數控工具磨床金剛石砂輪自動修整和補償方法

人氣：53發表時間：2018-01-02【大中小】

1 引言
全自動數控磨削技術的發展，對其配套設備提出了高要求。作為配套技術之一的在線全自動砂輪修整技術，必須滿足現代數控磨削工藝的需要，使其向著高精度、超穩定、全自控的方向發展。金剛石砂輪作為高效磨削工具被廣泛應用在硬質合金、陶瓷、CBN 等超硬材料的加工領域。金剛石砂輪的修整和自動補償方法決定了全自動數控磨削機床的性能，很大程度上決定了砂輪的使用性能和使用壽命。

2 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—機械復合修整和激光修整。由于杯形砂輪修整方法較其他修整方法操作簡單易于實現，因此本文采用 GC 杯形砂輪修整技術對金剛石砂輪進行自動修整。
對于金剛石砂輪這種超硬磨料砂輪的修整通常分為兩個階段: 整形和修銳。整形是對砂輪進行微量切削，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間后鈍化，為了使切削微刃突出結合劑并具有適當高度，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盡可能多。

3 GC 杯形砂輪修整碗型金剛石砂輪的方法
實際修整時，GC 杯形砂輪與碗型金剛石砂輪之間的幾何關系及運動形式如圖 1 所示。碗型金剛石砂輪與 GC 杯形砂輪磨削帶完全交錯貼合，分別以一定轉速轉動，修整輪和砂輪的轉動線速度比定位 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。通過兩砂輪端面的對磨，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，達到修整目的。

4 砂輪修整全自動控制方法
在磨削加工中，砂輪的磨損狀態是影響磨削質量的一個重要因素。該數控工具磨床可在刀片加工磨削的全過程中對砂輪狀態進行實時監測。根據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間也不同。綜合考慮各個因素，設定自動修整的間隔。通過對砂輪磨削刀片次數計數，并實時的將其與系統設定的修整間隔比較。當磨削次數達到設定的修整間隔次數時，在 NC 程序中自動調用修整模塊，實現砂輪的自動修整。為了保證機床運行安全，該控制方法還加入了對砂輪壽命和修整輪壽命的實時監控。只要檢測到本次修整將可能導致砂輪或修整輪到達預警厚度，機床將自動發出報警信號，停機等待人工處理。如果砂輪和修整輪均未到達報警厚度，則修整順利進行。修整結束后，通過數據處理，輸出砂輪修整后的補償值。砂輪修整自動控制流程如圖 3 所示

5 砂輪修整的補償方法
被加工工件尺寸的一致性，很大程度上取決于工藝系統狀態的一致性。砂輪被修整一次之后，磨料厚度減少，砂輪端面到指定標定位置發生了變化，這就導致整個工藝系統狀態的改變，被加工工件的尺寸也會發生變化，無法保證尺寸一致性。因此，對于砂輪修整之后的補償顯得尤為重要。
分析砂輪修整的過程，是兩個磨具的相互磨削，不僅砂輪磨料厚度會減小，修整輪的磨料厚度也會減少，是一個綜合作用的結果。因此，采用多次試驗的方法，確定了砂輪修整的補償方法。
由于金剛石砂輪的硬度和耐磨性遠大于 GC 杯形修整輪。可以預見，在一次修整過程中，金剛石砂輪減少的磨料厚度遠小于修整輪減少的磨料厚度。如圖 4 所示，修整輪位置固定，修整時砂輪沿進給方向前進一個修整量，由于相互磨削作用，砂輪和修整輪厚度同時減少。他們之間的關系為: 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，應該補償修整之后砂輪的減少量。實際修整試驗數據表明，修整量為 0.03mm 時，砂輪減薄量為 0.0015mm，修整輪減薄量為 0.0275mm。