數(shù)控加工金剛石砂輪的修整原理和自動(dòng)補(bǔ)償方法

全自動(dòng)數(shù)控磨削技術(shù)的發(fā)展，對(duì)其配套設(shè)備提出了高要求。作為配套技術(shù)之一的在線全自動(dòng)砂輪修整技術(shù)，必須滿足現(xiàn)代數(shù)控磨削工藝的需要，使其向著高精度、超穩(wěn)定、全自控的方向發(fā)展。金剛石砂輪作為高效磨削工具被廣泛應(yīng)用在硬質(zhì)合金、陶瓷、CBN等超硬材料的加工領(lǐng)域。金剛石砂輪的修整和自動(dòng)補(bǔ)償方法決定了全自動(dòng)數(shù)控磨削機(jī)床的性能，很大程度上決定了砂輪的使用性能和使用壽命。

金剛石砂輪修整原理

金剛石砂輪修整方法是影響砂輪磨削性能的重要因素，修整方法的合理選擇將直接影響工件的表面質(zhì)量和磨削精度。目前常用的金剛石砂輪修整方法有:在線電解修整、電火花砂輪修整、杯形砂輪修整、電解—機(jī)械復(fù)合修整和激光修整。由于杯形砂輪修整方法較其他修整方法操作簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，因此本文采用GC杯形砂輪修整技術(shù)對(duì)金剛石砂輪進(jìn)行自動(dòng)修整。

金剛石砂輪的修整原理和自動(dòng)補(bǔ)償方法

對(duì)于金剛石砂輪這種超硬磨料砂輪的修整通常分為兩個(gè)階段:整形和修銳。整形是對(duì)砂輪進(jìn)行微量切削，其目的是去除初始安裝后砂輪的形狀誤差和表面缺陷，保證砂輪的幾何形狀精度。修銳是因砂輪工作一段時(shí)間后鈍化，為了使切削微刃突出結(jié)合劑并具有適當(dāng)高度，在磨粒間形成足夠的容屑空間，并使單位面積上的有效磨粒數(shù)盡可能多。

GC杯形砂輪修整碗型金剛石砂輪的方法

實(shí)際修整時(shí)，GC杯形砂輪與碗型金剛石砂輪之間的幾何關(guān)系及運(yùn)動(dòng)形式如圖1所示。碗型金剛石砂輪與GC杯形砂輪磨削帶完全交錯(cuò)貼合，分別以一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，修整輪和砂輪的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度比定位8:1。修整輪固定，金剛石砂輪沿軸線方向作修整進(jìn)給，使GC杯形砂輪和碗型金剛石砂輪形成相互去磨料磨削。通過(guò)兩砂輪端面的對(duì)磨，去除金剛石砂輪鈍化磨粒，形成容屑空間，使金剛石砂輪表面重新銳化，達(dá)到修整目的。

砂輪修整全自動(dòng)控制方法

在磨削加工中，砂輪的磨損狀態(tài)是影響磨削質(zhì)量的一個(gè)重要因素。該數(shù)控工具磨床可在刀片加工磨削的全過(guò)程中對(duì)砂輪狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)加工刀片尺寸和材料的不同，需要磨削去除的體積和磨削時(shí)間也不同。綜合考慮各個(gè)因素，設(shè)定自動(dòng)修整的間隔。通過(guò)對(duì)砂輪磨削刀片次數(shù)計(jì)數(shù)，并實(shí)時(shí)的將其與系統(tǒng)設(shè)定的修整間隔比較。

當(dāng)磨削次數(shù)達(dá)到設(shè)定的修整間隔次數(shù)時(shí)，在NC程序中自動(dòng)調(diào)用修整模塊，實(shí)現(xiàn)砂輪的自動(dòng)修整。為了保證機(jī)床運(yùn)行安全，該控制方法還加入了對(duì)砂輪壽命和修整輪壽命的實(shí)時(shí)監(jiān)控。只要檢測(cè)到本次修整將可能導(dǎo)致砂輪或修整輪到達(dá)預(yù)警厚度，機(jī)床將自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，停機(jī)等待人工處理。如果砂輪和修整輪均未到達(dá)報(bào)警厚度，則修整順利進(jìn)行。修整結(jié)束后，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，輸出砂輪修整后的補(bǔ)償值。

砂輪修整的補(bǔ)償方法

被加工工件尺寸的一致性，很大程度上取決于工藝系統(tǒng)狀態(tài)的一致性。砂輪被修整一次之后，磨料厚度減少，砂輪端面到指定標(biāo)定位置發(fā)生了變化，這就導(dǎo)致整個(gè)工藝系統(tǒng)狀態(tài)的改變，被加工工件的尺寸也會(huì)發(fā)生變化，無(wú)法保證尺寸一致性。因此，對(duì)于砂輪修整之后的補(bǔ)償顯得尤為重要。

分析砂輪修整的過(guò)程，是兩個(gè)磨具的相互磨削，不僅砂輪磨料厚度會(huì)減小，修整輪的磨料厚度也會(huì)減少，是一個(gè)綜合作用的結(jié)果。因此，采用多次試驗(yàn)的方法，確定了砂輪修整的補(bǔ)償方法。

金剛石砂輪的修整原理和自動(dòng)補(bǔ)償方法

由于金剛石砂輪的硬度和耐磨性遠(yuǎn)大于GC杯形修整輪。可以預(yù)見(jiàn)，在一次修整過(guò)程中，金剛石砂輪減少的磨料厚度遠(yuǎn)小于修整輪減少的磨料厚度。如圖4所示，修整輪位置固定，修整時(shí)砂輪沿進(jìn)給方向前進(jìn)一個(gè)修整量，由于相互磨削作用，砂輪和修整輪厚度同時(shí)減少。他們之間的關(guān)系為:修整量=砂輪減少量修整輪減少量。為了保證被加工工件的尺寸一致性，應(yīng)該補(bǔ)償修整之后砂輪的減少量。實(shí)際修整試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，修整量為0.03mm時(shí)，砂輪減薄量為0.0015mm，修整輪減薄量為0.0275mm。

結(jié)語(yǔ)

該砂輪修整自動(dòng)控制方法和補(bǔ)償方法，已經(jīng)在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的工具磨床上得到實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間不間斷的連續(xù)試磨，機(jī)床所加工工件的尺寸一致性控制在5μm以內(nèi)，該方法的實(shí)際效果得到驗(yàn)證。

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