典型結構砂輪的模塊化修整程序編制

杭上鈺

摘 要：航空發動機葉片及葉輪對加工環境及加工工藝具有較高的要求。近些年，磨削加工已漸漸成為加工航空發動機葉片的主流。本文結合由安裝西門子840D操作系統的五軸聯動機床和金剛石修整滾輪組成的砂輪修整系統，對典型結構砂輪修整程序進行模塊化編制，并通過試驗加工試件驗證修整程序的可靠性，這對在線的修整砂輪，提高磨削加工的質量和效率具有重要意義。

關鍵詞：砂輪修整；模塊化；編制數控加工程序；砂輪修整系統；磨削加工

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）19-0076-02

Modular Trimming Program for Typical Structure Grinding Wheel

HANG Shangyu

（Gansu Nonferrous Metallurgical Vocational Technology College，Jinchang Gansu 737100）

Abstract： Aero engine blades and impeller have higher requirements for processing environment and processing technology. In recent years， grinding has gradually become the mainstream of machining Aeroengine Blades. Combining with the grinding wheel dressing system consisting of a five-axis linkage machine with Siemens 840D operating system and a diamond dressing roller， this paper modularized the dressing program of a typical structure grinding wheel， and verified the reliability of the dressing program by processing test pieces. This was of great significance for on-line dressing of grinding wheels and improving the quality and efficiency of grinding.

Keywords： grinding wheel dressing；modularization；preparation of NC machining program；grinding wheel dressing system；grinding process

1 研究背景及意義

隨著現代航空航天工業的發展，渦輪發動機已漸漸成為現代航空發動機的主流[1]。大推力、高推重比、高增壓比及高的渦輪葉片溫度是評判渦輪發動機性能的重要指標。航空發動機從結構上講可以說是“一肚子葉片”。葉輪葉片由于其型面曲線復雜，材料加工性差，要求精度高[2]，對加工環境及對刀具的要求都比較高。在磨削加工過程中的磨損會造成砂輪工作面地貌的改變及砂輪氣孔的堵塞。這些磨損的影響都會在磨削加工過程中表現出來，會極大地影響加工表面的質量，同時也會影響砂輪的壽命。砂輪本身就是一個磨損的器件，因此，研究陶瓷CBN砂輪的實時在線修整，對在實際生產中保證磨削質量和磨削效率具有重要意義。

鑒于此，本課題組選用五軸聯動機床和陶瓷結合劑砂輪，進行了葉片高效、高精度磨削的試驗。本文研究重點編制模塊化的砂輪修整程序，實現高效準確的砂輪在線修整，以提升磨削加工的質量和效率。

2 砂輪修整系統設計

2.1 參數設置

本文以圓環面砂輪為例，說明修整程序的編制過程。

2.1.1 修整砂輪的形狀參數。修整砂輪的形狀參數有待修整砂輪的形狀、用途、修整參數、參數意義、圓環面砂輪、葉片型面、H/R/Φ、軸向厚度/圓角半徑/直徑等。

2.1.2 砂輪形狀修整參數的設置。砂輪形狀修整參數的設置有待修整砂輪的形狀、用途/加工補償方式、修整參數、參數意義、圓環面砂輪、葉片/軸向、R/L/H、軸向厚度/徑向修整/軸向修整等。

由于本文主要內容是編程，而砂輪本身的形狀參數對修整并不起到限制作用，所以后文中出現的參數均指修整參數。

2.2 編制初步修整程序

2.2.1 修整方案。修整程序分為兩部分，第一部分是把砂輪毛坯修整出所需要的形狀，第二部分用于修整加工磨損后的砂輪。第一次修整流程見圖1。第一次修整需要先將砂輪基體截面由矩形修整出一個錐形，然后再修整加工所需圓角。其中主要內容是加工圓角，本文主要分析圓角加工過程。

2.2.2 圓角修整走刀路線設定。在加工路線的設定上，因為修整滾輪不動，砂輪運動，所以實際技工過程中的走刀軌跡應與一般加工過程中的走刀軌跡相反[1]。而且除了加工圓角，還需對砂輪軸向和徑向的一部分進行修整，故加工路線設定如圖2所示。

2.2.3 修整量和關鍵點的分析。修整加工程序分為兩部分，第一部分是將截面為矩形的砂輪基體修整出可用于磨削加工的圓角，第二部分是用于修整經過加工磨損的砂輪。兩次的修整量是不同的，而且在計算方法上也是不同的。尤其是第一次修整過程中的修整量計算，機床主軸需要有一定的轉角，而且模塊化的修整程序需要修整量用參數表示出來，所以在計算上有一定的難度，需要做圖并進行詳細的幾何分析。第二次修整量相對簡單，修整也只是為了把磨損的部分修整掉，修整量很小，所以在這里不進行過多的分析。對于第一次修整的修整量分析，如圖3所示。

圖3中，R10、R19、R20均是在修整程序中出現的參數。R19表示修整滾輪刀尖的圓弧半徑，R20表示所需要的砂輪的圓角半徑，R10表示機床主軸所呈偏角。由于直接表示修整量不容易，所以本文用修整滾輪到尖角的圓弧圓心（下文簡稱“滾輪圓心”）的位移量表示修整量。如圖3中所示，c點表示的是修整完成時滾輪圓心所在位置，圖中隱藏了與a點所處垂直線相切的滾輪圓弧。

從圖3可以看出，ab恰好等于大圓弧半徑關于主軸傾角的正弦與余弦的和，即[ab=R20（sin（R10）+cos（R10））]。bd是直角三角形bdc的一條直角邊，其中bc是兩個圓弧圓心的連線，即[bn=R19+R20]，cd等于大圓弧半徑關于主軸傾角的正弦與余弦的差，即[cb=R20（sin（R10）-cos（R10））]，所以[bd=bc2-cd2]。滾輪圓心的實際位移（即修整量，在修整程序中用R15表示）是ad的長度再加上一個滾輪半徑的長度，即[R15=R19+ad]。最終用參數表示的修整量公式如下。

[R15=R19+R20×（sin（R10）+cos（R10）-sqrt（R20+R19）×（R20+R19）-R20×cos（R10）-R20×sin（R10）×R20×cos（R10）-R20×sin（R20）]

參考文獻：

[1]劉佳.超硬磨料砂輪修整關鍵技術研究[D]北京：北京航空航天大學，2012.