金刚石滚轮修整工艺

2020/7/8金刚石滚轮及修整器应用磨削过程特征参数机床坐标系统相对运动磨削时间工件几何形状工件材料砂轮特征几何形状地形图其它条件冷却修整过程砂轮安装条件相对运动修整工具磨削过程所测的变量力、功率力矩、能量磨削量工件粗糙度支承面积比例工件尺寸误差形状位置误差温度表面完整性成本产量时间常数寿命值计算值磨削方法磨削平面磨削外圆磨削螺纹磨削展成磨削成形磨削仿形磨削磨削过程的粗糙度砂轮表面粗糙度与有效颗粒及其分布有关；砂轮有效粗糙度对工件粗糙度的影响，决定于磨削速度与切向进给速度的比值，普通往复磨削为20～100；深磨削为10³～10⁴；磨削过程中砂轮有效粗糙度的变化：①不同的修整导程只影响磨削开始时的初始粗糙度，随着磨削时间增加有效粗糙度趋于一致；②不同砂轮对有效粗糙度的影响；③不同磨削方式，有效粗糙度随磨削速度与切向进给速度的比值的增大而减小，深磨时有效粗糙度较小；④有效粗糙度随接触条件、切除量、切除率、工件材料，砂轮特性及磨削液等参数的变化而改变。砂轮修整修整过程是磨削过程的一部分修整的目的：①使砂轮具有一定的几何形状（简称修形）；②使砂轮锐利，具有一定的粗糙度（简称修锐）CBN砂轮修形需先修形，再修锐分两步；普通刚玉砂轮修形和修锐同时进行。大颗粒天然金刚石刀成形法这是一种传统的蜗杆砂轮修整方法，它以一通过砂轮轴线的直线刀刃，按螺旋线走动而在砂轮上得到阿基米德螺旋面。用这种曲面砂轮加工渐开线齿轮会造成原理性误差，单当螺旋升角很小时，它与螺旋溅开面很接近，误差可以小到忽略不计，但修整砂轮时需要大颗粒的天然金刚石刀，特别是对于模数较大的砂轮，要一次一次地接刀，再此之前还需在机床上更换修整装置，分别对砂轮进行齿根切槽和外圆修整，显然，采用这种方法，修整砂轮费时费事，极不方便，一不小心还会崩刀。在我国，由于大颗粒天然金刚石货源少，价昂贵，需耗费大量外汇从国外进口。因此，曾给我国发展生产和应用蜗杆砂轮磨齿机造成过许多困难。图1所示金刚石刀修形法钢挤压轮成形法这种方法采用成形的高速钢轮，在砂轮低速回转的情况下，径向进给与砂轮接触，慢慢挤压砂轮，形成砂轮曲面。采用这种方法虽然修形效率很高，修出的砂轮较为锋利。但由于钢挤轮与砂轮相比，材料太软，磨损较快，使用寿命极低，对于精度较高的磨削工件，钢挤轮修整过砂轮一次就要修磨，挤轮精度要求很高，制造和修磨都相当麻烦。钢挤轮挤压法金刚石滚轮修整法采用了工作表面镶嵌（布满）了许多小颗粒金刚石回转工具修整砂轮。但由于工具本身为回转体，工作时又被独立驱动作高速旋转，因此，它不仅能修成精度很高的砂轮曲面，而且在修整效率、工具寿命以及操作简便等方面，都大大优于大颗粒金刚石刀。磨削原理磨削是从零件上切除金属以得到高几何精度的最适宜的方法之一。然而，磨削过程是极其复杂的，并且研究起来也极困难。因为由具有形状、分布和相互高度极不一致的高硬度磨粒所产生的单个磨屑的尺寸很小很小。磨削加工按其方式不同进行分类。一种常用的方法就是根据砂轮是否进行修整，或根据砂轮的磨损是否足以使其本身自锐来区分。在许多情况下，已加工表面的质量是人们所追求的目标，这包括如下几项：1.表面粗糙度2.表面残留应力3.由热引起的损伤氧化与烧伤退火（温度过高）表面裂纹数控砂轮修整器的基本原理精密的两轴联动平台通过数控系统对伺服电机的控制，编程实现所需的运动轨迹，精密高速电主轴驱动金刚石滚轮对砂轮按运行轨迹修整。数控砂轮修整器成形优点可以采用国产小颗粒人造金刚石滚轮代替进口的大颗粒天然金刚石工具。使用一个滚轮可成形出多种加工形面。编程轨迹位移速度设定，避免了成形滚轮修整砂轮时粗糙度不一致的问题。各修整形面过度弧面更加光滑。提高了砂轮修整效率。修整线速度、滚轮转速、成形线速度等参数可调。系统在运行时，通过补偿可降低对滚轮的精度要求。金刚石滚轮修整砂轮的特点修整效率极高。金刚石滚轮的使用寿命极高（可修次数达几万至几十万次）。可通过由高精度模具制造出高精度金刚石滚轮，修整出其它方法无法获得的高精度的砂轮工作形面。金刚石滚轮修整必要的机械条件金刚石滚轮与砂轮应有一定的相对速度。一般在磨床上使用的修整装置由下面三种方式：1)双顶尖支承式2)组合式3)整体式金刚石滚轮主轴应具有足够的刚性和旋转精度。修整时必须使用容量和压力与磨削时相同的冷却液冲洗和冷却。双顶尖支承式组合式整体式影响磨削性能的重要因素修整参数的影响1)修整参数的影响2)金刚石粒度的影响修整参数的影响速比光修转速（或光修时间）进给率修整电机功率金刚石粒度的影响设计金刚石滚轮及砂轮修整器时，除了考虑修整参数对砂轮的磨削性能有较大的影响外，金刚石的粒度对磨削质量和磨削效率同时产生明显的影响。例如，我们采用粒度为60号的金刚石制造的内镀法滚轮修整双圆弧砂轮，磨削1m滚珠丝杠常常出现烧伤，几乎无法磨出成品。后来，仅增大了金刚石颗粒的尺寸，改用20号粒度的金刚石滚轮，修出的砂轮的磨削性能显著提高了，不再发生磨削烧伤。滚轮修整砂轮时的修整力欧洲科学家克莱姆和赛得曼都探讨了砂轮修整过程中所产生的径向力，克莱姆根据短期的试验结果指出，在每厘米接触宽度上的径向力不到1公斤力/厘米（10牛顿/厘米）。赛得曼研究了修整时径向力与金刚石滚轮的速比Vr/Vs=1时，最大的径向力约为7公斤力/厘米（70牛顿/厘米），滚轮和砂轮在接触点上的速度矢量为顺向。而当Vr/Vs=-1时，滚轮和砂轮在接触点上的速度矢量为逆向，径向力随着速比的降低而减小，仅为2.6公斤力/厘米（26牛顿/厘米）。修整时的径向力随着滚轮进刀量的增加而成直线增大。速比速比qd=Vr/Vs表示。其中Vr为滚轮的周速，Vs为砂轮周速。当qd0时，为顺向修整，滚轮与砂轮在接触处速度方向相同（图a）；当qd0时,为逆向修整,在接触处速度方向相反(图b)。速比四种不同进给率对圆柱形砂轮修整所获得的速比、进给率和光修转速与砂轮工作表面粗糙度的关系。切入进给率随着砂轮每转进给量的增加，一般说来，粗糙度也会增大，而且这种增大，在顺修时要比逆修时剧烈得多。但随着光修转数的增多，进给量对粗糙度的影响逐渐消失。光修转速光修转速在na=50以下时，光修对Rts的影响较大。在没有光修，即na=0的情况下修整，可获得最大的Rts值。这时砂轮的磨削性能最佳。但当na50时,光修对Rts的影响很快消失。修整电机功率滚轮轴驱动的电机功率：一般按照每10mm长度（滚轮与砂轮的接触长度）为100W。分析结论设计使用金刚石滚轮修整砂轮之前，找出最佳的经验修整参数。一般在工件要求允许的情况下应使获得尽可能大的砂轮表面粗糙度，以便得到最高的磨削效率在获得相同的Rts值要求的情况下，应尽可能采用顺修，以防止因相对速度过高而加速滚轮的磨损。因为对于不同磨削过程有一很宽的修整参数范围（qd=+0.8～0.5,ar=0.01～1.0μm/r,na=0～50）以及考虑到磨削中的问题大多出自砂轮修得太光（钝）。当发现磨削表面太粗糙时，为了保证滚轮尽可能高的寿命，可通过减小砂轮每转进给量来改善。这比增加光修转数和改变速比要好。