生气化, 砂轮表面的金属结合剂被有效去除, 金刚石磨粒被充分地暴露出来实现对砂轮的修整。

3.2 电火花修整的特点

可实现在线修整, 易于保证砂轮的磨削精度, 修整后的砂轮磨削力小, 整形精度高、且整形和修锐可同时完成, 但整形速度较慢且电火花放电修整金刚石砂轮会因为放电温度过高使磨粒的性能发生改变, 有效控制砂轮表面的温度是电火花修整金刚石砂轮的关键。

4 激光修整法

4.1 激光修整法的原理

激光修整法是利用光学系统把激光光束聚焦成很小的光斑作用在砂轮表面, 除少部分激光被反射外, 绝大部分激光被金属粘结剂吸收, 温度迅速升高, 导致被激光光束照射的区域, 金属粘结剂气化而被去除, 结合剂材料的去除通常经过:照射、吸收、升温、气化几个过程。在激光修理砂轮时, 合理控制激光功率及密度, 可以同时去除砂轮表面的金刚石磨粒和结合剂材料, 达到砂轮整形的目的, 通过调整激光加工参数, 还可以选择性地去除砂轮表面的结合剂材料, 使金刚石磨粒具有一定的突起高度, 达到砂轮修锐的目的。

4.2 激光修整法的优点

激光修整法是一种非接触修整方法, 修整时既没有机械作用力、没有修整工具的损耗, 激光作用时间短, 作用面积小, 对金刚石磨粒和粘结剂都没有损伤, 确保了粒的磨削性能, 且修整效率高, 缺点是修整工艺较复杂、成本较高。

5 电解修整法

5.1 电解修整法的原理

电解修整法主要用于金属粘结剂金刚石砂轮, 电解修整时, 金属结合剂砂轮与直流电源正极相接做为电解阳极, 工具电极与直流电源负极相接做为电解阴极, 在阳极和阴极之间喷入具有电解作用的磨削液做为电解液, 使金刚石砂轮、电解液、工具电极和电源构成电解回路, 修整时, 让电解液充满阴极与阳极之间的间隙, 电流从砂轮经电解液流向修整砂轮, 金刚石砂轮表面的金属结合剂的金属成份在电解液作用下, 溶于电解液中, 并与电解液中的氢氧根离子化合, 生成微小固体被流动的电解液带走, 大大降低了金刚石砂轮表层粘结强度, 这个时候再使用机械修整法, 修整性能就可以得到了极大的改善。所以电解修整是以电化学作用为主, 机械作用为辅进行的一种复合修整方法。

5.2 电解修整法的特点

电解修整法可以方便的实现金属结合剂金刚石砂轮在线电解修整, 且整形与修锐可同时完成, 容易控制金刚石砂轮表面的切削状态, 用电解法修整金刚石砂轮的优点是修整时间短、磨削热小, 避免了金刚石砂轮因修整温度过高磨粒碳化导致砂轮寿命下降, 缺点是电解修整法整形精度不高, 修整成本较大, 工艺较复杂。

6 结束语

金刚石砂轮的修整是实现硬脆材料的精密磨削、超精密磨削、高效磨削、成形磨削的关键。金刚石砂轮的修整方法种类繁多, 各具特色, 本文只介绍了目前研究应用较广、修整效果较好的几种修整方法, 在实际应用中还要综合考虑工件、加工等各方面因素, 选择最优修整方案, 以达到最佳的修整效果。

摘要：金刚石砂轮具有很好的磨削性能, 在工业陶瓷、硬质合金、光学玻璃、金刚石刀具、宝石等难加工材料的磨削上有着非常广泛的应用。但金刚石砂轮存在硬度极高, 修整难度相当大, 且在修整过程中容易发生堵塞等问题, 严重影响磨削表面的质量和修整效率, 限制了金刚石砂轮的应用, 本文对金刚石砂轮的各种修整方法进行比较和研究。

关键词：金刚石砂轮,修整,研究

参考文献

[1]康仁科, 史兴宽.激光修整金刚石砂轮的研究[J].西北大学学报, 1999, 11.

砂轮修整系统 篇5

我公司每年都批量生产十字轴刚性万向节, 如图1所示。该零件4个轴颈为多台肩多圆弧的复杂轮廓外形, 以往的加工方法是: (1) 研磨十字轴4个轴颈端面的工艺孔; (2) 采用单个金刚滚轮在MGB1420A外圆磨床上修磨砂轮后逐个粗磨4个轴颈的外圆、台肩、过渡圆弧; (3) 在M1080C-3普通切入式无心磨床或MGB1320E/T外圆磨床上逐个精磨4个轴颈; (4) 精磨4个轴颈端面。该工艺不仅流转时间长, 生产效率低, 而且十字轴的轴颈形位公差难以控制, 精磨轴颈后轴颈与台肩连接处会形成一个小台肩, 产生应力集中, 影响产品性能。普通切入式无心磨床磨削时同一轴心线的两轴颈可同时磨削, 加工效率明显高于外圆磨床, 但该磨削方式只能单一的磨削十字轴的外圆或台肩, 不能同时磨削十字轴多台肩、外圆、倒角及过渡圆弧R。针对以上问题, 我们设计制作出十字轴复杂轮廓无心磨削砂轮修整装置, 经生产应用效果理想, 产品质量和生产效率大大提高。

1.床身2.基座3.滑台4.箱体5.挡板6.芯轴7.电机8.皮带9, 15, 19.螺母10.皮带轮11.中间挡圈12.砂轮13.金刚滚轮14.外挡圈16.油封17.衬套18.端盖20.金刚滚轮芯轴21.轴承22.紧固螺栓23.油缸活塞杆24.挡圈25.微调刻度盘26.微调螺栓27.微调螺母

2 砂轮修整装置的设计

结合普通切入式无心磨床的结构原理和砂轮的特殊修整方式, 针对十字轴零件轮廓特征, 通过不断设计优化, 最终成功研制出一种新型十字轴复杂轮廓无心磨削砂轮修整装置, 如图2所示。装置基座2固定在无心磨床上, 并通过芯轴6和螺栓与床身1相连, 滑台3相对基座2可实现横向移动, 挡板5与滑台3通过螺栓紧固连接, 箱体4相对滑台3可实现纵向移动, 电机7通过皮带8带动皮带轮10旋转, 使金刚滚轮芯轴20上的金刚滚轮13相对于砂轮12转动, 从而实现了金刚滚轮对砂轮的有效修整。

金刚滚轮芯轴是砂轮修整装置最重要的部件, 如图3所示, 通过它实现金刚滚轮相对于砂轮的转动。

金刚滚轮是砂轮修整装置最核心的部件, 如图4所示, 通过改变金刚滚轮表面轮廓, 可满足不同外形零件无心磨削加工时砂轮的修整。

3砂轮修整过程

如图2所示, 加工产品前先将金刚滚轮和内外挡圈14依次安装在金刚滚轮芯轴上, 安装中间档圈11时必须按产品中间开档尺寸调整好, 并按产品中间开档尺寸调整机床上两砂轮12之间的距离。将微调刻度盘25调整到最远端, 挡圈24和紧固螺栓22将油缸活塞杆23固定在挡板5上, 启动油泵, 液压油缸推动箱体4使金刚滚轮10接近砂轮12, 启动电机7, 旋转微调刻度盘25, 通过微调螺栓26和微调螺母27使金刚滚轮慢慢靠近砂轮进行修整。用金刚滚轮修磨砂轮, 砂轮修磨好金刚滚轮回到原位后即可进行产品加工。

技术要求:在准95的两端喷金刚砂5mm左右, 外表电刻产品型号;除准95以外, 以中心定位孔检测各档外圆同轴度≤0.002mm;加工后的产品表面的粗糙度在Ra0.4～0.6之间 (精磨) ;滚轮表面金刚砂分布均匀且出露;滚轮表面不得有高于金刚石的疖瘤;金属镀层不得高于金刚石颗粒;金刚石层与基体结合必须紧密, 牢固, 不得松动;金刚石工作表面无裂纹, 缺陷和凹凸;基体材料45钢。

4结语

通过砂轮修整装置的使用, 使十字轴磨加工工艺简化为: (1) 在M1080C-3普通切入式无心磨床上精磨4个轴颈; (2) 精磨4个轴颈端面。实现了复杂轮廓十字轴在普通切入式无心磨床上一次性光滑连接成型磨削, 提高了生产效率近2倍。

摘要：在机械制造中, 对于多台肩复杂轮廓十字轴的磨削加工, 采用普通切入式无心磨床原有砂轮修整架无法修整出复杂轮廓的砂轮形态。文中介绍一种砂轮修整装置, 即在普通切入式无芯磨床上配制特型砂轮修整装置, 从而实现复杂轮廓万向节十字轴在普通切入式无心磨床上一次性光滑连接成型磨削, 并提高生产效率近2倍。

砂轮修整系统 篇6

机械设备中,蜗轮蜗杆机构是一种重要的传动元件,广泛应用于机械各行业。随着数控技术的发展,蜗杆加工越来越多采用数控装置,使用成形法来磨削。成形磨削是未来精密蜗杆加工的发展趋势,用磨削修型后的砂轮对蜗杆进行加工,可以提高蜗杆的质量,其中砂轮的截型数据是实现砂轮数控精确修型的核心。

1 ZK蜗杆磨削理论

1.1 ZK蜗杆成形磨削坐标系

ZK蜗杆称作锥面包络圆柱蜗杆,成形磨削时,是由锥形刀具(铣刀或砂轮)包络而成的锥面包络圆柱蜗杆,其齿面是圆锥面簇的包络曲面。蜗杆与砂轮的相对关系如图1所示。基于空间啮合理论,建立砂轮加工ZK蜗杆的空间坐标系,如图2所示,∑(O,x,y,z)为建立在蜗杆上并和蜗杆一起转动的动坐标系,蜗杆轴线和z轴同轴,∑h(Oh,xh,yh,zh)是空间固定坐标系,轴线和z轴同轴,∑(O,x,y,z)初始位置与蜗杆坐标系∑h(Oh,xh,yh,zh)重合,∑g(Og,xg,yg,zg)是和砂轮固连的坐标系,砂轮轴线和zg轴同轴。θ为是蜗杆轴和砂轮轴的夹角,值是蜗杆分度圆的螺旋升角,是坐标系∑(O,x,y,z)绕z轴的旋转角,a为蜗杆和砂轮的中心距。

1.2 建立砂轮数学模型

将砂轮轴截面母线方程绕z轴转角,如图3所示,就得到砂轮回转面的方程式。

砂轮左端面方程可写为:

式(1)中R为参变数,它表示于Z对应的砂轮回转面的半径;R0为表示砂轮锥面的最大半径;a为表示锥面砂轮的锥底角;ω0为表示砂轮最大半径处的砂轮宽度;

记:

分别关于rg对R和φ求偏导:

令:

以上三式共记为式(3)。

记砂轮表面上任意点处的单位法向矢量为,则有:

将式(4)转到固定坐标系h坐标系中,有:

将式(1)转到固定坐标系中,得到蜗杆坐标系中的方程为:

式(6)中:a为砂轮轴线和蜗杆轴线的最短距离,它的值应为砂轮最大半径与蜗杆齿根圆半径之和,即a=R0+Rf1;γ为砂轮轴线与蜗杆轴线的夹角,也就是蜗杆分度圆螺旋升角。

1.3 砂轮表面与蜗杆齿面相包络时的接触线方程的求解

设蜗杆坐标轴xh,yh,zh三个方向上的单位矢量分别为,砂轮坐标轴xg,yg,zg三个方向的单位矢量分别为。则空间一点D相对两坐标原点的径矢为:

设砂轮回转角速度为ωg,工件蜗杆的回转角速度为ωh,蜗杆的螺旋参数为p,则D点的相对运动速度为

D点随螺旋面运动时的线速度为

D点随砂轮运动时的线速度

所以,相对运动速度

在回转面和螺旋面的接触点处,它们有公共的法线矢量而且相对运动速度应该与公共法线垂直,即接触条件为:

因为回转面上任意一点的径矢为,法线和轴线共面,既要满足:

把式(4)、式(7)、式(8)、式(9)、式(10)、式(11)、式(13)代入式(12)整理得:

把式(5)代入式(14)可得:

把式(6)代入式(15)并整理可得砂轮与蜗杆工件接触时的接触线方程:

式(16)就是砂轮磨削工件时的接触线方程,由上式可以看出R与φ应该满足这个限制条件,由于R不同的点所算出的φ值也不同,因此砂轮圆锥面上的接触线是一条空间曲线而不是它的直母线,由此加工出来的蜗杆即为ZK型圆柱蜗杆。

1.4 蜗杆数学模型的建立

把接触线方程式(16)和砂轮固定坐标系中回转面方程式(6)联立求解,得到砂轮回转面上的接触线:

使接触线围绕工件的轴线作螺旋运动,得到蜗杆的螺旋面,则砂轮加工蜗杆时的齿面方程为:

式中xh,yh,zh所含参数R、φ满足接触线方程(16),将xh,yh,zh代入式(18)中可以得出ZK蜗杆的螺旋面方程为:

在式(19)中,令y=0可得蜗杆轴向齿面方程式为:

其中,y=0,可以求得

式中:

2 CNC砂轮修整器整体设计

2.1 技术路线

在对蜗杆刃磨过程中,首先修整砂轮,采用以下技术路线进行。如图4所示。根据蜗杆成型方法、蜗杆的类型和截面形状,输入金刚盘参数,砂轮起始参数等,计算出金刚盘运行的轨迹,生成刃磨的数控G代码,对砂轮进行修整。修整结束后进行试磨,送往齿轮测量仪上检测,根据检测结果利用齿形修整模块,调整蜗杆截面曲线轨迹点的位置,直至加工出符合精度要求的蜗杆。

2.2 机械系统实体

由图5所示,在修整砂轮时,主要有四个运动:金刚盘的旋转运动,砂轮的旋转运动,金刚盘X向进给运动,金刚盘Z向进给运动,金刚盘进给运动由电动机作为动力源,利用丝杠螺母机构转换为直线运动,两个方向相互垂直,完成砂轮修型。同时利用数控程序精确控制这两个方向的进给,就可得到砂轮所需要的截面形态。图5给出CNC砂轮修整器的实体结构图。

3 砂轮修整软件方案设计

3.1 系统功能模块

根据设计要求,砂轮修整控制系统的主要模块有:工件信息、路径计算、系统参数设置、数据传输、帮助等,对待加工工件进行新建、修改、删除操作,计算出金刚盘运动轨迹的离散点,生成数控加工G代码。如图6所示。

3.2 设计方案

在对砂轮进行修整时,首先需要对蜗杆的参数进行设置,并检查修改机床参数和砂轮参数,然后调用对应蜗杆截形计算模块,计算出金刚盘运动轨迹,生成数控加工G代码,传输给数控机床,对砂轮进行修整。修整完成后磨削蜗杆,磨削完成后对蜗杆进行检测,如果检测结果存在较大误差,再对计算的结果进行齿形修正,以得到磨削的最佳参数。

砂轮修整器采用SIEMENS 802C数控系统,根据修整方法和工艺路线,编写砂轮截形修整的G代码程序,分为两段:粗修程序和精修程序,其中砂轮粗修的程序包含数段循环,砂轮精修程序只有一个循环。图7给出了修整砂轮的数控流程图。

4 试验分析

结合汉江机床有限公司SK7450螺纹磨床,对实际的一个工件进行了刃磨实验并在齿轮测量仪上进行检验。此蜗杆的材料为45钢,采用锻件毛坯,设定砂轮的转速为2000rad/min,蜗杆的转速为5rad/min,砂轮轴向进给速度为75.85mm/min。磨削时,分别磨削左右齿面,磨削完成后在齿轮测量仪上进行检测。经磨削后的ZK蜗杆,齿轮检测仪上进行齿形检测,具体的检测参数有三个:齿廓总偏差Fa,齿廓形状偏差ffa,齿廓倾斜偏差f Ha。如图8所示。蜗杆端面截形误差最小值控制在10um以内,磨削蜗杆的精度达到要求。

5 结束语

本文以ZK蜗杆为例,研究了蜗杆成形磨削的砂轮修整技术,进行了砂轮截型的精确计算,对蜗杆实现数控磨削加工,试验表明,精度达到要求。为后续设计和制造数控蜗杆磨床提供一定的理论基础。

摘要：随着数控技术的发展,蜗杆的加工越来越多采用数控装置,使用成形法磨削。因此,利用数控技术精确控制金刚盘修整轮运动的轨迹,可以得到更高精度和更复杂的砂轮截形。首先制定了ZK蜗杆和砂轮的坐标系,建立了砂轮模型,推导了ZK蜗杆加工时的砂轮的理论廓形,即金刚盘的运动轨迹。其次,基于软件平台,设计了完整的砂轮修整器控制系统,能够控制磨削加工、砂轮廓形计算、图形显示和砂轮修整等功能。软件基于模块化设计。通过实验研究,精度达到要求。为后续数控蜗杆磨床的设计提供一定的理论依据。

关键词：成形磨削,ZK蜗杆,砂轮修整

参考文献

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砂轮修整系统 篇7

近年来各种硬脆性材料 (如K9玻璃、高速钢、硬质合金、宝石、硅晶体等) 在军用和民用装备中获得了越来越广泛的应用, 原因在于这些材料的硬度、耐磨性、抗蚀性、抗氧化性都明显高于其它材料。但同时这些材料比较高的脆性、较低的断裂韧性, 使得这些硬脆材料的加工存在着很大难度, 加工时稍有不甚就会引起工件表面的损伤或者破坏。因此, 为了解决这些加工问题, 需要研究一种新型、高效、经济的方法。目前, 磨削仍然是硬脆材料最有效的精加工手段, 而加工表面质量影响因素很多, 国内外研究表明超细磨料超硬砂轮 (如金刚石砂轮、CBN砂轮等) 已经开拓了磨削领域崭新的前景, 尤其是采用超声辅助振动修整的CBN砂轮, 因其表面形貌明显优于普通方法修整的CBN砂轮, 允许的砂轮转速高 (磨削速度高) , 所以其磨削效果明显优于普通方法修整的砂轮, 这点已被业内所公认。本文仅通过超声振动修整的CBN砂轮对光学K9玻璃及高速钢进行精密磨削加工实验, 研究磨削参数、试件材料特性对磨削表面质量的影响。

1 试验条件与方案

试验在M6025C平面磨床上进行, 工件材料是K9玻璃与高速钢, CBN砂轮安装在磨床主轴上, 工件用平口钳固定在床面上, 磨削参数如表1所示。

2 对超声振动修整CBN砂轮磨削表面形貌的评价分析

目前对于硬脆材料的加工, 磨削仍然是最有效的方法, 尤其是采用超硬磨料砂轮进行磨削几乎是一种唯一可行的方法。砂轮的表面形貌在很大程度上决定了磨削质量, 已有研究证明, 超声振动修整的砂轮比普通修整的砂轮具有较好的表面形貌, 因此本实验采用的磨削刀具是经过超声振动修整的CBN砂轮。磨削效果通过工件的表面形貌进行评价, 表面形貌的主要评价指标是工件的表面粗糙度[1]。

假设砂轮为理想砂轮, 砂轮圆周方向磨粒均匀分布, 磨粒间距为L, 砂轮径向突出高度相似。砂轮磨削表面轨迹如图1所示[2]。

磨粒进给量与切削轨迹间距相等, 即

根据图中廓形, 工件的峰谷粗糙度为

将式 (1) 代入到式 (2) 中, 可得

算术平均粗糙度为

式 (4) 表明, 理想砂轮磨削时, 工件表面粗糙度与工件速度和砂轮转速的比值成正比, 与磨粒间距成正比。因此, 选用表面形貌优良的砂轮和合理的磨削参数可以提高工件的磨削质量。但在生产实际中, 砂轮表面形貌非常不规则, 粗糙度与磨粒间距L值并不是线性关系, 影响极其复杂。因此提高砂轮表面形貌对工件的磨削质量非常重要。

光学k9玻璃在各种光学仪器及瞄准镜镜头方面有着广泛的应用, 其加工方法也在不断改进。本试验中, 采用超声振动修整CBN砂轮分别对光学K9玻璃和硬质钢进行精密磨削, CBN砂轮磨削K9玻璃以及高速钢的表面形貌如图2所示。

图2结果显示, 在同样的磨削条件下, 光学K9玻璃轮廓纹路不够整齐, 表面形貌波动较大, 而高速钢的纹路细致, 表面形貌起伏不大, 比较光整, 表面形貌比光学K9玻璃好。可见, 采用超声振动修整CBN砂轮对不同材料的工件进行磨削时, 工件的表面形貌表现出巨大的差异性。

图3所示为白光干涉仪扫描下的工件表面粗糙度轮廓图。从图3可以看出, 高速钢的表面粗糙度远远小于光学K9玻璃, 这说明采用超声振动修整CBN砂轮对光学K9玻璃和硬质钢磨削, 高速钢的表面质量要好于光学K9玻璃, 这与图2结果一致。另外图3中光学K9玻璃的粗糙度值为Ra0.75μm, 图3 (b) 光学K9玻璃的粗糙度值为Ra0.45μm;图3 (c) 高速钢的表面粗糙度为Ra0.09μm, 图3 (d) 高速钢的表面粗糙度为Ra0.06μm, 通过比较, 可以看出, 通过提高砂轮转速和减小工件速度, 可以减小光学玻璃K9和高速钢的表面粗糙度, 这与相关资料理论分析情况相符。

图2和图3实验结果表明, 磨削时, 工件表面粗糙度值的大小在很大程度上取决于工件速度和砂轮转速的比值, 比值越小工件表面粗糙度值越小。这是由于砂轮转速快, 工件速度慢, 砂轮工作面与工件磨削面接触的时间增加, 磨削充分。另外在相同的磨削条件下, 超声振动修整的CBN砂轮对不同材料进行磨削所获Ra值会有很大的区别, 这主要是因为材料的硬度和脆性等力学性能不同, 脆性材料在磨削过程中, 磨削表面会出现细小破碎现象, 从而降低磨削表面质量。所以脆性材料在精密磨削之后要再进行研抛处理。

3 结语

本文通过超声振动修整CBN砂轮对不同硬脆材料的可磨削性进行了试验。影响磨削质量的因素除大家熟知的砂轮修整方式外, 还包括如下两个主要因素:1) 工件速度和砂轮转速的比值, 比值越小工件表面粗糙度值越小;2) 被磨材料的硬度与脆性, 硬度与脆性越高工件表面粗糙度值越大。

参考文献

[1]马尔金.磨削技术理论与应用[M].沈阳:东北大学出版社, 2002.