金屬基金剛石砂輪不同磨削參數(shù)對磨削質(zhì)量影響的試驗分析

李連鵬等

摘 要：電火花修整法是利用金屬基砂輪和工具電極之間產(chǎn)生脈沖火花放電的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除砂輪的金屬結(jié)合劑，達到整形和修銳目的。目前，航空精密機械研究所已經(jīng)研制出Nanosys-300非球曲面加工機床，但是非球曲面機床的成形砂輪修整裝置還沒有得到很好的解決，為保證成形砂輪修整質(zhì)量，磨削出高精度的非球曲面，文章利用修整后的成形砂輪和非球面加工機床進行磨削試驗，在試驗中研究分析機床運動參數(shù)對磨削質(zhì)量的影響并尋求磨削AlNiCo材料的工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞：電火花修整法；研究分析；金屬基砂輪

1 試驗設(shè)備介紹

由于非球曲面加工機床是非球曲面磨削加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，下面對試驗中所用的非球曲面加工機床主要結(jié)構(gòu)加以介紹。

Nanosys-300非球曲面加工機床結(jié)構(gòu)如圖1所示，機床采用臥式結(jié)構(gòu)、T形布局。主軸箱為可移動的整體部件，采用X、Z向運動分離的結(jié)構(gòu)，即橫向運動（X向）由主軸箱來完成；縱向運動（Z向）由磨削主軸來完成，磨削主軸的高度（Y向）可以通過手輪來調(diào)節(jié)。機床主要由空氣主軸系統(tǒng)、X-Z伺服進給系統(tǒng)、微位移測量系統(tǒng)和非球曲面磨削系統(tǒng)組成。

1.床身；2.X向靜壓導(dǎo)軌；3.主軸箱；4.主軸電機；5.X軸柔性聯(lián)軸節(jié)；6.X軸伺服電機；7.氣浮主軸；8.真空吸盤；9.工件；10.磨削系統(tǒng)；11.Z向靜壓導(dǎo)軌；12.Z向柔性聯(lián)軸節(jié)；13 Z向伺服電機

2 修整后的成形砂輪非球曲面磨削實驗

由磨削理論可知，磨削非球曲面零件的面形精度依賴于機床精度；磨削的表面質(zhì)量取決于工件材料、切削條件、砂輪種類、磨粒粒度、砂輪的修整質(zhì)量。由于所用的非球曲面機床精度很高，能夠保證加工零件的面形精度，但要磨削出高質(zhì)量的表面，則需要一個比較合理的切削工藝參數(shù)及修整效果好的砂輪來保證。在本次試驗中通過改變機床的切削條件，用表面粗糙度檢測儀檢測出的表面粗糙度Ra來衡量磨削表面質(zhì)量，分析磨削參數(shù)對磨削AlNiCo材料表面質(zhì)量的影響，確定非球曲面磨削AlNiCo材料工藝參數(shù)。試驗數(shù)據(jù)見表1。

通過分析以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，隨著砂輪轉(zhuǎn)速的提高，磨削表面質(zhì)量不斷的提高，這是由于砂輪軸轉(zhuǎn)速提高，砂輪和工件表面的相對線速度不斷增大，在單位時間內(nèi)，通過磨削區(qū)的磨粒增加，在進給量相同的條件下，每顆磨粒的切削厚度變薄，表面粗糙度減小，磨削表面質(zhì)量提高。但是砂輪軸的轉(zhuǎn)速不能無限制的增大，在試驗中發(fā)現(xiàn)當砂輪軸轉(zhuǎn)速達5300rpm時，砂輪軸發(fā)出噪聲，出現(xiàn)共振現(xiàn)象。此外，當轉(zhuǎn)速超過4000rpm時，砂輪軸將出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，影響砂輪軸的回轉(zhuǎn)精度。故在本次試驗中得出砂輪軸的轉(zhuǎn)速為3500rpm時磨削表面質(zhì)量較好。

此外，由于在主軸回轉(zhuǎn)時工件上各點的線速度隨著半徑的增加而變大，由于砂輪磨削線速度是砂輪表面線速度和工件表面線速度的矢量和，為了在磨削工件過程中實現(xiàn)恒定的磨削線速度，砂輪軸的轉(zhuǎn)速不要過高，但也不要太低，以免出現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速過低，在工件表面出現(xiàn)振紋，綜合比較得出主軸轉(zhuǎn)速為200rpm時比較合適。

因為進給深度直接影響磨削表面質(zhì)量，進給深度大，磨削效率高，但當進給深度超過砂輪磨粒粒度的一半時，容易出現(xiàn)砂輪堵塞現(xiàn)象，由于砂輪磨削深度和磨粒有關(guān)，考慮到磨粒有一部分需由基體把持固定，得到磨削過程中每個磨粒的磨削深度不超過粒徑的三分之一；進給深度小，磨削表面質(zhì)量高，磨削效率下降。綜合分析得出，在磨削初期，每次進給量為3μm，以提高磨削效率；隨著磨削的不斷進行，不斷的減小磨削深度進行精磨，以提高磨削表面質(zhì)量；另外，為了使單位時間內(nèi)參與切削的磨粒增多，在試驗中采用低的進給速度，使砂輪平穩(wěn)的磨削工件。

經(jīng)過以上分析，可以得出當采用W10的金剛石砂輪磨削AlNiCo材料時，在保證磨削質(zhì)量前提下，得到了一組提高磨削效率的比較適合的磨削工藝參數(shù)，見表2。

為了驗證如上分析的正確性，按照此工藝參數(shù)進行了磨削試驗，得到了表面粗糙度為Ra0.0396μm的光滑非球曲面的試驗檢測結(jié)果如圖1所示；通過磨削試驗，驗證了磨削參數(shù)對磨削質(zhì)量影響分析的準確性。

3 結(jié)束語

（1）隨著砂輪轉(zhuǎn)速的提高，磨削表面質(zhì)量不斷的提高；（2）進給深度小，磨削表面質(zhì)量高，磨削效率下降；（3）利用電火花修整后的成形砂輪和非球曲面加工機床對AlNiCo材料進行非球曲面磨削試驗。在實驗中通過檢測在不同機床運動參數(shù)條件下加工出來的工件表面粗糙度，得到當砂輪軸轉(zhuǎn)速為3500 r/min、主軸轉(zhuǎn)速為200 r/min、進給速度為10 mm/min時磨削回轉(zhuǎn)拋物面AlNiCo材料可以得到比較高的磨削質(zhì)量。

參考文獻

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